Cultivos Tropicales Vol. 45, No. 2, abril-junio, 2024, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Influencia compleja del relieve en la erosión de los suelos Ferralíticos Rojos a escala local

 

iDJosé Manuel Febles González1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300*✉:jmfebles@yahoo.com

iDJosé Miguel Febles Díaz1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300

iDAna Victoria Maura Santiago2Facultad de Contabilidad y Finanzas. Universidad de La Habana, calle San Lázaro y L., Municipio Plaza de la Revolución, La Habana, Cuba. CP 10400

iDAlfredo Tolón Becerra3Universidad de Almería, carretera Sacramento, s/n 04120, La Cañada de San Urbano, Almería, España. CP 04120

iDNelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000

iDEveraldo Zonta4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000


1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300

2Facultad de Contabilidad y Finanzas. Universidad de La Habana, calle San Lázaro y L., Municipio Plaza de la Revolución, La Habana, Cuba. CP 10400

3Universidad de Almería, carretera Sacramento, s/n 04120, La Cañada de San Urbano, Almería, España. CP 04120

4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000

 

*Autor para correspondencia: jmfebles@yahoo.com

RESUMEN

Estudiar el relieve a través del análisis morfológico permite tipificar formas, elementos y estructuras del relieve kárstico que auxilian en el entendimiento de la génesis, evolución y dinámica que asume la erosión de los suelos Ferralíticos Rojos, circunstancia particularmente importante en la Llanura Kárstica Meridional Habana - Matanzas, para comprender cómo y porqué cierta información es preservada y otra se pierde conforme la investigación se ejecuta de una escala a otra, lo que ha propiciado ciertos mitos e incertidumbres sobre los procesos de degradación de estos suelos. El presente trabajo tiene como objetivo analizar la influencia compleja del relieve y la escala geográfica en la comprensión de los procesos kárstico - erosivos en las áreas de influencia de las depresiones kársticas, a partir de una línea base de más de tres décadas, que demuestra el avance unidireccional de la dinámica kárstico - erosiva, en conformidad con las condiciones de uso y manejo a que han estado sometidos. Se concluye que el reconocimiento y evolución espacio - temporal de las formas de erosión solo es posible realizarla a escala local y no a partir de un re-escalamiento simple de las variables a grandes áreas, para así evitar diferentes interpretaciones en los mapas de erosión de los suelos Ferralíticos Rojos en Cuba.

Palabras clave: 
degradación, karst, relieve

Recibido: 13/10/2022; Aceptado: 22/1/2023

Conflicto de intereses: Los autores declaran no tener conflicto de intereses

Contribución de los autores: Desarrollo de la investigación en campo, análisis estadístico, interpretación, estructura y diseño del manuscrito- José M: Febles González. Interpretación, análisis estadístico y corrección del manuscrito- José Miguel Febles Díaz. Toma y procesamiento de datos de campo- Ana Maura Santiago. Análisis de los resultados obtenidos- Alfredo Tolón Becerra; Nelson M. B. do Amaral Sobrinho; Everaldo Zonta.

Conflict of interest: The authors declare that they have no conflict of interest.

Author contributions: Development of field research, statistical analysis, interpretation, structure and design of the manuscript- José M. Febles González. Interpretation, statistical analysis and correction of the manuscript- José Miguel Febles Díaz. Field data collection and processing- Ana Maura Santiago. Analysis of the results - Alfredo Tolón Becerra; Nelson M. B. do Amaral Sobrinho; Everaldo Zonta.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

Estudios de suelos realizados en la Llanura Sur de La Habana han demostrado que en la variabilidad de la cobertura ferralítica influye, fundamentalmente, el relieve y la permeabilidad del material sustentador; si estos dos factores son evaluados a una escala más grande se constata que el desarrollo de formas kársticas (dolinas, uvalas, poljes, etc.) y sus consecuencias sobre el microrelieve crean condiciones propicias para la manifestación diferenciada de procesos erosivos estrechamente relacionados con las variaciones del micro relieve (11. Herrera Sorzano A. Mayabeque: Atlas agrícola de una provincia cubana [Internet]. La Habana, Cuba: UH; 2019. Available from: https://isbn.cloud/9789597251262/mayabeque-atlas-agrícola-de-una-provincia-cubana/. ).

En este contexto, la escala desempeña un concepto integrador ampliamente utilizado en diversas disciplinas para referirse a las cualidades y extensión geográfica de los objetos de estudio, así como para precisar algunos principios metodológicos de la investigación científica en relación con los métodos de muestreo e inferencia, de los cuales se derivan las propiedades de los objetos geográficos que emergen o se visualizan de forma diferente de acuerdo con el nivel en que se defina (22. Colin-Olivares O, Frausto-Martínez O, Rodríguez-Castillo J. Calculo automatizado de la profundidad de depresiones kársticas a escala detallada. In: Conocimientos y saberes del karst tropical en México [Internet]. México: Acts With Science; 2019. p. 55-78. Available from: https://www.amek.org.mx/wp-content/uploads/2019/10/LibroConocimientos-Cap%C3%ADtulo-12.pdf , 33. Jeannin P-Y, Artigue G, Butscher C, Chang Y, Charlier J-B, Duran L, et al. Karst modelling challenge 1: Results of hydrological modelling. Journal of Hydrology [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];600:126508. doi:10.1016/j.jhydrol.2021.126508 ).

Circunstancia particularmente importante en la Llanura Kárstica Meridional Habana - Matanzas para reconocer las modalidades específicas de la erosión de los suelos Ferralíticos Rojos y determinar cómo y porqué cierta información es preservada y otra se pierde conforme la investigación se ejecuta de una escala a otra, lo que ha propiciado ciertos mitos e incertidumbres sobre los procesos de degradación de estos suelos, a los que el MINAG (44. Olegario C. INFORME FINAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA. 2020; Available from: https://www.unccd.int/sites/default/files/ldn_targets/2020-10/Cuba%20LDN%20TSP%20Final%20Report%20%28Spanish%29.pdf ); CIGEA (55. PANORAMA AMBIENTAL. Cuba Edición julio [Internet]. [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://1library.co/document/q53v5jjz-panorama-ambiental-cu-b-edici%C3%B3n-j-u-l.html ); Instituto de Suelos (66. Environment UN. Evaluacion del Medio Ambiente Cubano - GEO Cuba [Internet]. UNEP - UN Environment Programme. 2007 [cited 2024 Feb 12]. Available from: http://www.unep.org/resources/report/evaluacion-del-medio-ambiente-cubano-geo-cuba ) e IGT (77. Basulto JMM, Machín JAL, Alvarez ON, Hernández SVR, Pérez ST. El Atlas Nacional de Cuba “LX Aniversario”. Hacia un atlas vivo. Revista Cubana de Geografía [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];2(1). Available from: http://revistasgeotech.com/index.php/rcg/article/view/318 ), continúan clasificándolos como "no erosionados", por la generalización conceptual que imponen las escalas de representación, donde no es posible manejar el concepto de extensión que proporciona el objeto, situación sobre la cual resulta imperativo recapacitar dado el incuestionable valor edafológico - patrimonial de estos suelos (88. Febles González JM, Febles Díaz JM, Vega Carreño MB, Herrera Sorzano A, Maura Santiago AV, Tolón Becerra A, et al. Resiliencia y protección agroambiental de los suelos Ferralíticos Rojos en regiones Kársticas del Occidente de Cuba. Anales de la Academia de Ciencias de Cuba [Internet]. 2022 [cited 2024 Feb 12];12(2). Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2304-01062022000200003&lng=es&nrm=iso&tlng=es ).

