Factores formadores y distribución de suelos de la subcuenca del Río Pirrís, Talamanca, Costa Rica
Soil-forming factors and soils distribution of the middle-upper Pirrís River watershed, Talamanca, Costa Rica
Miguel Chinchilla1,2/*, Alfredo Alvarado**, Rafael Mata**
1 Este trabajo forma parte de la tesis de maestría del primer autor. 2 Correo electrónico: mchinchillaa@ice.go.cr * Instituto Costarricense de Electricidad, San José, Costa Rica. ** Centro de Investigaciones Agronómicas, Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica.
Se estudió la génesis de los suelos en el nivel medio alto de la subcuenca del río Pirrís, en la región conocida como Los Santos. El área estudiada fue cercana a 25000 ha, con elevaciones de 1078 a 3140 m, un rango de precipitación promedio anual de 1954 a 2233 mm y un tiempo geológico que varía desde el Holoceno hasta el Oligoceno. Se identificaron 4 grandes unidades: 1) los suelos recientes derivados de cenizas volcánicas (partes altas del relieve); 2) suelos desarrollados sobre superficies geológicas antiguas: terrazas antiguas, Cordillera de Talamanca, Fila Brunqueña (partes medias del relieve); 3) suelos desarrollados sobre y alrededor de los intrusivos de las partes medias altas y 4) los suelos derivados de materiales aluviales recientes de los fondos de valle (partes bajas del relieve). Los suelos desarrollados sobre la unidad de superficies antiguas del Plioceno al Oligoceno poseen horizonte argílico; los suelos formados sobre intrusivos del Pleistoceno al Mioceno superior, presentan un mayor contenido de cuarzo; los suelos desarrollados de aluviones del Holoceno no tienen horizonte argílico y los de cenizas pueden presentar horizonte cámbico e incluso argílicos enterrados. En el área se hallaron 6 consociaciones y 22 asociaciones. Los principales órdenes de suelos en estas unidades corresponden a Ultisoles, Andisoles, Inceptisoles y Entisoles, distribuidos en 4 subórdenes, 6 grandes grupos, 12 subgrupos y 9 familias.
This study emphasizes on the soil-forming factors and soils distribution of the middle-upper Pirrís River watershed, Talamanca, Costa Rica, a region locally known as Los Santos. This area covers around 25 000 ha, at elevations from 1078 to 3140 m, and a range of yearly average rainfall from 1954 to 2233 mm. Geologically, rocks of the area represent a period span from Holocene to Oligocene. Four major soil units were identified: 1) recent soils developed from volcanic ash (high elevation sections); 2) soils developed from old geologic parent materials of the Talamanca Range and the Brunqueña Hills (middle elevation sections); 3) soils developed on and around intrusive volcanic buildings (medium to high elevation sections of the landscape); and 4) soils developed from recent alluvial materials deposited on valley floors (lower positions of the landscape). Soils developed on the older materials from the Pliocene to the Oligocene, present an argillic horizon as a final result of weathering and soil formation. Soils from Pleistocene to Upper Miocene intrusive materials, present a higher quartz content. Soils developed from recent alluvial deposits present a cambic horizon, but not an argillic horizon and the volcanic ash materials may present a cambic horizon or a buried argillic horizon. Six soil consociations and 22 soil associations were described in the area. Mayor soil orders in the region are Ultisols, Andisols, Inceptisols and Entisols, including 4 suborders, 6 great groups, 12 subgroups and 9 soil families.
Keywords: Soil classification, Ultisols, Andisols, Inceptisols, Entisols, Los Santos, Talamanca.
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Introducción
Los factores formadores de suelo son agentes, fuerzas, condiciones o combinación de estos, que actúan sobre un material original para transformarlo en suelo y de acuerdo con Buol et al. (1989) se reconocen: material parental, relieve, clima, organismos, tiempo. Por la interacción de sub factores del clima, por ejemplo viento, temperatura y lluvia, se determinan procesos que finalmente pueden definir propiedades para cada tipo de suelo a través de procesos conocidos como trasformaciones, translocaciones, pérdidas y adiciones. Con la génesis de suelos se conoce el origen, distribución espacial en el terreno, taxonomía, morfología, propiedades fisicoquímicas, mineralógicas, grado de meteorización, litologías de donde se desarrollaron y cuál factor formador ha sido determinante en la evolución del suelo. Al sur del Valle Central de Costa Rica, en el nivel medio alto de la subcuenca del río Pirrís, con coordenadas 9º36´ y 9º43´ latitud norte y 83º51´ y 84º06´ longitud oeste (IGN 1962, IGN 1963, IGN 1989, IGN 1994) se halla el área de estudio en una extensión de 245 km2, 10 km de ancho, 30 km de largo. Esta subcuenca drena sus aguas en el Océano Pacífico (Figura 1) y forma parte del plan de expansión eléctrica de Costa Rica. En ella se caracterizan los aspectos de pedogénesis, geología, topografía, clima, uso de la tierra y socioeconómicos como parte de un Plan de Manejo de Cuenca.
Aunque en la subcuenca se han realizado investigaciones en taxonomía (Sancho y Núñez 1985, ICAFE -CIA 2000) y de fertilidad de suelos (Chaves et al. 2009), la génesis del suelo no se ha estudiado. Por tal motivo se realiza la presente investigación, con el objetivo general de cartografiar y clasificar los suelos ubicados aguas arriba del sitio de presa del Proyecto Hidroeléctrico Pirrís y los objetivos específicos de 1) identificar los factores formadores de suelos, 2) clasificar taxonómicamente los suelos de acuerdo con el USDA y, 3) confeccionar un mapa fisiográfico de suelos a nivel de semidetalle.
