Laboreo, Erosión Eólica, Aspereza del Suelo y Calidad del Aire

Las partículas de polvo erosionadas desde el suelo son un problema con vistas a mantener una agricultura sustentable y la calidad del suelo, pero también afectan seriamente a la salud pública de los ciudadanos, como ocurre con las emisiones industriales, de vehículos, etc. El laboreo sin labranza, así como proteger el suelo con los residuos de las cosechas son técnicas sumamente útiles a la hora de paliar la cantidad emitida a la atmósfera de este tipo de partículas diminutas arrancadas del suelo por la erosión eólica. Sin embargo, tal práctica, según algunos colegas, no resulta siempre rentable, siendo preciso el uso del arado. Investigaciones recientes procedentes de EE.UU., dicen haber construido un aparataje de laboreo que reduce tales emisiones de polvo entre un 30-65%, principalmente cuando las parcelas agrícolas se encuentran en barbecho (desnudas de cubierta vegetal). Más aun, el suelo no resulta volteado, volviendo a dejar los horizontes o capas del suelo, más o menos en su disposición original. Al parecer, la biología del suelo tampoco se ve afectada, pero si ayuda a erradicar las enfermedades fúngicas, paliando también la emisión (pérdida) de materia orgánica particulada hacia la atmósfera, que de acuerdo a los autores se aproxima al 10% del total exportado (aunque esta vez no en forma de CO2) en los predios estudiados. Obviamente, tal modo de proceder evita o recupera la perniciosa compactación de los cm. superficiales del suelo (con independencia de que fuera generada por la maquinaria agrícola, el impacto de las gotas de lluvia, etc. –es decir se eliminan los sellos y costras, aunque personalmente albergo más dudas acerca de las que se ubican a mayor profundidad –suela de laboreo- inducida por el peso del utillaje muy pesado). En todo este proceso interviene la rugosidad del suelo, de tal forma que cuanto mayor sea esta, tanto menor resultara la pérdida de las partículas finas arrancadas del medio edáfico.  Sin embargo, otros factores determinantes que colaboran a paliar el problema resultan ser una buena agregación de las partículas del suelo, así como la propia humedad que atesore el medio edáfico cuando arrecian vientos de gran intensidad.

Emisión de partículas finas de polvo en suelos bajo barbecho. Fuente. Portland State University

Los habitantes de Madrid sufrimos durante algunos años una enorme cantidad de emisiones de partículas generadas por las obras públicas encaminadas a la creación de las infraestructuras requeridas para acceder a la  fallida candidatura de esta ciudad, como sede de los Juegos olímpicos. Ahora volvemos a presentarnos, pero ese es otro asunto del que prefiero no hablar. En cualquier caso, estas partículas, procedan de donde procedan (si bien unas resultan ser más perjudiciales que otras) dañan la salud de las personas con problemas respiratorios y alérgicos. Sin embargo, en cuanto a la agricultura concierne, también perjudican a la calidad del suelo. No debe extrañar pues que ciertas investigaciones se encaminen a paliar tales problemas agronómicos, ambientales y sanitarios.  

En una de las notas de prensa, también se nos informa de que los microorganismos exportados junto a estas partículas permiten trazar el origen del polvo que alberga la atmósfera en un determinado momento y lugar.

Comentario del Blogger: ¡Curioso!. Busco en Internet la nota de prensa en inglés del Noticiero ARS y me encuentro con una narración completamente distinta a la que editan en español-castellano. Sin embargo, detecto, al  mismo tiempo, que la que traduce a nuestra lengua el ARS es casi idéntica de la que en su día publico Sciencedaily ¿?.     

Maquinaria de la que se habla en el texto. Fuente: Ontario Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs

Noticiero ARS: Investigadores examinan manera de reducir las emisiones de polvo desde el suelo

Por Don Comis14 de julio de 2011; Hay una manera muy eficaz de reducir las emisiones de polvo en las partes más áridas de la región de la meseta de Columbia en el Pacífico-Noroeste de EE.UU., según un científico del Servicio de Investigación Agrícola (ARS).

Brenton Sharratt, quien es líder de la Unidad de Investigación del Manejo de Tierra y la Conservación de Agua mantenida por el ARS en Pullman, Washington, descubrió que cortar debajo de la superficie del suelo es una técnica prometedora de la labranza de conservación en los campos en barbecho. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés).

El aparato usado para cortar debajo de la superficie del suelo tiene cuchillas anchas en forma de V que se solapan. Cuando tiradas por tractor, estas cuchillas cortan debajo de la superficie del suelo y suavemente levantan y devuelven la capa más alta del suelo. Este proceso corta las raíces de las malezas sin invertir el suelo.