Reflexionando sobre estas consideraciones y, tomando como referencia investigaciones y artículos publicados que revelan los efectos de la morfogénesis kárstica en los suelos Ferralíticos Rojos en el occidente de Cuba, el presente trabajo tiene como objetivo analizar la influencia compleja del relieve y la escala geográfica en la comprensión de los procesos kárstico - erosivos en las áreas de influencia de las depresiones kársticas, a partir de una línea base de más de tres décadas, que demuestra el avance unidireccional de la dinámica kárstico - erosiva, en conformidad con las condiciones de uso y manejo a que han estado sometidos los suelos.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

Descripción de las áreas investigadas

 

La investigación se desarrolló en el polje de San José de Las Lajas provincia Mayabeque, específicamente, en la localidad de referencia Rosafé Signet con una extensión de 107 ha (Figura 1), donde la dinámica kárstico - erosiva muestra diferentes grados de desarrollo en conformidad con las condiciones de uso y manejo a que han estado sometidos los suelos (99. Febles González JM, Vega Carreño MB. Soil Erosion maps. In: Mayabeque: atlas agrícola de una provincia cubana | ISBN 978-959-7251-26-2 - Libro [Internet]. La Habana,Cuba: UH; [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://isbn.cloud/9789597251262/mayabeque-atlas-agricola-de-una-provincia-cubana/ ).

Figura 1.  Transectos y sitios de muestreo en la localidad «Rosafé Signet» del polje de San José de Las Lajas, provincia Mayabeque

Este agroecosistema ha sido clasificado como uno de los más húmedos de las llanuras de Cuba, recibe alrededor del 76 - 80 % de las precipitaciones que ocurren en las provincias Mayabeque y Artemisa (1010. Gutiérrez EOP. Cambio climático y la gestión de la adaptación. Revista Cubana de Administración Pública y Empresarial [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];4(3):322-33. Available from: https://apye.esceg.cu/index.php/apye/article/view/142 ,1111. Capote JFH, Ramírez CMG, Jardines PG. Protocolo de alerta de fenómenos meteorológicos peligrosos que afectan la agricultura en las provincias de La Habana, Artemisa y Mayabeque. Revista Cubana de Meteorología [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];27(1). Available from: http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/548 ). Los suelos más difundidos son, predominantemente, del Tipo Ferralítico Rojo Lixiviado, que se puede correlacionar con el Nitisol ródico éutrico (1212. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];40(1):a15-e15. Available from: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504 ) y al orden Oxisol de la Soil Taxonomy (1313. Schad P. Technosols in the World Reference Base for Soil Resources - history and definitions. Soil Science and Plant Nutrition [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];64(2):138-44. doi:10.1080/00380768.2018.1432973 ), donde las diferencias están dadas por el tipo de utilización de la tierra y la distribución de los horizontes.

La metodología estuvo sustentada en la aplicación del Sistema Integrador de Métodos Cualitativos y Cuantitativos para las regiones kársticas propuesto por (1414. Febles JM, Vega MB. Sistema integrador de métodos cualitativos y cuantitativos para evaluar la erosión de los suelos en las regiones cársicas de uso ganadero de Cuba. Revista Cubana de Ciencia Agrícola [Internet]. 2008;42(3):313-7. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1930/193015504016.pdf ), caracterizándose las depresiones kársticas y sus regímenes de inundación, así como cuatro perfiles principales en los suelos a profundidades de 0-20 cm, así como al nivel de los horizontes de diagnóstico erosivo A+B0-50 cm en correspondencia con las variaciones geólogo - geomorfológicas y uso agrícola (Figura 1).

El análisis morfométrico de las formas de absorción kársticas (dolinas) se realizó a escala 1: 5 000 y constituyó el índice diagnóstico fundamental para evaluar las manifestaciones e intensidad de la karstificación (Tabla 1). Es de destacar que, en el año 1966, fecha en que fue creado el Centro de Inseminación Artificial «Rosafé Signet», no existía ninguna depresión kárstica en sus áreas de producción agrícola.

Tabla 1.  Fórmulas utilizadas para el cálculo de los parámetros morfométricos
Índice de circularidad Índice de aplanamiento Relación de diámetro
I C = D m + d m D M I A = D m + d m 4 h R d = D m d m
Donde:
Dm = diámetro mayor
dm = diámetro menor
DM= diámetro medio
h = diferencia de altura (superficie - fondo)

Con las depresiones kársticas identificadas, se reconocieron las cotas máximas (escarpas) y las cotas mínimas (fondos) de cada depresión. Una vez marcados los fondos y las escarpas de las depresiones, se convirtieron a polígonos y, posteriormente, se le asignó un ID a cada escarpa, de manera de conservar sus campos de altura dentro de sus atributos, de acuerdo con la propuesta de (1515. Marti­nez OF-, Castillo JFR, Olivares OC. MORPHOMETRY OF KARST DEPRESSIONS AT DETAILED SCALE: EL CEDRAL, COZUMEL - MEXICO. Tropical and Subtropical Agroecosystems [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];24(1). doi:10.56369/tsaes.3657 ).

Los valores de pérdidas de suelos en unidades de masa (t ha-1año-1), correspondientes a los períodos 1986 al 2019, fueron convertidos en unidades de longitud (mm año-1), de acuerdo a la propuesta de (1616. Achmad M, Samsuar, Lanuru M, Mubarak H. Predicting the impact of land-use changes on soil erosion rates in the three small sub-catchments of Larona Catchment. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];807(2):022074. doi:10.1088/1755-1315/807/2/022074 ). La interpretación de los límites de tolerancia de pérdidas considerados, fueron los propuestos por el modelo USLE (1717. Benavidez R, Jackson B, Maxwell D, Norton K. A review of the (Revised) Universal Soil Loss Equation ((R)USLE): with a view to increasing its global applicability and improving soil loss estimates. Hydrology and Earth System Sciences [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];22(11):6059-86. doi:10.5194/hess-22-6059-2018 ) que proporcionaron criterios de medición y cambios en el sistema, a partir de una línea base durante el período t0:1986 - 1996 y posterior monitoreo en el intervalo t1:1996 - 2019.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Análisis histórico - evolutivo de la morfogénesis en las depresiones kársticas

 

Estudiar el relieve en localidades de referencia de larga data permite tipificar formas, elementos y estructuras de las depresiones kársticas en su evolución dinámica, especialmente, cuando las investigaciones realizadas en Cuba han subestimado las modalidades específicas que asume la erosión de los suelos Ferralíticos Rojos en estos enclaves, que evidencian fenómenos no susceptibles de ser cartografiados o prácticamente ausentes a escalas de mayor magnitud.