Factores formadores de suelos
Factor clima
1. Precipitación: En la cuenca media alta del río Pirrís, la precipitación tiene valores promedio que varían en el rango de 1954 a 2233 mm anuales, con un período seco de diciembre a marzo y otro lluvioso de mayo a octubre; los meses de transición son abril y noviembre (ICE 2007). La precipitación máxima se presenta en setiembre con una disminución de las lluvias en julio (Figura 2). Según el sistema de clasificación de Köppen, la zona tiene un clima templado lluvioso (Cw’a) con un invierno boreal seco, donde las lluvias del mes más lluvioso del verano boreal son por lo menos 10 veces mayores que las del mes más seco en el invierno boreal (ICE 2007).
2. Temperatura
Temperatura del aire: En el área de estudio se mide la temperatura del aire en 3 estaciones meteorológicas. La estación Copey de Dota se encuentra a 1880 m de elevación y desde 1991 muestra un promedio anual de temperatura de 16,86ºC, un máximo de 18,60ºC y el mínimo de 15,61ºC. La estación Carrizales se localiza a 1740 m, en la parte media de la subcuenca y posee un incremento cercano a 1ºC en la temperatura del aire respecto con Copey. La estación Sitio de Presa del P. H. Pirrís, con 1130 m de elevación y un registro de enero de 1999 a junio 2004 y de enero 2006 a la fecha, presentó un aumento de la temperatura máxima, mínima y promedio anual de entre 2,11 y 3,27ºC en relación con Copey. Los datos de temperatura promedio para los períodos de registro de las 3 estaciones se presentan en la Figura 3.
De acuerdo con Bolaños y Watson (1993) la temperatura media anual en la parte alta de la cuenca puede alcanzar 6ºC. Solano y Villalobos (2001) consideran que toda la región alcanza una temperatura máxima mensual de 20ºC y la mínima de 8ºC. En el sistema de clasificación de Köppen, la temperatura media del mes más frío es inferior de 18ºC, pero superior a los -3ºC y en el mes más caluroso la temperatura sobrepasa los 22ºC (ICE 2007).
Temperatura del aire en el interior del bosque: Al interior del bosque, la temperatura más alta del aire ocurre al medio día y varía de acuerdo con la altitud y época del año. A 2000 m alcanza 18,7°C en el período seco y 16,4°C en el lluvioso, mientras que a 2700 m, la temperatura del período seco es de 14,5°C y de 12,7°C en el lluvioso. Lo anterior indica que el promedio de temperatura disminuye en 4,0°C en 700 m (3,7°C para período lluvioso y 4,2°C para período seco) y representa un declive de 0,57°C por cada 100 m en este rango de elevación del terreno con bosque (Kappelle et al. 1995).
Temperatura del suelo: Van Uffelen (1993), encontró que la temperatura del suelo a 50 cm de profundidad registra valores de alrededor de 9-10ºC para elevaciones entre 2900 y 3100 m. Kappelle et al. (1995) describen la relación entre la altitud (1500-3400 m) y la temperatura del suelo a 30 cm de profundidad (19,8-8,0ºC) con una tendencia exponencial decreciente en función de la elevación del terreno (Figura 4).
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3. Humedad relativa en el interior del bosque: Entre los 2000 y 2700 m de altura, la humedad relativa en el bosque alcanza valores superiores a 85%. Entre el período lluvioso y el seco, la menor humedad relativa se presenta al medio día del período seco. Durante el período lluvioso son menores las fluctuaciones de humedad relativa (Kappelle et al. 1995).
4. Viento: Las estaciones meteorológicas de la cuenca media y alta, no cuentan con registros históricos de velocidad y dirección del viento. Sin embargo, se conoce que en la troposfera y estratosfera, hay un predominio de vientos provenientes del Este durante casi todo el año (Alvarado y Fernández 2001). De acuerdo con ICE (2007) para esta área hay que considerar la influencia de flujos de viento importantes como son los “oestes sinópticos” y los “oestes ecuatoriales”, consecuencia de la presencia de disturbios de origen ciclónico (huracanes, tormentas tropicales y ondas en los estes) en el mar Caribe. En la estación meteorológica Damas, ubicada en la parte baja de la cuenca, el viento tiene una dirección predominante Sur (Muñoz 2002).
5. Balance hídrico: Datos de precipitación y evaporación en Copey de Dota y Carrizales de León Cortés muestran un déficit de humedad en el suelo durante los meses de baja pluviosidad (diciembre a abril), con evaporación más reducida en las partes más altas de la Cordillera de Talamanca, como se observa en la estación Cerro de la Muerte del ICE. La Figura 5 muestra balances hídricos en Copey de Dota, Carrizales de León Cortés y en la estación Cerro de la Muerte (cercana a la parte alta de la cuenca y con una vegetación de páramo).
En el Cerro de la Muerte la evaporación y la precipitación calculadas con datos climáticos muestran que la primera es mayor que la segunda durante enero a marzo, lo que coincide con la ocurrencia de incendios en la región durante esta época (Williamson et al. 1986, Horn y Sabdford 1992) y corrobora que en el páramo, Copey y Carrizales el régimen de humedad de suelo es ústico.
