Las aguas subterráneas que se recargan bajo los campos de cultivo de zonas templadas pueden provenir de lluvias muy recientes, de apenas una o dos semanas de antigüedad, mientras que el agua que realmente absorben los cultivos proviene de fuentes mucho más antiguas.
Por Hannah Bird , Phys.org
Este hallazgo, publicado en Water Resources Research , desafía los modelos convencionales de movimiento del agua en el subsuelo y sugiere que nuestras suposiciones sobre cómo viajan los fertilizantes, los nutrientes y la humedad a través del suelo pueden necesitar revisión.
El submundo acuático de las tierras de cultivo
El investigador Joshua Snarski, doctorando de la Universidad de Connecticut, y sus colegas investigaron la edad del agua que ingresa al sistema de aguas subterráneas bajo la cuenca agrícola de Horsebarn Hill durante la temporada de cultivo. Para ello, se basaron en los niveles de humedad del suelo y la composición isotópica del agua subterránea . Esta última se utiliza para la datación, ya que las moléculas de agua que contienen oxígeno-18 (una forma más pesada de oxígeno) se evaporan y se desplazan a través del ciclo del agua más lentamente que las que contienen oxígeno-16, lo que permite a los científicos determinar cuánto tiempo ha permanecido el agua bajo tierra.
El equipo descubrió que las precipitaciones que caen durante la temporada de crecimiento pueden filtrarse a través de la zona vadosa (la capa no saturada de suelo y roca por encima del nivel freático , donde tanto el aire como el agua están presentes en los poros) y recargar el acuífero en cuestión de días o semanas.
El estudio señala que esta agua joven pasa por alto o se mueve a través del suelo rápidamente, llegando a depósitos de agua subterránea más profundos con mayor rapidez de lo que se suele suponer.
Este es un resultado interesante, dado que los modelos hidrológicos suelen asumir que las vías de recarga son relativamente lentas: la lluvia se infiltra gradualmente a través de las capas del suelo, se mezcla con agua más antigua y, finalmente, llega al acuífero en un plazo de meses o años. Sin embargo, esta investigación demuestra que, en un entorno agrícola de zona templada, una parte significativa de la recarga es, en realidad, muy reciente.
Los autores sugieren que mecanismos como el flujo preferencial —donde el agua se mueve a través de vías rápidas como grietas, macroporos o canales radiculares— pueden permitir que la lluvia evite gran parte de la matriz del suelo y llegue rápidamente a las aguas subterráneas.
A diferencia del agua joven que llega al acuífero, el agua a la que acceden los cultivos a través de sus raíces proviene de reservas de agua más antiguas y transporta nutrientes que han permanecido en el suelo durante más tiempo. Por consiguiente, el estudio pone de manifiesto una dicotomía: la rápida recarga de las aguas subterráneas mediante precipitaciones recientes frente a la absorción más lenta por parte de las plantas del agua almacenada en el suelo durante períodos más prolongados.
Repensando las vías de flujo
Esto es importante porque sugiere que la cronología y las trayectorias del flujo de agua bajo las tierras de cultivo son más complejas de lo que muchos modelos hidrológicos y agrícolas suponen, especialmente en lo que respecta al movimiento de nutrientes, el uso de fertilizantes y el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas. Por ejemplo, los modelos que asumen que el agua y los nutrientes del suelo se mueven a un ritmo lento y uniforme pueden estar sobreestimando la rapidez con que la lluvia se infiltra y, por lo tanto, transporta fertilizantes o contaminantes hacia abajo.
Esto es significativo para la gestión de fertilizantes, ya que si la lluvia recarga rápidamente los acuíferos, los fertilizantes aplicados a las tierras de cultivo también pueden ser arrastrados más rápidamente a las aguas subterráneas más profundas de lo esperado, especialmente si se aplican poco antes de fuertes lluvias.
Por el contrario, el hecho de que las plantas dependan del agua almacenada en suelos más antiguos pone de manifiesto que la disponibilidad de humedad en la zona radicular no siempre coincide con las lluvias más recientes. Por lo tanto, los agricultores y gestores del agua deben tener en cuenta tanto los flujos de recarga rápidos como las vías más lentas de humedad del suelo que sustentan los cultivos.
Además, existe un equilibrio crítico para el crecimiento de la vegetación; tiempos de residencia más prolongados para el agua y los nutrientes dentro de la zona radicular pueden favorecer el crecimiento de las plantas, mientras que el agua y los nutrientes transportados rápidamente más allá de la zona radicular pueden reducir la productividad de las plantas y contribuir directamente a la contaminación de las aguas subterráneas, al desarrollo de condiciones eutróficas en las aguas superficiales (lo que lleva a un crecimiento excesivo de algas que agota el oxígeno en el agua y perjudica la vida acuática) y a la contaminación del agua potable.
La investigación también subraya la importancia de la zona vadosa, situada entre la superficie del suelo y el agua subterránea. Las diferencias en la textura del suelo, las grietas y los canales radiculares pueden crear vías de flujo rápido que permiten que el agua y los nutrientes se muevan de forma desigual a través del subsuelo. Los modelos que tratan esta capa como una esponja uniforme pueden pasar por alto estas complejidades del mundo real.
Adaptación de la agricultura al cambio climático
Aunque el estudio se centró en una única cuenca agrícola templada, los resultados pueden tener una relevancia más amplia, ya que muchas tierras de cultivo en climas similares pueden experimentar el mismo comportamiento divergente en las vías del agua.
A medida que el cambio climático altera los patrones de lluvia, aumentando la frecuencia de tormentas intensas o modificando la distribución estacional, podría incrementarse el riesgo de una rápida recarga de las aguas subterráneas (y, potencialmente, del transporte de contaminantes). Comprender esto es fundamental para la sostenibilidad del suministro de alimentos, ya que afecta la fiabilidad con la que los cultivos pueden acceder al agua y los nutrientes, y la resiliencia de los sistemas agrícolas ante la variación de los patrones de lluvia.
Los investigadores piden una representación más realista del flujo de agua en la zona vadosa en los modelos, especialmente en aquellos utilizados para la planificación agrícola, la gestión de aguas subterráneas y la predicción de la lixiviación de nutrientes.
Mejorar nuestra comprensión de cómo los flujos rápidos (a través de macroporos o vías preferenciales) se mezclan con los flujos más lentos (a través de la matriz del suelo) podría mejorar las predicciones de la vulnerabilidad de las aguas subterráneas, el transporte de nutrientes y el suministro de agua para los cultivos.
Estos hallazgos ofrecen algo más que una nueva comprensión del agua bajo las tierras de cultivo: señalan oportunidades para una agricultura más inteligente y sostenible.
Al reconocer los distintos flujos de agua joven y antigua, los agricultores y gestores del agua pueden alinear mejor el riego, el uso de fertilizantes y la planificación de cultivos con el flujo natural del agua subterránea.
Este conocimiento podría ayudar a asegurar un suministro más fiable de agua y nutrientes para los cultivos, salvaguardar los recursos hídricos subterráneos y fortalecer la resiliencia de las tierras de cultivo frente a los cambios en los patrones de lluvia, ofreciendo un camino esperanzador para la producción sostenible de alimentos en el futuro.
Más información: Joshua W. Snarski et al, La precipitación de la temporada de crecimiento se filtra a las aguas subterráneas más allá del agua almacenada más antigua en una cuenca agrícola templada, Water Resources Research (2025). DOI: 10.1029/2024wr038869 .