No obstante, durante cada lluvia intensa las aguas pluviales y de riego superficial portadoras, casi siempre, de cierto contenido de anhídrido carbónico en disolución, cuando escurren por los diferentes elementos del meso y microrelieve (Figura 1), lo hacen de forma difusa, dirigida básicamente hacia las depresiones kársticas como consecuencia de la concavidad manifiesta de las vertientes, así como del acusado desmembramiento horizontal del territorio, donde las formas de absorción y sus elementos componentes ganan secuencialmente en magnitud, ejerciendo de manera gradual un mayor control sobre el escurrimiento superficial.

En efecto, el sostenido incremento de las dimensiones morfométricas de las dolinas a partir de la línea base t0:1986-1996 y posterior monitoreo durante el período t1:1996-2019 (Tabla 2), confirman que se desarrolla un proceso o modalidad erosiva inherente a los suelos Ferralíticos Rojos, cuyas manifestaciones más evidentes resulta la amplitud de sus dimensiones promedio a expensas de la reducción de los espacios interfluviales (t0:1986-1996: 27,80% y t1:1996-2019: 30,77% de la superficie agrícola total), como el surgimiento de otras formas de absorción detectadas en varias etapas de exploración, lo que demuestra el avance irreversible de la karstificación en su evolución unidireccional (1818. Febles-González JM, Febles-Díaz JM, Moura Brasil do Amaral-Sobrinho N, Zonta E, Maura Santiago AV. Progress of the karstic-erosive processes of soils in San José de las Lajas polje. Cultivos Tropicales. 2021;42(4). Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v42n4/en_1819-4087-ctr-42-04-e07.pdf ).

Tabla 2.  Volumen de pérdidas de los suelos Ferralíticos Rojos con los valores de equivalencia de remoción superficial en las depresiones kársticas y sus áreas de influencia. Localidad «Rosafé Signet», provincia Mayabeque
Dolina No. Línea base/Monitoreo t0:1986-1996/t1:1996-2019 Línea base t0:1986-1996 Monitoreo t1:1996-2019
Área IC IA RD Volumen (t ha-1 año-1) Superficial (mm año-1) Volumen (t ha-1 año-1) Superficial (mm año-1)
(ha) (m2)
  • LOCALIDAD «ROSAFÉ SIGNET»

1 1,90 2,26 1,70 1,72 8,65 8,57 6,50 5,66 16,89 A 1,24 A 17,87 A 1,30 A
2 1,13 1,33 1,74 1,47 8,51 6,12 9,01 6,96 17,27 A 1,29 A 20,16 A 1,46 A
3 3,53 3,91 1,52 1,36 5,65 5,40 14,84 9,82 21,74 MA 1,59 MA 23,63 MA 1,74 MA
4 1,90 2,30 1,73 1,55 14,08 9,86 9,19 6,87 14,55 A 1,06 A 14,65 A 1,09 A
5 2,91 3,44 1,37 1,13 11,74 8,89 30,90 22,17 9,18 T 0,67 T 11,99 A 0,88 A
6 1,37 1,74 1,54 1,33 13,07 11,80 14,07 10,61 9,56 T 0,70 T 10,72 A 0,79 A
7 2,28 2,73 1,29 1,04 7,39 7,82 105,5 76,51 13,91 A 1,02 A 12,43 A 0,89 A
8 2,45 2,80 1,74 1,56 13,41 11,17 9,11 6,82 11,03 A 0,80 A 12,69 A 0,93 A
9 1,30 1,57 1,33 1,12 13,52 10,18 46,93 28,20 9,58 T 0,70 T 10,87 A 0,80 A
10 1,50 1,96 1,38 1,28 9,67 9,66 29,66 21,23 11,12 A 0,81 A 12,55 A 0,91 A
11 3,08 3,53 1,98 1,85 9,66 8,96 6,71 5,17 18,15 MA 1,33ª 19,70 MA 1,43 A
12 1,43 2,23 1,34 1,15 7,91 8,20 66,00 32,08 13,06 A 0,95 A 14,75 A 1,12 A
13 1,27 1,51 1,83 1,66 8,99 8,19 8,00 6,03 17,39 A 1,27 A 18,91 A 1,39 A
14 1,88 2,19 1,66 1,18 10,26 8,58 22,70 17,92 10,95 A 0,80 T 13,52 A 0,99 A
Media 1,99 2,39 1,58 1,38 10,18 8,49 27,08 17,26 12, 89 A 0,97 A
  • DOLINAS DETECTADAS DURANTE EL MONITOREO DEL AÑO 1996

15 ---- 0,89 ---- 1,26 ---- 8,53 ---- 12,88 ------ 0,49 T 14,53 A 1,39 A
16 ---- 0,93 ---- 1,52 ---- 3,87 ---- 7,17 ------ 0,76 T 15,55 A 1.97 MA
Media ---- 0,91 ---- 1,39 ---- 6,2 --- 10,02 ------ ---- 15,28 A 1,19 A
  • DOLINAS DETECTADAS DURANTE EL MONITOREO DEL AÑO 2019

17 ---- 0,65 ---- 1,70 --- 8,17 --- 5,45 -------------- 8,23 T 0,38 T
18 ---- 0,90 ---- 1,49 --- 7,23 --- 8,01 -------------- 9,05 T 0,41 T
19 ---- 0,54 ---- 1,33 --- 9,48 --- 15,67 -------------- 10,69 A 0,63 A
20 ---- 0,64 ---- 1,29 --- 7,66 --- 9,28 -------------- 8,97 T 0,46 T
21 ---- 0,45 ---- 1,44 --- 6,65 --- 7,73 -------------- 9,45 T 0,74 T
Media ---- 0,64 1,45 ---- 7,84 9,23 -------------- 9,28 T 0,52 T

L.B. (Línea base t0:1986- 1996); M (Monitoreo t1:1996- 2019). A: Alto; MA: Muy alto y T: Tolerable

Complementariamente, la evolución secuencial de los parámetros morfométricos conlleva a incrementos en los volúmenes de pérdidas de suelos, principalmente, en las vertientes del tipo colectoras de lavado con valores de pendientes entre 5 y 8% que facilitan el escurrimiento areal a través de las formas de absorción epigeas, fundamentalmente, dolinas y uvalas que tienden a adquirir formas elipsoides o ameboideas (1919. Febles Díaz JM, Febles González JM, Azanza Ricardo J, Sotelo Pérez M, González Calvo T. Export of nutrients to the sea in a karstic basin in the west of Cuba. SN Applied Sciences [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];2(11):1917. doi:10.1007/s42452-020-03679-x ), donde las magnitudes de pérdidas de suelos superan los valores umbrales de tolerancia de 12,5 t ha-1 año-1, que es el máximo aceptable propuesto por la USLE (2020. Aboukila EF, Norton JB. Estimation of Saturated Soil Paste Salinity From Soil-Water Extracts. Soil Science [Internet]. 2017 [cited 2024 Feb 12];182(3):107. doi:10.1097/SS.0000000000000197 ). A tenor con ello, en el período t0(1986-1996) el 51,14 % de las dolinas excedían este valor límite, el cual fue incrementándose durante t1(1996-2019) hasta alcanzar el 87,5 % de las mismas, en regiones similares (2121. Estrada Medina H, Jiménez Osornio JJ, Álvarez Rivera O, Barrientos Medina RC, Estrada Medina H, Jiménez Osornio JJ, et al. El karst de Yucatán: su origen, morfología y biología. Acta universitaria [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];29. doi:10.15174/au.2019.2292 ).

