Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados

Transcripción

1 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Pedro León-Lobos Instituto de Investigaciones Agropecuarias Rosanna Ginocchio Centro de Investigación Minera y Metalúrgica Alan J.M. Baker Melbourne University, Melbourne, Australia INIA Ministerio de Agricultura

2 Centro de Investigación Minera y Metalúrgica, CIMM Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados N de Inscripción: ISBN Obra Completa: ISBN Volumen 3: Enero de 2011 Diseño e impresión: Andros Impresores

3 Firme en la majestad y en la armonía de su maravillosa arquitectura, cuya seguridad serena y pura es más fuerte que el tiempo y su porfía. Francisco Luis Bernández Equipo Profesional CIMM Elena Bustamante Jean François Casale Luz María de la Fuente Yasna Silva Paola Urrestarazu INIA-Intihuasi Jaime Cuevas Ismael Jiménez Sergio Silva Cristina Orchard & Miguel Gómez Claudio Canut de Bon Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal, Departamento de Ingeniería de Minas, Pontificia Universidad Católica de Chile. Universidad de La Serena Entidades Asociadas SERNAGEOMIN Ministerio de Minería

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5 Prefacio Estos documentos técnicos fueron generados a partir del proyecto Innova Chile de CORFO 04CR9IXD-01, titulado Uso de recursos fitogenéticos nativos para la fitoestabilización de depósitos de relaves en la Región de Coquimbo. El proyecto fue generado y liderado por la Unidad de Fitotoxicidad y Fitorremediación del Centro de Investigación Minera y Metalúrgica (CIMM) y coejecutado por el Centro Regional Intihuasi del Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA). Los documentos constituyen un aporte pionero y único para el país, entregando directrices prácticas para la aplicación de una tecnología sistematizada y validada para la adecuada y efectiva estabilización física, química y biológica de depósitos de relaves postoperativos y abandonados presentes en la zona norte-centro del país, como es la fitoestabilización. Cada una de las guías contenidas en esta obra es una entidad única que puede ser consultada en forma independiente, pero todas ellas se complementan para entregar la información fundamental y necesaria para la aplicación de la tecnología de fitoestabilización en depósitos de relaves postoperativos y abandonados del país. Es importante destacar que los principios generales de esta tecnología también pueden ser aplicados a otros desechos mineros masivos, como botaderos de estériles y pilas de lixiviación, y a suelos contaminados con metales y metaloides, como los impactados por operaciones históricas de fundición de minerales. Sin embargo, ésta debe ser adaptada a las particularidades de estos sustratos. La adecuada implementación de esta tecnología contribuirá a proteger la salud humana y el medio ambiente, al reducir las vías de exposición a los metales y metaloides contenidos en los desechos mineros masivos, además de permitir a las empresas mineras dar cabal cumplimiento a las nuevas regulaciones relacionadas con el cierre de faenas mineras. A su vez, esta tecnología permitirá la rehabilitación de las áreas perturbadas, revitalizándolas y permitiendo usos posteriores. Finalmente, los editores de esta obra quieren destacar y agradecer en forma especial el importante apoyo de Anglo American y de sus profesionales, tanto en el proceso de desarrollo y de validación de la tecnología de estabilización a la realidad nacional como en la impresión de estos documentos. El interés de Anglo American por colaborar y apoyar este tipo de iniciativas ratifican el compromiso de esta compañía por desarrollar sus operaciones y la totalidad de las etapas de gestión siguiendo los más altos estándares ambientales, tanto internacionales como nacionales.

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7 Tabla de Contenidos 1. Introducción 9 2. Especies vegetales para la fitoestabilización: antecedentes generales Uso posterior o alternativas de rehabilitación Restricciones climáticas sitio-específicas Restricciones fisicoquímicas Flora y vegetación de la Región de Coquimbo: antecedentes generales Clima y vegetación Flora y vegetación Estructura y dinámica de la vegetación 33 A) Regeneración 33 B) Efecto nodriza 33 C) Levantamiento hidráulico en especies arbustivas 35 D) Consumo de semillas por animales e insectos 35 E) Efecto de los animales herbívoros 36 F) Plantas exóticas o naturalizadas Flora y vegetación de la región de Coquimbo: colonizadora espontánea de depósitos de relaves ABANDONADOS Especies vegetales colonizadoras espontáneas 39 A) Formas de vida 41 B) Origen de la flora 41 C) Similitud de la flora colonizadora espontánea con la flora silvestre Usos potenciales de las especies colonizadoras espontáneas 43

8 5 Flora y vegetación de la región de Coquimbo: especies metalófitas Biodisponibilidad y toxicidad por metales para las plantas Especies metalófitas identificadas en la Región de Coquimbo Conclusiones generales 57 Bibliografía 59

