Evaluación de campo y simulación de cloruros en solución en un suelo afectado por la actividad de Feedlot

El objetivo del trabajo es evaluar el flujo y el transporte de cloruros en la zona no saturada (ZNS) de una parcela de suelo adyacente a un corral de engorde entre el 18-08-2012 y el 26-01-2013 mediante simulaciones numéricas con el software Hydrus 1D calibrado con datos de campo. Para ello, se instrumentó un sitio experimental y se obtuvieron observaciones continuas de parámetros de interés en relación al perfil del suelo, distribución de humedad y cloruros en solución del suelo. Hydrus 1D consiguió representar satisfactoriamente la variación de humedad en todo el perfil de suelo, mientras que el transporte de cloruro se vio afectado por las características texturales. Las desviaciones encontradas entre la concentración simulada y la observada podrían estar indicando la presencia de flujo lateral y preferencial a través de macroporos, no tenidos en cuenta en este caso.The objective of this study is to evaluate flow and transport of chloride in the unsaturated zone (ZNS) of a parcel of land adjacent to a feedlot between 18-08-2012 and 26-01-2013 by numerical simulations with Hydrus 1D calibrated with field data. To do this, experimental site was instrumented and continuous observations of parameters of interest were obtained in relation to the soil profile, moisture and chloride distribution in soil solution. Hydrus 1D satisfactorily represents the moisture evolution throughout the soil profile, while chloride transport was affected by the textural characteristics. Deviations found between the simulated and observed concentrations could indicate the presence of lateral flow or preferential flow through macropores not taken into account in this case.Universidad Nacional de La Plat

Regional hydrochemical characterization of bajos submeridionales, Gran Chaco, Argentina

Los Bajos Submeridionales se sitúan al SE del Chaco Austral, en la planicie distal del megaabanico aluvial del río Salado del Norte. Presentan una suave pendiente NO-SE que, interrumpen esteros, cañadas y lagunas en un paisaje modelado por la acción fluvio-eólica. El sistema es geológicamente complejo. Sus rasgos singulares condicionan la disponibilidad y el quimismo de las aguas. Se analizaron los resultados hidroquímicos de 85 muestras de aguas superficial y subterránea. Se realizó una caracterización con el objetivo de identificar: tipos químicos de aguas y posibles patrones hidroquímicos de evolución en profundidad. La salinidad de las aguas es posiblemente el resultado de: mezcla de aguas de distinto origen, evaporación directa de espejos de agua y agua freática y el ascenso de aguas profundas más salinas, entre otros. Estas primeras observaciones contribuirán a comprobar la validez del modelo de flujos jerárquicos propuesto para cuencas sedimentarias.Centro de Investigaciones Geológica

Regional hydrochemical characterization of bajos submeridionales, Gran Chaco, Argentina

Los Bajos Submeridionales se sitúan al SE del Chaco Austral, en la planicie distal del megaabanico aluvial del río Salado del Norte. Presentan una suave pendiente NO-SE que, interrumpen esteros, cañadas y lagunas en un paisaje modelado por la acción fluvio-eólica. El sistema es geológicamente complejo. Sus rasgos singulares condicionan la disponibilidad y el quimismo de las aguas. Se analizaron los resultados hidroquímicos de 85 muestras de aguas superficial y subterránea. Se realizó una caracterización con el objetivo de identificar: tipos químicos de aguas y posibles patrones hidroquímicos de evolución en profundidad. La salinidad de las aguas es posiblemente el resultado de: mezcla de aguas de distinto origen, evaporación directa de espejos de agua y agua freática y el ascenso de aguas profundas más salinas, entre otros. Estas primeras observaciones contribuirán a comprobar la validez del modelo de flujos jerárquicos propuesto para cuencas sedimentarias.Centro de Investigaciones Geológica

Regional hydrochemical characterization of bajos submeridionales, Gran Chaco, Argentina

Los Bajos Submeridionales se sitúan al SE del Chaco Austral, en la planicie distal del megaabanico aluvial del río Salado del Norte. Presentan una suave pendiente NO-SE que, interrumpen esteros, cañadas y lagunas en un paisaje modelado por la acción fluvio-eólica. El sistema es geológicamente complejo. Sus rasgos singulares condicionan la disponibilidad y el quimismo de las aguas. Se analizaron los resultados hidroquímicos de 85 muestras de aguas superficial y subterránea. Se realizó una caracterización con el objetivo de identificar: tipos químicos de aguas y posibles patrones hidroquímicos de evolución en profundidad. La salinidad de las aguas es posiblemente el resultado de: mezcla de aguas de distinto origen, evaporación directa de espejos de agua y agua freática y el ascenso de aguas profundas más salinas, entre otros. Estas primeras observaciones contribuirán a comprobar la validez del modelo de flujos jerárquicos propuesto para cuencas sedimentarias.Centro de Investigaciones Geológica