Factor cobertura vegetal
Kappelle y Juárez (1995) y Kappelle et al. (1995), proponen para el área una zonificación de la región por piso altitudinal, y se hizo la diferencia a 2300 m de altitud el Montano ]]>
Quercus), e incluyen el Q. costarricensis (roble negro), Q. copeyensis (roble blanco), Q. oocarpa (roble blanco) y Q. seemanii (roble encino). Edafológicamente, Blazer y Camacho (1991) asocian los bosques mixtos de encino con suelos ]]>
de encinos blancos con Dystrandepts. Kappelle y Juárez (1995) hallaron en el bosque montano, contenidos de materia orgánica altos (12,1 a 20,4%), pH en agua bajo (4,2 a 4,8) y porcentajes de saturación de bases muy bajo (3 a 7%). Datos similares reportan Sancho y Núñez (1985) en un suelo Humic “Alic” Dystrustepts a 2500 m de elevación cubierto por encinos (Q. seemanii), donde el pH en agua es de 4,4 a 5,0 y en KCl de 3,3 a ]]>
Chusquea (C. longifolia, C. talamancensis y C. tormentosa). Widmer (1998) indica ]]>
C. talamancensis son significativamente más ricos en materia orgánica, una relación C/N más alta, más ácidos, con mayor contenido de acidez intercambiable y mayor porcentaje de saturación de acidez, que los suelos bajo cobertura de C. longifolia y C. tormentosa. La C. longifolia usualmente se presenta en ]]>
Schefflera rodriguesiana), Cunoniaceae (Weinmannia pinnata), Ericaceae (Vaccinium consanguineum), Lauraceae (Ocotea pitierii y Ocotea austinii), ]]>
Magnolia sororum), Styracaceae (Styrax argenteus), Theaceae (Cleyera theioides) y Winteraceae (Drimys granadensis). El INBio (2001) indica que entre 1200 y 2100 msnm del bosque Montano, también hay otras especies como cedro maría (Calophylum brasiliense) y el tirrá (Ulmus mexicana) y que entre ]]>
Podocarpus macrotachyus).
Al utilizar el sistema de clasificación de las zonas de vida de Holdridge, que utiliza características de clima (temperatura y precipitación) y pisos altitudinales (Bolaños y Watson 1993), se encuentra que el área de estudio tiene bosque pluvial Montano (bp-M), bosque muy húmedo Montano Bajo (bmh-MB); bosque ]]>
Figura 6).
1. Bosque Pluvial Montano (bp-M): Esta zona de vida presenta limitantes para muchas actividades de uso de la tierra y se considera como poco atractiva para asentamientos humanos. Las temperaturas son bajas (6-12ºC), el rango de precipitación promedio anual ]]>
14C) provenientes de sedimentos del Lago las ]]>
Quercus durante el Holoceno temprano (9500-7000 años), Holoceno medio (7000-4500 años) y Holoceno tardío (4500-1500 años).
2. Bosque Muy Húmedo Montano Bajo (bmh-MB): Esta zona de vida ocupa un área importante de la zona de estudio. Se caracteriza por tener alta humedad y neblina. La vegetación es siempreverde, sus árboles son de altura moderada (25 a 35 m) y con epífitas. La temperatura media anual varía entre 12 y 17ºC. La precipitación promedio anual oscila entre 1850 y ]]>
1963). El uso actual de la tierra está dedicado a bosques intervenidos, ganadería de leche, frutales de altura, mora, hortalizas y cultivo de truchas (ICE 2007). En el sector sur de la parte media de la cuenca, se encuentran las comunidades Higueronal, El Vapor y Mata de Caña. La Esperanza y San Carlos (IGN 1962, 1994) ]]>
En el sector norte, se ]]>
3. Bosque Muy Húmedo Premontano (bmh-P): Esta zona de vida domina el sector central de la parte media de la cuenca del río Pirrís, donde se ubican las comunidades de San Marcos, Guadalupe, Rodeo, San Lorenzo, San Cayetano, Salado, San Rafael Abajo, ]]>
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4. Bosque Húmedo Montano Bajo (bh-MB): Se le ubica en la parte media de la cuenca, hacia el sector norte, donde se encuentran las comunidades de San Rafael, Canet, Rosario y San Isidro (IGN 1963, 1989). El uso actual de la tierra en este bioclima es café, plantaciones forestales, bosque intervenido y pastizales (ICE 2007). La vegetación natural consiste de un bosque siempre verde con presencia de especies caducifolias en la época seca. El rango de precipitación varía entre 1400 a 2000 mm como promedio ]]>
Factor material parental
La historia geológica de la Cordillera de Talamanca se remonta al Mioceno (Drummont et al. 1995), sin embargo, la mayoría de los suelos del macizo son relativamente jóvenes debido a varios factores que han posibilitado la formación de paleosoles (Harris 1971a, Driese et al. 2007). Entre los factores que coadyuvan a que los suelos sean jóvenes se pueden mencionar, erupciones de cenizas volcánicas periódicas durante el Holoceno (Harris 1971b), la glaciación en la parte más alta de la Cordillera (Orvis y Horn 2005) y las quemas periódicas de la cobertura vegetal (Williamson et al. 1986, Horn y Sandford 1992) que junto al relieve empinado del páramo y la elevada precipitación pluvial favorecen la erosión de los suelos. En áreas depresionales, los suelos son igualmente jóvenes, debido al acumulo de materiales acarreados por los ríos y que se depositan al cambiar la pendiente del terreno.