9 CIMM - INIA-Intihuasi 1 Introducción La fitoestabilización constituye una técnica efectiva para la estabilización de los depósitos de relaves mineros abandonados y postoperativos presentes en la zona norte-central de Chile, como la IV Región de Coquimbo. Esta tecnología se define como el uso de especies vegetales nativas y endémicas tolerantes a metales (metalófitas) y de acondicionadores de sustrato adecuados para estabilizar física, química y biológicamente suelos contaminados con metales y desechos mineros masivos que aún contienen metales, como los relaves. El objetivo último de la fitoestabilización es controlar o mitigar los posibles riesgos ambientales que los metales contenidos en el sustrato de interés pueden imponer en el medio ambiente, a través de una disminución en su biodisponibilidad; o sea, la eliminación de las vías de exposición. La selección adecuada de las especies vegetales fitoestabilizadoras es uno de los factores críticos para asegurar el buen éxito de esta tecnología. El primer requisito es que las especies puedan tolerar las altas concentraciones de metales del sustrato y que acumulen los metales en las raíces o tejidos subterráneos (metalófitas excluyentes). El segundo requisito es que las especies estén adaptadas al clima local y sean inocuas para el medio ambiente. Por ello, existe una tendencia internacional cada vez más fuerte de usar especies nativas y endémicas, es decir propias del área biogeográfica donde está emplazado el depósito de relaves o el sustrato de interés de fitoestabilizar. Con una selección adecuada de especies vegetales, además de un manejo inicial adecuado con acondicionadores de sustrato, puede lograrse el adecuado establecimiento y desarrollo de la formación vegetal de interés, la que permanecerá posteriormente en el tiempo sin ningún manejo adicional. De esta forma, la fitoestabilización constituye una tecnología de rehabilitación ambiental que permite recrear un ecosistema autosustentable, con especies vegetales nativas y endémicas adaptadas a las condiciones edáficas y climáticas del lugar. Para rehabilitar una formación vegetal autosustentable sobre un depósito de relaves cualquiera, se requiere aplicar un programa de fitoestabilización en el marco de las técnicas de la rehabilitación ecológica, las que se basan en el buen conocimiento de las especies vegetales, así como de la estructura y la dinámica de las comunidades vegetales silvestres a reconstruir sobre los depósitos de relaves. El objetivo de esta guía es entregar los antecedentes básicos sobre la flora y la vegetación metalófita de Chile norte-central, con énfasis en la estructura y la dinámica de la vegetación silvestre de la Región de Coquimbo como región ejemplificadora. Adicionalmente, se caracteriza la flora que ha colonizado espontáneamente los depósitos de relaves abandonados de la Región de Coquimbo, ya que esta información constituye una base inicial adecuada para la ejecución de programas de fitoestabilización de depósitos de relaves en la zona norte-centro del país. 9

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11 CIMM - INIA-Intihuasi 2 Especies Vegetales para la Fitoestabilización: Antecedentes Generales Las especies vegetales adecuadas para ser usadas en programas de fitoestabilización de depósitos de relaves en la zona nortecentro del país deben ser seleccionadas de acuerdo a los siguientes criterios básicos: El uso posterior o alternativa de rehabilitación elegida entre las posibles para el sitio. Por ejemplo, la recuperación de una formación vegetal similar a la natural presente en el área (rehabilitación ecológica), la creación de un parque de esparcimiento o la plantación de un bosque productivo, entre otras. Las restricciones climáticas específicas del lugar de emplazamiento del depósito de relaves de interés. La elección inadecuada de las especies vegetales a las restricciones climáticas del lugar, podría determinar costos mucho mayores debido a los altos requerimientos de mantención tanto en el corto como en el largo plazo (ej., riego, fertilización). Por ello, se favorecen las especies nativas y endémicas disponibles localmente por sobre las exóticas. Las restricciones físico-químicas sitioespecíficas de los relaves de interés. Es particularmente importante la capacidad de tolerancia de las plantas seleccionadas a los altos contenidos de metales presentes en los relaves Uso posterior o alternativas de rehabilitación La selección de las especies vegetales que serán usadas en un programa de fitoestabilización específico depende del uso posterior o de la alternativa de rehabilitación que sea definida o elegida entre las posibles al momento del cierre del depósito de relaves. La alternativa más adecuada de fitoestabilización dependerá de las potencialidades y restricciones propias del lugar de emplazamiento del depósito de relaves (ej., topografía, clima, grado de aislamiento, etc.), de los recursos económicos disponibles para la ejecución del programa de fitoestabilización, de las posibilidades y restricciones en el ámbito de la ingeniería, de las regulaciones ambientales y mineras, y de las posibilidades y restricciones en el ámbito de la ecología, entre las más importantes. Para un depósito de relaves cualquiera existen distintas posibilidades de uso posterior o de rehabilitación. Por ejemplo, el programa de fitoestabilización puede ser 11

12 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados pensado para recuperar una formación vegetal similar a la natural existente en el lugar (rehabilitación ecológica), de forma de integrar en forma armónica la cubierta vegetal establecida artificialmente sobre el depósito de relaves con su entorno; este tipo de alternativa también puede ser pensado hacia la generación de una zona de conservación, donde se ayude a la preservación de especies vegetales con problemas de conservación, como puede ser un jardín botánico. Otras alternativas usadas en el extranjero han sido la creación de parques de esparcimiento o la plantación de bosques productivos, entre otras Restricciones climáticas sitioespecíficas La ubicación de cada faena minera determina las limitaciones climáticas particulares para el establecimiento y crecimiento de las plantas. Por ello, los programas de fitoestabilización realizados en Europa, Australia y Estados Unidos, han enfatizado el uso de plantas nativas o endémicas por sobre las plantas exóticas. Sus mejores ventajas comparativas, determinadas por su adaptación óptima al clima del lugar, les permite lograr la mejor estabilización posible del sustrato de interés, con el mejor costo-beneficio. El uso de especies exóticas, no apropiadas al clima del lugar que se desea estabilizar, incrementa los costos de mantención (ej., por mayor riego) y reduce el éxito de la fitoestabilización en el largo plazo al no lograrse un sistema autosustentable. Adicionalmente, el uso de especies nativas y endémicas locales evita la ocurrencia de otros problemas ambientales secundarios no deseados o esperados, como la introducción de especies que puedan volverse invasoras y que alteren la dinámica de las comunidades biológicas silvestres del lugar Restricciones fisicoquímicas Los relaves mineros imponen diversas restricciones para el establecimiento y crecimiento de la vegetación, ya que corresponden a un material particulado fino y homogéneo (arenas y lamas), sin estructura, con ausencia de nutrientes esenciales, alto contenido de elementos tóxicos, como metales (ej., cobre, cinc, hierro) y metaloides (ej., arsénico), y casi nula actividad biológica (ausencia de microorganismos que permitan el ciclado de la materia orgánica y de los nutrientes del suelo). De esta forma, para poder introducir una cubierta vegetal funcional y autosustentable a través de programas de fitoestabilización, es necesario acondicionar los relaves con distintos materiales, que permitan corregir las restricciones físicas, químicas y microbiológicas. El uso de acondicionadores tiene costos asociados y muchas veces su disponibilidad local no es la adecuada. Por ello, cuando existe una alta biodisponibilidad de metales en los relaves de interés, la que impone problemas de toxicidad para las plantas, será entonces importante seleccionar especies nativas y endémicas que sean metalófitas excluyentes. También es posible disminuir la toxicidad por metales de los relaves con la ayuda de acondicionadores apropiados; en estos casos, es posible permitir el establecimiento de una diversidad mayor de especies vegetales nativas y endémicas, incluyendo aquellas sensibles al exceso de metales. En cualquier caso, la mejor alternativa dependerá del sitio a tratar, de los recursos disponibles, tanto financieros como de acondicionadores y del objetivo final de rehabilitación establecido. La tendencia internacional en las tecnologías de fitoestabilización ha sido hacia el uso de un grupo particular de plantas denominadas metalófitas (Figura 2.1). Estas plantas se 12

