HOJA INFORMATIVA Nº 8 Marzo de 2018 Publicación irregular ISSN

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1 HOJA INFORMATIVA Nº 8 Marzo de 2018 Publicación irregular ISSN CONSUMO DE AGUA DE LAS FORESTACIONES Relación con el ambiente y manejo silvícola

2 Consumo de agua de las forestaciones. Relación con el ambiente y manejo silvícola Javier Gyenge, María Elena Fernández Inv. CONICET AER Tandil, EEA Balcarce INTA ARBOLES Y CICLO HIDROLOGICO El balance hidrológico en cualquier sitio está determinado por factores como el clima, suelo, pendiente y la cubierta vegetal. Debido a ello, los cambios en el uso del suelo que implican modificaciones en el tipo de vegetación (ej. de sistemas herbáceos a leñosos, o viceversa), poseen un fuerte impacto en los recursos hídricos, tanto a nivel local como regional, dependiendo de la magnitud de la superficie modificada. Tal como menciona la FAO i, la regulación del flujo de caudales ejercida por los bosques es el resultado de procesos que se desarrollan en la cubierta de copas, en la superficie y bajo la superficie del suelo: una combinación de interceptación, transpiración, evaporación, evapotranspiración e infiltración. Aquí consideraremos a la interceptación, la evaporación y la transpiración como tres procesos que definen al uso de agua o evapotranspiración del ecosistema. La interceptación de las precipitaciones es la cantidad de agua que puede almacenar la copa de los árboles (u otro tipo de planta) y que luego se evaporará hacia la atmósfera, es decir, la que no alcanza el suelo. La interceptación de las precipitaciones varía con la rugosidad y arquitectura de la copa, su tamaño, la tasa de caída de agua y la demanda atmosférica. Mientras menor sea la tasa de precipitación, mayor sea la demanda atmosférica y más grande y rugosa sea la copa, mayor será la cantidad de agua interceptada. Además de disminuir la cantidad de agua que llega al suelo luego de una lluvia, también genera heterogeneidad espacial de acuerdo a la distribución de las copas (Fig. 1). Esto produce parches con distinta cantidad de agua que podrían ser ocupados por distintas especies del sotobosque en función de sus requerimientos hídricos. Figura 1. Interceptación de las precipitaciones de nieve por la copa de Pinus ponderosa. La evaporación se refiere a la salida de agua del sistema contenida en el suelo o en la hojarasca, en forma de vapor. La tasa de evaporación dependerá de la cantidad de agua almacenada en estos compartimentos y de la demanda atmosférica. La transpiración es el agua que sale del sistema como vapor pero a través de las plantas. Esta salida de agua está funcionalmente relacionada con los procesos biológicos que determinan la productividad. Ante escenarios de déficit hídrico las plantas (según la capacidad fisiológica de la Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria 2

3 especie), pueden regular o limitar la transpiración mediante procesos como cierre estomático, y el plegamiento y la pérdida de hojas. Tal como los otros dos procesos considerados dentro del uso de agua, la transpiración también depende de las condiciones ambientales y de la cantidad de superficie transpiratoria (área foliar) que poseen las plantas, en interacción con su capacidad regulatoria de corto plazo. La cantidad de área foliar de un sistema, que impacta tanto en la interceptación como en la transpiración, puede ser modificada mediante manejo silvícola, siendo uno de los aspectos a considerar si se quiere aumentar o disminuir las salidas de agua de un ecosistema dominado por árboles. Así como los sistemas boscosos naturales son considerados como grandes reguladores de los ciclos hidrológicos, de la misma manera, las plantaciones forestales en grandes superficies pueden modificar fuertemente los flujos hídricos de un lugar, lo que requiere de un análisis adecuado, tanto si se quiere utilizar árboles para controlar excesos hídricos, como si se quiere minimizar sus efectos negativos sobre