En la zona de estudio, varios autores (Mora et al. 1985, Denyer y Arias 1991, ICE 2007) han reportado importantes extensiones de litologías volcánicas (Grifo Alto) y sedimentarias (Térraba) con superficies menores de litologías intrusivas (grupo Comagmático Talamanca) y de sedimentos no consolidados del Cuaternario (Figura 7). La unidad Grifo Alto está compuesta por lavas de composición basáltico andesíticas, tobas estratificadase ignimbritas, así como de conglomerados volcaniclásticos altamente silisificados, ubicados principalmente en los cerros Abejonal, Trinidad y San Pedro (ICE 2007); esta unidad se ubica en el Plioceno y según van Uffelen (1993) está representada por lavas provenientes de cráteres muy erosionados y depósitos piroclásticos depositados sobre estructuras geológicas más antiguas. Linkimer y Aguilar (2000), indican que la unidad Térraba consiste en una secuencia de lutitas, limolitas y areniscas calcáreas de color gris oscuro a negro del Oligoceno a Mioceno Inferior por su contenido faunístico (Cuadro 1). El Grupo Comagmático Talamanca es una manifestación de intrusivos que incluye monzonitas, monzodioritas, latiandesitas, diabasas, gabros y granodioritas del Mioceno al Plioceno (Mora et al. 1985). Existen depósitos recientes en las pocas zonas planas, correspondientes con las áreas urbanas de San Marcos, Santa María y Copey; esos terrenos se reconocen como aluviones y coluvios del Cuaternario con edad no mayor a 1,8 Ma (ICE 2007).
Factor relieve
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1. Unidades Geomorfológicas: El área de estudio se enmarca mayormente dentro 2 unidades geomórficas: 1) de origen tectónico–erosivo y 2) de sedimentación aluvial (ICE s.f).
Tectónico y erosivo: Se divide en 2 subunidades llamadas Cordillera de Talamanca y Fila Brunqueña. La subunidad Cordillera de Talamanca se caracteriza por tener valles profundos con laderas de fuerte pendiente y divisoras angostas. La forma de la Cordillera es compleja por estar influenciada por la presencia de fallas y pliegues, lo mismo que la diversidad de rocas; su origen se debió a una sedimentación marina que ocurrió hasta el Mioceno Medio, luego se inició un ascenso y plegamiento durante el Mioceno Medio al Superior, posteriormente un Plutonismo con ]]>
San Pedro, cerro Trinidad y límite norte del cantón. El ]]>
La subunidad Fila Brunqueña presenta una orientación de acuerdo con la dirección estratigráfica de las rocas sedimentarias que la forman, la pendiente es fuerte con un pequeño escalón entre los 400 y 500 m de elevación, su sistema de drenaje se aproxima al dendrítico, muy poco desarrollado y algo afectado por fracturas; ]]>
Sedimentario coluvio aluvial: su origen se debe en gran medida al relleno efectuado por el río Pirrís, el cual es muy antiguo. Corresponde a una superficie plana, afectada en mayor o menor grado por un micro relieve de viejos canales fluviales o por la erosión posterior. Esta unidad se puede diferenciar en edad de sedimentación. La más reciente está compuesta por ]]>
2. Fisiografía: En la zona se pueden diferenciar 1) las laderas del Terciario (Cordillera de Talamanca y Fila Brunqueña), 2) las terrazas medias en piedemonte del Cuaternario, relacionadas con la tectónica de alzamiento de Talamanca (sedimentos coluvio ]]>
3. Relieve y drenaje ]]>
En el nivel alto de la subcuenca, el rango de elevación varía de 1078 a 3140 m en 30 km (Figura 8). Los relieves dominantes son los fuertemente ondulados (63% del terreno), acompañados de relieves ondulados que ocupan el 23% del área. En la unidad de sedimentación coluvio aluvial reciente las pendientes son menores a 15% y representan el 4% del área estudiada (IGN 1962, 1963, 1989, 1994).
