5 HIDROLOGIA DE LAS PLANTACIONES FORESTALES EN LOS TROPICOS Por: L. A Sampurno Bruijnzeel TRADUCCIÓN REALIZADA POR: Grupo de Hidrología (R-1010), CARRERA DE INGENIERIA FORESTAL. Semestre 01, 2001-06- 02 Y Gonzaga Giraldo López. Profesor: DEPARTAMENTO DE Luis CIENCIAS FORESTALES. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. SEDE MEDELLIN. Tomado del libro: MANAGEMENT OF SOIL, NUTRIENTS AND WATER IN TROPICAL PLANTATION FORESTS. Editors: E. K. Sadanandan Nambiar and Alan G. Brown. CSIRO Canberra Australia. 1997. 571p. Resumen: El estado de desarrollo de las plantaciones, y su manejo, ejercen una influencia fuerte sobre las características hidrológicas. Los cambios más grandes sobre el rendimiento hídrico de la cuenca, la respuesta a la escorrentía y la producción de sedimentos asociados con las plantaciones usualmente ocurren cuando el bosque natural es convertido a plantación. Los efectos sobre las tasas del flujo pico y sedimentos transportados normalmente se estabilizan a los dos años de establecimiento a niveles ligeramente por encima de los originales. Comparativamente poco se conoce sobre el consumo del agua por las especies forestales que se plantan con más frecuencia. Como resultado de esto, son posibles a esta etapa predicciones poco confiables sobre los eventuales efectos de las plantaciones en la magnitud y el rendimiento hídrico anual y estacional . Sin embargo, existe evidencia de que la plantación de árboles de rápido crecimiento en áreas de potreros disminuirá el flujo superficial después de que el dosel de copas se cierre, particularmente en la estación seca. Se discuten los efectos hidrológicos de las prácticas de manejo del bosque y la no utilización de modelos hidrológicos en las cuencas para predecir tales efectos. Se concluye que, a pesar de que se conoce relativamente poco hasta el presente sobre la hidrología de las plantaciones tropicales en relación con la interacción entre el clima, los suelos, y las especies de árboles, se han establecido las metodologías para llenar tales vacíos del conocimiento. El entendimiento de la hidrología de las plantaciones es importante por varias razones – las plantaciones se sitúan frecuentemente en cuencas que abastecen agua para diferentes usos del suelo o consumo urbano, y por tanto la calidad y la cantidad del rendimiento hídrico se vuelve crítico; la combinación común de topografía pendiente y precipitación moderada o alta en los sitios de plantación conducen a erosión potencial y /o a dificultades operacionales, y no siempre son las relaciones del agua en el sitio de la plantación las que tiene una profunda influencia en la selección de las especies, también la nutrición y el crecimiento. Mientras que en muchas partes de los trópicos húmedos se ha talado indiscriminadamente el bosque natural, esto ha llevado a una degradación de los suelos muy seria, a una alteración de los regímenes del escurrimiento superficial, y la reforestación no siempre ha logrado recuperar las condiciones hidrológicas originales (Hamilton y King, 1983). Los flujos se mejoran después de la reforestación ( Hardjono,1980) pero en otros casos la plantación de especies de rápido crecimiento en areas con pastos y rastrojos ha traído un decrecimiento considerable en el rendimiento hídrico en la estación seca (Mathur y Sajwan,1978;Smith y Scott,1992;Waterloo, 1994). También se ha expresado lo concerniente a la pérdida potencial de la fertilidad del suelo por la rotación continua de plantaciones en el mismo sitio(Hase y Folster,1983;Russel,1983;Bruijnzeel y Wiersum,1985). Se ha establecido muy bien una interacción estrecha entre el ciclo hidrológico del bosque y el ciclo de entrada y salida de nutrientes y esto se puede evaluar mejor seleccionando cuencas como la unidad fundamental ( Bormann and Likens,1967). Además, pequeñas cuencas pueden suministrar una herramienta adecuada para el estudio de pérdida de solutos asociados con la destrucción del bosque y su tala (Likens, et al. 1977). Este capitulo ayuda a: i) Suministra las bases hidrológicas para la cuantificación del balance de nutrientes en