determinadas fuentes de agua. MANEJO FORESTAL PARA REGULAR IMPACTO DE FORESTACIONES SOBRE RECURSOS HIDRICOS: ESCALA DE RODAL Como se indicó, la cantidad de agua consumida por un sistema arbóreo depende fuertemente de su cantidad de área foliar, y ésta puede ser modificada particularmente por podas y raleos. La magnitud de la reducción de la transpiración por la realización de podas dependerá de la capacidad fisiológica de las plantas para llevar agua a las hojas remanentes. Así, hay especies que bajan su transpiración de manera proporcional con el área foliar extraída, mientras que en otras, sólo se observa un efecto cuando la cantidad extraída supera un umbral determinado. El raleo, muestra respuestas contrarias dependiendo si analizamos un individuo o un rodal. A nivel individual, los árboles remanentes tendrán más agua disponible por quitar sus competidores por el recurso, aumentando su consumo de agua. Sin embargo, a nivel de rodal, es posible que el sistema baje su transpiración si se quita el número suficiente de individuos. Así, es posible manejar con ciertos límites el uso del agua de una forestación. MANEJO FORESTAL PARA REGULAR IMPACTO DE FORESTACIONES SOBRE RECURSOS HIDRICOS: ESCALA DE CUENCA Existen más similitudes en el uso del agua anual entre forestaciones y bosques naturales que entre éstas y un pastizal. La razón radica en el mayor desarrollo de superficie foliar, su mayor resistencia aerodinámica y su capacidad de explorar un mayor volumen de suelo. Así, la estructura vertical de las copas de los árboles permite una mayor formación de torbellinos de viento que aumenta la tasa de evaporación del agua desde las hojas, mientras que las raíces pueden extraer agua del suelo a una tasa acorde dado el enorme volumen que pueden explorar. Estas diferencias entre ecosistemas leñosos y pastizales será menor si la cobertura forestal disminuye, por lo que los sistemas de baja densidad de plantación muestran tasas de transpiración similares a las de un pastizal. Estos elementos han servido para desarrollar un modelo general de uso del agua de las forestaciones y pastizales en relación a la precipitación media anual. A partir de ello se puede indicar que la evapotranspiración anual de ecosistemas leñosos y herbáceos sería muy similar en aquellos sitios en donde la precipitación media anual es menor a los 400 mm. En sitios con mayores niveles de precipitación anual los sistemas leñosos expresan capacidad de usar más agua que los pastizales. Así, mientras más precipitaciones anuales reciba un sitio más agua Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria 3

4 podrán usar los ecosistemas, considerando siempre un mayor uso por parte del leñoso. Sin embargo, esta relación no es lineal, sino que se limita por la cantidad de energía disponible (Fig. 2). De esta manera, la introducción de forestaciones en ambientes de pastizal podría afectar el flujo hídrico aguas abajo ya que los excedentes hídricos (cuando precipitación > evapotranspiración), podrían disminuir. En la Figura 2, los excedentes se pueden estimar a partir de la distancia entre la línea que expresa la evapotranspiración de cada sistema y la que muestra una relación de la evapotranspiración y precipitación media anual de 1 a 1. En este caso, si los excedentes disminuyen lo suficiente, se podría observar una merma, e incluso desaparición, de cursos de agua provenientes de la cuenca forestada, generando así un consecuente déficit hídrico. Como ejemplo contrario, se incrementarían los excedentes hídricos en el caso de quitar la cobertura leñosa. Así, podrían observarse procesos asociados con altas escorrentías como erosión hídrica o anegamiento. Figura 2: Modelo que predice la relación entre la evapotranspiración media y la precipitación media anual. Este modelo asume que los árboles pueden explorar todo el suelo disponible y que el agua que usan es la que llega al sitio como precipitación media anual. No contempla, por ejemplo, casos en donde hay impedimentos