13 CIMM - INIA-Intihuasi caracterizan por su capacidad para tolerar concentraciones de metales biodisponibles en el sustrato hasta 100 veces más elevadas que las plantas comunes (sensibles). Estas especies han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten resistir concentraciones de metales en sus tejidos que son tóxicos para la mayoría de las plantas. Las plantas metalófitas pueden corresponder a especies con tolerancia constitutiva a los metales (metalófitas constitutivas), o sea que todos los individuos de esa especie tienen la capacidad de tolerar altas concentraciones de metal en el sustrato, o a poblaciones de especies comunes que han desarrollado variantes genéticas tolerantes al establecerse sobre desechos mineros o suelos contaminados con metales, denominadas pseudometalófitas. Por motivos de simpleza, en este manual nos referiremos genéricamente a ellas como metalófitas, ya que ambos tipos son adecuados para los programas de fitoestabilización. Las especies vegetales no sólo deben tolerar los metales presentes en altas concentraciones en los relaves, sino que también deben distribuirlos en forma adecuada en sus tejidos. Específicamente, los metales deben ser acumulados en los tejidos subterráneos, como las raíces, sin ser traslocados en forma importante a los tejidos aéreos, como las hojas y los tallos. O sea, deben ser plantas metalófitas excluyentes (Figura 2.2). Existe otro tipo de plantas metalófitas denominadas hiperacumuladoras, las que se caracterizan por acumular metales en sus tejidos aéreos en concentraciones muy elevadas (Figura 2.2). Estas plantas son adecuadas para otras tecnologías de fitorremediación, como es la fitoextracción, pero no para la fitoestabilización, ya que pueden imponer problemas de transferencia y de acumulación de metales en las cadenas alimenticias o tróficas. Finalmente, es importante destacar que una especie metalófita cualquiera es tolerante sólo a algunos metales y metaloides y no a otros. No existen plantas metalófitas tolerantes en forma simultánea a todos los metales y metaloides. Por ejemplo, se han detectados metalófitas para antimonio, arsénico cadmio, cinc, cobre, cobalto, plomo, manganeso, níquel y selenio. Por ello es que debe seleccionarse las especies tolerantes a los metales y metaloides presentes en mayores concentraciones biodisponibles en el relave minero que se desea fitoestabilizar. ESPECIE SENSIBLE ESPECIE TOLERANTE HIPERACUMULADORA Crecimiento Deficiencia Adecuado Tóxico Tóxico Contenido de metal en las hojas METALÓFITA EXCLUYENTE Dosis metal biodisponible Figura 2.1. Representación genérica de la distinta capacidad de respuesta a la alta biodisponibilidad de metal en el sustrato entre una planta sensible (no tolerante) y una planta metalófita (tolerante). Contenido de metal biodisponible en el sustrato Figura 2.2. Representación genérica de la distinta capacidad de acumulación de metales en las hojas de las plantas metalófitas hiperacumuladoras y las metalófitas excluyentes. 13

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15 CIMM - INIA-Intihuasi 3 Flora y Vegetación de la Región de Coquimbo: Antecedentes Generales Cuando la alternativa de rehabilitación elegida para un programa de fitoestabilización de un depósito de relaves cualquiera favorece la rehabilitación de una formación vegetal similar a la natural presente en el área de emplazamiento del depósito, entonces, el conocimiento de la flora y vegetación propia de la Región se vuelve altamente relevante. En esta sección entregamos información fundamental relacionada con las características de la flora y de la vegetación nativa y endémica de la Región de Coquimbo Clima y vegetación La Región de Coquimbo se encuentra en una zona climática de transición entre el clima de tipo Mediterráneo árido del extremo norte del país y el clima Mediterráneo semiárido de la zona centro-sur. La influencia del núcleo de alta presión del Pacífico Sur y de la corriente marina fría de Humboldt restringe los frentes que provienen del océano Pacífico y determinan una pluviometría baja y fluctuante en la mayor parte de la Región. Por ejemplo, en La Serena la precipitación anual promedio es de 80 mm, mientras que en Los Vilos es de 329 mm. Otro aspecto importante es que existe gran variación en las precipitaciones tanto dentro del año (intraanual), con lluvias concentradas principalmente en el invierno, como entre años (interanual), asociada al fenómeno El Niño-Oscilación del Sur (ENSO en su sigla en inglés) el que se caracteriza por determinar un patrón de lluvias en el cual un año de intensas lluvias es seguido de varios años de sequía. Los climas de tipo Mediterráneo se caracterizan porque las precipitaciones se concentran en el período frío o invernal y los veranos son cálidos y secos. En la Región de Coquimbo, la estación cálida y seca transcurre entre octubre y abril, mientras que la estación fría se extiende desde mayo a septiembre. El régimen térmico de la Región se caracteriza por sus altas temperaturas diurnas y temperaturas nocturnas moderadas durante todo el año. Esto determina que las demandas atmosféricas de agua sean elevadas, lo que unido a los reducidos montos pluviométricos concentrados en los meses de invierno (mayo-agosto), genera un fuerte déficit hídrico durante el período de primavera-verano. Sin embargo, la compleja topografía de la Región determina una alta variación microclimática. Por ejemplo, la franja costera (20 a 25 km desde el litoral) presenta alta humedad atmosférica (85%), 15

