“SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN” Subsecretaría de Desarrollo Rural Dirección General de Apoyos para el Desarrollo Rural
Terrazas de zingg
Terrazas de Zingg Area de captación Area de siembra Corte Relleno
Definición. Las Terrazas de Zingg son canales amplios construidos perpendiculares a la pendiente donde se desarrollan los cultivos o pastizales y que cuentan con una área de captación de lluvia aguas arriba del canal y que tienen una relación de área de escurrimiento y de siembra de más de 2:1; esto es, tiene una área de siembra por dos de escurrimiento. En las zonas áridas y semiáridas, una de las prioridades es el manejo del agua. Para el desarrollo de las actividades agrícolas en las zonas áridas, se han generado tecnologías encaminadas a incorporar volúmenes de agua adicionales para la producción de los cultivos. Entre ellos se encuentran los sistemas de manejo y aprovechamiento de los escurrimientos superficiales por medio de bordos de derivación, los sistemas de captación in situ de agua de lluvia, el manejo de las relaciones área de escurrimiento y área de siembra como es este caso y algunos tipos especiales de terrazas para captar agua de lluvia, entre otras. Las terrazas de Zingg son un tipo especial de obras diseñadas para captar agua y conservar humedad en áreas áridas y semiáridas. Su sección típica, generalmente tiene un área de captación y un área nivelada destinada a la producción de cultivos con interés económico (Figura 1).
h
α
d
H
L
Figura 1. Sección de las terraszas de canal amplio (donde: L, H son el espaciamiento horizontal y vertical respectivamente) Normalmente emplea un terraplén de tierra similar al bordo de una terraza; la sección aguas arriba de la terraza se nivela con la finalidad de formar un bancal para la siembra de los cultivos o el desarrollo de pastizales o praderas, una parte del terreno inmediatamente arriba del área nivelada de la terraza, se destina y acondiciona como área de escurri-
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miento. El agua que se produce en la zona de escurrimiento se encauza al área nivelada de la terraza favoreciendo su almacenamiento, conservación a fin de complementar los requerimientos de agua de los cultivos. Se considera una práctica de conservación de suelo y agua diseñada para aprovechar más eficientemente la precipitación en la producción agrícola o de forrajes. En este sistema parte de la superficie se utiliza como área de captación para proveer, a través de la escorrentía, de agua adicional a la zona nivelada de la terraza donde se desarrollan los cultivos. Este método es aplicable en aquellas áreas con grandes áreas de cultivo donde la cantidad de agua disponible es lo que limita la producción y donde es posible destinar parte del terreno para obtener el exceso de agua o sea el escurrimiento. Hay que tener en cuenta que bajo este sistema se destina como área de escurrimiento entre el 50 y el 85% de la superficie disponible, de acuerdo con las precipitación media anual (las relaciones área de siembra y de escurrimiento varían de 1:1 – 1:6).
Consideraciones para su establecimiento. Algunas consideraciones para el uso del sistema de terrazas de canal amplio, son: ●● Pendientes suaves (0.5-5%) preferentemente, aunque se han utilizado con éxito en pendientes más severas con los ajustes pertinentes en el área de captación y el volumen de movimiento de tierra para su construcción. ●● Se requiere un suelo profundo que proporcione, tanto en la capacidad de almacenamiento de humedad como en efectos productivos mínimos por efecto de los cortes al construir las terrazas. El efecto de los cortes en el terreno donde el suelo superficial queda como relleno y el suelo subsuperficial se deja en la superficie, lo cual puede reducir la productividad de los cultivos por largo periodo de tiempo, haciendo necesario la adición de mejoradores de la fertilidad y propiedades física de suelos. En algunos casos, se recomienda separar la capa superficial del suelo, nivelar el terreno y después colocarla nuevamente el suelo superficial, una vez que se realizaron los cortes y rellenos en el terreno para la construcción de la terraza, de esta forma se aprovecha en material menos fértil en la construcción y nivelación de la terraza. Se requiere que el suelo tenga buena permeabilidad de manera que permita el paso del agua hacia el perfil.