Study of nitrogen dynamics in a feedlot soil

Fil: Veizaga, Emiliano Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentina.En Argentina, la producción ganadera se ha desarrollado históricamente bajo la modalidad extensiva. A partir de la década del 90 se intensifica la producción ganadera dando origen a un cambio en la modalidad de producción y a la instalación de gran cantidad de establecimientos que llevan adelante la práctica productiva de engorde a corral con suplementación alimentaria, de forma industrializada o semi-industrializada en establecimientos denominados Feedlot. El avance de la actividad de feedlot ha generado preocupaciones en materia ambiental debido a que los mismos constituyen focos potenciales de contaminación puntual y difusa de los suelos y aguas, producto de la acumulación de las deyecciones de los animales y del movimiento no controlado de efluentes. La elevada concentración de nitrato presente en suelos y aguas en torno a feedlots, su evaluación y el análisis de los procesos asociados a sus transformaciones constituyen un problema de gran interés para la protección del recurso hídrico subterráneo. Por ende, la tesis tuvo por objetivo identificar cómo la interacción entre procesos físicos (dilución por ingreso de agua, concentración por evapotranspiración) y biológicos (nitrificación, desnitrificación) afectan la dinámica del nitrato y otros solutos en un suelo caracterizado por el elevado contenido de finos (limo y arcilla), bajo diferentes condiciones de afectación en superficie y humedad del perfil. Los objetivos específicos se orientaron al diseño de estrategias de muestreo espacio/temporales que capturen los procesos fundamentales que afectan las concentraciones de nitrato en el subsuelo.Historically in Argentina, cattle grazing occurred in extensive lands, in natural pastures. From the 90´s, cattle production increased but to the expense of a new production type, feedlots-FL or animal feeding operation (AFO), which is used in intensive animal farming for finishing livestock, notably beef cattle, prior to slaughter. The steady and widespread growth of FLs has generated environmental concerns not only in Argentina. As a consequence of cattle manure accumulation on FLs pens and uncontrolled effluents flows, FLs constitute potential point and diffuse contamination sites for soils and waters. Manure produces contamination within the pens as well as in nearby land as manure is flushed by precipitation water and runoff. High NO3--N concentrations found in soils and waters around FLs , its evaluation and the analysis of processes associated to its transformations constitute an issue of great interest for groundwater resources protection. Consequently, the objective of this thesis was to identify how the interaction between physical processes (dilution from infiltrating water, salts concentration from evapotranspiration) and biological processes (nitrification, desnitrification) interact and affect the dynamics of NO3--N and other solutes in fined-textured soils, under different hydrologic conditions at the surface and soil moisture conditions within the soil profile. Specific objectives were aimed at designing appropriate spate/time monitoring strategies in order to capture the fundamental processes that affect NO3--N concentrations within soils.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y TécnicasUniversidad Nacional de Rosari

Estudio de la dinámica del nitrato en el suelo proveniente de la actividad ganadera intensiva

En Argentina, el crecimiento de los establecimientos de engorde intensivo de ganado (feedlot-FL) generó preocupaciones ambientales debido a que constituyen focos potenciales de contaminación puntual y difusa de suelos y aguas, producto de la acumulación de las deyecciones de los animales y del movimiento no controlado de efluentes. Los efluentes son una fuente hiperconcentrada de carbono orgánico, nitrógeno, fósforo, azufre, magnesio y potasio, entre otros elementos. La elevada concentración de NO3-N en suelos y aguas en torno a FLs, su evaluación y el análisis de los procesos de su transformación, son de gran interés para la protección del recurso hídrico subterráneo. En este trabajo se presentan los resultados de un estudio integral de campo y simulaciones numéricas 1D y 2D del flujo y transporte de solutos en la zona no saturada del suelo entorno a un FL. El objetivo del estudio fue identificar cómo la interacción entre procesos físicos (dilución por ingreso de agua, concentración por evapotranspiración) y biológicos (nitrificación, desnitrificación) afectan la dinámica del NO3-N y otros solutos, bajo diferentes condiciones de afectación en superficie y humedad del perfil. El flujo en la zona no saturada está gobernado por la ecuación no lineal de Richards´, que requiere conocer relaciones constitutivas para los diferentes materiales que componen el perfil de suelo. Por otro lado, la ecuación clásica de advección-dispersión ADE para simular el transporte de contaminantes, suele no ser la más adecuada en suelos de textura muy fina, por presencia de porosidades secundarias como macroporos, que crean condiciones de no-equilibrio. En este trabajo se adoptó una formulación matemática de porosidad simple para el flujo y una de porosidad doble (zona móvil/inmóvil) para el transporte. El modelo numérico utilizado fue el código en elementos finitos HYDRUS-1D y 2D, cuya calibración se realizó con datos de potencial matricial y datos de concentración de solutos a diferentes profundidades recolectados durante más de dos años en el sitio de estudio. La interpretación de las observaciones de campo, junto con los resultados numéricos, permitieron identificar la importancia relativa de los procesos que afectan la distribución de agua en el perfil, la dinámica del transporte de nitrato y las dificultades asociadas a los cambios estructurales de los suelos finos. El enfoque 1D arrojó resultados muy satisfactorios, sin embargo las simulaciones 2D permitieron observar fenómenos que no podrían ser adecuadamente representados mediante un enfoque unidimensional como ser la presencia de flujos subsuperficiales en el interior del perfil de suelo.Fil: Veizaga, Emiliano Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; ArgentinaFil: Rodriguez, Leticia Beatriz. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingenieria y Ciencias Hidricas. Centro de Estudios Hidro-ambientales; Argentin

