INFLUENCIA FORESTAL EN LA HIDRODINÁMICA DE SUELOS EN AMBITOS MEDITERRÁNEOS.

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1 INFLUENCIA FORESTAL EN LA HIDRODINÁMICA DE SUELOS EN AMBITOS MEDITERRÁNEOS. 1.- INTRODUCCION. José Damián Ruiz Sinoga. Oscar Galan Arnal. (Deptº de Geografía. Universidad de Málaga). La presente comunicación es parte del estudio que estamos realizando sobre la hidrodinámica de formaciones superficiales en ámbitos mediterráneos aplicada al sector occidental de la Cuenca Sur. La protección biótica tiene un importante papel en las formaciones superficiales, ante la fenomenología torrencial. Las características de los hitos torrenciales, vinculados a episodios temporales cortos, -menos de 2 horas de duración-, e intensos, +/- 50mm/h, coadyuvan en la idea del papel protector de la biomasa, como elemento de intercepción entre el suelo y la precipitación agresiva, y por tanto, reductor de los efectos de esta ante procesos degradacionales de los suelos. El presente estudio, se inscribe en el análisis mediante métodos empíricos del comportamiento hidrológico de algunas formaciones vegetales características del ámbito sur-mediterráneo español. Siguiendo con los modelos clásicos, comúnmente aceptados en la literatura ad-hoc, los procesos de vertiente atienden a distintos patrones; infiltración-escorrentía y erosión por salpicadura o por arroyada, desde las laderas hacia los fondos de valle, y erosión lineal y formación de carcavas, desde estos últimos hasta las laderas, atendiendo a una convergencia dentro del sistema. Por tanto, y desde nuestro punto de vista, el estudio científico del comportamiento hidrológico debe iniciarse al mayor nivel de aproximación, a escala de parcela, dadas las condiciones variantes de los factores bióticos dentro del ámbito mediterráneo. De hecho, en la misma ladera, podemos asistir a diferentes patrones de infiltración-escorrentía, y por tanto, a distintos comportamientos en relación a los procesos erosivos. La respuesta hidrológica de una ladera dentro del sistema ecogeomorfológico mediterráneo, dependerá de los factores dominantes de la misma, sean bióticos o abióticos, tanto mas cuando dentro de una misma ladera los podemos encontrar sin solución de continuidad. Sin lugar a dudas, el papel de las formaciones superficiales es fundamental a la hora de la determinación de comportamientos hidrológicos, pero dadas las características del presente estudio, hemos preferido atajar el problema que podía suponer la existencia de diferentes tipos de suelo, realizando todos los experimentos sobre idénticas formaciones, como elemento homogeneizador. 2.- HIPOTESIS INICIALES. El papel protector de la vegetación ante condiciones extremas o cuasi extremas es un clásico en la literatura forestal. Los trabajos de García Najera, Lopez Cádenas, Perez Soba Baro, Carrera Morales, Mintegui Aguirre, De Simon Navarrete,...en trabajos realizados desde 1943 a 1991., por solo citar a algunos de ellos, han evidenciado la importancia de la biomasa ante la fenomenología torrencial típica de áreas mediterráneas. Dado el carácter de los mismos, el nivel de aproximación ha sido en la mayor parte de los casos de tipo intermedio, lo que podemos denominar a escala de cuenca hidrográfica, considerándola como un sistema en el que se producen una serie de entradas y unas salidas, es decir, como un sistema dinámico. En el presente estudio, pretendemos hacer una aproximación a escala de ladera, partiendo de la hipótesis de que dadas las peculiares condiciones del sistema ecogeomorfológico mediterráneo, y los rasgos manifiestos de biodiversidad dentro del mismo, dentro de una ladera, pueden llevarse a efecto distintos patrones de infiltraciónexfiltración, y en donde los factores bióticos tienen un importante papel. Según los modelos clásicos de generación de escorrentía, estos pueden atender a dos patrones. De una parte, y siguiendo a Horton, en suelos no saturados es el exceso de precipitación el principal componente de la escorrentía superficial. De otra parte, y según Hewlett, la tasa de recarga del suelo, como estructura porosa, se incrementaría hasta conseguir su nivel de saturación, momento en el que el exceso de agua circularía superficialmente. La escorrentía, según Horton, iria directamente en relación al exceso de precipitación, y la capacidad de succión del suelo, se mantendría constante desde el inicio de la precipitación.. Sin embargo,, en ambientes mediterraneos, dificilmente adquieren vigencia los patrones definidos, o al menos, no han podido ser constatados en nuestra investigación como expondremos a continuación. Aunque parte hay de cierto en ambas teorías. De un lado, el suelo como estructura porosa posee una determinada tasa de infiltración, aunque esta no sea necesariamente constante, de otro, la saturación progresiva del suelo contribuye a estabilizar la tasa de transferencia hidraúlica en el mismo, y por tanto, los niveles de escorrentía. Los factores bióticos tienen un papel importante en la generación de escorrentías a escala de ladera, y ese será el principal objetivo en el presente estudio.