●● Las pendientes suaves son una ventaja para grandes áreas mecanizadas, que son más efectivas para la construcción de terrazas paralelas y equidistantes. ●● Es conveniente la nivelación o razamiento de la superficie de la terraza destinada al establecimiento del cultivo, con la finalidad de asegurar una distribución uniforme de la humedad del suelo. ●● Existe el riesgo de que el escurrimiento del área de captación sea mayor que la capacidad de retención y almacenamiento de la zona de cultivo, de manera que es conveniente diseñar salidas del escurrimiento al final de la terraza, hacia un cauce protegido o alguna zona segura para el almacenamiento de los excesos de agua. ●● De la misma forma, es conveniente asegurar el mismo nivel del bordo; de esta manera se asegura que el agua almacenada no rebase la altura del bordo, minimizando el riesgo de erosión. En este sistema de terrazas es común hacer que el nivel del bordo en el extremo final de la terraza tenga 1.5 la altura del bordo del extremo inicial, asegurando que exista la mitad de la altura del bordo como bordo libre. ●● Se trata de un sistema de alto costo que tiene que ser pagado por los altos rendimientos resultantes de un alto nivel de insumos, especialmente semillas, fertilizantes y manejo agronómico del cultivo. Se requiere un manejo adecuado de los niveles de fertilización para evitar que la fertilidad del suelo sea una limitante productiva, después de eliminar la limitación por humedad por el sistema de captación realizado. ●● Los factores principales de diseño de este sistema de terrazas son el ancho del área de siembra y la
relación de la zona de escurrimiento y el área de captación. El ancho de la terraza se rige principalmente por el tipo de maquinaria usada. Como el ancho de las sembradoras aumenta continuamente, se requiere diseñar sistemas más anchos, restringidos por la pendiente y la profundidad del suelo. Los anchos típicos varían de 10 metros en terrenos con 5-6 %, a 30 metros en 2 % y 50 metros o más en uno por ciento de pendiente. Algunas experiencias reportan el uso de mini-terrazas de 9 m de ancho, con una relación 1:1 y diferentes rotaciones en la zona de captación y la terraza con un incremento del rendimiento del 100% en los cultivos en las terrazas. El rendimiento el cultivo se ha duplicado con el uso de las terrazas. ●● La práctica más habitual es que el área de cultivo de la terraza este nivelada en toda su longitud, pero existen evidencias de que manejando gradientes de pendiente del orden de 0.025% se asegura una salida eficiente del exceso de los escurrimientos. ●● La relación área de captación/área de siembra puede ser de 0:1 (en el caso donde toda la superficie del terreno se convierte en área de siembra) pero los valores típicos son de 1:1 o 2:1. En general a medida que la precipitación media anual es menor se requiere mayor área de captación para proporcionar suficiente humedad para los cultivos. ●● Es importante considerar las características de la lluvia para producir escurrimiento, el cual solo se logra si la intensidad excede la tasa de infiltración de la cuenca de captación. El tratamiento del área de la captación también puede afectar la cantidad del escurrimiento (Cuadro 1).
Cuadro.1 Efecto multiplicador de la lluvia en terrazas de canal amplio (Asumiendo que los requerimientos de agua por el cultivo de sorgo son de 500 mm) Precipitación media anual (Pma) (mm)
250
350
Relación captación/siembra (R)
Coeficiente de escurrimiento (C)
Escurrimiento (Pma * R * C)
Total
2
0.4
200
450
2
0.5
250
500
3
0.3
225
475
3
0.4
300
550
4
0.3
300
550
2
0.2
140
490
2
0.25
175
525
3
0.1
105
455
3
0.15
157
507
3
●● En regiones muy secas, las áreas de captación se pueden mantener libres de cultivo para promover el escurrimiento, aunque la práctica más común es mantener el cultivo continuo en el área de siembra y alguna rotación en el área de captación. Una rotación común en el área de captación es sorgo/ trigo/barbecho, rotando dos cultivos en tres años. Las experiencias en el uso de este sistema han mostrado que es adecuado y económico para regiones sin limitaciones de terreno y con buena mecanización. Los costos de acondicionamiento del terreno se pueden recuperar en 10 años.
Ventajas El canal permite disponer de una área de ancho uniforme y nivelada para el desarrollo de cultivos. Algunas veces las áreas de captación se utilizan para cultivos que no son de escarda (granos pequeños, pastos, etc.). Lo anterior, estará en función del tipo de precipitación en el área (Figura 2). Area de Siembra
Area de Captación
El establecimiento de terrazas en toda la superficie puede mejorar el retorno de la inversión, pero el costo de terrazas es mucho menor. Desde el punto de vista económico se ha encontrado que una relación área de captación/área de siembra de 2:1, los costos de establecimiento se reducen a 1/3 y en muchos estudios se ha reportado como el sistema más económico.