varias etapas del ciclo de vida de las plantaciones. ii) Reconcilia evidencias de conflictos sobre las influencias de las plantaciones sobre el rendimiento hídrico. iii) Examina los impactos hidrológicos de diferentes opciones de manejo de las plantaciones. La discusión que se plantea es desde el punto de vista de los principios generales de la hidrología. Se comienza con una discusión principal del ciclo hidrológico forestal, seguido por el análisis de los impactos hidrológicos respectivos (cambios en el rendimiento hídrico, capacidad de infiltración, flujo pico, producción de sedimentos) de los métodos diferentes de aclareo del bosque y preparación del sitio. Luego se discuten los cambios en las características hidrológicas ( interceptación, consumo de agua) asociados con el desarrollo y maduración de la plantación. Esta discusión se ilustra generalmente con datos de los trópicos, pero cuando se carece de tal información se recurre a datos de las regiones templadas. Posteriormente se han considerado los impactos hidrológicos de varias actividades de manejo forestal y su medición para minimizar cualquier consecuencia adversa durante la fase de establecimiento y cosecha. Finalmente, después de identificar los vacíos más relevantes en el conocimiento, se propone construir una red de sitios en los cuales se concentre la investigación con las especies más importantes utilizadas en plantaciones forestales tropicales. EL CICLO HIDROLÓGICO FORESTAL Las principales características del ciclo hidrológico forestal están ilustradas en la figura 5.1. La lluvia es la principal entrada a los bosques húmedos tropicales. Una pequeña parte de la lluvia llega hasta el suelo del bosque como precipitación interna y escurrimiento por los tallos. Una porción sustancial es interceptada por el dosel del bosque, la cual se evapora posteriormente hacia la atmósfera durante e inmediatamente después de la precipitación; el resto alcanza la superficie del suelo como goteo de la copa. Debido a que la precipitación interna y el goteo de la copa no se pueden determinar directamente en el campo, las dos se toman usualmente como una sola variable y se denominan precipitación interna. Figura 5.1. El ciclo hidrológico del bosque en las laderas de las colinas (modificado de Douglas 1977) Si la intensidad del total de la precipitación interna y el escurrimiento por el tallo, llegan al piso del bosque y exceden la capacidad de infiltración del suelo, el exceso de agua que no es absorbida por el suelo es escorrentía directa como escurrimiento Hortoniano (HOF). Debido a que generalmente la capa de suelo orgánica tiene gran capacidad de absorción en la mayoría de los bosques tropicales naturales, el volumen de la lluvia interna y el escurrimiento por los tallos se infiltrara en el suelo y este tipo de flujo ocurre con relativa frecuencia. La mayoría del agua infiltrada es absorbida por la vegetación y retorna a la atmósfera por procesos de transpiración (Et). El termino evapotranspiracion (ET) se usa para denominar la suma de la transpiración (evaporación de un dosel seco) y perdida por interceptación (Ei, evaporación de la superficie expuesta de un dosel húmedo). La evaporación de la hojarasca y la superficie del suelo (Es) en bosques húmedos tropicales es usualmente despreciable. Es importante hacer la distinción entre transpiración (Et) y evaporación del dosel húmedo (Ei), porque el primero es gobernado en gran parte por el control estomático y el ultimo principalmente por las propiedades aerodinámicas de la vegetación (Jarvis y Stewart 1979; Capítulo 6). La humedad que permanece en el suelo drena hacia la red hídrica por flujo subsuperficial. impermeable El agua que percola dentro del suelo hasta una capa del material parental drena como flujo lateral (flujo subsuperficial) (Figura 5.1). Tal cantidad de agua drena lenta y continuamente, siendo contabilizada para el flujo base de las corrientes. (Ward y Robinson 1990). En climas estaciónales el flujo base alcanza un mínimo en la estación seca y este se denomina como “flujo de la estación seca”. Durante un aguacero el