Trabajo Práctico Nº 2 TP2. CONFECCION Y USO DE BALANCES HIDRICOS

Transcripción

1 Trabajo Práctico Nº 2 TP2. CONFECCION Y USO DE BALANCES HIDRICOS Introducción El agua, por sus características físico - químicas y su abundancia en la tierra, desempeña un papel preponderante no sólo en la determinación de los climas, sino como parte esencial de los seres vivos. La precipitación total junto con la temperatura (y la combinación de ambos como humedad efectiva) son considerados los principales factores climáticos que intervienen en los procesos vitales condicionando la fisonomía de la vegetación y la actividad de los animales en un área dada. En muy pocos ambientes, sin embargo, faltan organismos sometidos temporal o permanentemente a condiciones adversas de agua. Aún en selvas tropicales (para no mencionar ecosistemas fuertemente sometidos a este stress) un gran número de especies están adaptadas a vivir en condiciones de deficiencia de agua (por ej.la flora epífita). A lo largo de la evolución de las floras continentales, una gran variedad de especies se fue adaptando a condiciones de escasez de agua a través de diversos mecanismos morfofuncionales (por ej. las plantas freatófitas, efímeras, suculentas, áfilas, etc.) y lo mismo puede generalizarse para animales y microorganismos de regiones áridas que también han logrado medios para escapar, evitar o tolerar la sequía. Para caracterizar y analizar el papel que desempeña el agua en un ecosistema resulta particularmente importante establecer el flujo de ésta a través del mismo, cuantificando cada uno de los procesos o vías de transferencia entre sus compartimientos. Algunos procesos, como la precipitación, dependen de factores totalmente ajenos al control del sistema natural. Otros, como la transpiración, pueden ser controlados, en cierta medida, por las mismas plantas. Finalmente, algunos parámetros importantes, como la infiltración y la escorrentía, dependen en gran medida de las condiciones de estabilidad o de equilibrio del conjunto del ecosistema. Para cuantificar el exceso o la deficiencia de agua en un ecosistema de una localidad determinada, se utiliza el concepto de "evapotranspiración potencial" (ETP). Este representa el total de agua que se evaporaría del suelo y que transpiraría una vegetación herbácea cerrada, si el suelo se mantuviera permanentemente en capacidad de campo. La ETP se estandariza a una vegetación herbácea cerrada para obtener datos comparables entre sí y puede ser medida mediante un evapotranspirómetro, un lisímetro o por diferentes fórmulas que incluyen diferentes variables climáticas (temperatura, evaporación, velocidad del viento, etc.) En consecuencia, la ETP indica la máxima cantidad de agua que perdería un ecosistema herbáceo si no hubiera limitaciones en el aporte hídrico a sus raíces. La evapotranspiración real (ETR), en cambio, indica la cantidad de agua realmente perdida por el ecosistema cuando no recibe ningún aporte suplementario de agua. Por lo tanto, en general, para cualquier ecosistema, la ETR será menor que la ETP, indicando así que hay períodos donde el agua en el suelo actúa como factor limitante de la transpiración. Dibujando la marcha anual de la precipitación (P) y la ETP en una localidad, se obtiene una primera estimación de su balance hídrico, estableciéndose los períodos del año con exceso o con déficit de agua, así como los períodos en los que se acumulará o se utilizará el agua acumulada en el suelo. Este método, ideado por Thornthwaite, permite clasificar los diferentes climas del mundo de acuerdo con la intensidad y duración de los períodos de déficit de agua. Un elemento importante a tener en cuenta para el cálculo del BALANCE HÍDRICO, es la capacidad de retención de agua por el suelo. Ésta depende del tipo de suelo (básicamente de su estructura y textura) y de la vegetación que crece en su superficie. El suelo está conformado por 3 componentes: materia orgánica, elementos minerales y espacios libres o poros que pueden contener aire o agua. Cuando la mayor parte de los poros contiene agua se dice que el