16 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados debido a la frecuente nubosidad presente en las mañanas, temperaturas homogéneas y moderadas, como consecuencia de la regulación oceánica, y precipitaciones bastante bajas; así, el déficit hídrico en esta zona no es tan pronunciado. En cambio, hacia los valles interiores las temperaturas y la radiación solar aumentan gradualmente hasta la parte media y alta, constituyéndose un clima estepario cálido, con ausencia de nubosidad, mayor oscilación térmica diaria y menores precipitaciones, debido a la pérdida de la influencia oceánica y al aumento de las condiciones de enclaustramiento y de influencia de la altura. Los sectores cordilleranos, hasta los m de altitud, tienen un clima determinado por la altura, sobre todo en la parte más septentrional, donde las oscilaciones térmicas son marcadas y hay un importante déficit hídrico por aumento de la evapotranspiración. Las características climáticas regionales han condicionado una fisonomía típica de las zonas áridas y semiáridas con dominio de arbustos leñosos y cactáceas asociadas a un estrato herbáceo temporalmente activo. El componente arbóreo es minoritario en la Región y se encuentra restringido a las quebradas más húmedas. Sin embargo, es necesario precisar que la acción humana ha contribuido a acentuar desde antaño este patrón de dominancia de especies arbustivas menores, debido a que se ha sobreutilizado las especies leñosas mayores como combustible o simplemente se han despejado para habilitar campos de cultivo. En forma indirecta, la introducción de ganado caprino y la actividad agrícola han contribuido a reducir la cobertura de las especies nativas, incrementando la desertificación de la Región. La alta variabilidad microclimática determina la existencia de diversas formaciones vegetacionales, las que incluyen entre otras al desierto costero, a los matorrales estepáricos y a la estepa altoandina. Estas formaciones varían en cuanto a la fisonomía (aspecto) debido a los gradientes ambientales propios de la Región, como los determinados por la temperatura, precipitación y tipos de suelos. Sin embargo, el estrato leñoso bajo (arbustos), por su resistencia a la sequía en años de baja precipitación, es el más importante para caracterizar las unidades dominantes cuya composición florística y coberturas están determinadas principalmente por el clima, el suelo y la intervención antrópica. Es así como la flora de altitudes bajas y medias de la Región está dominada por arbustos espinosos y cactáceas, que le dan una fisonomía característica al paisaje. Sin embargo, después de las lluvias, y especialmente en años muy lluviosos, el semidesierto se cubre de flores de numerosas herbáceas, las cuales persisten durante la estación seca como bulbos o semillas. La Región de Coquimbo tiene una superficie total de ,6 hectáreas, de los cuales el 41% se encuentra por debajo de los m de altitud, el 23% entre los y los m, y el 36% restante por sobre los m. Los principales usos del suelo se encuentran en las categorías de praderas y matorrales (77%), áreas desprovistas de vegetación (18%) y de terrenos agrícolas (3%; Tabla 3.1). En otras palabras, el uso del suelo de praderas y matorral representa más de las tres cuartas partes de la superficie regional y está bien y homogéneamente representado en las tres provincias de la Región: 78% en Elqui, 76% en Limarí y 75% en el Choapa. En las tres provincias, el subuso del suelo más importante corresponde a matorral, el que paulatinamente disminuye hacia el sur. Sin embargo, existe una superficie regional importante desprovista de vegetación (18%), debido a la degradación histórica del ambiente por parte del hombre y a las grandes alturas que restringen el desarrollo de la vegetación. 16

17 CIMM - INIA-Intihuasi Tabla 3.1 Superficie de la Región de Coquimbo por tipo de uso de suelo. (Tomada de CONAF 2004) Usos del suelo Superficie Hectáreas % Áreas Urbanas e Industriales ,4 Terrenos Agrícolas ,3 Praderas y Matorrales ,8 Bosques ,8 Humedales ,4 Áreas Desprovistas de Vegetación ,3 Cuerpos de Agua o aguas Continentales ,1 Total ,0 Información más detallada sobre las características físicas, climáticas y de los impactos antrópicos históricos sobre la vegetación regional puede encontrarse en la guía sobre el Marco Ambiental y Relaves Mineros Abandonados de la Región de Coquimbo, complementaria a este documento Flora y vegetación La Región de Coquimbo es una de las regiones más interesantes del país en cuanto a su biodiversidad debido a que constituye una zona de transición florística. Posee una de las floras más diversas y con mayores niveles de endemismo en Chile debido a que la vegetación se extiende sobre un relieve complejo y heterogéneo, dentro de un área de transición con alta heterogeneidad ambiental, la que presentó cambios climáticos recurrentes en el pasado. Además, la naturaleza de Chile como una isla geográfica, determinada por uno de los desiertos más áridos del mundo en el extremo norte, una tundra fría en la zona austral y las barreras de la Cordillera de los Andes y del océano Pacífico por el oriente y poniente, respectivamente, permitió en esta zona la ocurrencia de procesos evolutivos que llevaron a la formación de una diversidad de especies únicas o endémicas. La flora nativa de la IV Región de Coquimbo está constituida por especies, representada en 789 especies endémicas y 689 especies nativas. El total de familias endémicas y nativas para la región es de 138, siendo la familia Asteraceae la que contiene el mayor número de especies (224), seguida por las familias Poaceae, Fabaceae y Boraginaceae con 104, 96 y 92 especies, 17

18 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Tabla 3.2 Flora vascular endémica y nativa presente en la Región de Coquimbo (Fuente: Marticorena et al. 2001). Familia Especies Endémicas (nº) Especies Nativas (nº) Total Asteraceae (Compositae) Poaceae (Gramineae) Fabaceae (Papilionaceae) Boraginaceae Brassicaceae (Cruciferae) Nolanaceae Scrophulariaceae Apiaceae (Umbelliferae) Solanaceae Chenopodiaceae Polygonaceae Cactaceae Oxalidaceae Malvaceae Alstroemeriaceae Alliaceae Euphorbiaceae Rubiaceae Rosaceae Onagraceae Cyperaceae Continúa en página siguiente 18