En contraste, en algunos casos la cobertura de suelos ferralítica puede modelar por acúmulo estas depresiones con una arcilla de color rojo, llamada "terrarossa", que enmascara de cierto modo el mecanismo de acción relacionado, lo cual ha provocado, en gran medida, la subvaloración de este complejo proceso, que solo es posible advertir in situ y cartográficamente cuando es representado a escala local, pues como se sabe, cada investigación se realiza a una determinada escala y sus resultados no pueden ser valorados sin considerar la escala de análisis adoptada.

Todo ello confirma la trascendencia de los estudios de amplia duración en los ecosistemas kársticos, ya que las transformaciones de las formas del relieve son complejas y no pueden valorarse completamente a corto plazo, lo que ha generado conclusiones erróneas y predicciones imprecisas en la toma de decisiones para el manejo de los suelos Ferralíticos Rojos (2222. UFRRJ [Internet]. [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://eventos.ufrrj.br/simposio-abc/v-simposio-3/ ).

En ocasiones, esta fase de madurez de la morfogénesis kárstica ha resultado favorable para la ampliación parcial de algunas dolinas bajo un proceso de captura o piratería fluvial (Figura 2), en la que la depresión más favorecida, ya sea por la forma de las pendientes en sus contornos o amplitud de su microcuenca, logra ensancharse por la erosión regresiva o remontante de su cabecera a expensas de la menos favorecida, pudiendo originar una uvala.

Figura 2.  Captura fluvial en el sector occidental de la localidad «Rosafé Signet», provincia Mayabeque, Cuba

Este avance en la karstificación intensifica las condiciones de hidromorfismo y disolución de los materiales subyacentes con un desigual filtraje temporal y con una fuerte porosidad efectiva (entre 5 y 15 %), que se demuestra morfométricamente por el descenso en profundidad (hasta 5,34 m) y aumento en la karstificación, como ha ocurrido con las dolinas No. 2 y 3 (Tabla 1), donde esta última, con una microcuenca de mayor capacidad de recepción decapita o despoja la cabecera de escurrimiento de la dolina No.2 (Figura 3).

Figura 3.  Tendencia de unión de dos dolinas para originar una uvala en la localidad «Rosafé Signet», provincia Mayabeque, Cuba

Dinámica similar es de prever con las dolinas 10 y 11 en un escenario futuro generando diferentes asociaciones o fenómenos de miniaturización en el propio complejo territorial a nivel de micro y nano relieve, induciendo la “dolinización” (con marcada tendencia hacia el endorreísmo), por efecto de las prácticas de manejo, cambios en el uso de la cobertura edáfica, eventos hidrometeorológicos extremos asociados al cambio climático, etc., pudiendo alcanzar el proceso kárstico su fase paroxismal con una reducción sustancial del fondo de tierra útil del agroecosistema, lo que coincide con los resultados obtenidos por (2323. Gutiérrez RDG, López JLO, Villa ÓRM, García ÓAB. Análisis morfométrico de la cuenca hidrográfica del río Ayuquila, Jalisco-México. GeoFocus. International Review of Geographical Information Science and Technology [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];(24):141-58. doi:10.21138/GF.622 , 2424. Paredes C, Matos H, Vega R de la, Pardo E. Reconocimiento semiautomático de depresiones kársticas mediante análisis clúster de las distribuciones morfométricas y su aplicación al karst del Estado de Yucatán, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];36(2):270-88. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57265251010 ) en regiones similares.

Figura 4.  Evolución de la dolina No.3 de fondo plano o irregular a uvala, a expensas de la microcuenca de la dolina No.2, Polje de San José de Las Lajas, provincia Mayabeque, Cuba

No obstante, esta morfodinámica puede estar modificada por las peculiaridades que caracterizan el desarrollo y mantenimiento de las pendientes (declive, longitud y forma), la regularidad estructuro - litológica, así como por las líneas del drenaje difuso que muestran los sectores que descienden hacia las formas de absorción kársticas (Figura 4), con afloramientos de calizas subangulares fragmentadas y orientadas en dirección a dichas depresiones, donde la vegetación hidrófila se ubica a niveles por debajo de los 50 m en los fondos de las dolinas, etc., que constituyen, a simple vista, rasgos de un proceso degradativo en pleno desarrollo, que a nivel de microrelieve pueden adoptar modalidades propias, influyendo en las pérdidas de los suelos (2525. Fragoso-Servón P, Pereira-Corona A. Suelos Y Karst, Origen De Inundaciones Y Hundimientos En Chetumal, Quintana Roo, México. European Scientific Journal, ESJ [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];14(14):33-33. doi:10.19044/esj.2018.v14n14p33 ).

Es necesario indicar que, la relación entre área de las dolinas y los parámetros morfométricos no constituye una condición sine qua non para el análisis de las pérdidas de suelos, ya que dicha relación es muy dependiente del grado de irregularidad de los contornos de las formas de absorción y condiciones de uso de la cobertura edáfica, en un mismo espacio a lo largo del tiempo (2626. Moreno-Gómez M, Liedl R, Stefan C. A New GIS-Based Model for Karst Dolines Mapping Using LiDAR; Application of a Multidepth Threshold Approach in the Yucatan Karst, Mexico. Remote Sensing [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];11(10):1147. doi:10.3390/rs11101147 ).

La escala geográfica como concepto integrador en la comprensión de los procesos kárstico - erosivos

 

Teniendo en consideración estos aspectos (2727. Febles González JM, Febles Díaz J m., Sobrinho NMBA, Tolón-Becerra A, Lastra-Bravo X, Botta GF. Resilience of Red Ferralitic soils in the karst regions of Mayabeque Province, Cuba. Land Degradation & Development [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];30(1):109-16. doi:10.1002/ldr.3192 -2929. Matos H, Paredes C, Vega R de la, Pardo E. Reconocimiento semiautomático de depresiones kársticas mediante análisis clúster de las distribuciones morfométricas y su aplicación al karst del Estado de Yucatán, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];36(2):270-88. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57265251010 ), se precisa la necesidad de incorporar la escala local como un nivel de resolución asociado a un área específica y físicamente delimitable para diferenciar a nivel de meso, micro y nanorelieve el conjunto de procesos que contemporáneamente participan en la formación o degradación de los suelos Ferralíticos Rojos y entender cómo las manifestaciones de la erosión hídrica y kárstico - erosivas se generan o expresan de forma diferente conforme se mueve de una escala a otra (Figura 5) (3030. Villalba EP. Reseña de “Espacio y territorio. Instrumentos metodológicos de investigación social” de Hubert Mazurek. Revista de Geografía Agrícola [Internet]. 2009 [cited 2024 Feb 12];(43):172-3. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=75715608010 ) modificado, contribuyendo así a una mejor comprensión de la dinámica espacio - temporal que tiene lugar en las depresiones y sus áreas de influencia, ya que estas zonas se caracterizan por ser parte de un todo que la contiene y es mucho más amplia.

Figura 5.  La percepción cartográfica de la dolina y área de influencia depende de su superficie

Es importante tener en cuenta que esto sugiere problemas en el nivel de análisis o síntesis, puesto que están limitados o sesgados por la escala cartográfica que representa el fenómeno, de esta forma, se niega la posibilidad de percibir lo que pasa a escalas superiores o inferiores, afectando significativamente el análisis y explicación del fenómeno kárstico - erosivo.

