Escorrentía y exportación de plaguicidas, nutrientes y suelo asociado a sistemas agrícolas de Entre Ríos (Argentina) bajo el escenario actual de cambio climático

Abstract

Esta tese de doutoramento avaliou o impacto das variables agroambientais (precipitación e secuencia de cultivos) na xeración de enxurrada, a perda de solo e a exportación de herbicidas, nutrientes e carbono en secuencias de cultivos con sementeira directa na rexión centro-oeste de Entre Ríos (Arxentina), considerando o escenario actual de cambio climático. Analizáronse: i) a evolución das precipitacións nos últimos 90 anos (1934–2023) utilizando datos diarios obtidos na Estación Agrometeorolóxica do Paraná do Instituto Nacional de Tecnoloxía Agropecuaria (INTA EEA Paraná) e a súa relación co Oscilación do Sur-El Niño (ENSO). As variables consideradas a escala anual e mensual foron: cantidade de choiva, número de días de choiva, porcentaxe de choivas intensas (>50 mm) e erosividade (factor R). En parcelas de enxurrada situadas no INTA EEA Paraná, avaliouse: ii) a enxurrada e as perdas asociadas de solo, nitróxeno e fósforo, en diferentes secuencias de cultivos durante 17 campañas agrícolas (2006-2023). Consideráronse os rexistros de precipitación e calculouse a erosividade asociada a cada evento. Ademais, para un evento de enxurrada de grande magnitude (maio de 2023), e despois dunha pulverización nestas parcelas, cuantificouse iii) a exportación de nutrientes, carbono e herbicidas na enxurrada. Os resultados amosaron: un aumento significativo nos parámetros de precipitación analizados na década de 1970, en correlación co comportamento do ENSO. Observáronse aumentos anuais en: cantidade de choiva (+16% desde 1975), número de días de choiva (+19% desde 1972), porcentaxe de choivas intensas (+21% desde 1971) e erosividade (+24% desde 1977). Nas parcelas de enxurrada, rexistráronse reducións significativas nas perdas de auga, solo e nutrientes na rotación de millo-trigo/soia (M-T/S) en comparación co monocultivo de soia (S) e a soia co cultivo de cobertura (SCC). Á escala de evento de enxurrada, a inclusión do trigo como cultivo de cobertura na secuencia SCC reduciu a perda de solo nun 46% en comparación con S. A distribución mensual das variables analizadas amosou a súa concentración nos meses con maior precipitación e erosividade. O volume de enxurrada explicou o 73% e o 84% das perdas de N e P, respectivamente, e o 53 % das perdas de solo. No evento puntual de enxurrada analizado (coas secuencias de coita), descubriuse que M-T/S e S-CC perderon menos auga e sedimentos en comparación con S, o que resultou nunha menor masa exportada de nitróxeno, fósforo e carbono nos sedimentos, aínda que en todos os casos os coeficientes de enriquecemento foron maiores que 1 para todas as secuencias. M-T/S e S-CC presentaron menores cantidades de herbicidas nos sedimentos da enxurrada en comparación con S, mentres que non se atoparon diferenzas na auga. A fracción de herbicidas exportada na enxurrada representou entre o 0,3 e o 9,1 % das cantidades presentes no solo despois da pulverización e antes da choiva. As altas correlacións atopadas entre as cantidades dos elementos analizados e o volume de auga e carga de sedimentos confirman a importancia da enxurrada como principal fonte de aporte difusa para as masas de auga. Nesta tese, mediante unha abordaxe multiescala, púidose xerar coñecemento sobre os procesos agroambientais que configuran a sustentabilidade dos sistemas de produción nunha área representativa da rexión pampeana da Arxentina. Os resultados obtidos indican as vantaxes de implementar rotacións agrícolas para conservar os recursos naturais implicados na produción e reducir a mobilidade de nutrientes, carbono e herbicidas a través da enxurrada, especialmente durante eventos climáticos extremos.