19 CIMM - INIA-Intihuasi Continuación tabla 3.2 Familia Especies Endémicas (nº) Especies Nativas (nº) Total Caryophyllaceae Iridaceae Loasaceae Portulacaceae Lamiaceae (Labiatae) Dioscoreaceae Ranunculaceae Bromeliaceae Verbenaceae Valerianaceae Violaceae Sub total (32) Otras familias (106) Total (138) Tabla 3.3 Formas de vida de la flora de la Región de Coquimbo (Fuente: Marticorena et al. 2001). Forma de Vida Total de Especies Especies Endémicas (nº) (%) (nº) (%) Árbol Arbusto Cactácea Hierba perenne Hierba anual Total

20 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados respectivamente (Tabla 3.2). En cuanto a las formas de vida (Tabla 3.3), las hierbas perennes, los arbustos y las hierbas anuales o bianuales son las dominantes (44,7%, 27,2% y 23% respectivamente). Cabe destacar el alto grado de endemismos presentes en esta Región. Esto le confiere características únicas en términos de biodiversidad. La flora de la Región de Coquimbo se encuentra dentro de la zona norte-centro del país incluida entre las 34 áreas del mundo identificadas por su alta biodiversidad y prioridad para su conservación (hotspots o puntos candentes de biodiversidad). Sin embargo, dentro de esta área del país, la IV Región ocupa una posición central porque reúne un amplio espectro de elementos biogeográficos únicos. Específicamente, la flora total de la Región de Coquimbo comprende poco más del 30% de las especies presentes en la flora de Chile Continental. El 54% de las especies nativas son endémicas de Chile y el 23% son endémicas del centro-norte de Chile (III a V Región). La necesidad de aportar en la conservación de la flora nativa de la Región es reflejada por el alto porcentaje de especies que se encuentran en categoría de estado de conservación (58% o 850 especies) o que son insuficientemente conocidas (40% o 587 especies). Al presente, 209 especies (14%) están en las categorías de conservación Extinta (2 especies), En Peligro (36 especies) y Vulnerable (171 especies). Las áreas con mayor concentración de especies con problemas de conservación se ubican hacia el oeste de la Región. Específicamente, el área del Parque Nacional Bosque de Fray Jorge concentra una alta proporción de especies con problemas de conservación. Le siguen en importancia un área al este de Combarbalá, Los Vilos y Coquimbo. En la literatura especializada existen diversos estudios tanto descriptivos como sistemáticos de la vegetación de la Región de Coquimbo. Sin embargo, las clasificaciones más adecuadas y útiles son las de Gajardo (1994) y Luebert & Pliscoff (2006). Estos autores definen Regiones Ecológicas, divididas en subregiones; estas a su vez están compuestas por formaciones vegetales. En el caso particular de la Región de Coquimbo, estos autores distinguen cuatro subregiones y once asociaciones vegetacionales (Figura 3.1): Desierto costero de Huasco. Desiero florido de las serranías. Estepa altoandina de la Cordillera de Doña Ana. Matorral preandino de la Cordillera de Coquimbo. Matorral andino esclerófilo. Estepa altoandina de la Cordillera de Santiago. Matorral estepario costero. Matorral estepario interior. Matorral estepario boscoso. Matorral estepario arborescente. Matorral espinoso de las serranías. A continuación se resumen las asociaciones vegetacionales de la Región de Coquimbo, de norte a sur, y los principales componentes de la flora, según Gajardo (1994). 20

21 CIMM - INIA-Intihuasi Figura 3.1. Mapa vegetacional de la Región de Coquimbo y ubicación de los depósitos de relaves catastrados en cuanto a especies vegetales colonizadoras espontáneas (Modificada de Squeo et al. 2001). 21

22 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Desierto Florido de las Serranías Abarca desde el sur de la III Región de Atacama al norte de la IV Región de Coquimbo, todo el sector interior comprendido entre los 300 y los m de altitud; o sea, los sectores montañosos intermedios. Esta formación vegetal presenta una gran diversidad florística, pero la expresión de las especies efímeras (herbáceas anuales y herbáceas con órganos subterráneos perdurantes como las geófitas) depende de la ocurrencia esporádica de precipitaciones intensas. En general, su fisionomía es la de un matorral abierto muy degradado, debido a la explotación histórica de sus especies leñosas como fuente de biomasa vegetal para combustible (leña). Las especies representativas o comunes de esta formación son, en general, poco conocidas y presentan un alto grado de endemismo (son exclusivas de esta zona). Entre ellas están: Balsamocarpon brevifolium (algarrobilla) Caesalpinia angulata (retamilla) Encelia canescens (coronilla del fraile) Adesmia argentea Cordia decandra (carbonillo) Pintoa chilensis (pintoa) Proustia ilicifolia (huañil) Bulnesia chilensis (retama del cerro) 22

23 CIMM - INIA-Intihuasi Desierto Costero del Huasco Abarca desde el sur de la III Región de Atacama al norte de la IV Región de Coquimbo, todo el sector costero comprendido entre los 0 m y los 300 m de altitud. Esta formación vegetal presenta una gran cantidad de endemismos. Es un matorral muy abierto, dominado por arbustos, y que ha estado sometido a una constante y persistente intervención antrópica. La asociación vegetal dominante es Heliotropium stenophyllum-oxalis gigantea. Las especies representativas o comunes son: Heliotropium stenophyllum (monte negro) Oxalis gigantea (churqui) Encelia canescens (coronilla del fraile) Ephedra andina (pingopingo) Ophryosporus triangularis (rabo de zorro) Adesmia argentea Aristolochia chilensis (oreja de zorro) Senna cumingii (alcaparra) Skytanthus acutus (cacho de cabra) Eulychnia acida (rumpa) Argylia radiata Balbisia peduncularis 23

