Determinación de la erosión hídrica en parcelas experimentales en café con sombra con obras de conservación, cuenca superior del Río Jesús María, Costa Rica

Abstract

La erosión hídrica es un proceso físico natural, a menudo acelerado principalmente por la actividad humana. De los diferentes tipos de erosión de suelo, la hídrica laminar es la más perjudicial ya que genera el 70% del total de la erosión del suelo. El objetivo principal de esta tesis fue describir y cuantificar el proceso de erosión hídrica del suelo en diferentes escalas temporales y determinar el efecto de las obras de conservación de suelos (acequias de ladera y gavetas de sedimentación) en plantaciones de café con sombra, en su control de la escorrentía superficial, concentración de sedimentos y pérdida de suelo. También se buscó predecir la humedad del suelo diaria a escala de cultivo a partir de información meteorológica; además, se identificó la opinión de los productores con respecto a las obras de conservación implementadas en sus fincas. La investigación se desarrolló en la cuenca superior del río Jesús María. Se instalaron nueve parcelas de escorrentía y se tomaron datos de campo desde mayo de 2018 hasta noviembre de 2019. El estudio contempló tres repeticiones de cada tratamiento (gavetas de sedimentación, acequias de ladera y control). El porcentaje de pendiente en las parcelas fue entre 50 y 71 %. Para describir y cuantificar el proceso de erosión hídrica, el análisis de datos se realizó a escala mensual-anual, inter-evento e intra-evento. En la evaluación del efecto de las obras de conservación, se utilizaron pruebas no paramétricas de análisis de varianza y la técnica de remuestreo de bootstrap, además de una correlación de Spearman y regresiones lineales. En la estimación de la humedad de suelo se instalaron sensores de reflectometría de dominio temporal y se realizaron tres modelos de regresión lineal. Para conocer la percepción de los productores con respecto a las obras de conservación, se realizaron entrevistas estructuradas a una muestra de la población que ha implementado obras de conservación (n= 16). La evaluación del efecto de las obras de conservación determinó que las acequias de ladera generaron los valores más bajos de escorrentía superficial media y pérdida de suelo (p<0,0001). En la estimación de la humedad de suelo, se realizaron tres modelos (RLM1, RLM2 y PCA). Los modelos RLM2 (R2 = 0,84) y PCA (R2 = 0,82) presentaron un mejor desempeño en comparación con el modelo RLM1 (R2 = 0,54). Sin embargo, el modelo RLM2 se consideró más útil debido a su simplicidad y a que presentó los mejores indicadores de bondad de ajuste. Los modelos de regresión lineal permitieron estimar la humedad del suelo con variables meteorológicas, esto debido a que la humedad del suelo sigue los patrones estacionales. En las encuestas realizadas a los productores, los principales inconvenientes identificados para implementar obras de conservación fueron que se requiere mucho tiempo y trabajo, acompañamiento técnico y tienen un alto costo. La percepción de los productores con respecto a la adopción de obras de conservación implementadas en sus fincas es muy positiva. Pese a sus limitaciones todas las personas entrevistadas coincidieron que están dispuestos a replicar estas prácticas por su propia cuenta.

Water erosion is a natural physical process, often accelerated mainly by human activity. Of the different types of soil erosion, laminar water erosion is the most damaging since it generates 70% of all soil erosion. The main objective of this thesis was to describe and quantify the process of soil water erosion at different time scales and to determine the effect of soil conservation measures (slope ditches and sedimentation drawers) in shaded coffee plantations, in their control of surface runoff, sediment concentration and soil loss. It was also sought to predict the daily soil moisture at the crop scale based on meteorological information. Further, the opinion of the producers regarding the conservation measures implemented on their farms was identified. The research was carried out in the upper basin of the Jesús María River. Nine runoff plots were installed and field data were collected from May 2018 to November 2019. The study included three repetitions of each treatment (staggered contour trenches, hillside ditches and control). The percentage of slope in the plots was between 50 and 71%. To describe and quantify the water erosion process, data analysis was performed on a monthly-annual, inter-event and intra-event scale. In the evaluation of the effect of the conservation measures, non-parametric tests of analysis of variance and the bootstrap resampling technique were used, in addition to a Spearman correlation and linear regressions. In the estimation of soil moisture, time domain reflectometry sensors were installed and three linear regression models were carried out. In order to know the perception of the producers regarding the conservation measures, structured interviews were carried out with a sample of the population that had implemented conservation works (n= 16). The evaluation of the effect of the conservation measures determined that the hillside ditches generated the lowest values of mean surface runoff and soil loss (p<0.0001). In the estimation of soil moisture, three models were made (RLM1, RLM2 and PCA). The RLM2 (R2 = 0.84) and PCA (R2 = 0.82) models presented a better performance compared to the RLM1 model (R2 = 0.54). However, the RLM2 model was considered more useful due to its simplicity and because it presented the best goodness-of-fit indicators. Linear regression models allowed estimating soil moisture with meteorological variables because soil moisture follows seasonal patterns. In the surveys carried out with the producers, the main drawbacks identified to implement conservation measures were that they require a lot of time and work, technical support and they have a high cost. The perception of producers regarding the adoption of conservation measures implemented on their farms is very positive. Despite their limitations, all the people interviewed agreed that they are willing to replicate these practices on their own.