2 Fig 1. Modelos clásicos de generación de escorrentía. (Calvo Cases, A) En gradientes pluviométricos proximos a las condiciones de aridez dominan los procesos de escorrentía en las zonas alta y media de la ladera, y en las zonas bajas, las de acumulación, se incrementan los procesos de infiltración, en detrimento de la escorrentia superficial. Es decir, asistiriamos a un patron hortoniano en el que dominan los factores abioticos. Alli donde las condiciones pluviométricas se incrementan, y se alcanzan valores cercanos a los 1200 mm anuales, son los factores bioticos los que controlan los procesos generados por este binomio, de tal punto que la escorrentía por saturación no sería sino la consecuencia directa. Esto supondría una reducción importante en lo que respecta al area contribuyente, de tal forma, que si en gradientes proximos a la aridez, encontramos dentro de la ladera, una importante area contribuyente, y generadora de caudales directos, en condiciones humedas, aquellas controladas por factores bióticos, dado que dominan los procesos de infiltración, la aportación a caudal de las mismas es muy reducida. Son las condiciones intermedias las que merecen nuestra atención, puesto que precisamente son aquellas del medio en el que nos encontramos, y las del objeto del presente estudio. En tales condiciones, podemos afirmar, ninguno de los dos patrones tiene vigencia. En condiciones mediterraneas con gradientes pluviométricos entre los mm anuales, podemos encontrar dos modelos de hidrodinamica de formaciones superficiales que podrían atender al esquema presentado con anterioridad. Alli donde el suelo no está saturado dominarían los procesos de escorrentia que podiamos denominar hortoniana discontinua. Es decir, en cada una de las partes de la ladera, dependiendo de la importancia de los factores bioticos/abioticos, se generarian procesos de escorrentía superficial, salvo cuando los factores bioticos, generadores de unas diferentes propiedades fisicas de los suelos, ya demostradas, incrementan la capacidad de infiltración de los mismos. En tales condiciones, cuando se alcanza la tasa de saturación de los suelos, se iniciaría un comportamiento hidrodinámico de los mismos que atendería mas a lo que denominamos un modelo mixto, en donde la relación infiltración-exfiltración-escorrentía, no tiene solución de continuidad. Esto supone, que algunos comportamientos hidrofobos de suelos, vinculados teoricamente a las propiedades fisicas de los mismos, atenderían, mas bien, a patrones relacionados con sus propiedades hidrológicas, y sobretodo a su vinculación con agentes externos. ( Calvo et al. En revision. Geomorphology)

3 Fig. 2. Modelos de generación de escorrentía en condiciones mediterráneas. 3.- METODOLOGÍA. Dentro del mismo gradiente pluviométrico, y con idénticas condiciones ecogeográficas, hemos identificado diferentes laderas, cada una de ellas, con un aprovechamiento distinto. Sobre ellas, hemos realizado distintos experimentos de infiltración e hidrodinámica de suelos, mediante el uso del simulador de lluvia diseñado por Calvo et al, 1988; Cerda et al 1997, Calvo Las simulaciones han tenido una duración de 30 minutos, de acuerdo con las características de las precipitaciones intensas evaluadas con datos facilitados por la Confederación Hidrográfica del Sur, relativos a los últimos 50 años. Asimismo una intensidad de 55 mm/h. Paralelamente, y durante las simulaciones, hemos medido mediante el sistema TDR TRIME, la humedad del suelo, asi como tomado muestras de sedimentos emitidos por la parcela. El objetivo es el de poder diagnosticar la hidrodinámica de cada una de las areas o laderas elegidas, y su comparación con las restantes. La información resultante, es referida a escorrentía, y su ajuste según la curva de Horton, infiltración en porcentaje volumétrico, y sedimentos emitidos en grs/ltr. 4.- CASO DE ESTUDIO. De acuerdo con el método de trabajo reseñado, elegimos en la zona de los Montes de Málaga, varias laderas coincidentes en toda una serie de características ecogeomorfológicas, excepto en las relativas a los factores bióticos, a la cubierta vegetal o aprovechamiento. Una de ellas era de Pinar de repoblación de unos 50 años, otra de alcornocal, otra de matorral con almendros dispersos, y otra de almendros. La ubicación de las mismas responde a laderas situadas a unos mts de altitud, de unos 150 mts. de longitud, orientación W, pendiente entre el 30-45%, y con suelos desarrollados sobre filitas del Paleozoico. En estas diferentes condiciones realizamos las simulaciones, y en las formaciones forestales, realizamos pruebas de trascolación, mediante el uso de boquillas Hardi-14, y presión de salida por la misma a 1,7 bar., ya calibradas en laboratorio previamente. El objetivo, es la determinación no solo del comportamiento hidrológico entre la cubierta foretal, es decir, en aquellas zonas en donde la precipitación incide directamente sobre el suelo, sino tambien, su determinación bajo cubierta forestal, en donde circunstancias como la energía cinética del impacto de la gota de lluvia sobre el suelo, y las características de las mismas, mas dispersas, podrían generar cambios hidrodinámicos. 