Sección transversal de canal amplio o de Zingg. La terraza de canal amplio está diseñada para ser utilizada en aquellas áreas donde la precipitación pluvial es muy escasa para el desarrollo de los cultivos y no existe posibilidad de introducir agua de riego. La sección es similar a la de bancos alternos en lo relativo a la separación de estos, pero difiere en que las áreas de corte y relleno se encuentran dentro de la misma sección. Los intervalos entre bancales no se siembran y su función es la de captar agua de lluvia para complementar las necesidades del cultivo que se establece en el canal amplio. Se trata del concepto conocido como “cosecha de agua”. Las dimensiones de las diferentes partes de la sección se calculan de acuerdo a la precipitación de la zona, el tipo de cultivo a desarrollar, la profundidad del terreno y el tipo de implementos y maquinaria por utilizar. El bordo del canal amplio debe tener una altura suficiente para almacenar la escorrentía de una lluvia de 24 horas con un periodo de retorno de cinco años, aun cuando en su diseño se recomienda que en el cálculo de las relaciones área de escurrimiento/área de siembra considere un periodo de retorno de dos años.
Adaptabilidad Este tipo de obras se adaptan mejor en zonas con pendientes mayores al 4% y precipitaciones menores de 500 mm anuales.
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Figura 2. Sección transversal de canal amplio
Limitaciones Si los suelos no son lo suficientemente permeables para permitir el paso del agua en el perfil proveniente de la máxima escorrentía esperada, proveniente de una lluvia de 24 horas con un periodo de retorno de cinco años, debe construirse la terraza con los extremos abiertos y dirigir el desagüe hacia un cauce protegido. La profundidad de corte para la construcción del canal puede verse limitada por la presencia de capas duras o no fértiles del suelo.
Consideraciones de diseño. Las dimensiones de la terraza de canal amplio están en función de la relación área de captación/área de siembra, que considera que el agua captada más el agua de lluvia en la zona de cultivo debe ser equivalente al agua requerida para satisfacer las demandas hídricas del cultivo El volumen de agua que se produce en el área de captación depende de la precipitación media anual, la textura del
suelo, las condiciones de cobertura vegetal y la pendiente del terreno. El escurrimiento superficial, se calcula multiplicando una lluvia de “diseño” por el coeficiente de escurrimiento. Como no todo el escurrimiento superficial puede ser eficientemente utilizado (debido a filtración profunda, etc.) tiene que ser multiplicado adicionalmente por un factor de eficiencia.
suntivo) menos la lluvia de diseño. Agua extra requerida = Area cultivada x (UC - Lluvia de diseño) Lo anterior nos lleva a modificar la relación original de la siguiente manera:
Agua captada = Área de captación x Lluvia de diseño x Coeficiente de escurrimiento superficial x Factor de eficiencia
Área de captación x Lluvia de diseño x Coeficiente de escurrimiento x factor de eficiencia = Área cultivada x (UC Lluvia de diseño)
La cantidad de agua requerida se obtiene multiplicando el área cultivada por los requerimientos de agua del cultivo que representa el requerimiento total de agua (Uso Con-
Al reordenar la relación anterior, finalmente se obtiene la ecuación para calcular la relación área de escurrimiento/ área de siembra:
área de escurrimiento Uso consuntivo − Lluvia de diseño área de siembra Lluvia de diseño x coeficiente de escurrimiento x factor de eficiencia
Requerimiento de Agua por los Cultivos (Uso Consuntivo) El uso consuntivo depende de la clase de cultivos y el clima del lugar donde se están desarrollando. Las estimaciones se pueden estimar utilizando fórmula empíricas que están en función de las condiciones de temperatura, horas luz, radiación solar, factores por tipo de cultivo y etapa fenológica del mismo, que dan la lámina de agua evapotranspirada por las plantas y que en general se podrían utilizar tasas de evapotranspiración de un valor de 3 a 5 mm por día durante el desarrollo del cultivo.