en el suelo al desarrollo de las raíces, como horizontes petrocálcicos (tosca). En este caso, si bien podríamos estar en un sitio con altas precipitaciones, los árboles podrían usar sólo una fracción de las precipitaciones ya que estarían restringidos a una estrecha franja de suelo. Caso contrario, si los árboles pueden conectarse con una freática, podrían usar más agua que la que llega por medio de las precipitaciones locales. Ahora bien, el consumo de agua de un sistema no es un valor estático en el tiempo sino que depende del grado de desarrollo de los árboles. Así, los individuos incrementan el uso del agua en la medida que crecen hasta llegar a las máximas tasas de transpiración que dependerán de la máxima área foliar que puedan desarrollar. En el caso de las plantaciones forestales, en donde los individuos poseen edades y tamaños similares, la tasa de transpiración seguirá un recorrido similar al de las curvas de crecimiento del rodal. Es decir, en un principio, la transpiración del componente arbóreo será pequeña pero irá incrementándose en la medida que los árboles ocupen el sitio, resultando así en un impacto diferencial a medida que crecen los árboles. Otro elemento a tener en cuenta es el hábito foliar de las distintas especies. Por ejemplo, mientras los pinos y eucaliptos son siempreverdes, lo que implica que pueden usar agua durante todo el año, las especies caducifolias como las salicáceas pierden sus hojas durante el invierno o ante un evento de sequía. De manera lógica, la transpiración es casi nula si el árbol pierde sus hojas sumado a la disminución de la interceptación de lluvias. La magnitud del impacto de las forestaciones, especialmente cuando éstas reemplazan a pastizales, depende en gran medida de la proporción de la cuenca hidrológica forestada. Por Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria 4

5 lo tanto, a esta escala, la minimización del impacto se logrará disminuyendo la superficie forestada total, implantando parches con distintas edades a nivel de paisaje (uso de agua diferencial) y ubicando los parches forestados en zonas de recarga o descarga de la cuenca, dependiendo del uso de excedentes que quiera lograrse. OTROS PROCESOS ASOCIADOS A LOS FLUJOS HIDRICOS Más allá de los posibles cambios en los flujos hídricos, la dinámica del agua en el suelo trae aparejados otros procesos biogeoquímicos tales como la movilización de sales y cambios en la difusividad de gases en el suelo que determinan cambios en la actividad de la rizósfera. En este sentido, no es posible aislar la variación de los componentes del balance hídrico generados por los cambios en el uso del agua por la actividad forestal de otros procesos o servicios ambientales, tales como la mitigación de gases de efecto invernadero (fijación de carbono u oxidación de metano en el suelo) o la dinámica de sales y nutrientes. AVANCE DEL CONOCIMIENTO SOBRE USO DE AGUA DE SISTEMAS LEÑOSOS EN ARGENTINA En las últimas dos décadas se ha generado conocimiento sobre el uso del agua de gran parte de las especies forestales cultivadas en el país. A pesar de ello, falta aún conocimiento de algunas especies y en relación con el efecto del manejo silvícola o la selección de distintos materiales genéticos dentro de las especies. Los pocos ejemplos que hay muestran la magnitud posible de uso de agua de árboles en plantaciones con distinto número de individuos por unidad de superficie (Figura 3), y la diferencia entre clones de Eucalyptus grandis o de rodales de P. taeda con distinto grado de mejora. Figura 3: Relación entre el uso del agua (litros /día) y el tamaño del árbol (diámetro a 1,30m altura) para Pinus ponderosa en densidades de 1300, 500 y 350 plantas /ha y bosque nativo de Austrocedrus chilensis en Patagonia Comparando sistemas naturales versus forestaciones, las mediciones realizadas en Argentina confirman las predicciones generales del modelo presentado en la Figura 2. En el caso de Pinus taeda, especie cultivada en la