Investigating nitrate dynamics in a fine-textured soil affected by feedlot effluents

Feedlots concentrate large volumes of manure and effluents that contain high concentrations of nitrate, among other constituents. If not managed properly, pen surfaces run-off and lagoons overflows may spread those effluents to surrounding land, infiltrating into the soil. Soil nitrate mobilization and distribution are of great concern due to its potential migration towards groundwater resources. This work aimed at evaluating the migration of nitrate originated on feedlots effluents in a fine-textured soil under field conditions. Soil water constituents were measured during a three-year period at three distinct locations adjacent to feedlot retention lagoons representing different degrees of exposure to water flow and manure accumulation. A simple statistical analysis was undertaken to identify patterns of observed nitrate and chloride concentrations and electrical conductivity and their differences with depth. HYDRUS-1D was used to simulate water flow and solute transport of Cl−, NO4+[sbnd]N, NO3−[sbnd]N and electrical conductivity to complement field data interpretation. Results indicated that patterns of NO3−[sbnd]N concentrations were not only notoriously different from electrical conductivity and Cl− but also ranges and distribution with depth differed among locations. A combination of dilution, transport, reactions such as nitrification/denitrification and vegetation water and solute uptake took place at each plots denoting the complexity of soil-solution behavior under extreme polluting conditions. Simulations using the concept of single porosity-mobile/immobile water (SP-MIM) managed structural controls and correctly simulated —all species concentrations under field data constrains. The opposite was true for the other two locations experiencing near-saturation conditions, absence of vegetation and frequent manure accumulation and runoff from feedlot lagoons. Although the results are site specific, findings are relevant to advance the understanding of NO3−[sbnd]N dynamics resulting from FL operations under heavy soils.Fil: Veizaga, Emiliano Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingenieria y Ciencias Hidricas. Centro de Estudios Hidro-ambientales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Rodriguez, Leticia Beatriz. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingenieria y Ciencias Hidricas. Centro de Estudios Hidro-ambientales; ArgentinaFil: Ocampo, Carlos Jorge. University of Western Australia; Australia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Water and chloride transport in a fine-textured soil profile in a feedlot pen

Cattle feeding in feedlot pens produces large amounts of manure and animal urine. Manure solutions resulting from surface runoff are composed of numerous chemical constituents whose leaching causes salinization of the soil profile. There is a relatively large number of studies on preferential flow characterization and modeling in clayed soils. However, research on water flow and solute transport derived from cattle feeding operations in fine-textured soils under naturally occurring precipitation events is less frequent. A field monitoring and modeling investigation was conducted at two plots on a fine-textured soil near a feedlot pen in Argentina to assess the potential of solute leaching into the soil profile. Soil pressure head and chloride concentration of the soil solution were used in combination with HYDRUS-1D numerical model to simulate water flow and chloride transport resorting to the concept of mobile/immobile—MIM water for solute transport. Pressure head sensors located at different depths registered a rapid response to precipitation suggesting the occurrence of preferential flow-paths for infiltrating water. Cracks and small fissures were documented at the field site where the % silt and % clay combined is around 94%. Chloride content increased with depth for various soil pressure head conditions, although a dilution process was observed as precipitation increased. The MIM approach improved numerical results at one of the tested sites where the development of cracks and macropores is likely, obtaining a more dynamic response in comparison with the advection–dispersion equation.Fil: Veizaga, Emiliano Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingenieria y Ciencias Hidricas. Centro de Estudios Hidro-ambientales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; ArgentinaFil: Rodriguez, Leticia Beatriz. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingenieria y Ciencias Hidricas. Centro de Estudios Hidro-ambientales; ArgentinaFil: Ocampo, C. J.. University of Western Australia; Australi

Hydrogeological and hydrochemical framework of the distal section of the Salado-Juramento fluvial megafan (Bajos Submeridionales) in South America