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En relación con el drenaje natural, el río Pirrís tiene rumbo Este-Oeste (Figura 8), nace con el nombre del río Blanco en el cantón de Dota, sus afluentes son los ríos Pedregoso, San Rafael y las quebradas Palmital, Loaiza, Chontal, Yugo y Rivas. Estos cursos de agua aparecen en la fila Dota y los cerros Vueltas y San Francisco, con rumbos sureste a noroeste, este a oeste y norte a sur. ]]>
Factor Tiempo
Con 14C, Harris (1971a) establece que el horizonte superficial de los suelos de la Cordillera de Talamanca a 2485 m de altura poseen una edad de 590±95 años (ceniza volcánica), mientras que los horizontes B arcillosos del subsuelo datan desde 8620±140 (28-42 cm profundidad) a 20 000±400 (183-187 cm profundidad). Driese et al. (2007), mediante análisis de isótopos estables de carbono a muestras de un suelo a 2507 m de elevación de la misma región, datan las partes medias y bajas de los horizontes Bt2b (75-107 cm profundidad) y 2Bwb (107-162 cm profundidad) en 36 620±650 y más de 43 640 años antes del presente. Al estudiar los suelos de los abanicos aluviales coalescentes del pie de monte de la Cordillera de Talamanca (900-1000 msnm), Kesel y Spicer (1985) encontraron que los suelos más recientes tienen una edad de 45 000 años estimados con 14C, mientras que los más antiguos tienen más de 65 000 años. Los últimos datos coinciden con estudios de meteorización de un basalto recolectado en la cuenca alta del río General realizado por Pelt et al. (2008), al emplear cronometría uranio-torio. Con base en lo anterior, se concluye que los Andisoles y los horizontes superficiales de otros suelos con influencia de cenizas volcánicas tienen una edad de aproximadamente 600 años en el horizonte superior (Holoceno), aunque otros pueden haberse formado a partir de cenizas volcánica más viejas proveniente de los esqueletos volcánicos “Piedra del Fuego” y “Sinsal” descritos originalmente por Barquero y Sáenz (1987) y luego confirmados por van Uffelen (1993). Los suelos o subsuelos arcillosos encontrados en los Ultisoles, Inceptisoles, Alfisoles y Oxisoles, son mucho más antiguos y su formación data de 9000 a 65 000 años dependiendo de la profundidad a la que se determine la edad (Pleistoceno). Harris (1971b), menciona como posible fuente de origen de las cenizas en Talamanca la Cordillera Volcánica Central (probablemente el macizo Irazú-Turrialba), basado en que la mineralogía de las cenizas de la región presenta un 42 y 62% de hornablenda e hiperstena, respectivamente, minerales típicos de las cenizas andesíticas del vulcanismo moderno del país, en contraste con la mineralogía dacítica de las rocas plutónicas y volcánicas y las rocas intrusivas (metamórficas y sedimentarias) que conforman el basamento de la Cordillera (Drummont et al. 1995). La deposición de las cenizas pudo ocurrir durante los períodos invernales (noviembre a mayo), cuando los vientos de la troposfera alta y la estratosfera baja (unos 5,5 km de altitud) tienen dirección este dominante, de manera que los vientos de la troposfera baja, de dirección sureste, redistribuyen la ceniza en esa dirección cuando esta comienza a caer (Alvarado y Fernández 2001), siempre y cuando las erupciones de ceniza volcánica alcanzaran la altura necesaria.
Materiales y métodos
1. Recopilación y análisis de información básica: Se recopiló información de factores formadores (geología, clima, vegetación, relieve, tiempo) y de estudios de suelos existentes, además del material cartográfico básico del área de estudio: hojas topográficas Vueltas (1962), Tapantí (1963), Caraigres (1989) y Dota (1994), escala 1:50 000 del Instituto Geográfico Nacional y fotografías aéreas del proyecto Carta 2003, escala 1:40 000.
2. Mapeo preliminar: Se confeccionó un mapa preliminar fisiográfico de suelos a partir de la fotointerpretación y de la información de sistemas geográficos existentes. Este mapa sirvió de base para la selección e ubicación de puntos de muestreo y establecimiento de unidades de mapeo durante la etapa de campo.
3. Trabajo de campo: El trabajo de campo se realizó en las unidades de mapeo establecidas en el mapa base y en donde se definieron sitios de muestreo. Para facilidad de orientación se utilizaron los caminos. Se llevaron a cabo las siguientes observaciones:
Barrenada simple en levantamiento libre: Son perforaciones de 120 cm de profundidad, realizadas con barreno (tipo holandés) en los sitios previamente ubicados en el terreno. Este tipo de observación se uso también para delimitar en el campo las unidades cartográficas. En estas observaciones se señaló la ubicación, se separaron los distintos horizontes genéticos que componen el perfil del suelo y se caracterizó en cuanto a su nomenclatura genética, textura, color, presencia de estratos compactos y permeabilidad, también se describieron otras características importantes como pendiente y uso actual.
Observación detallada: Por cada 20 observaciones con barreno, se realizaron pequeñas fosas de 50 cm de ancho, 50 cm de largo y 50 cm de profundidad, donde se detalló el estrato superficial y parte del subsuelo. Posteriormente se continúa con el barreno hasta 120 cm como si fuera una barrenada simple.
Apertura de calicatas: Las calicatas son fosas de alrededor 100 cm de ancho, 150 cm de largo y 150 cm de profundidad, ubicadas en sitios representativos de las principales unidades cartográficas de los suelos. Como parte del proceso investigativo se abrieron y describieron 19 calicatas y se acudió a 32 calicatas descritas por otros autores en la zona de estudio. Su estudio permite caracterizar morfológicamente el perfil del suelo por horizontes genéticos (color, textura, estructura, consistencia en húmedo y mojado, porosidad, contenido de raíces, límite y pH) y tomar las muestras de suelos para el análisis físico, químico y mineralógico. Además permiten anotar características importantes como coordenadas, ubicación, fisiografía, presencia o ausencia de rocas, uso actual, drenaje, erosión, etc. (USDANRCS 2002).
4. Clasificación de Suelos
Criterios de mapeo: El mapa de suelos, mediante las unidades de mapeo, muestra la distribución geográfica de los suelos; estas unidades presentan características similares de uso y manejo. La unidad taxonómica para el presente estudio fue la Familia, como unidad de mapeo se utiliza la Consociación y la Asociación. La primera, considera la agrupación de por lo menos el 70% de una unidad taxonómica y como máximo un 30% de impurezas que son denominadas inclusiones (suelos de otra unidad taxonómica) y la segunda, se presenta cuando se reúnen 2 o más unidades taxonómicas debidamente identificadas, pero que por razones de escala o nivel del estudio no se han separado todavía. Además, las unidades cartográficas, presentan subdivisiones denominadas fases, basadas en aspectos del punto de vista de manejo tales como topografía (pendiente), pedregosidad superficial y erosión. Para fijar los límites en el campo y determinar el concepto de unidad de mapeo, se considero la relación existente entre las características: profundidad efectiva, textura superficial, textura subsuperficial, drenaje, pendiente, riesgo de inundación, pedregosidad y desarrollo genético.