Mesopotamia argentina, los distintos estudios permiten concluir que las forestaciones con esta especie transpiran cantidades de agua similares a la de la selva misionera u otras especies forestales cultivadas en Misiones (ver Tabla). En el caso de Patagonia, se observan patrones similares de evapotranspiración comparando especies forestales cultivadas (Pinus ponderosa y Pseudotsuga menziesii) con respecto a bosques de especies nativas (Austrocedrus chilensis y matorral mixto de Nothofagus antárctica, ver Tabla). Por el contrario, las diferencias en el uso del agua de bosques de Pinus ponderosa con el pastizal de la estepa patagónica en una zona de 800 mm de precipitación anual aproximadamente, sigue la tendencia de mayor consumo en las primeras, tal como predice el modelo (ver Tabla). Un patrón similar al mencionado se estimó para el uso del agua de forestaciones de Eucalyptus grandis con Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria 5

6 respecto a cultivos agrícolas y/o pastizal natural perenne en Entre Ríos (Tabla). Cabe destacar que el doble cultivo implica un mayor uso de agua que uno simple por un menor tiempo de permanencia en barbecho del suelo (ver diferencias en Tabla). Tabla: Consumo de agua de forestaciones, bosques y otros usos del suelo (mm/día), estimado por distintos métodos, de ecosistemas leñosos y herbáceos de Argentina. Ecosistema mm /día Autor Selva misionera 3,6 1 Plantación Pinus taeda 3,32 1 Plantación Araucaria angustifolia 3,13 1 Plantación Eucalyptus grandis 2,52 1 Espinal 3,17 2 Pastizal nativo 2,13 2 Plantación E. grandis 3,12 2 Soja 1,85 2 Trigo / Soja 2,21 2 Bosque nativo Austrocedrus chilensis en Patagonia 2662 pl/ha 2, pl/ha 0,84 3 Plantación Pinus ponderosa 1135 pl/ha 2, pl/ha 1,48 3 Plantación P. ponderosa 1300pl/ha 3, pl/ha 2, pl/ha 2,15 4 Pastizal natural patagónico 1,94 4 Plantación Pseudotsuga menziesii 3,59 5 Bosque mixto (ñirantal) en Patagonia 4, transpiración + interceptación; Misiones; Cristiano et al. (2015) Agric. For. Meteorol. 203: Evapotranspiración a partir de imágenes Landsat; Entre Ríos; Nosetto et al. (2012) Agric. Ecosyst. Environ. 154: transpiración + interceptación; Neuquén; Licata et al. (2011) Ecohydrology 4: balance hídrico, transpiración; Neuquén; Gyenge (2005) Tesis doctoral 5.- Transpiración; Río Negro; Gyenge et al. (2008) For. Ecol. Manage. 255: SINTESIS Y RECOMENDACIONES GENERALES Atendiendo a que el reemplazo de una cobertura leñosa por una herbácea, o el camino contrario, puede generar cambios en los flujos del balance hídrico, la minimización del impacto sobre los mismos implica considerar los siguientes aspectos: 1.- Considerando la DEFORESTACION y reemplazo por cobertura herbácea, el menor consumo de agua de esta última generará un aumento de excedentes hídricos en la cuenca de diferente magnitud de acuerdo a las precipitaciones. Las consecuencias pueden ser ascenso de napas (a veces con removilización de sales), aparición de cursos de agua y flujos superficiales que provoquen procesos erosivos. 2.- Considerando la FORESTACION con especies de rápido crecimiento sobre ambientes de pastizal, el nivel de impacto será diferente en sitios con más o menos de mm. Esto es así porque éste es el rango máximo de consumo de agua de los sistemas leñosos. Por lo tanto, en sitios con precipitaciones por encima de este valor, se considera que el impacto relativo será menor. Mientras que en zonas donde la precipitación media anual es inferior a los 1000 mm el impacto será mayor y en esos casos se recomienda: -Disminuir la densidad de plantaciones en suelos poco profundos y en climas con mayor déficit hídrico. -No forestar sobre las márgenes de cursos de agua. - Ordenar las masas forestales de tal modo de tener rodales de distinta edad dentro de las cuencas. - En caso de necesitar disminuir el consumo de agua de las forestaciones a nivel de rodal, ralear y/o usar especies de hábito caduco. i FAO: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria 6