En este sentido, las autoridades del centro «Rosafé Signet», conscientes del progresivo avance de las depresiones kársticas y, en un intento de recuperar el fondo de tierra destinado al cultivo de pastos para forrajes, vertieron en la dolina No. 3 en el año 2003 un total de 20 camiones con capacidad entre 5 - 7 t, que representó un volumen de más de 100 t (E. Lamoroux, comun. pers.). Es de significar que en la fase ejecutiva de la investigación pudo constatarse que la dolina no se rellenó, y que el proceso de disolución a través del ponor continúa. Por tanto, esta práctica no fue nada efectiva desde el punto de vista ambiental, por obstruir las vías de drenaje por las cuales tiene lugar el escurrimiento (ponores funcionales). Tampoco fue efectiva desde el punto de vista económico.

Sin embargo, la presencia de dolinas, a menudo, no es considerada un problema para la prevención de pérdidas de suelos y otros desastres naturales, ya que estas formas suelen ser relegadas en términos de riesgos geológicos, aun cuando su entorno de influencia esté próximo a núcleos urbanos, zonas agrícolas o industriales, que pueden alterar las condiciones iniciales del balance pedogénesis - morfogénesis, donde la preservación del paisaje kárstico debe resultar prioritaria, de ahí la importancia de la escala para explicar correctamente estos fenómenos geográficos.

CONCLUSIONES

 
  • El reconocimiento y evolución espacio - temporal de las formas de erosión hídrica y kárstico - erosivas en las áreas de influencia de las depresiones kársticas, solo es posible realizarlo a escala local y no a partir de un re-escalamiento simple de las variables a grandes áreas, para así evitar diferentes interpretaciones en los mapas de erosión de los suelos Ferralíticos Rojos en Cuba.

  • Cualquiera sea el concepto adoptado, la relatividad en la visión de un mismo hecho, desde distintas escalas, constituye una opción sumamente enriquecedora para definitivamente demostrar la erosión de los suelos Ferralíticos Rojos en las regiones kársticas.

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Cultivos Tropicales Vol. 45, No. 2, abril-junio, 2024, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Complex influence of relief on the erosion of Red Ferrallitic soils at a local scale

 

iDJosé Manuel Febles González1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300*✉:jmfebles@yahoo.com

iDJosé Miguel Febles Díaz1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300

iDAna Victoria Maura Santiago2Facultad de Contabilidad y Finanzas. Universidad de La Habana, calle San Lázaro y L., Municipio Plaza de la Revolución, La Habana, Cuba. CP 10400

iDAlfredo Tolón Becerra3Universidad de Almería, carretera Sacramento, s/n 04120, La Cañada de San Urbano, Almería, España. CP 04120

iDNelson Moura Brasil do Amaral Sobrinho4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000

iDEveraldo Zonta4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000


1Centro de Investigaciones Marinas, Universidad de La Habana, calle 16, No. 114, entre 1ra y 3ra, Miramar, La Habana, Cuba. CP 11300

2Facultad de Contabilidad y Finanzas. Universidad de La Habana, calle San Lázaro y L., Municipio Plaza de la Revolución, La Habana, Cuba. CP 10400

3Universidad de Almería, carretera Sacramento, s/n 04120, La Cañada de San Urbano, Almería, España. CP 04120

4Universidad Federal Rural de Rio de Janeiro, Km 07, Seropédica, Rio de Janeiro, Brasil. CP 23890-000

 

*Author for correspondence: jmfebles@yahoo.com

ABSTRACT

Studying the relief through morphological analysis allows typifying forms, elements and structures of the karst relief that help in the understanding of the genesis, evolution and dynamics assumed by the erosion of the Red Ferrallitic soils. It is a particularly important circumstance in the Southern karst Plain Havana-Matanzas, to understand how and why certain information is preserved and others are lost as the research is carried out from one scale to another, which has led to certain myths and uncertainties about the degradation processes of these soils. The present work aims to analyze the complex influence of relief and geographic scale on the understanding of karst-erosive processes in the areas of influence of karst depressions from a baseline of more than three decades, which demonstrates the unidirectional advance of karst-erosive dynamics in accordance with the conditions of use and management to which they have been subjected. It is concluded that the recognition and spatio-temporal evolution of erosion forms is only possible at a local scale and not from a simple rescaling of the variables to large areas, in order to avoid different interpretations in the erosion maps of the Red Ferralitic soils in Cuba.

Key words: 
degradation, karst, relief

INTRODUCTION

 

Soil studies carried out in the South Plain of Havana have shown that the relief and permeability of the supporting material mainly influence the variability of the ferrallitic coverage. If these two factors are evaluated at a larger scale, it is found that the development of karst forms (dolines, , poljes, etc.) and their consequences on the micro-relief create favorable conditions for the differentiated manifestation of erosive processes closely related to the variations of the micro-relief (11. Herrera Sorzano A. Mayabeque: Atlas agrícola de una provincia cubana [Internet]. La Habana, Cuba: UH; 2019. Available from: https://isbn.cloud/9789597251262/mayabeque-atlas-agrícola-de-una-provincia-cubana/. ).

In this context, scale is an integrating concept widely used in various disciplines to refer to the qualities and geographical extension of the objects of study. Also, to specify some methodological principles of scientific research in relation to the methods of sampling and inference, from which are derived the properties of geographical objects that emerge or are visualized differently according to the level at which they are defined (22. Colin-Olivares O, Frausto-Martínez O, Rodríguez-Castillo J. Calculo automatizado de la profundidad de depresiones kársticas a escala detallada. In: Conocimientos y saberes del karst tropical en México [Internet]. México: Acts With Science; 2019. p. 55-78. Available from: https://www.amek.org.mx/wp-content/uploads/2019/10/LibroConocimientos-Cap%C3%ADtulo-12.pdf , 33. Jeannin P-Y, Artigue G, Butscher C, Chang Y, Charlier J-B, Duran L, et al. Karst modelling challenge 1: Results of hydrological modelling. Journal of Hydrology [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];600:126508. doi:10.1016/j.jhydrol.2021.126508 ).

Circumstance particularly important in the Southern Karstic Plain Havana - Matanzas to recognize the specific modalities of the erosion of the Red Ferrallitic soils and to determine how and why certain information is preserved and lost as the investigation is executed from one scale to another. It has propitiated certain myths and uncertainties on the degradation processes of these soils, to which the MINAG (44. Olegario C. INFORME FINAL DE LA REPÚBLICA DE CUBA. 2020; Available from: https://www.unccd.int/sites/default/files/ldn_targets/2020-10/Cuba%20LDN%20TSP%20Final%20Report%20%28Spanish%29.pdf ); CIGEA (55. PANORAMA AMBIENTAL. Cuba Edición julio [Internet]. [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://1library.co/document/q53v5jjz-panorama-ambiental-cu-b-edici%C3%B3n-j-u-l.html ); Soil Institute (66. Environment UN. Evaluacion del Medio Ambiente Cubano - GEO Cuba [Internet]. UNEP - UN Environment Programme. 2007 [cited 2024 Feb 12]. Available from: http://www.unep.org/resources/report/evaluacion-del-medio-ambiente-cubano-geo-cuba ) and IGT (77. Basulto JMM, Machín JAL, Alvarez ON, Hernández SVR, Pérez ST. El Atlas Nacional de Cuba “LX Aniversario”. Hacia un atlas vivo. Revista Cubana de Geografía [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];2(1). Available from: http://revistasgeotech.com/index.php/rcg/article/view/318 ), continue to classify them as "not eroded". It is due to the conceptual generalization imposed by the scales of representation, where it is not possible to handle the concept of extension provided by the object, a situation on which it is imperative to reconsider given the unquestionable edaphological-heritage value of these soils (88. Febles González JM, Febles Díaz JM, Vega Carreño MB, Herrera Sorzano A, Maura Santiago AV, Tolón Becerra A, et al. Resiliencia y protección agroambiental de los suelos Ferralíticos Rojos en regiones Kársticas del Occidente de Cuba. Anales de la Academia de Ciencias de Cuba [Internet]. 2022 [cited 2024 Feb 12];12(2). Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2304-01062022000200003&lng=es&nrm=iso&tlng=es ).