2 suelo está saturado. El agua que se encuentra en poros mayores no puede ser retenida por mucho tiempo y continúa infiltrándose por acción de la fuerza de gravedad. A partir de un horizonte saturado, al cabo de un tiempo más o menos corto (horas o días) toda el agua gravitacional se filtra hacia horizontes inferiores. El agua que queda en ese momento se denomina CAPACIDAD DE CAMPO (CC) y se mide en mm. Si el suelo, a partir de su contenido de agua en capacidad de campo, continua desecándose sin reposición por absorción de las raíces o por evaporación directa, alcanza un punto de sequía en el que las especies mesófilas (ej. los cultivos anuales) no pueden extraer más agua y comienzan a manifestar síntomas de marchitez. Si esto continúa, se alcanza el PUNTO DE MARCHITEZ PERMANENTE (PMP) en el que la desecación de esas especies se hace irreversible. Otras especies pueden continuar extrayendo una cantidad adicional de agua pero, relativamente pronto, esta última no puede ser aprovechada por ninguna planta. En ese momento, el suelo aún tiene gran cantidad de agua, pero ésta ocupa poros tan pequeños que queda retenida con demasiada fuerza como para poder ser extraída (AGUA HIGROSCOPICA). La misma es considerada, en consecuencia, agua no aprovechable. En cambio, el agua que se encuentra entre los valores de CC y PMP es considerada aprovechable por las especies vegetales. Cálculo del Balance Hídrico de Tornthwaite Para realizar el cómputo del balance hídrico de una localidad determinada, se necesitan los siguientes datos: a.- Temperatura media mensual (T) b.- Precipitación mensual (P) c.- Información sobre la capacidad de retención de la capa de suelo (capacidad de campo) (CC). d.- Tablas de conversión y cómputo para diferentes latitudes. La capacidad de retención de agua por el suelo es la más difícil de obtener ya que depende de la estructura y textura del suelo y de la vegetación que crece en su superficie (particularmente de la profundidad de sus raíces). Su valor puede variar desde pocos milímetros de espesor de la lámina de agua a más de 400 mm. En pocos lugares se poseen mediciones de la CC. Por ello, la misma se obtiene en forma indirecta a partir de mapas de suelo y de vegetación y tiene, en consecuencia, un carácter general. Los pasos a seguir son los siguientes: 1.- Obtención de los indices calóricos mensuales (i). La Tabla A resume los valores de i para distintas temperaturas medias mensuales (T). (Si T 0 C, el valor de i es 0) 2.- Determinación de la ETP sin ajustar (ETPs). Para entrar en las columnas de la Tabla B se utiliza el Índice calórico anual (I), resultante de la sumatoria de los índices calóricos mensuales. Una vez ubicada la columna (aproximando, si es necesario, al valor de I más cercano) se busca la T de ese mes en las filas correspondientes obteniéndose el valor mensual de ETP sin ajustar. Si: T 0 C, se considera que la ETP es 0. Si: T > 26.5 C, utilice la información correspondiente a dicha T. 3.- Determinación de la ETP ajustada. La ETP obtenida debe ajustarse ya que varía de acuerdo a la duración del período diurno de cada mes en cada localidad (situación que depende de la latitud a la que se encuentra).

3 Por este motivo, entrando a la Tabla C por la latitud de la estación meteorológica considerada y el mes correspondiente, se obtiene un factor de corrección que, multiplicado por la ETPs da la ETP ajustada. 4.- Diferencia entre Precipitación y Evapotranspiración. P-ETP. Se realiza esta diferencia para determinar los períodos de exceso y déficit de humedad. Un valor negativo de P-ETP indica la cantidad de P que falta para satisfacer las necesidades potenciales de agua de la vegetación que cubre la superficie en estudio. Inversamente, el exceso es indicado por un valor positivo. Si la sumatoria de los (P - ETP) 0 es > que la sumatoria de los (P - ETP) >0 implica que el suelo nunca alcanza la capacidad de campo. 5.- Cálculo del Almacenaje (A). El primer paso para el cálculo de A, es hallar el mes con el mayor valor en módulo de (P - ETP), idealmente precedido por varios meses con P ETP con el mismo signo. Luego, para el mes elegido, si: (P - ETP) > 0, A = capacidad de campo (P - ETP) < 0, A = 0 Si llamamos agua disponible del mes n a la suma del almacenaje del mes n - 1 con la precipitación del mes n, definimos almacenaje a la diferencia entre el agua disponible y la ETP. O sea: An = A(n -1) + Pn - ETPn Debe tenerse en cuenta que el An no puede nunca superar a la capacidad de campo. Si esto sucediera para algún mes, el valor de A será igual a la CC. y la diferencia An - CC se escribirá como exceso. El almacenaje tampoco puede registrar valores negativos. En caso de que aparezcan An < 0, colocar 0 en la casilla de A y el valor negativo como déficit mensual (pero con signo positivo). 6.- Cálculo de la variación de almacenaje (VA) Es el resultado de la diferencia entre el valor de almacenaje de agua útil del mes considerado y el mes anterior. O sea, VA = An - A(n - 1) VA llevará signo + cuando el A va creciendo, y - cuando decrece. 7.- Cálculo de la Evapotranspiración real (ETR) En el cálculo de la ETR para cada mes pueden presentarse los siguientes casos: Si: P ETP entonces ETR = ETP Si: P < ETP entonces ETR = P - (VA) 8.- Cálculo de Relación de humedad (RH): RH = (P - ETP) / ETP Los valores positivos indican que P está en exceso y los negativos la situación contraria. Esto nos da una idea de la disponibilidad de agua en el sistema. 9.- El balance hídrico estará correcto cuando: P + Deficit = ETP + Exceso 10.- En la representación gráfica del balance, se esquematizan la ETP y la P en función del tiempo (meses del año). Deben detallarse las zonas de déficit, exceso, reposición del agua al