Criterios de clasificación taxonómica: Los suelos se clasificaron taxonómicamente con base en la taxonomía USDA (Soil Survey Staff 2006). Para ello se tomó en consideración los factores edafogenéticos que participan en la formación del suelo. La clasificación es en órdenes, subórdenes, grandes grupos, subgrupos y familia.
5. Elaboración de mapas: A partir de las unidades de mapeo establecidas en el mapa base, las observaciones con barreno permitieron definir los límites de los suelos encontrados: el cartografiado general y las áreas se realizaron con el Sistema de Información Geográfica Arc- View, 3.3.
6. Métodos de análisis físicos y químicos utilizados en el laboratorio de suelos Centro de Investigaciones Agronómicas de la UCR: En el laboratorio, una parte de las muestras se seco al aire y se tamizó en una criba de 2 mm. Se determinó el pH en H2O con determinación potenciométrica en relación suelo/agua 1:2,5 (Jackson 1958 en Henríquez et al. 1995), la acidez intercambiable, el Ca y Mg por extracción con cloruro de potasio 1 M (Briceño y Pacheco 1984), el P, K, Zn, Mn, Cu, Fe con Olsen modificado pH 8,5 (Henríquez et al. 1995), la materia orgánica con el método de Walkley y Black (1938); la capacidad de intercambio catiónico por extracción con acetato de amonio (NH4OAc 1N) pH 7 (Henríquez et al. 1995), los cationes intercambiables (Ca, Mg, K, Na) por extracción con acetato de amonio y determinación espectrofotometría de absorción atómica (Henríquez et al. 1995); el hierro y aluminio en extracción con oxalatos de amonio y la retención de fosfatos con el método Blakemore et al. (1987). La textura de suelo por el método de Bouyoucos (Forsythe 1985), la densidad aparente con muestra volumétrica (Blacke 1965 en Forsythe 1985), la densidad de partículas con el método del Picnómetro (Blacke 1965 en Forsythe 1985), la retención de humedad con ollas de presión de Richards (1941) y la conductividad hidráulica con el método de cilindro de metal (Henríquez y Cabalceta 1999). Consistencia de suelos método de Atterberg y Casagrande (1948) en Lambe y Whitman (1998). Con lo anterior, se realizo la clasificación taxonómica de los suelos a nivel de subgrupo (Soil Survey Staff 2006) y se interpretó la fertilidad según los criterios de Bertsch (1998).
Resultados y discusión
En la región estudiada se identificaron 2 unidades geomorfológicas: tectónica-erosiva y de sedimentación; 5 grandes paisajes; 4 paisajes y 3 subpaisajes (Cuadro 2).
Se identificaron 29 unidades cartográficas, de las cuales 6 son consociaciones, 22 asociaciones y una tierra misceláneas (Cuadro 3 y Figura 9).
Se identificaron 4 órdenes de suelos (Cuadro 4). Los Ultisoles con régimen de humedad ústico, ocupan el 38% del área estudiada. Estos suelos se formaron a partir de materiales parentales de origen: 1) sedimentario marino, 2) volcánico andesítico-basáltico y 3) coluvial; las edades de estos materiales va del Pleistoceno al Oligoceno. Los perfiles que poseen acumulación de materia orgánica se clasificaron dentro del suborden Humults y los que no cumplen este requisito como Ustults. Se ubicaron en 5 grandes grupos: Haplustults, Paleustults, Haplohumults, Palehumults, Rhodustults y en 9 subgrupos: Typic Haplustults, Aquic Haplustults, Typic Paleustults, Andic Haplohumults, Aquic Haplohumults, Aquandic Haplohumults, Ustic Haplohumults, Andic Palehumults y Typic Rhodustults. Los Ultisoles con cenizas volcánicas en superficie se clasificaron como del subgrupo Andic. A nivel de familia y por clases granulométricas, la clasificación es arcillosa y arcillosa muy fina, la clase mineralógica caolinítica y el régimen de temperatura isotérmico, a excepción de la unidad cartográfica La Virgen-Abejonal que es isomésico.
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Otros suelos con horizonte cámbico y de evolución incipiente son del orden de los Inceptisoles que representan el 23% de la superficie cartografiada. Se han formado en: 1) áreas de rocas ígneas; 2) alrededor de las litologías intrusivas y 3) sobre depósitos aluviales recientes. El régimen de humedad ústico los ubica en el suborden Ustepts. El bajo contenido de bases los clasifica en el gran grupo Dystrustepts. Los subgrupos encontrados son Andic, Fluventic y Typic. A nivel de familia, la clasificación por clases granulométricas es Francosa fina, con régimen de temperatura isomésico e isotérmico en función de la altitud a la que se encuentren.