Reflecting on these considerations, taking as a reference research, and published articles that reveal the effects of karst morphogenesis in Red Ferrallitic soils in western Cuba, the present work aims to analyze the complex influence of relief and geographic scale in the understanding of karst-erosive processes in the areas of influence of karst depressions. It is based on a baseline of more than three decades, which demonstrates the unidirectional advance of the karstic-erosive dynamics, in accordance with the conditions of use and management to which the soils have been subjected.

MATERIALS AND METHODS

 

Description of the investigated areas

 

The research was carried out in the polje of San José de Las Lajas, Mayabeque province, specifically, in the reference locality Rosafé Signet with an extension of 107 ha (Figure 1), where the karstic-erosive dynamics show different degrees of development in accordance with the conditions of use and management to which the soils have been subjected (99. Febles González JM, Vega Carreño MB. Soil Erosion maps. In: Mayabeque: atlas agrícola de una provincia cubana | ISBN 978-959-7251-26-2 - Libro [Internet]. La Habana,Cuba: UH; [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://isbn.cloud/9789597251262/mayabeque-atlas-agricola-de-una-provincia-cubana/ ).

Figure 1.  Transects and sampling sites in "Rosafé Signet" locality of the San José de Las Lajas polje, Mayabeque province

This agroecosystem has been classified as one of the most humid of Cuban plains, receiving around 76 - 80 % of the precipitations that occur in Mayabeque and Artemisa provinces (1010. Gutiérrez EOP. Cambio climático y la gestión de la adaptación. Revista Cubana de Administración Pública y Empresarial [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];4(3):322-33. Available from: https://apye.esceg.cu/index.php/apye/article/view/142 ,1111. Capote JFH, Ramírez CMG, Jardines PG. Protocolo de alerta de fenómenos meteorológicos peligrosos que afectan la agricultura en las provincias de La Habana, Artemisa y Mayabeque. Revista Cubana de Meteorología [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];27(1). Available from: http://rcm.insmet.cu/index.php/rcm/article/view/548 ). The most widespread soils are predominantly of the Ferrallitic Red Leached Type, which can be correlated with the Rhodic Eutric Nitisol (1212. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];40(1):a15-e15. Available from: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504 ) and the Oxisol order of the Soil Taxonomy (1313. Schad P. Technosols in the World Reference Base for Soil Resources - history and definitions. Soil Science and Plant Nutrition [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];64(2):138-44. doi:10.1080/00380768.2018.1432973 ), where the type of land use and the distribution of horizons give the differences.

The methodology was based on the application of the Integrating System of Qualitative and Quantitative Methods for karst regions (1414. Febles JM, Vega MB. Sistema integrador de métodos cualitativos y cuantitativos para evaluar la erosión de los suelos en las regiones cársicas de uso ganadero de Cuba. Revista Cubana de Ciencia Agrícola [Internet]. 2008;42(3):313-7. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1930/193015504016.pdf ), characterizing the karst depressions and their flooding regimes, as well as four main soil profiles at depths of 0-20 cm, as well as at the level of the erosive diagnostic horizons A+B0-50 cm. All this in correspondence with geological-geomorphological variations and agricultural use (Figure 1).

The morphometric analysis of the karst absorption forms (dolines) was carried out at a scale of 1: 5,000 and was constituted the fundamental diagnostic index to evaluate the manifestations and intensity of karstification (Table 1). It should be noted that in 1966, when the "Rosafé Signet" Artificial Insemination Center was created, there was no karst depression in its agricultural production areas.

Table 1.  Formulas used for the calculation of morphometric parameters
Circularity index Flattening index Diameter ratio
I C = D m + d m D M I A = D m + d m 4 h R d = D m d m
Where:
Dm = major diameter
dm = smallest diameter
DM= average diameter
h = height difference (surface - bottom)

With the karst depressions identified, the maximum elevations (scarps) and minimum elevations (bottoms) of each depression were recognized. Once the bottoms and scarps of the depressions were marked, they were converted to polygons and, subsequently, an ID was assigned to each scarp, to conserve their height fields within their attributes, according to the proposal of (1515. Marti­nez OF-, Castillo JFR, Olivares OC. MORPHOMETRY OF KARST DEPRESSIONS AT DETAILED SCALE: EL CEDRAL, COZUMEL - MEXICO. Tropical and Subtropical Agroecosystems [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];24(1). doi:10.56369/tsaes.3657 ).

Soil loss values in units of mass (t ha-1> y r-1), corresponding to the periods 1986 to 2019, were converted into units of length (mm y r-1) (1616. Achmad M, Samsuar, Lanuru M, Mubarak H. Predicting the impact of land-use changes on soil erosion rates in the three small sub-catchments of Larona Catchment. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science [Internet]. 2021 [cited 2024 Feb 12];807(2):022074. doi:10.1088/1755-1315/807/2/022074 ). The interpretation of the loss tolerance limits considered were those proposed by the USLE model (1717. Benavidez R, Jackson B, Maxwell D, Norton K. A review of the (Revised) Universal Soil Loss Equation ((R)USLE): with a view to increasing its global applicability and improving soil loss estimates. Hydrology and Earth System Sciences [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];22(11):6059-86. doi:10.5194/hess-22-6059-2018 ), which provided measurement criteria and changes in the system, from a baseline during the period t0:1986 - 1996 and subsequent monitoring in the interval t1:1996 - 2019.

RESULTS AND DISCUSSION

 

Historical-evolutionary analysis of morphogenesis in karst depressions

 

Studying the relief in long-standing reference localities allows typifying forms, elements and structures of karst depressions in their dynamic evolution. Especially when the research carried out in Cuba has underestimated the specific modalities assumed by the erosion of the Red Ferrallitic soils in these enclaves, which show phenomena not susceptible to be mapped or practically absent at scales of greater magnitude.

However, during each heavy rainfall, rainwater and surface irrigation water, usually carrying a certain content of carbon dioxide in solution, when they run off through the different elements of the meso- and microrelief (Figure 1). They do so in a diffuse way, directed towards the karst depressions because of the obvious concavity of the slopes, as well as the marked horizontal dismemberment of the territory, where the absorption forms and their component elements sequentially gain in magnitude, gradually exerting greater control over surface runoff.