5.- RESULTADOS. Escorrentía. En todos los casos, la escorrentía comienza a los pocos minutos de iniciarse el experimento, lo cual puede ser debido al factor pendiente que en cualesquiera de los casos era importante. Sin embargo, tanto las tasas de

4 escorrentía, como el momento en el que se alcanza la tasa de escorrentía estable, varian considerablemente en cada una de las laderas consideradas, y aún más, al establecer los valores aproximados de trascolación. Las tasas de escorrentía estable varían desde los 7 minutos en el alcornocal en el experimento de trascolación, o los 9 minutos del pinar, a los 21 minutos en la ladera de matorral y almendros. Sin embargo, el volumen de la misma es muy diferente, tal y como presentamos en los gráficos, y siempre en la linea de las hipótesis planteadas con anterioridad, y en donde comprobamos cual es el papel de la biomasa. La respuesta hidrológica superficial puede clasificarse en 3 tipos: 1.- Las menores tasas de escorrentía se producen en suelos bajo cubierta forestal arborea, sea pinar o alcornocal, con indices que no superan los 3 mm/h, en el primero y 1 mm/h en el segundo. 2.- Los espacios sin protección entre pinares o alcornocales generan tasas de escorrentía altas, con valores que oscilan entre 40 y 31 mm/h respectivamente. 3.- La laderas de almendro esten en cultivo o abandonado, generan tasas de escorrentía entre 23 y 18 mm/h, aunque con diferencias en cuando al desarrollo de la curva de escorrentía, puesto que en el caso de la ladera de almendro+matorral, se alcanza la tasa de escorrentía estable a los 21 minutos, y en el de almendro solo, la escorrentía es una constante creciente, tal y como presentamos en el gráfico. Emisión de sedimentos: Las tasas de emisión de sólidos son diferentes tanto cualitativa como cuantitativamente. Desde

5 el punto de vista cualitativo, atienden a dos patrones, dependiendo si desde el inicio del experimento, y conforme evoluciona este, se reducen o se incrementan los registros, lo que está relacionado directamente con la existencia o no de alguna cubierta vegetal terófita. Desde el punto de vista cuantitativo, los registros solo son significativos en el caso de la ladera de almendros, con niveles entre 5 y 7 grs/l, en los restantes casos, estos estan por debajo de 1 gr/l, aunque las tasas iniciales puedan ser superiores debido al efecto splash con el inicio del experimento. Infiltración en el suelo: En todos los casos, los suelos alcanzan tasas de transferencia hidráulica estable cuando adquieren entorno al 40% de humedad volumétrica. Sin embargo, la forma y el tiempo de desfase en el que adquieren esa tasa de humedad es diferente. Asistimos a dos procesos, uno, que denominamos rápido, derivado de una buenas condiciones de infiltración, y por consiguiente de transferencia hidráulica, en el sotobosque entre alcornoques o en el matorral entre almendros, en donde a los pocos minutos del inicio de los experimentos adquieren el 90% de la humedad volumétrica estable. Por el contrario, los suelos mas desprotegidos, bien por ausencia de sotobosque o bién porque esten cultivados, como es el caso de los almendros, adquieren una tasa de infiltración mas lenta, como puede apreciarse en las figuras adjuntas. Sin embargo, ello no implica que debamos relacionar directamente la rapidez de respuesta, con la escorrentía, puesto que la casuística será diferente, y las condiciones previas a la infiltración también. 6.- CONCLUSIONES. 1ª.- Dadas las similares características de los factores abióticos, y las diferentes respuestas hidrodinámicas obtenidas, son los factores bióticos los que controlan tales procesos. (porque estas en el rango humedo de lavee 88 2ª.- Dentro de los factores BIOTICOS, es la vegetación forestal la que ejerce un mayor control en los procesos hidrodinámicos. 3ª.