24 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Estepa Altoandina de la Cordillera de Doña Ana Abarca la zona cordillerana de los Andes al sur de la III Región de Atacama y al norte de la IV Región de Coquimbo, entre los m y los m de altitud. Esta formación vegetal está constituida por un matorral espinoso, xeromórfico o resistente a la sequía, con una gran riqueza florística. Es una formación vegetacional transicional y compleja, cuya asociación vegetal dominante es Stipa chrysophylla-adesmia gayana. Las especies representativas o comunes son: Stipa chrysophylla (coirón amargo) Adesmia remyana Adesmia gayana (adesmia) Calandrinia picta (pata de guanaco) Adesmia subterranea (cuerno de cabra) Azorella madreporica (llareta) Cristaria andicola (malvilla) 24

25 CIMM - INIA-Intihuasi Estepa Altoandina de la Cordillera de Santiago Abarca la zona cordillerana de los Andes al sur de la IV Región de Coquimbo, entre los m y los m de altitud. Representa el nivel altitudinal superior de la vegetación, pero presenta una distribución discontinua debido al abrupto relieve montañoso. Esta formación vegetal está constituida por un matorral bajo, xeromórfico o resistente a la sequía, dominado por subarbustos y plantas en cojín, tales como hierbas pulvinadas y gramíneas de crecimiento en mechón. Se distinguen cinco asociaciones vegetacionales: Mulinum spinosum-chuquiraga oppositifolia Azorella madreporica-laretia acaulis Stipa lachnophylla Chuquiraga oppositifolia-guindilia trinervis Patosia clandestina-juncus balticus 25

26 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Matorral Andino Esclerófilo Abarca las laderas andinas casi a todo lo largo de la IV Región de Coquimbo, entre los m y los m de altitud. Penetra en la Cordillera de los Andes por los cajones de los grandes ríos. Posee una distribución discontinua debido al abrupto relieve montañoso. Esta zona ha estado sometida a una intensa explotación histórica, producto del pastoreo y de la extracción de biomasa vegetal leñosa para combustible. Corresponde a una formación arborescente abierta, dominada por arbustos altos. Muestra importantes limitaciones hídricas, debido a las bajas e irregulares precipitaciones. El patrón de distribución de la vegetación está determinado esencialmente por el relieve, siendo importante la influencia de la exposición. Se distinguen cuatro asociaciones vegetacionales: Colliguaja integerrima-tetraglochin alatum, Escallonia myrtoidea-maytenus boaria, Austrocedrus chilensis-schinus montanus y Kageneckia angustifolia-guindilia trinervis. Las especies representativas o comunes son: Kageneckia angustifolia (frangel) Acaena pinnatifida (cadillo) Guindilia trinervis (guindillo) Quillaja saponaria (quillay) Viviania marifolia (oreganillo) Haplopappus canescens (hierba del chivato) Colliguaja integerrima (duraznillo) Ephedra andina (pingopimgo) Austrocedrus chilensis (ciprés de la cordillera) Aristotelia chilensis (maqui) Schinus polygama (litrecillo) Ribes punctatum (zarzaparrilla) 26

27 CIMM - INIA-Intihuasi Matorral Espinoso de las Serranías Abarca las laderas altas de la vertiente oriental de la Cordillera de la Costa y de la precordillera andina, entre los m y los m de altitud. La fisonomía vegetacional es heterogénea debido a la alta heterogeneidad ambiental; no obstante, domina el matorral xeromórfico de arbustos espinosos. La cobertura vegetacional ha sido profundamente afectada por la actividad antrópica histórica, de modo que sus formaciones vegetacionales se presentan muy heterogéneas tanto en su composición florística como en su estructura espacial. Se distinguen diez asociaciones vegetacionales: Prosopis chilensis-schinus polygama Acacia caven-flourensia thurifera Colliguaja odorifera-adesmia microphylla Colliguaja odorifera-proustia cinerea Salix chilensis-maytenus boaria Flourensia thurifera Tessaria absinthioides-baccharis pingraea Quillaja saponaria-porlieria chilensis Acacia caven-atriplex repanda Puya berteroniana-adesmia arborea 27

28 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Matorral Estepario Arborescente Abarca el sector costero sur de la IV Región de Coquimbo. Corresponde a una formación vegetal donde predominan los matorrales leñosos altos e incluso subarbóreos. En algunos sectores se expresan abundantes especies típicas de los bosques esclerófilos mientras que en los sectores costeros dominan las praderas anuales asociadas con arbustos bajos. Se distinguen cuatro asociaciones vegetacionales: Peumus boldus-podanthus mitiqui, Pouteria splendens-lepechinia salviae, Piptochaetium montevidense-haplopappus rosulatus y Nolana paradoxa-eriosyce chilensis. Las especies representativas o comunes son: Eupatorium salvia (salvia macho) Flourensia thurifera (incienso) Quillaja saponaria (quillay) Cryptocaria alba (peumo) Lepechinia salviae (salvia dulce) Bahia ambrosioides (chamiza) Puya venusta (chagualillo) Calandrinia grandiflora (doquilla) Eriosyce subgibbosa (quisquito) 28

29 CIMM - INIA-Intihuasi Matorral Estepario Boscoso Abarca el sector costero del centro-sur de la IV Región de Coquimbo, entre los 0 m y los 500 m de altitud. Corresponde a un matorral heterogéneo, con suculentas de carácter transicional, ya que se encuentra interpenetrado por algunos componentes de los matorrales costeros desérticos. Esta formación se encuentra fuertemente intervenida, presentando sectores en que el matorral ha sido totalmente desplazado por praderas. En pequeñas cuencas protegidas y en laderas de exposición sur, se desarrollan bosques de extensión muy reducida. Se distinguen ocho asociaciones vegetacionales: Azara celastrina-schinus latifolius Lithrea caustica-porlieria chilensis Bahia ambrosioides-puya chilensis Helenium aromaticum-sagina apetala Baccharis concava-ribes punctatum Adesmia tenella-erodium cicutarium Puya chilensis Ambrosia chamissonis-distichlis spicata 29