Indeed, the sustained increase in the morphometric dimensions of dolines from the baseline t0:1986-1996 and subsequent monitoring during the period t1:1996-2019 (xTable 2), confirm that an erosive process or modality inherent to the Red Ferrallitic soils is developing, whose most evident manifestations are the amplitude of their average dimensions at the reduction expense of interfluvial spaces (t0: 1986-1996: 27.80 % and t1:1996-2019: 30.77 % of the total agricultural area), as the emergence of other absorption forms detected in several exploration stages, which demonstrates the irreversible advance of karstification in its unidirectional evolution (1818. Febles-González JM, Febles-Díaz JM, Moura Brasil do Amaral-Sobrinho N, Zonta E, Maura Santiago AV. Progress of the karstic-erosive processes of soils in San José de las Lajas polje. Cultivos Tropicales. 2021;42(4). Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v42n4/en_1819-4087-ctr-42-04-e07.pdf ).

Table 2.  Volume of losses of the Red Ferrallitic soils with the equivalence values of surface removal in the karst depressions and their areas of influence. Rosafé Signet" locality, Mayabeque province
Doline No. Baseline/Monitoring t0:1986-1996/t1:1996-2019 Baseline t0:1986-1996 Monitoring t1:1996-2019
Area IC IA RD Volumen (t ha-1 year-1) Superficial (mm year-1) Volumen (t ha-1 year-1) Superficial (mm year-1)
(ha) (m2)
  • LOCALITY «ROSAFÉ SIGNET»

1 1.90 2.26 1.70 1.72 8.65 8.57 6.50 5.66 16.89 A 1.24 A 17.87 A 1.30 A
2 1.13 1.33 1.74 1.47 8.51 6.12 9.01 6.96 17.27 A 1.29 A 20.16 A 1.46 A
3 3.53 3.91 1.52 1.36 5.65 5.40 14.84 9.82 21.74 MA 1.59 MA 23.63 MA 1.74 MA
4 1.90 2.30 1.73 1.55 14.08 9.86 9.19 6.87 14.55 A 1.06 A 14.65 A 1.09 A
5 2.91 3.44 1.37 1.13 11.74 8.89 30.90 22.17 9.18 T 0.67 T 11.99 A 0.88 A
6 1.37 1.74 1.54 1.33 13.07 11.80 14.07 10.61 9.56 T 0.70 T 10.72 A 0.79 A
7 2.28 2.73 1.29 1.04 7.39 7.82 105.5 76.51 13.91 A 1.02 A 12.43 A 0.89 A
8 2.45 2.80 1.74 1.56 13.41 11.17 9.11 6.82 11.03 A 0.80 A 12.69 A 0.93 A
9 1.30 1.57 1.33 1.12 13.52 10.18 46.93 28.20 9.58 T 0.70 T 10.87 A 0.80 A
10 1.50 1.96 1.38 1.28 9.67 9.66 29.66 21.23 11.12 A 0.81 A 12.55 A 0.91 A
11 3.08 3.53 1.98 1.85 9.66 8.96 6.71 5.17 18.15 MA 1.33ª 19.70 MA 1.43 A
12 1.43 2.23 1.34 1.15 7.91 8.20 66.00 32.08 13.06 A 0.95 A 14.75 A 1.12 A
13 1.27 1.51 1.83 1.66 8.99 8.19 8.00 6.03 17.39 A 1.27 A 18.91 A 1.39 A
14 1.88 2.19 1.66 1.18 10.26 8.58 22.70 17.92 10.95 A 0.80 T 13.52 A 0.99 A
Media 1.99 2.39 1.58 1.38 10.18 8.49 27.08 17.26 12. 89 A 0.97 A
  • DOLINES DETECTED DURING THE MONITORING OF 1996

15 ---- 0.89 ---- 1.26 ---- 8.53 ---- 12.88 ------ 0.49 T 14.53 A 1.39 A
16 ---- 0.93 ---- 1.52 ---- 3.87 ---- 7.17 ------ 0.76 T 15.55 A 1.97 MA
Media ---- 0.91 ---- 1.39 ---- 6.2 --- 10.02 ------ ---- 15.28 A 1.19 A
  • DOLINES DETECTED DURING THE MONITORING OF THE YEAR 2019

17 ---- 0.65 ---- 1.70 --- 8.17 --- 5.45 -------------- 8.23 T 0.38 T
18 ---- 0.90 ---- 1.49 --- 7.23 --- 8.01 -------------- 9.05 T 0.41 T
19 ---- 0.54 ---- 1.33 --- 9.48 --- 15.67 -------------- 10.69 A 0.63 A
20 ---- 0.64 ---- 1.29 --- 7.66 --- 9.28 -------------- 8.97 T 0.46 T
21 ---- 0.45 ---- 1.44 --- 6.65 --- 7.73 -------------- 9.45 T 0.74 T
Media ---- 0.64 1.45 ---- 7.84 9.23 -------------- 9.28 T 0.52 T

L.B. (Línea base t0:1986- 1996); M (Monitoreo t1:1996- 2019). A: Alto; MA: Muy alto y T: Tolerable L.B. (Baseline t0:1986- 1996); M (Monitoring t1:1996- 2019). A: High; MA: Very high and T: Tolerable.

Complementarily, the sequential evolution of the morphometric parameters leads to increases in soil loss volumes, mainly in the wash collector type slopes with slope values between 5 and 8 %. They facilitate areal runoff through epigean absorption forms, mainly dolines and uvalas that tend to acquire ellipsoid or amoeboid forms (1919. Febles Díaz JM, Febles González JM, Azanza Ricardo J, Sotelo Pérez M, González Calvo T. Export of nutrients to the sea in a karstic basin in the west of Cuba. SN Applied Sciences [Internet]. 2020 [cited 2024 Feb 12];2(11):1917. doi:10.1007/s42452-020-03679-x ), where the magnitudes of soil losses exceed the tolerance threshold values of 12.5 t ha-1 y r -1, which is the maximum acceptable value proposed by the USLE (2020. Aboukila EF, Norton JB. Estimation of Saturated Soil Paste Salinity From Soil-Water Extracts. Soil Science [Internet]. 2017 [cited 2024 Feb 12];182(3):107. doi:10.1097/SS.0000000000000197 ). Accordingly, in the period t0(1986-1996) 51.14 % of dolines exceeded this threshold value, which increased during t1(1996-2019) to reach 87.5 % of the dolines, a dynamic that corroborates the observations in similar regions (2121. Estrada Medina H, Jiménez Osornio JJ, Álvarez Rivera O, Barrientos Medina RC, Estrada Medina H, Jiménez Osornio JJ, et al. El karst de Yucatán: su origen, morfología y biología. Acta universitaria [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];29. doi:10.15174/au.2019.2292 ).

In contrast, in some cases the ferrallitic soil cover can model by accumulation these depressions with a red clay, called "terrarossa", which masks in a certain way the related mechanism of action. It has caused, largely, the undervaluation of this complex process, which is only possible to notice in situ and cartographically when it is represented at local scale, because as it is known, each investigation is carried out at a certain scale and its results cannot be valued without considering the adopted scale of analysis.