agua que se infiltra puede tomar diferentes rutas hacia el canal de drenaje, dependiendo de la conductividad hidráulica del suelo, de la pendiente y de la distribución espacial de la humedad del suelo (Dunne, 1978). El flujo superficial de saturación (SOF) es causado por una lluvia que cae sobre un suelo ya saturado. Esto ocurre típicamente en la parte inferior de las pendientes de colinas o cerca a una banca de la corriente, en las cuales el suelo se satura desde abajo por el flujo subsuperficial y así mantiene condiciones cercanas a la saturación. Adicionalmente, SOF puede ser observado durante y después de un aguacero intenso hasta encontrarse una capa impermeable cercana a la superficie (Bonell y Gilmour, 1978). El flujo subsuperficial de saturación (SSSF) frecuentemente representa una mezcla de aguas antiguas (el agua que existe antes de empezar la lluvia) y agua nueva que viaja rápidamente a través de “macroporos y conductos de flujos preferenciales” (Bonell y Balek, 1993). Como un resultado de contribuciones de SOF, SSSF y en casos extremos de HOF, el caudal se incrementa rápidamente durante el aguacero. Este incremento por encima de los niveles de flujo base se llama frecuentemente creciente o flujo de avenidas. La descarga máxima se denomina comúnmente ”flujo al pico” y se puede alcanzar durante el mismo aguacero o pocos días después dependiendo de las características de la cuenca y de la humedad, como también de la duración, intensidad y cantidad de la lluvia (Figura 5.2; Dunne, 1978). El volumen total de agua producida como caudal de la cuenca, en un periodo de tiempo dado (usualmente un mes, estación o año) se denomina “rendimiento hídrico” y se expresa en m3/seg/Km2 o L/seg/ha. Los componentes principales del ciclo en una cuenca hidrológica son ilustrados por la ecuación del balance hídrico (Ward y Robinson, 1990): P = ET + Q + ∆S + ∆G (1) donde P = precipitación ET = evapotranspiracion Q = caudal ∆S = cambio en el almacenamiento de agua en el suelo ∆G = cambio en almacenamiento de aguas subterránea (freática) Con todos los valores expresados en mm de agua por unidad de tiempo (día, semana, mes o año). Ademas: ET = Ei + Et + Es (2) y Ei = P – (Tf + Sf) (3) donde Ei = evaporación del agua interceptada por el dosel Tf = precipitación interna Sf = escurrimiento por el tallo Las descripciones cuantitativas detalladas del ciclo hidrológico del bosque lluvioso tropical se han dado por Bruijnzeel (1990) y Bonell y Balek (1993). Figura 5.2 Respuesta de la cuenca a las lluvias (modificado de Calver et al. 1972) HIDROLOGÍA DE PLANTACIONES FORESTALES El establecimiento de una plantación impone un número de prácticas las cuales afectan las propiedades hidrológicas del suelo, la respuesta hidrológica de la cuenca y el crecimiento de los árboles. Generalmente, la perturbación del suelo será mayor cuando las plantaciones se establecen en tierras de bosques naturales, que cuando se establecen en tierras de sabana. En el caso anterior equipos y maquinaria pesada son frecuentemente usados para cosechar troncos de grandes árboles y para la preparación del sitio, incluyendo la acumulación de deshechos de la extracción de madera; mientras que en las sabanas son suficientes las quemas y una preparación menos intensiva del suelo. En vista de las similitudes entre bosques naturales y plantaciones maduras, se puede argumentar que los grandes cambios de la hidrología asociadas con la conversión de una a otra se pueden esperar durante los primeros 1 a 3 años después de aclarear el bosque y replantar, esto es en la fase de establecimiento. Los primeros 6 a 12 meses de esta fase son particularmente críticos, pues la mayor parte de la superficie del suelo va a estar expuesta. Los niveles de descarga y erosión extrema tienden a regresar a los valores previos a la perturbación, en los dos años siguientes, debido al establecimiento de un sotobosque vigoroso. De todas formas la cantidad de percolación de agua a través del suelo (y también la cantidad de nutrientes lixiviados) permanecerá por encima del nivel original durante este período (cf. Malmer y