4 suelo y utilización de agua del suelo, como se observa en la figura de la planilla de cálculo Excel: Objetivos del Trabajo Práctico - Familiarizar al alumno con la construcción del Balance Hídrico (BH) según Thornthwaite. - Evaluar el tipo de información que brinda este balance desde el punto de vista ecológico en contraposición con los climatogramas. - Analizar la variación del balance hídrico a lo largo de las transectas que atraviesan zonas con distintas condiciones ambientales. - Analizar para un sitio en particular el efecto causado por la variación de parámetros (tales como la CC) en el cáculo del Balance Hídrico del ecosistema. Materiales Información de temperatura media mensual, precipitación mensual y capacidad de campo de distintas localidades argentinas Desarrollo - Para cada una de las estaciones analizadas se confeccionará el balance hídrico correspondiente y se realizará su respectiva representación gráfica. Para una de las estaciones se calculará el BH con el procedimiento indicado (pasos 1 a 10). Para las estaciones restantes, el BH se calculará con la planilla de cálculo (Excel) ETP_y_balance_suelo_AMBIENTAL. En la misma se debe introducir la información solicitada (en azul [Temp nº horas de luz P (precipitación)]. Esta información se obtiene de la planilla Excel Dat_Estaciones-Meteoro (hojas DATOS Y Horas deluz). Los datos de T y P también se encuentran en el Anexo II del TP 1. La información sobre la Capacidad de Campo (Reser. máx.) de los suelos se obtiene del Anexo I (al final de este TP) Ejes de la discusión: 1) Cómo describiría el clima de cada estación, de acuerdo a las nuevas variables incorporadas al análisis? 2) Existen diferencias entre las condiciones ambientales esperadas por los resultados de los climatogramas y los resultados de los balances hídricos? A qué se deben dichas diferencias? 3) Cómo se modifica el balance hídrico en función de los cambios en la CC? Bibliografía Holdridge, L.R. Ecología basada en zonas de vida. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura. San José, Costa Rica, 216 pp. Penman, H.L La Biosfera. Alianza, Madrid. Sarmiento, G. Los ecosistemas y la ecosfera. Blume, Barcelona, 268 pp. Servicio Meteorológico Nacional. Estadísticas climatológicas ( ) SMN, Fuerza Aérea Argentina, Buenos Aires, 155 pp.

5 ANEXO I: TIPOS DE SUELO Y SU CAPACIDAD DE CAMPO Ardisoles: típicos de zonas con escasas lluvias. Contienen poca materia orgánica. Pueden ser profundos y presentar niveles ricos en sales, yeso o carbonatos. Pueden ser pedregosos. (Capacidad de Campo = 50 mm) Alfisoles: No presentan horizonte húmico y tienen un alto contenido de arcilla. Son típicos de climas cálidos y húmedos. Sostienen una vegetación arbórea o arbustiva. Su espesor puede superar el metro. (Capacidad de Campo = 80 mm) Entisoles: Muy poco evolucionados. Son materiales sedimentarios inmovilizados, pero sobre los que, aún, no han actuado los factores formadores del suelo (Capacidad de Campo = 50 mm) Andisoles e Inceptisoles: Son típicos del área andina. Sostienen el bosque andino patagónico. Se forman a partir de las acumulaciones de cenizas volcánicas. A pesar de que poseen un horizonte orgánico, son poco fértiles. (Capacidad de Campo = 100 mm) Ultisoles y oxisoles: Suelos derivados de una intensa alteración química de la roca original. Son típicos de climas áridos o húmedos. Pueden presentar color rojo por la presencia de hierro. Son poco fértiles y tienen poca materia orgánica. Comunes en la zona de Misiones. (Capacidad de Campo = 50 mm)

6 Molisoles: Tienen un horizonte superficial potente con alto contenido de materia orgánica. Sostienen la típica vegetación de la pradera. Son los suelos característicos de la pampa húmeda argentina. (Capacidad de Campo = 100 mm) Simbología para la representación de las diferentes áreas del Balance Hídrico REPOSICIÓN DE AGUA DEL SUELO EXCESO DEFICIT UTILIZACIÓN DE AGUA DEL SUELO 50 0 jul ago set oct nov dic ene feb mar abr may jun ETP P