30 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Matorral Estepario Costero Abarca el sector costero del centro-norte de la IV Región de Coquimbo, entre los 0 m y los 300 m de altitud. Corresponde a un matorral muy abierto dominado por arbustos bajos de hojas duras (xeromórficas) que se distribuyen sobre las terrazas litorales. Esta área posee una gran limitación hídrica. Por ello, durante la primavera de los años lluviosos hay un gran desarrollo de herbáceas efímeras tanto nativas como introducidas. Se distinguen cuatro asociaciones vegetacionales: Adesmia microphylla-senna cumingii, Heliotropium stenophyllum-fuchsia lycioides, Myrcianthes coquimbensis-echinopsis coquimbana y Alona filifolia-plantago hispidula. Las especies representativas o comunes son: Flourensia thurifera (incienso) Ophryosporus triangularis (rabo de zorro) Pleocarphus revolutus (cola de ratón) Stipa plumosa (pasto rey) Adesmia tenella Nolana paradoxa (suspiro) Oxalis gigantea (churqui) Haplopappus angustifolius (bailahuén) Myrcianthes coquimbensis (lucumillo) Moscharia pinnatifida (almizcle) 30

31 CIMM - INIA-Intihuasi Matorral Estepario Interior Abarca el sector interior central de la IV Región de Coquimbo, entre los 300 m y los m de altitud. Corresponde a un matorral que ocupa los llanos y las serranías interiores por lo que no recibe influencia marítima. De esta forma, las especies presentan características xéricas acentuadas. Es una zona en que el mosaico vegetacional muestra una alta complejidad debido a la variedad de influencias climáticas, topográficas y antrópicas. Se distinguen seis asociaciones vegetacionales: Flourensia thurifera-heliotropium stenophyllum Fabiana barriosii-junellia selaginoides Tessaria absinthioides-pleocarphus revolutus Bridgesia incisifolia-flourensia thurifera Gutierrezia resinosa-atriplex semibaccata Lithrea caustica-colliguaja odorifera 31

32 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Matorral Preandino de la Cordillera de Coquimbo Abarca el sector interior central de la IV Región de Coquimbo, en las laderas medias andinas entre los m y los m de altitud. Las condiciones ecológicas permiten el desarrollo de una vegetación de gran riqueza florística y una densa cubierta de arbustos bajos, que en algunos casos alcanza coberturas mayores al 40%. Ocupa preferentemente sustratos arenosos o aluviales. Se distingue una asociación vegetacional: Fabiana imbricata-ephedra andina Las especies representativas o comunes son: Stipa pogonathera (coirón) Viviania marifolia (oreganillo) Alstroemeria venustula (lirio del campo) Baccharis confertifolia (chilquilla) Adesmia spinosissima (añahuilla) Argylia potentillifolia (terciopelo) Chuquiraga oppositifolia (chuquiraga) 32

33 CIMM - INIA-Intihuasi 3.3. Estructura y dinámica de la vegetación A) Regeneración En la zona con clima Mediterráneo semiárido del norte-centro de Chile, la germinación y el crecimiento de las plantas ocurren preferentemente durante el invierno y la primavera, cuando las condiciones de temperatura y humedad son más favorables que en el verano, caracterizado por las altas temperaturas y la nula precipitación. Este ciclo fenológico es fuertemente amplificado durante los eventos ENSO (El Niño-Oscilación del Sur), los cuales se manifiestan en Chile con períodos de precipitación por sobre el promedio de un año normal. Estas condiciones ambientales repercuten en la dinámica de las comunidades que típicamente están limitadas por el agua, como ocurre en los ecosistemas áridos y semiáridos de Chile (Figura 3.2). Al comparar un año ENSO con uno normal, se observa que la cobertura de las hierbas anuales aumenta entre un 20 y un 50% y el número de especies representadas aumenta entre 1 y 3 veces. Este patrón se repite al comparar la cobertura de los arbustos y las hierbas perennes en laderas secas, altamente irradiadas, no así en el número de especies arbustivas. A más largo plazo, como por ejemplo a los 14 años, se observa que existe una relación positiva entre la precipitación y la cobertura del follaje de los arbustos y las hierbas perennes. Los antecedentes disponibles indican que los eventos ENSO, como el del año 1997, tienen una gran importancia para reabastecer, recuperar y posiblemente mantener la vegetación efímera en esta Región. Es así como se ha encontrado que las densidades de semillas en el banco de semillas del suelo son altamente variables entre años, estando fuertemente asociadas con el régimen pluvial. Por ejemplo, las densidades de semillas durante el evento ENSO fueron entre 5 y 10 veces superiores que la de los años normales y las variaciones fueron muy marcadas para las especies anuales, en comparación con los arbustos, los cuales mostraron una baja variación. Además, los eventos ENSO influyen en cuanto al aspecto fisonómico de la vegetación, ya que determinan la existencia de aumentos en la cobertura de las hierbas anuales y alargan la estación de crecimiento vegetal en alrededor de tres meses. Estos efectos positivos del fenómeno ENSO sobre la vegetación son mucho más marcados en los ambientes limitados por el agua, como las laderas altamente irradiadas de exposición norte, que las laderas húmedas y menos irradiadas de exposición sur. En síntesis, las especies que responden a los pulsos de agua asociados a los fenómenos ENSO dejan grandes reservas de semillas en esta ventana de tiempo favorable, lo cual les permite persistir en los sistemas naturales en el largo plazo. Por ello, se podría aprovechar los eventos ENSO para desencadenar una recuperación permanente de los ecosistemas semiáridos degradados. Esto podría ser realizado suprimiendo temporalmente la fuerte herbivoría existente en estos sistemas para que la vegetación se recupere naturalmente, o ayudando a través de plantaciones artificiales. B) Efecto nodriza En los ecosistemas Mediterráneos semiáridos de la Región de Coquimbo, las plántulas (juveniles) de las especies leñosas, como los arbustos, tienden a agruparse bajo individuos de mayor altura y área de follaje, como es el caso de Baccharis linearis (romerillo) y Haplopappus parvifolius. Adicionalmente, algunas especies herbáceas tienden a concentrarse bajo el dosel o en la periferia de las especies arbustivas 33

