Rainfall Pattern and Erosivity: A 90-Year Study in a Cropland Region of Argentina

Abstract

Water soil erosion is a significant threat to agricultural sustainability and a key process of land degradation. Climate change is altering precipitation patterns and increasing rainfall erosivity globally, leading to more extreme hydrological conditions, yet many agriculturally significant regions lack detailed long-term analysis. This study addresses this gap by quantifying 90-year trends (1934–2023) in key precipitation metrics—total depth, number of rainy days, heavy rainfall (% of rainfall ≥ 50 mm), and rainfall erosivity (R-factor)—in a critical cropland region of Argentina. Analysis of daily data from the Paraná Agrometeorological Station revealed significant breakpoints in the 1970s. Post-breakpoint increases were observed for annual rainfall depth (+16% since 1975), rainy days (+19% since 1972), heavy rainfall events (+21% since 1971), and rainfall erosivity (+24% since 1977). On a monthly basis, March exhibited the highest erosivity. Despite a recent decrease in total monthly precipitation for March, its erosive potential appears to be sustained by a higher concentration of rainfall in intense events. Conversely, the period from May to September was characterized by lower and more stable erosivity values. Positives and significant correlations were established between the El Niño-Southern Oscillation (ENSO), measured by the Oceanic Niño Index (ONI), and all rainfall variables, with the strongest influence observed during the spring-summer seasons for rainfall depth (r= 0.24 to 0.51). Furthermore, the frequency of quarters classified as El Niño conditions has increased about 91% since the mid-1970s breakpoint. This study demonstrates a clear climatic shift towards conditions of higher precipitation and greater erosivity in the region. These findings underscore the urgent need for enhanced soil and water conservation policies to mitigate the increasing risk of land degradation.La erosión hídrica constituye uno de los principales procesos de degradación de suelos y representa una amenaza para la sostenibilidad de los sistemas agrícolas. En el contexto del cambio climático, se han observado modificaciones en los regímenes de precipitación y un incremento de la erosividad de las lluvias a escala global, lo que se traduce en una mayor recurrencia de condiciones hidrológicas extremas. No obstante, diversas regiones de relevancia agroproductiva aún presentan un vacío de conocimiento en relación con análisis sistemáticos de largo plazo. El presente estudio contribuye a subsanar esta limitación mediante la evaluación de las tendencias registradas durante un período de 90 años (1934-2023) en variables pluviométricas clave—precipitación total anual, número de días con precipitación, lluvias intensas (% de lluvia en eventos mayores a 50 mm) y erosividad de la lluvia (factor R)—en una región agrícola estratégica de Argentina. El análisis de datos diarios correspondientes a la Estación Agrometeorológica Paraná permitió identificar puntos de cambio significativos durante la década de 1970. Durante el segundo periodo identificado se registraron incrementos en la precipitación anual (+16 % desde 1975), en el número de días con lluvia (+19 % desde 1972), lluvias intensas (+21 % desde 1971) y en la erosividad de la lluvia (+24 % desde 1977). A escala mensual, marzo presentó los valores más elevados de erosividad. Si bien se observó una disminución reciente de la precipitación total mensual en dicho mes, el potencial erosivo se mantuvo elevado, probablemente como consecuencia de una mayor concentración de la precipitación en eventos de alta intensidad. En contraste, el período comprendido entre mayo y septiembre se caracterizó por valores de erosividad más bajos y una mayor estabilidad temporal. Asimismo, se determinó una correlación positiva y estadísticamente significativa entre el fenómeno El Niño–Oscilación del Sur (ENOS), cuantificado mediante el Índice Oceánico de El Niño (ONI), y el conjunto de variables pluviométricas analizadas, siendo la influencia más marcada durante las estaciones de primavera y verano. Adicionalmente, se constató un incremento en la frecuencia de trimestres clasificados bajo condiciones El Niño a partir del punto de cambio identificado a mediados de la década de 1970. Los resultados evidencian un desplazamiento del régimen climático regional hacia escenarios caracterizados por mayores precipitaciones y un incremento sostenido de la erosividad. Estos hallazgos refuerzan la necesidad de implementar y fortalecer estrategias integrales de conservación de suelos y agua, con el fin de reducir el riesgo creciente de degradación de suelos en la región.