All this confirms the importance of long-term studies in karst ecosystems, since the transformations of landforms are complex and cannot be fully assessed in the short term, which has led to erroneous conclusions and inaccurate predictions in decision making for the management of Red Ferrallitic soils (2222. UFRRJ [Internet]. [cited 2024 Feb 12]. Available from: https://eventos.ufrrj.br/simposio-abc/v-simposio-3/ ).

Sometimes, this maturity phase of karst morphogenesis has been favorable for the partial enlargement of some dolines under a process of capture or fluvial piracy (Figure 2). There the most favored depression, either by the shape of the slopes in its contours or the width of its micro-basin, manages to widen by the regressive or remontant erosion of its headwaters at the expense of the less favored one, which can originate an uvala.

Figure 2.  Fluvial catch in the western sector of the "Rosafé Signet" locality, Mayabeque province, Cuba

This advance in karstification intensifies the conditions of hydromorphism and dissolution of the underlying materials with an uneven temporal seepage and with a strong effective porosity (between 5 and 15 %). It is demonstrated morphometrically by the decrease in depth (up to 5.34 m) and increase in karstification, as has occurred with dolines No. 2 and 3 (Table 1), where the latter, with a microbasin of greater receiving capacity decapitates or strips the head of runoff from doline No. 2 (Figure 3).

Figure 3.  Union trend of two sinkholes to originate an uvala in the locality "Rosafé Signet", Mayabeque province, Cuba

Similar dynamics can be expected with dolines 10 and 11 in a future scenario, generating different associations or miniaturization phenomena in the territorial complex itself at the micro and nano relief level, inducing "dolinization" (with a marked tendency towards endorheism). This process is due to the effect of management practices, changes in the use of soil cover, extreme hydrometeorological events associated with climate change and the karst process can reach its paroxysmal phase with a substantial reduction of the agroecosystem's useful land base, which coincides with the results obtained by (2323. Gutiérrez RDG, López JLO, Villa ÓRM, García ÓAB. Análisis morfométrico de la cuenca hidrográfica del río Ayuquila, Jalisco-México. GeoFocus. International Review of Geographical Information Science and Technology [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];(24):141-58. doi:10.21138/GF.622 , 2424. Paredes C, Matos H, Vega R de la, Pardo E. Reconocimiento semiautomático de depresiones kársticas mediante análisis clúster de las distribuciones morfométricas y su aplicación al karst del Estado de Yucatán, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];36(2):270-88. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57265251010 ) in similar regions.

Figure 4.  Union trend of two sinkholes to originate an uvala in the locality "Rosafé Signet", Mayabeque province, Cuba

However, this morphodynamics may be modified by the peculiarities that characterize the development and maintenance of the slopes (slope, length and shape), the lithological structure regularity, as well as by the diffuse drainage lines that show the sectors that descend towards the karst absorption forms (Figure 4), with outcrops of fragmented subangular limestone oriented towards these depressions. In this, the hydrophilic vegetation is located at levels below 50 m in the bottoms of the sinkholes, etc., which constitute, at first sight, features of a degradative process in full development, which at micro-relief level can adopt their own modalities, influencing soil losses (2525. Fragoso-Servón P, Pereira-Corona A. Suelos Y Karst, Origen De Inundaciones Y Hundimientos En Chetumal, Quintana Roo, México. European Scientific Journal, ESJ [Internet]. 2018 [cited 2024 Feb 12];14(14):33-33. doi:10.19044/esj.2018.v14n14p33 ).

It is necessary to indicate that the relationship between doline area and morphometric parameters is not a sine qua non condition for the analysis of soil losses, since this relationship is highly dependent on the degree of irregularity of the contours of the absorption forms and conditions of use of the soil cover, in the same space over time (2626. Moreno-Gómez M, Liedl R, Stefan C. A New GIS-Based Model for Karst Dolines Mapping Using LiDAR; Application of a Multidepth Threshold Approach in the Yucatan Karst, Mexico. Remote Sensing [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];11(10):1147. doi:10.3390/rs11101147 ).

The geographic scale as an integrating concept in the understanding of karstic-erosive processes

 

Taking these aspects into consideration (2727. Febles González JM, Febles Díaz J m., Sobrinho NMBA, Tolón-Becerra A, Lastra-Bravo X, Botta GF. Resilience of Red Ferralitic soils in the karst regions of Mayabeque Province, Cuba. Land Degradation & Development [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];30(1):109-16. doi:10.1002/ldr.3192 -2929. Matos H, Paredes C, Vega R de la, Pardo E. Reconocimiento semiautomático de depresiones kársticas mediante análisis clúster de las distribuciones morfométricas y su aplicación al karst del Estado de Yucatán, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas [Internet]. 2019 [cited 2024 Feb 12];36(2):270-88. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57265251010 ) it is necessary to incorporate the local scale as a resolution level associated with a specific and physically delimitable area to differentiate at the meso-, micro- and nano-relief level the set of processes that simultaneously participate in the formation or degradation of Red Ferrallitic soils. Also, to understand how water and karst-erosion manifestations are generated or expressed differently as one moves from one scale to another (Figure 5) (3030. Villalba EP. Reseña de “Espacio y territorio. Instrumentos metodológicos de investigación social” de Hubert Mazurek. Revista de Geografía Agrícola [Internet]. 2009 [cited 2024 Feb 12];(43):172-3. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=75715608010 ). Thus contributing to a better understanding of the spatio-temporal dynamics that take place in the depressions and their areas of influence, since these areas are characterized by being part of a whole that contains it and is much broader.

Figure 5.  The cartographic perception of the doline and area of influence depends on its surface

It is important to keep in mind that this suggests problems at the level of analysis or synthesis, since they are limited or are biased by the cartographic scale that represents the phenomenon. Thus denying the possibility of perceiving what happens at higher or lower scales, significantly affecting the analysis and explanation of the karst-erosive phenomenon.

"Rosafé Signet" center authorities, aware of the progressive advance of the karstic depressions and, in an attempt to recover the land bottom destined to the cultivation of pastures for fodder. It dumped in sinkhole No. 3 in 2003, 20 trucks with a capacity between 5 - 7 t, which represented a volume of more than 100 t (E. Lamoroux, commun. pers.). It is to be noted that in the executive phase of the investigation it was found that the doline was not refilled, and that the process of dissolution through the ponor continues. Therefore, this practice was not at all effective from the environmental point of view, because it obstructed the drainage ways through which the runoff takes place (functional ponors). Nor was it effective from an economic point of view.

However, the presence of sinkholes is often not considered a problem for the prevention of soil loss and other natural disasters, since these forms are usually relegated in terms of geological risks. Even their environment of influence is close to urban centers, agricultural or industrial areas, which can alter the initial conditions of the pedogenesis-morphogenesis balance, where the preservation of the karst landscape should be a priority, hence the importance of scale to explain correctly these geographic phenomena.

CONCLUSIONS

 
  • The recognition and spatio-temporal evolution of the forms of water erosion and karst-erosion in the areas of influence of karst depressions is only possible at a local scale and not from a simple rescaling of the variables to large areas, in order to avoid different interpretations in the erosion maps of the Ferrallitic Red soils in Cuba.

  • Whatever the concept adopted, the relativity in the vision of the same fact, from different scales, constitutes an extremely enriching option to demonstrate definitively the erosion of Red Ferrallitic soils in karst regions.