Grip 1994). Subsecuentemente, a través de “la etapa de desarrollo y maduración”, se presentará un retorno gradual a las condiciones previas a la conversión. Los cambios hidrológicos durante el establecimiento y las fases de maduración se discutirán separadamente más adelante. Cuando se desarrolla una plantación en sabanas los cambios iniciales de la hidrología, serán más pequeños que aquellos vistos cuando se empieza en un sitio que ya poseía bosque, mientras que el máximo contraste ocurrirá después de alcanzar la etapa de madurez (Smith y Scott 1992). LA FASE DE ESTABLECIMIENTO Efecto de los aclareos o talas en las propiedades físicas del suelo Cuando la maquinaria pesada entra en un bosque no disturbado, la capa protectora de hojarasca será destruida. La densidad aparente del suelo superior aumentará por la compactación, particularmente en el caso de suelos húmedos y arcillosos, y la retención de agua y la capacidad de flujo del suelo se reducirán (ver Capítulo 4 para una descripción general). Couper et al. (1981) compararon varios métodos de aclareo o tala de un bosque en un Alfisol en Nigeria en términos de uso de horas-hombre y en gasto de energía. Lal (1981) reporta en la superficie asociada de escorrentía y tasas de erosión para agricultura (sin-labranza) durante el primer año después del aclareo. Mientras que la tala manual fue más baja y la más “cara”, la erosión del suelo fue inferior a 0.4 ton ha-1 año-1, comparada con 4 ton ha-1 año-1 después de aclarear con un tractor reptil con una hoja cortadora, y 15 ton ha-1 año-1 después de talar con un tractor reptil con un rastrillo extractor de raíces de árboles. Los valores de escorrentía superficial fueron 1%, 6.5% y 12% de la lluvia incidente respectivamente. Más detalles se dan en las tablas 4.4 y 4.5 del Capítulo 4. Similarmente, Dias y Nortcliff (1985b) reportaron un cambio despreciable en las propiedades físicas de la superficie del suelo después de la tala y quema tradicional en un bosque en un Oxisol arcilloso de la Amazonía. De todas formas se presenta un deterioro considerable después de los aclareos con buldozer, por una parte debido a la compactación y por otra debido a la remoción de la hojarasca y el suelo superficial, exponiendo el subsuelo a condiciones poco favorables (Cf. Gillman et al 1985; Malmer y Grip 1990). Dias y Nortcliff (1985 a) y Kamaruzaman Jusoff (1991), respectivamente, reportan en Oxisoles y Ultisoles arcillosos una estrecha relación entre el número de pasadas del tractor y el deterioro que resulta de la compactación. En ambos casos, el deterioro del suelo se incrementa con la humedad del suelo. Maquinaria rotatoria tiene considerablemente más impacto que los vehículos de tracción (Fig. 5.3), particularmente después de pasar las ruedas. Los efectos usualmente se extienden a 15-20 cm de profundidad y en el caso de las vías de extracción de trozas, se muestran leves mejorías aún después de muchos años de desuso (Hendrison 1990; Van der Plas y Bruijnzeel 1993). A causa de la estructura suelta, los suelos arenosos responden en forma diferente a la disturbación. El aclareo mecánico de los bosques en los Podosoles en el Este de Malasia no produjeron en el suelo superficial un incremento de la densidad aparente a pesar de que la tasa de infiltración final se redujera considerablemente (de 48.7 hasta 1.3 mm hr.-1; Malmer y Grip, 1990). De todas formas, con excepción de las partes bajas del valle, la saturación raramente ocurrió en suelos arenosos. Es importante, por consiguiente examinar los efectos de la disturbación del suelo en un rango de condiciones de humedad, como los representados por la retención de agua en el suelo y las curvas de conductividad hidráulica no saturada. Jetten (1994) compara tales curvas para dos tipos de suelos arenosos en la Guyana, antes y después de la disturbación con equipos dotados con cables de extracción. De todas formas los suelos arenosos fueron los más afectados por los pasos repetidos de la maquinaria. Las curvas de retención se volvieron más graduales, y los valores de succión para un contenido dado de humedad se