En niveles altos de la subcuenca la deposición de cenizas volcánicas permitieron la formación de suelos: del orden de los Andisoles (17% del área), los que presentan una capa de 35 cm con propiedades ándicas y en ocasiones horizontes argílicos sepultados. Los horizontes que están encima del argílico son frágiles, vulnerables a erosionarse y deslizarse. El régimen de humedad ústico los clasifica en el suborden Ustands. En general son del gran grupo Haplustands y en función de su contenido de bases de los subgrupos Dystric y Humic. A nivel de familia, la clasificación por clase granulométrica es medial, la mineralógica amorfa y por temperatura isomésicos.
Los Entisoles (22% del área estudiada) están localizados en fondos de valle de aluviones recientes y en superficies erosionadas con fuerte pendiente de las litologías sedimentarias, ígneas e intrusivas. Son suelos con muy poca o ninguna evidencia de desarrollo de horizontes pedogenéticos que pertenecen a los subórdenes Fluvents y Orthents. De acuerdo con su régimen de humedad ústico son del gran grupo Ustifluvents, Ustorthents y fueron ubicados en el subgrupo Typic. A nivel de familia, la clase granulométrica es Francosa fina, con régimen de temperatura isomésico e isotérmico en función de la altitud a la que se encuentren. La Figura 9 muestra el mapa de suelos a escala 1:50 000. Los valores promedios, mínimo y máximo de las principales características químicas de los suelos de la subcuenca se resumen en el Cuadro 5. En el horizonte A el valor promedio de materia orgánica es de 8,52%, con mínimos y máximos de 0,65 y 25,12%, respectivamente. La materia orgánica disminuye con la profundidad del suelo, de manera que en los horizontes B y C son de 1,57%, con un valor máximo de 12,50% y otro mínimo de 0,10%. En la Figura 10 se nota que el 47% de las muestras del horizonte A tienen materia orgánica de entre 5 y 10%, valor considerado como óptimo, y que el 71% de los horizontes B y C poseen valores menores a 2%, considerados como bajos.
El contenido promedio de Ca intercambiable en el horizonte A es de 6,72 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 27,70 y 0,10 cmol(+).kg-1 suelo. En los horizontes B y C el Ca intercambiable el valor promedio de esta variable es 4,37 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 34,9 y 0,05 cmol(+).kg-1 suelo.
El valor promedio de Mg intercambiable en el horizonte A es de 1, 64 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 6,34 y 0,11 cmol(+).kg-1 suelo. En los horizontes B y C el Mg intercambiable el valor promedio de esta variable es 1,04 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 5,47 y 0,02 cmol(+).kg-1 suelo.
El valor promedio de K intercambiable en el horizonte A es de 0,50 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 2,20 y 0,10 cmol(+). kg-1 suelo. En los horizontes B y C el K intercambiable el valor promedio de esta variable es 0,22 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 1,30 y 0,03 cmol(+).kg-1 suelo.
El contenido promedio de Na intercambiable en el horizonte A es de 0,12 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 0,32 y 0,10 cmol(+).kg-1 suelo. En los horizontes B y C el Na intercambiable el valor promedio de esta variable es 0,15 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 0,50 y 0,01 cmol(+).kg-1 suelo.
El valor promedio de la Suma de Bases en el horizonte A es de 8,46 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 35,68 y 0,47 cmol(+).kg-1 suelo. En los horizontes B y C el valor promedio de esta variable es 5,92 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 38,41 y 0,40 cmol(+).kg-1 suelo.
En relación con el % Saturación de Bases, en el horizonte A, el valor promedio es de 22,15 (bajo), el valor máximo 94% y el mínimo 1,88%. Como se muestra en la Figura 11, un 66% de las muestras de los horizontes A y el 78% de los horizontes B y C, poseen la saturación de bases menor a 20%.
El valor promedio de la Capacidad de Intercambio de Cationes (CIC) en el horizonte A es de 40 cmol(+).kg-1, con valores máximos y mínimos de 74 y 14 cmol(+).kg-1 suelo. En los horizontes B y C el valor promedio de esta variable es 31 cmol(+).kg-1 suelo, extremos de 29 y 18 cmol(+).kg-1 suelo.
El valor promedio de pH en el horizonte A es de 5,2 valor considerado como fuertemente ácido, con valores máximos y mínimos de 6,4 y 4,1. En los horizontes B y C el valor promedio de esta variable es 5,3, con extremos de 7,1 y 4,0. En la Figura 12 para pH en agua, el 76% de las muestras del horizonte A tienen un pH menor a 5,5 y de estas, el 42% es menor a pH 5,0. El 68% de los horizontes B y C tienen un pH menor a 5,5. ]]>
El valor promedio de la Acidez Intercambiable en el horizonte A es de 2,47 cmol(+).l-1, con valores máximos y mínimos de 27,7 y 0,15 cmol(+).l-1 suelo. En los horizontes B y C el valor promedio de esta variable es 4,60 cmol(+).l-1 suelo, extremos de 28,3 y 0,19 cmol(+).l-1 suelo. La acidez intercambiable mayor a 1 cmol(+).l-1, considerada como muy alta, ocurre en un 67% de las muestras de los horizontes A, B y C. Solo un 11% de horizontes A y 14% de horizontes B y C muestran valores óptimos de acidez inferiores a 0,3 cmol(+).l-1 (Figura 13).