The Bajos Submeridionales (BBSS) (Argentina) is a 54,800 km2 hydrological system located at the distal part of the Salado-Juramento Fluvial Megafan (SJRM). Its climate evolves from humid-subtropical in the east to semiarid in the west. Its hydrogeological system is typical of extensive plains, topography locally imposes vertical flows and neotectonic elements define system boundaries and drains. These characteristics and poor data availability represent a major challenge for identifying a hierarchical subsurface flow system and the influence of neotectonics. This work characterizes the hydrogeology of the BBSS and proposes a conceptual model based on integrated systematic information including 453 water level, 145 hydrochemical, and 99 δ18O- δD data. Four hydrogeological units are identified (HU1–HU4), two of which are divided into sub-units based on their sedimentary sequence. The main chemical types are Na-Cl, Na-Cl/SO4, Na-HCO3/Cl, Na-Cl/HCO3, and HCO3-Na. Dominant ions are Na, Cl, and SO4. Measured electrical conductivity reaches values as high as 132,000 μS/cm. Water chemistry modifying processes include halite, gypsum, and carbonate dissolution; ion exchange; inter-HU water mixing; and evapo-concentration. δ18O-δD and EC-δ18O suggest the existence of subsurface flow sectors. In the south, shallow and medium depth groundwater flows respond to the current circulation of the SJRM. Recharge occurs in the sub-Andean Ranges and point discharges, at the western lakes and some lakes of the Golondrina-Calchaquí system. Precipitation recharges shallow flows locally in the north, center, and east. Extreme west HU2 and HU1 receive deep upward thermal flows through structural lineaments. Thus, the Otumpa Hills morpho-structure would be a barrier to shallow HU1 flow, though not to deep regional HU2 and HU4 flows. Regional groundwater flow is from NW to SE and both local and regional flows would discharge in the Paraná River. The new conceptual model developed helps to further understand the groundwater system of a large plain in South America.Fil: Thalmeier, Maria Belen. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; ArgentinaFil: Rodriguez, Leticia Beatriz. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; ArgentinaFil: Heredia, Javier. Instituto Geológico y Minero de España; EspañaFil: Veizaga, Emiliano Andrés. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe; Argentin

Environmental isotopes contribution to the characterization of the flow pattern of a large plain hydrogeological system

[EN] Bajos Sumeridionales (BBSS) is an extensive region (54 280 km2) on the Chaco Austral in Argentina. Mean annual precipitation is 950 mm, ranging from 400 mm/y to 1600 mm/y due to the occurrence of hydroclimatic extremes. Potential evapotranspiration reaches 1500 mm/y, and mean annual temperature is 21oC. It is located at the distal portion of the Salado-Juramento fluvial mega-fan and presents a smooth NW-SE slope (gradient < 1 0/00). The north-western and eastern surface watersheds are defined by the Otumpa Hills and the Vera block, respectively. Both are raised blocks originated by regional neotectonic movements. However, the regional bound of the hydrogeologic system is unknown. It could extend from a recharge zone on the Subandean mountain range on the West end of the region, up to a regional discharge level imposed by the Paraná River on the East end. As is typical on large plain hydrogeological systems, local recharge-discharge vertical flows condition the flow pattern, though regional flows exist. Intermediate scale flows are not relevant due to low topographic gradients. All flow types discharge locally in numerous surface water bodies and crypto-wetlands, and their interaction is dependent on hydroclimatic pulses. These flow features make difficult to contrast Toth´s hydrogeological conceptual model proposed for sedimentary basins. Nonetheless, some previous works postulated the validity of this model, although with limited field contrast. A new geological interpretation of the regional system allowed defining consistent hydrogeologic regional units with the environmental isotopes results (18O y 2H) presented in this work enabled stablishing a complex and sectorized hydrogeologic flow system for the BBSS. In the southern portion, water circulation would correspond to the current fluvial mega-fan of the Salado-Juramento River, with recharge originating on the Sub Andean mountain range. In the northern portion, it would correspond to local flows, with a likely contribution from deep thermal flows. Both sectors would discharge into the Golondrina-Calchaquí stream which is a tributary of the Salado-Juramento River. This sectorization would highlight that the uplift of the Otumpa Hills, which occurred after the formation of the mega-fan, conditioned its primitive flow pattern. This study is developed under project nº 2559 from Instituto Geológico y Minero de España, project nº 2010-214-16 from ASaCTeI (Santa Fe, argentina), and project PICT-2016-1334 from Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Argentina.This study is developed under project nº 2559 from Instituto Geológico y Minero de España, project nº 2010-214-16 from ASaCTeI (Santa Fe, argentina), and project PICT-2016-1334 from Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Argentina.Peer reviewe