Lluvia de Diseño La lluvia de diseño se establece por cálculos o estimados, generalmente se considera la precipitación media anual con un periodo de retorno de 2 años para un sistema seguro, lo que implica que al menos uno de cada dos años se asegura el abastecimiento del agua necesaria para el desarrollo y producción del cultivo. Para el diseño de la altura del bordo se considera la precipitación con un periodo de retorno de 5 años, de manera que se asegura que la altura del bordo es suficiente para evitar problemas de ruptura de los bordos y problemas subsecuentes de erosión. Para la lluvia de diseño es conveniente contar con información de la precipitación media anual al menos de 10 años del área donde se establecerá el sistema de terrazas. Para el cálculo de los periodos de retorno se recomienda utilizar las rutinas establecidas ex profeso. Hay que tomar que la lluvia de diseño es la cantidad de lluvia estacional para la cual está diseñado el sistema para proveer escurrimiento superficial suficiente para cubrir los
requerimientos de agua de cultivo. Si la lluvia está por debajo de la “lluvia de diseño”, hay un riesgo de fracaso del cultivo debido a estrés por humedad. Cuando la lluvia está sobre la del “diseño”, entonces el escurrimiento superficial está en excedente y puede provocar el rompimiento de los bordos y generar problemas de erosión. La lluvia de diseño es calculada a una cierta probabilidad de ocurrencia. Si, por ejemplo, se fuera a establecer este sistema de terrazas con un 67% de probabilidad, el agua requerida será proporcionada o estará excedida (como promedio) en dos de cada tres años y la lluvia captada será suficiente para satisfacer el uso consuntivo, también en dos de cada tres años. Un diseño conservador estará basado en una probabilidad más alta (lo cual significa una lluvia de diseño baja), para hacer el sistema más “confiable” y así satisfacer el uso consuntivo de los cultivos. Sin embargo, el riesgo potencial sería una inundación más frecuente del sistema en años donde la lluvia ocurrida excede a la lluvia de diseño.
Coeficiente de Escurrimiento Esta es la proporción de lluvia que fluye a lo largo de la tierra como escurrimiento superficial. Depende entre otros factores del grado de pendiente, el tipo de suelo, la cubierta vegetal, antecedente de humedad del suelo, intensidad y duración de la lluvia. El coeficiente varía generalmente entre 0.1 y 0.5. Cuando no se dispone de información, el coeficiente puede ser estimado con base en la experiencia; sin embargo, de acuerdo con las condiciones de cobertura y la textura del suelo se puede utilizar en forma genérica la información que se consigna en el Cuadro 2.
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Cuadro 2. Valores del Coeficiente de escurrimiento (C) Uso Agrícola (cultivos)
Pastizales
Bosque
Pendiente %
Textura Gruesa
Media
Fina
0a2
0.08
0.11
0.14
2a6
0.13
0.15
0.19
>6
0.16
0.21
0.26
0a2
0.12
0.18
0.24
2a6
0.20
0.28
0.30
>6
0.30
0.37
0.44
0a2
0.05
0.08
0.10
2a6
0.08
0.11
0.13
>6
0.11
0.14
0.16
Factor de Eficiencia Este factor tiene en cuenta la ineficiencia de la distribución desigual del agua dentro del campo, así como las pérdidas por evaporación y la percolación profunda. Donde el área de cultivo es nivelada y suavizada, la eficiencia es más alta. La selección del factor se deja a criterio del diseñador basándose en su experiencia y en la técnica seleccionada. Normalmente los rangos de factor son entre 0.5 y 0.75.
Requerimientos de agua por los cultivos. Un factor de gran importancia en el diseño de las terrazas de Zingg, es el requerimiento de agua por los cultivos, para determinarlo se puede recurrir a los métodos tradicionales para calcular el uso consuntivo, siempre y cuando se cuente con la información suficiente para estimar el factor de crecimiento del cultivo, en caso contrario, se puede utilizar la información de requerimientos hídricos consignado en el Cuadro 3, que toma en cuenta el cultivo y el ciclo de desarrollo.