Las partículas de suelo en el viento y las partículas de materia con un diámetro de menos de 10 micrones, conocidas como PM10, son preocupaciones principales sobre la calidad del aire en la región del Pacífico-Noroeste y otras partes de EE.UU. Los experimentos de Sharratt muestran que cortar debajo de la superficie del suelo a una profundidad de cuatro pulgadas puede reducir las emisiones de PM10 del 30 por ciento al 70 por ciento comparado con la labranza convencional. Las tormentas de polvo también reducen la productividad de las granjas.

Cortar debajo de la superficie del suelo es una de muchas prácticas posibles que están siendo identificadas por Sharratt como métodos económicos de reducir la erosión eólica en la región de la meseta de Columbia. Las elecciones de cultivos y de métodos de labranza influyen en la aspereza del suelo, el tamaño de los tepes, y la cantidad de residuos de cultivos después de la cosecha. Con una superficie del suelo más aspereza, los tepes más grandes y una cantidad más grande de residuos de cultivos, hay menos susceptibilidad del suelo a la erosión causada por el viento o el agua. Sharratt descubrió que la práctica de cortar debajo de la superficie del suelo crea una superficie del suelo más aspereza aerodinámicamente y promueve la retención de los residuos de cultivos.

Lea más sobre esta investigación, la cual apoya la prioridad del USDA de promover la agricultura sostenible, en la revista ‘Agricultural Research’ de julio del 2011.

Sharratt y su colega Guanglong Feng, quien trabaja en el Departamento de Ingeniería de Sistemas Biológicos de la Universidad Estatal de Washington en Pullman, han publicado artículos sobre esta investigación en las revistas ‘Soil and Tillage Research‘ (Investigaciones sobre el Suelo y la Labranza) y ‘Earth Surface Processes and Landforms‘ (Procesos de la Superficie del Suelo y Formas de Terreno).

Nota de Prensa Original en Inglés

Pacific Northwest Farmers Can See Soil Blow Away

EPA’s regulations on PM2.5 and PM10 affect every aspect of agriculture, not only cotton gins but also cattle feedlots and farming operations.

For the Columbia Plateau region of the Pacific Northwest, the focus is on topsoil blowing in the wind: The smaller particles occasionally contribute to poor air quality in the region.

Farmers in this wind-erosion-prone region are as anxious as any others about the prospect of farms being regulated like cotton gins and other industries, with fears of urban air-pollution samplers surrounding their farmland. But they also want their rich topsoil to stay in place, so they are eager to reduce wind erosion.

Brenton Sharratt and Ann Kennedy, at the ARS Land Management and Water Conservation Research Unit in Pullman, Washington, are identifying practices that will keep the soil from blowing away.

Sharratt, research leader of the unit, examines the physical properties, and Kennedy, a soil scientist, studies the biological properties of soils that affect wind erosion.

Sharratt measures the quantity and size of soil particles blown off fields while Kennedy analyses the soil for its lipid content from the microbes living in the soil. Each microbe community has a unique fingerprint that can be used to identify the soil. Sediment deposited far downwind of a field can potentially be traced back to where it blew from.

Although she and Sharratt focus on soils of the Columbia Plateau region in parts of Idaho, Oregon, and Washington State, Kennedy also works with ARS scientists in Colorado, Idaho, Missouri, and Texas on fingerprinting soils. The scientists exchange soil samples to study a variety of soils from different regions. Interestingly, microbial communities from dirt and gravel roads differed from adjacent agricultural soils whether in Washington or Texas.

“Apparently, the microbial communities found on roads change with time because of the lack of plants and restricted water infiltration,” Kennedy says.

They collect samples from devices that trap blowing soil particles; these devices were invented by ARS scientists in Lubbock.

Sharratt is investigating how soil and crop management affects the amount of soil and PM10 eroded from fields during high winds. Tillage and crops can influence soil roughness, soil aggregation (or size of soil clods), and the quantity of crop residue on the soil surface. All these factors affect the soil’s susceptibility to erosion by wind or water. He is also looking at how soil moisture and crusting can protect the soil from wind erosion.

“Maintaining roughness and nonerodible material such as crop residue on the soil surface is key to controlling wind erosion” Sharratt says. “We’re looking for ways to manage soils that minimize blowing and are cost effective for the farmer.”