34 3 Fitoestabilización de Depósitos de Relaves en Chile Guía N 3: Flora y Vegetación Asociadas a Relaves Mineros Abandonados Figura 3.2. Variación del paisaje durante un año seco (izquierda) y un año lluvioso (derecha). Nótese el mayor crecimiento y desarrollo de la vegetación en los años lluviosos en los que ocurre el fenómeno El Niño- Oscilación del Sur (ENSO en sus siglas en inglés) Fotografías gentileza de Alex Cea Villablanca. como Porlieria chilensis (Guayacán) Senna cumingii var. coquimbensis (Quebracho) o Acacia caven (Espino). Esta asociación es a menudo tan importante que algunas de las especies dominantes bajo arbustos están completamente ausentes en áreas sin arbustos leñosos. Las plantas que protegen a la regeneración de plántulas herbáceas y arbustivas ubicadas bajo su dosel, constituyen lo que se conoce como especies nodriza (Figura 3.3). Esta asociación se debe a las mejores condiciones microclimáticas existentes bajo el dosel de los arbustos nodriza, como son la menor radiación solar y temperatura del aire y del suelo. Otros componentes que se ven mejorados bajo el dosel de los arbustos nodriza son la materia orgánica, el nitrógeno, el fósforo y el número de bacte rias y esporas de micorrizas vesiculo arbusculares. Además, la actividad descomponedora se ve incrementada por la temperatura moderada y por el aumento de la infiltración y retención de la humedad del suelo que prevalece bajo la sombra de los arbustos. Por ejemplo, los mayores niveles de nutrientes bajo la copa de los Figura 3.3. Efecto nodriza bajo un arbusto típico de la Región de Coquimbo. Nótese la concentración de herbáceas bajo el dosel del arbusto (fotografía gentileza de Alex Cea Villablanca). arbustos nodriza en comparación con las zonas abiertas sugieren que las hierbas anuales que crecen relativamente cerca de los arbustos nodriza pueden estar expuestas a mayores aportes de nutrientes. Por lo tanto, los arbustos leñosos al generar estos mosaicos de fertilidad y de microclimas, están contribuyendo significativamente a incrementar la diversidad de plantas anuales en la zona semiárida de Chile. 34

35 CIMM - INIA-Intihuasi El efecto nodriza proporcionado por los arbustos leñosos, incluyendo a las cactáceas, en zonas áridas y semiáridas no sólo está limitado a otorgar condiciones más favorables para la germinación y el crecimiento de las plantas. También proporcionan muchas veces un refugio frente a la acción de los herbívoros. En el nortecentro de Chile, cactus como Echinopsis chiloensis (Quisco) puede proteger del sobrepastoreo a arbustos palatables como Flourensia thurifera (Incienso) o Balbisia peduncularis. Bajo la protección de estos cactus, los arbustos son mucho más grandes y sin indicios de ramoneo por las cabras, en contraste con las plantas que crecen en los espacios abiertos. C) Levantamiento hidráulico en especies arbustivas Las plantas obtienen el agua contenida en el suelo a través de sus raíces. El agua del suelo proviene principalmente de las precipitaciones que ocurren en el periodo de invierno-primavera. Sin embargo, en el caso de las especies leñosas ellas pueden también acceder al agua que infiltra a las napas subterráneas, debido a la mayor profundidad que alcanzan sus raíces. En la estación seca (verano-otoño) y en los años de escasas precipitaciones, los árboles y arbustos activan un mecanismo de transporte nocturno de agua por las raíces, desde estratos profundos y húmedos a estratos superficiales y secos del suelo, donde se produce su almacenamiento. Este fenómeno es conocido como levantamiento hidráulico (Figura 3.4). El levantamiento hidráulico implica una efectiva explotación del agua subterránea, conduce a una disminución del estrés hídrico en verano, mantiene una humedad suficiente en el suelo para promover la solubilización de los nutrientes presentes en el suelo, constituye un promotor de procesos microbianos que liberan nutrientes de las fracciones orgánicas y minerales del suelo y mantiene la integridad de las asociaciones de micorrizas simbióticas en períodos en que el suelo está seco. Este fenómeno ha sido verificado en tres especies nativas presentes en la Región de Coquimbo Pleocarphus revolutus, Senna cumingii y Flourensia thurifera (Figura 3.4). Las especies arbustivas que realizan levantamiento hidráulico también podrían actuar como nodrizas, aumentando la sobrevivencia de las plántulas durante los meses más secos. Por otro lado, los levantadores hidráulicos podrían también aumentar la sobrevivencia de verano en las especies con sistema radicular superficial. D) Consumo de semillas por animales e insectos Una parte importante del esfuerzo reproductivo de una planta puede ser perdido debido a la granivoría (consumo de las semillas) que experimenta antes o después de dispersar sus semillas. Se ha documentado que el consumo de semillas es significativamente mayor durante el día que en la noche. Este consumo diurno se debe principalmente a las aves, mientras que el consumo nocturno esta asociado principalmente a los micromamíferos, como los roedores. Las hormigas tienen un consumo mínimo de semillas. Si bien el consumo de semillas por micromamíferos es inferior al de las aves, este puede experimentar importantes variaciones entre años, desencadenadas por los eventos ENSO. Específicamente, se han observado fluctuaciones poblacionales y de granivoría por el único roedor estrictamente granívoro del norte de Chile, Oligoryzomys longicaudatus (ratón de cola larga). En años ENSO, cuando la producción de semillas por las plantas es mayor, se produce un 35