Cuadro 3. Requerimientos hídricos de los cultivos con mayor frecuencia de siembra en las zonas áridas y semiáridas de México. Cultivo
Avena Cebada Frijol
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Duración del Ciclo vegetativo (Días)
Requerimientos de agua (mm)/periodo vegetativo
Maíz
100-160+
500-800
Pasto sudan
60-90
300-450
Pastos
Perenne
250-650
Sorgo Trigo
100-140+
450-650
100-130 Primavera
450-650
180-250 Invierno
450-650
Fuente: FAO 1979. Efecto del agua sobre el rendimiento de los cultivos. En forma práctica y como ya se señalo, se pueden utilizar las tasas de evapotranspiración potencial de 3 a 5 mm/día que al multiplicarla por el número de días se obtiene la demanda de agua del cultivo en la zona a trabajar.
Ejemplo de cálculo de sistema de terrazas de Zingg. Se desea construir un sistema de terrazas de Zingg en la el Municipio de Villa de Arriaga en el Estado de San Luis Potosí para sembrar maíz con una duración del ciclo de desarrollo de 160 días. El suelo es un Phaeozem lúvico de textura migajón arcillo arenoso con una profundidad de 60 cm. La cobertura del suelo en la zona es de matorral micrófito y nopal, con 30% de cobertura. La pendiente media del terreno es del 4% y la precipitación media anual con 2 años de periodo de retorno es de 300 mm; la precipitación media anual con un periodo de retorno de 5 años, es de 325 mm. Clima: Árido Sistema “RWH”: Captación externa (ejemplo, bordos trapezoidales) Cultivo Maíz: - Uso consuntivo del cultivo maíz (ciclo vegetativo total) 640 mm (bajo, debido a madurez rápida) - Lluvia de diseño (ciclo vegetativo) = 250 mm (a un nivel de probabilidad de P=67%) - Coeficiente de escurrimiento (estacional) = 0.37 (bajo, debido a una área de captación relativamente larga y con baja pendiente) - Factor de eficiencia = 0.6 (estimado general, técnica para largas pendientes)
100-130
450-650
60-90 Freco
300-500
C 640 - 250 ----- = ---------------------- = 7 CA 250 x 0.37 x 0.6
90-120 Seco
300-500
El resultado anterior significa que el área de captación debe
60-90
300-450
ser 7 veces más que el área de cultivo (en otras palabras, la relación área de captación: área cultivada es 7:1) Área de escurrimiento (7)
Elaboró: Erasmo Rubio Granados. erubio@colpos.mx erubio@colpos.mx Mario R Martínez Menes. mmario@colpos.mx mmario@colpos.mx
Área de siembra (1)
Comentario: La relación es alta, pero el sistema está diseñado para un área seca con el supuesto de un bajo coeficiente de escurrimiento superficial. Recuerde que el suelo debe tener la capacidad de almacenar el volumen de agua adicional producto del escurrimiento, es conveniente recordar que la capacidad de almacenamiento del depende de la profundidad del suelo, la densidad aparente y la textura. Para calcular la lámina de almacenamiento
Bibliografía. Creswell, R, and F.W, Martin. 1998. Dryland farming: Crops & Techniques for Arid Regions. echo@echonet.org Critchley, W and K, Siegert. 1997. Manual de Captación de Agua de Lluvia. Traducción: Manuel Anaya Garduño. SMCS. Publicación Especial 6. 125 pp. Hausser,V.L. 1968. Conservation Bench Terraces in Texas. Trans of ASAE. Vol 11. No.3. 385-388 pp. Jones,O.L. 1981. Land forming effect on dryland sorghum production in the Southern Great Plains. Soil. Sci. Soc. Am. J. 45. 606-611 pp. Jones, O.L, and T.W, Pophan. 1997. Cropping and Tillage System for Dryland grain production in the Southern High Plains. Agronomy Journal. 89: 222-232 pp. SARH. Colegio de Postgraduados. 1991. Manual de conservación del suelo y agua. Montecillo, Estado de México. México. 581 pp. Unger, P.W, and R.L. Baumhardt. 1999. Factors related to dryland grain Sorghum yield increases. Agronomy Journal. American Society of Agronomy. 91: 870-875 pp. Zingg, A.W. and V.L, Hausser. 1959. Terraces Benching to save potential runoff for semiarid land. Agronomy Journal. 289-292 pp. El uso consuntivo se puede estimar en forma general, considerando una evapotranspiración potencial de 4 mm por día y al multiplicarlo por 160 días se obtienen 640 mm anuales.
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