- Es el monte mediterráneo, entendido como bosque abierto y con mayores niveles de biodiversidad, el que ejerce un mayor poder regulador desde el punto de vista hidrológico. De una parte, porque los suelos presentan unas mayores tasas de transferencia hidráulica, con mayores indices de humedad inicial allí donde existe vegetación protectora. De otra, aunque las escorrentías puedan ser significativas, sobretodo allí donde no existe masa forestal arborea, los tiempos de desfase desde el inicio de las simulaciones son mas importantes que en otros ámbitos. Además, donde podemos encontrar procesos de trascolación, las escorrentías son minimas, y apenas si alcanzan indices que superen los 3 mm/h. Por último, la emisión de sedimentos es mínima tanto bajo cubierta forestal arborea como en el sotobosque intermedio, con tasas estables que apenas si rebasan 1 gr/l., aunque el efecto salpicadura, se deja notar mas en estas últimas areas. 4ª.- Las areas objeto de repoblación con pinos, ejercen un buen papel regulador en cuanto a control de los procesos erosivos, puesto que las tasas de emisión de solidos apenas si rebasan 1 gr/l, coincidentes con las cifras del alcornocal. Sin embargo, su poder de trascolación es menor, con lo que las escorrentías generadas son superiores bajo cubierta. Asimismo, la ausencia de sotobosque genera unas mayores tasas de escorrentía superficial, aunque en cualquier caso, con amplios tiempos de desfase en relación con el inicio de las simulaciónes. 5ª.- Especial mención requiere la ladera abandonada al cultivo de almendros, y colonizada por un matorral terófito. Desde el punto de vista de la protección respecto a los procesos erosivos, aunque las tasas iniciales de emisión de sedimentos son elevadas, por encima de los 32 grs/l, derivadas del efecto salpicadura inicial, van disminuyendo progresivamente hasta alcanzar un nivel estable de 1,3 grs/l., por tanto, muy similares a las de las formaciones forestales

6 arboreas. Asimismo, la escorrentía superficial frente al ajuste asintótico hortoniano, aquí posee una tendencia incremental, hasta que consigue estabilizarse, transcurridos 2/3 partes del tiempo de duración de la simulación. Todo ello, coincidiendo con una rápida respuesta hidráulica del suelo, alcanzando un contenido de humedad estable a los pocos minutos del inicio de los experimentos. 6ª.- Es la ladera cultivada de almendros la que tiene unas mayores tasas de emisión de sólidos durante las simulaciones, con indices entre 5 y 10 veces superiores a las anteriores. Además, la escorrentía superficial, con independencia de tener una respuesta rápida, adquiere una tendencia incremental a lo largo de todos los experimentos y durante los mismos, alcanzando paralelamente, las tasas de humedad mas bajas en los suelos, en relación a las restantes. BIBLIOGRAFÍA. Belmonte Serrato, F; Romero Diaz, A. Interceptación en algunas especies de matorral mediterráneo. Cuadernos de Ecología y Medio Ambiente. Universidad de Murcia Bikerland. Soils and Geomorphology. Ed. Oxford. Boix Fayos, C. Procesos geomórficos en diferentes condiciones ambientales mediterráneas: el estudio de la agregación y la hidrología de los suelos. Tesis Doctoral. Valencia C Boix Fayos, C. The roles of texture and structure in the water retention capacity of burnt mediterrenean soils with varying rainfall. Catena Calvo Cases et al. Runoff generation, sediments movement and soil water behaviour on calcareus slopes of some mediterranean environments in southeast Spain. Catena. En prensa. Daniels and Hammer. Soil geomorphology. Wiley ed. Holling and Meffe. Command and control and the pathology of natural resource management. Conservation Biology, vol 10, issue Imeson, A; Lavee, H. Soil erosion and climate change: the transect approach and the influence of scale. Geomorphology, Kutilek & Nielsen. Soil hydrology. Geoecology textbook. Alemania Laveeh et al. The impact of climat change on geomorphology and desertification along a mediterrenean arid transec. Land degradation and development. 9, Marshall, Holmes and Rose. Soil Physics. Cambridge Ed. Martinez Fernandez, Lopez Bermudez. Métodos para el estudio de las propiedades hidricas de suelos y formaciones superficiales. Cuadernos técnicos de la SEG. Geoforma ediciones, Martinez Fernandez. Variabilidad espacial de las propiedades fisicas e hidricas de los suelos en medio semiarido mediterráneo. Universidad de Murcia Porta et all. Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Ed. Mundiprensa. Puigdefábregas et al. Scales and processes of water and sediments redistribution in drylands: results from the rambla honda field site in southest Spain. Earth Sciencie Reviews Regues et al. Geomorphic agents versus vegetation spreading as causes of badland occurrence in a mediterranean subhumid mountainuos area. Catena