Esta tesis evaluó el impacto de variables agroambientales (precipitación y secuencia de cultivos) sobre la generación de escorrentía, pérdida de suelo y exportación de herbicidas, nutrientes y carbono en secuencias de cultivo bajo siembra directa en la región centro-oeste de Entre Ríos (Argentina), considerando el escenario actual de cambio climático. Se analizó: i) la evolución de la precipitación en los últimos 90 años (1934-2023) mediante datos diarios obtenidos en la Estación Agrometeorológica de Paraná del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA EEA Paraná) y su relación con el El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). Se consideraron, a escala anual y mensual, las variables: cantidad de lluvia, número de días lluviosos, porcentaje de lluvias intensas (>50 mm) y erosividad (factor R). En parcelas de escorrentía localizadas en INTA EEA Paraná se evaluó: ii) la escorrentía y pérdidas de suelo, nitrógeno y fósforo asociadas, en distintas secuencias de cultivos durante 17 campañas agrícolas (2006- 2023). Se consideraron los registros de precipitación y se calculó la erosividad asociada a cada evento. Además, para un evento de escorrentía de gran magnitud (mayo 2023), y posterior a una pulverización en dichas parcelas, se cuantificó iii) la exportación de nutrientes, carbono y herbicidas en la escorrentía. Los resultados mostraron: un aumento significativo en los parámetros de precipitación analizados en la década de 1970, en correlación con el comportamiento del ENSO. Se observaron aumentos a escala anual en: cantidad de lluvia (+16% desde 1975), número de días lluviosos (+19% desde 1972), porcentaje de lluvias intensas (+21% desde 1971) y erosividad (+24% desde 1977). En las parcelas de escorrentía se registraron reducciones significativas en las pérdidas de agua, suelo y nutrientes de la rotación maíz-trigo/soja (M-T/S) respecto a monocultivo de soja (S) y soja con cultivo de cobertura (SCC). A escala de evento de escorrentía, la inclusión de trigo como cultivo de cobertura en la secuencia S-CC redujo la pérdida de suelo respecto a S en un 46%. La distribución mensual de las variables analizadas evidenció su concentración en los meses con mayor precipitación y erosividad. El volumen de la escorrentía explicó el 73 y 84% de las pérdidas de N y P, respectivamente, y el 53% de las pérdidas de suelo. En el evento puntual de escorrentía analizado (con las secuencias en barbecho) se halló que, M-T/S y S-CC perdieron menos agua y sedimentos en comparación con S y esto determinó una menor masa exportada de nitrógeno, fósforo y carbono en sedimentos, aunque en todos los casos los coeficientes de enriquecimiento fueron superiores a 1 para todas las secuencias. M-T/S y S-CC presentaron menores cantidades de herbicidas en los sedimentos de la escorrentía respecto a S, mientras que en el agua no se hallaron diferencias. La fracción de herbicidas exportada en la escorrentía representó entre el 0,3 a 9,1% respecto a las cantidades en el suelo post-pulverizacion y previo a las lluvias. Las altas correlaciones encontradas entre las cantidades de los elementos analizados y volumen de agua y carga de sedimentos confirman la importancia de la escorrentía como la principal fuente de aporte difusa hacia los cuerpos de agua. En este trabajo de tesis, a través de un enfoque multi-escala, se logró generar conocimiento sobre procesos agroambientales que configuran la sostenibilidad de los sistemas productivos dentro de una zona representativa dentro la región pampeana de Argentina. Los resultados obtenidos indican las ventajas de implementar rotaciones agrícolas para conservar los recursos naturales implicados en la producción y reducir la movilidad de nutrientes, carbono y herbicidas vía escorrentía, sobre todo ante eventos climáticos extremos.

This thesis evaluated the impact of agro-environmental variables (precipitation and crop sequence) on runoff generation, soil loss, and the export of herbicides, nutrients, and carbon in crop sequences under no-tillage in the central-western region of Entre Ríos (Argentina), considering the current climate change scenario. It was investigated i) the evolution of precipitation over the last 90 years (1934-2023) using daily data from the Paraná Agrometeorological Station of the Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA EEA Paraná) and its relationship with El Niño–Southern Oscillation (ENSO). The analysis focused on annual and monthly variation of rainfall depth, number of rainy days, percentage of intense rainfall (>50 mm), and rainfall erosivity (R factor). On natural-rainfall runoff plots located at INTA EEA Paraná: ii) runoff volume and the associated losses of soil, nitrogen (N), and phosphorus (P) were quantified across three crop sequences during 17 crop seasons (2006-2023). Precipitation records were incorporated into the analysis, and rainfall erosivity was calculated for each event. Furthermore, for a major runoff event in May 2023, following herbicide application, iii) nutrients, carbon, and herbicides exports via runoff were quantified. The results showed a significant increase in the precipitation parameters during the 1970s, in correlation with ENSO dynamics. Annual increases were observed in rainfall depth (+16% since 1975), number of rainy days (+19% since 1972), percentage of intense rainfall (+21% since 1971), and rainfall erosivity (+24% since 1977). In the runoff plots, water, soil, and nutrient losses were significantly lower under corn-wheat/soybean rotation (M-T/S) compared with soybean monoculture (S) and soybean with cover crop (S–CC). At the runoff-event scale, including wheat as a cover crop in S-CC sequence reduced soil loss by 46% relative to S. The monthly distribution of the analyzed variables revealed their concentration in months with the highest precipitation and erosivity. Runoff volume explained 73% and 84% of N and P losses, respectively, and 53% of soil losses. For the specific runoff event analyzed, despite all crop sequences were under fallow, both M-T/S and S-CC lost less water and sediment compared to S. Consequently, these sequences exported lower amounts of nitrogen, phosphorus, and carbon in sediments. However, enrichment coefficients were consistently greater than 1 across all crop sequences. M-T/S and S-CC also showed lower herbicide loads in runoff sediments compared with S, while no significant differences were detected in runoff water. The fraction of herbicides exported via runoff ranged between 0,3% and 9,1% of the amounts present in the soil after spraying and before rainfall. Strong correlations were found between exported quantities of nutrients, carbon and herbicides and the corresponding volumes of water and sediment, highlighting runoff as a major pathway of diffuse inputs into water bodies. Through a multi-scale approach, this thesis generated knowledge on agro-environmental processes that shape the sustainability of production systems in a representative area of the Pampas region of Argentina. The results underscore the benefits of intensifying crop sequences for conserving natural resources and reducing nutrient, carbon, and herbicide mobility via runoff, particularly in the face of extreme weather events.