En relación con el % Saturación de Acidez en el horizonte A, el valor promedio es de 36 5, el valor máximo 95% y el mínimo 0,76%. El índice de saturación de acidez fue alto en el 47% de los horizontes A, B y C. Los valores menores a 30% fueron encontrados en un 53% de las muestras, y solo el 24% de los horizontes A tuvieron una saturación de acidez menor a 10% (Figura 14). ]]>
El valor promedio de Retención de P en el horizonte A es de 82%, con valores máximos y mínimos de 98 y 55%. En los horizontes B y C el valor promedio de la Retención de P es de 56%, con extremos de 80 y 42%.
Entre las principales propiedades físicas de los suelos, se consideran la Densidad Aparente y la Densidad de Partículas, con las cuales se puede calcular la Porosidad del suelo. En la región bajo estudio estas propiedades variaron de la siguiente manera:
El valor promedio de la Densidad Aparente (Da) en el horizonte A es de 0,91 Mg.m-3, con valores máximos y mínimos de 1,34 y 0,52 Mg.m-3. En los horizontes B y C el valor promedio de la Da es de 1,16, con extremos de 1,44 y 0,77 Mg.m-3.
El valor promedio de la Densidad de Partículas (Dp) en el horizonte A es de 2,56 Mg.m-3, con valores máximos y mínimos de 2,87 y 1,73 Mg.m-3. En los horizontes B y C el valor promedio de la Dp es de 2,46, con extremos de 3,79 y 1,67 Mg.m-3.
Conclusiones
En el
Cuadro 6 se resume la forma en que los diferentes factores afectan la génesis de los suelos en la cuenca media-alta del río Pirrís.
Los suelos desarrollados sobre deposiciones de cenizas volcánicas son recientes. Sobre este material parental piroclástico de deposición reciente (700 años) actúa el clima. La dispersión de las cenizas hasta la ]]>
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Los suelos desarrollados a partir de terrazas recientes, son en general de poco desarrollo morfológico con secuencia de horizontes tipo A/C y A/Bw/C. El principal factor formador de los suelos son las deposiciones de aluviones provenientes de los ríos Pirrís y Pedregoso en un tiempo geológico reciente (11 mil años al presente), sobre los que actúa el clima en un relieve casi plano. En este paisaje se han clasificado los órdenes Entisoles e Inceptisoles con presencia de grava de diverso tamaño en el subsuelo y pedregosidad superficial en algunos sectores.
Cerca de los materiales intrusivos ácidos de la Cordillera de Talamanca, cuya edad varía de 8,5-11 Ma (Kussmaul 1987), se desarrolló una aureola de metamorfismo de contacto con un intenso proceso de alteración hidrotermal de la roca preexistente. Las rocas intrusivas como la granodiorita, presentan contenidos importantes de cuarzo, plagioclasas sódicas, menor cantidad de feldespatos alcalinos y pequeñas cantidades de ]]>
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Los suelos Ultisoles de esta parte de la Cordillera de Talamanca y Fila Brunqueña se hallan sobre litologías volcánicas (lavas basálticas, andesíticas, andesitas basálticas) y sedimentarias (lutitas, areniscas de grano fino a medio). Químicamente, estas rocas volcánicas del Plioceno son intermedias en cuanto al contenido de sílice (cuarzo) y muestran olivinos, piróxenos, feldespatos, plagioclasas cálcicas (rocas basálticas) a plagioclasas de ]]>
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En general, la textura superficial de los suelos en la subcuenca es 69% moderadamente fina a fina, 28% media y 3% gruesa. En el subsuelo el 96% es arcilloso, el 2% es de textura mediana y el 2% es de granulometría gruesa.
El régimen climático presenta 2 períodos: uno seco de diciembre a marzo y otro lluvioso de mayo a octubre, hay una transición entre el período seco y lluvioso en abril y ]]>
La elevación sobre el nivel del mar determina la cobertura vegetal de la subcuenca. La vegetación natural tiene una zonificación por piso altitudinal cerca de los 2300 m de altura y que separa el bosque Montano Bajo y Montano Alto. Los bosques ]]>
Quercus), aunque incluyen especies del género Chusquea y cipresillo (Podocarpus macrotachyus). Algunos árboles importantes en el montano bajo son el cedro maría (Calophylum brasiliense) y el tirrá (Ulmus mexicana). La zonación agroecológica ]]>
Los principales tipos de relieve son las tierras montañosas de fuerte pendiente, con áreas de relieve suave que ocupan valles y ]]>
Las principales unidades geológicas son del Terciario con litologías volcánicas (Grifo Alto), sedimentarias (Térraba), superficies menores de intrusivos (grupo Comagmático Talamanca) y de sedimentos no consolidados del Cuaternario.
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La edad de formación por tipo de depósito que da origen al suelo varía entre el Holoceno y el Paleoceno Inferior a Mioceno Medio.
Recomendaciones
A partir de las conclusiones expuestas, se hacen las siguientes recomendaciones:
Los promedios de las características químicas de los suelos de la cuenca muestran suelos ácidos de acuerdo con lo siguiente: pH bajo a moderadamente ácido, aluminio intercambiable alto, bajo porcentaje de saturación de bases, deficientes en calcio, magnesio, potasio, fósforo, zinc, lo que se traduce en fertilidad actual baja. Consecuentemente la fertilización sostenida y el encalado periódico deben constituir prácticas corrientes de manejo aplicadas en forma controlada, adaptadas al tipo de uso de la tierra y los pastizales.
En relación con los contenidos de aluminio presente en la cuenca, se recomienda la implementación de parcelas de encalado que indiquen la dosis de cal más eficiente en relación con la respuesta del cultivo y el Al en el suelo.
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