Ultimately, Sharratt, Kennedy, and their colleagues are looking for management practices that reduce the soil’s vulnerability to wind erosion. They know that no-till—eliminating plowing or frequent tillage before planting, leaving adequate amounts of protective residue from previous crops on the surface—is very effective at reducing wind erosion and PM10 emissions from agricultural lands. But no-till is often not economically viable in the very driest parts of the Columbia Plateau. There are challenges yet to be worked out before no-till systems can be used with success throughout the region.

One tillage technique that seems promising is undercutting, which slices beneath the soil surface and gently lifts and sets down the uppermost layer of soil in place. Undercutting severs the roots of weeds without inverting the soil as a plow does.

“Undercutting has reduced soil and PM10 loss from fields during high wind events by as much as 65 percent as compared to conventional tillage practices in the drier parts of the region,” Sharratt says. “This breaks open compacted layers and breaks up harmful fungi, while leaving the soil and organic matter intact, with positive effects on beneficial microbes,” Kennedy says.

“We always thought that most of the carbon that makes up organic matter was lost to the atmosphere as carbon dioxide,” Kennedy says. “But we have found that a lot of organic matter is actually being lost to the wind as soil blows off a farm field, as much as 10 percent of total organic matter losses. This is one more incentive, as though any were needed, for farmers to keep the soil in place.

”—By Don Comis, Agricultural Research Service Information Staff.

This research supports the USDA priority of responding to climate change and is part of Climate Change, Soils, and Emissions (#212), an ARS national program described at www.nps.ars.usda.gov.

To reach scientists mentioned in this story, contact Don Comis, USDA-ARS Information Staff, 5601 Sunnyside Ave., Beltsville, MD 20705-5129; (301) 504-1625.

Nota de Prensa en ScienceDaily

Dust Storms: New Way to Undercut Dust Emissions

ScienceDaily (July 14, 2011) — There is literally a way to undercut dust emissions in the very driest parts of the Pacific Northwest’s Columbia Plateau region, according to a U.S. Department of Agriculture (USDA) scientist.

Brenton Sharratt, research leader at the USDA Agricultural Research Service (ARS) Land Management and Water Conservation Research Unit in Pullman, Wash., found that undercutting is a promising conservation tillage technique on fallow fields. ARS is USDA’s principal intramural scientific research agency.

An undercutter has wide, overlapping, V-shaped steel blades. Pulled by a tractor, the blades slice beneath the soil surface and gently lift and set down the uppermost layer in place. This severs weed roots without inverting the soil as a plow does.

Wind-blown soil particles or particulate matter less than 10 microns in diameter, known as PM10, are an air quality concern in the Pacific Northwest and other parts of the United States. Sharratt’s experiments show that undercutting to a depth of 4 inches can reduce PM10 emissions by 30 to 70 percent compared to conventional tillage. Dust storms also harm farm productivity.

Undercutting is one of many possible practices being identified by Sharratt as cost-effective ways to reduce wind erosion in the Columbia Plateau region. Both tillage and crop choices influence soil roughness, the size of soil clods, and the amount of post-harvest crop residue. The rougher the soil surface, the bigger the clods, and the more residue, the less susceptible the soil is to erosion by wind or water. Sharratt found that undercutter tillage creates an aerodynamically rougher soil surface and promotes retention of crop residue.

Read more about this research, which supports the USDA commitment to sustainable agriculture, in the July 2011 issue of Agricultural Research magazine.

Sharratt and Guanglong Feng, with Washington State University’s Department of Biological Systems Engineering at Pullman, have published pioneering papers on this subject in the journals Soil & Tillage Research and Earth Surface Processes and Landforms.

Blowing in the Wind

Unless, perhaps, someone in our family has a dust allergy, most of us probably don’t think much about dust. And if we do, we probably think about the dust on our coffee tables.

Dust, however, isn’t just in our houses. It’s everywhere and can affect our health. And all dust is not created equal: The smaller particles, which are more difficult to see, are potentially the most dangerous.

In 2006, the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) lowered the limit on average PM2.5 emissions over a 24-hour period from 65 to 35 micrograms per cubic meter. Some states have set the standard much lower. This comes from a growing concern that the smallest dust particles pose the biggest health threat, because they are small enough to penetrate deeply into peoples’ lungs.

“PM2.5” refers to particulate matter less than 2.5 microns in diameter—2.5 microns is about 1/30th the thickness of a human hair.

As states implement required plans to achieve federal standards—or even stricter ones—and begin to regulate various types of industries, they face the problem of a scarcity or, in some cases, a lack of data on how much PM2.5 those industries currently emit.

In the case of agricultural operations, EPA and the Agricultural Research Service are working together with the industries and the states to develop better science-based information and methods to set standards.