incrementaron como resultado en el cambio de la distribución de los poros hacia poros finos. Las conductividades hidráulicas no saturadas decrecen, de acuerdo con los niveles de humedad final del rango de succión. La explicación puede estar en la compactación del paquete original de arena pero posiblemente también en la mezcla de materia orgánica fina con partículas minerales del suelo. El efecto fue menos pronunciado para suelos de arenas pardo-arcillosas, pero aquí los cambios ocurrieron a través de todo el rango de humedad (Jetten 1994). De todas formas los métodos manuales de aclareo causan menos daño en la superficie del suelo que los que hacen los equipos mecánicos, entonces no va a haber ningún chance para seleccionar medios mecánicos. Figura 5.3. El impacto de las orugas y vehículos de tracción en la conductividad hidraúlica como una función del número de pasadas del vehículo y la humedad del suelo, para un Ultisol en la Malaysia Peninsular (adaptado de Kamaruzaman Jusoff 1991) Efectos de los aclareos sobre el rendimiento hídrico de la cuenca La remoción de la cobertura vegetal para establecer una nueva plantación reducirá la evapotranspiración temporalmente y por tanto se incrementará el rendimiento hídrico de la cuenca. Bosch y Hewlett (1982) demostraron esto para unos cien casos alrededor del mundo, incluyendo algunos ejemplos en los trópicos. Los datos más recientes confirman que el incremento inicial del rendimiento hídrico es proporcional a la cantidad de biomasa removida (Bruijnzeel 1996a). Los incrementos reportados en el flujo durante los primeros tres años va de 125 a 820 mm por año, con un valor medio de cerca de 600 mm por año (Bruijnzeel 1990-1996). Mientras que hay una tendencia débil para que incrementos grandes ocurran en áreas de precipitación alta, pero la dispersión en los datos es grande (figura 5.4). Existen indicadores significativos de que la destrucción tan severa del suelo es tan importante como la precipitación después del aclareo (figura 5.4). Malmer (1992) compara los cambios en el rendimiento hídrico en los primeros 2.9 años de una plantación de Acacia mangium, después de cortar el bosque lluvioso en Sabah, Malaysia del Este, el cual había sido aprovechado selectivamente cerca de 6 años antes del estudio. Los diferentes tratamientos fueron: 1. Corte manual de madera seguida de plantación manual en líneas entre los desechos de troncos que fueron dejados para la descomposición. 2. Corta manual y extracción de madera con tractores “Crawler” seguido por la quema de los desechos de los árboles (sin la influencia del viento) y plantación. Mientras que el incremento en la escorrentía era más bajo durante los años secos para ambos tratamientos (figura 5.4) los incrementos medios fueron muy bajos para la extracción manual sin quema, más que para la cosecha mecánica seguida de quema (viz.445 vs. 1190 mm; Malmer 1992). En el mismo experimento la vegetación secundaria de una cuenca adyacente fue afectada por un incendio forestal intenso, más o menos cinco años antes, fue quemado de nuevo experimentalmente antes de sembrar Acacia mangium. El incremento en el flujo de la corriente a través de los mismos 2.9 años fue de 1010mm (Malmer 1992). A pesar de que estas figuras ilustran el potencial de incremento de nutrientes perdidos, vía lixiviación después del aclareo bajo condiciones húmedas tropicales, particularmente donde esto se hace en conjunto con quemas (cf. Brujinzeel 1996b, Capítulo 10), es imposible separar los efectos del aclareo mecánico y quema en este experimento en particular (ver Brujinzeel 1995 para detalles). Figura 5.4. Incremento en el rendimiento hídrico después de aclarear un bosque tropical vs. sus correspondientes cantidades de lluvia (modificado de Bruijnzeel 1995). Los resultados para 3 cuencas adyacentes en Malaysia del este (W1, W4 y W5), en los dos años siguientes al aclareo en dos formas diferentes, son identificados así: Cuenca W1, aclareo no mecanizado seguido por quema de desperdicios= ★; Cuenca W4, extracción manual de troncos, sin quema= Ο; Cuenca W5, cosecha mecanizada, seguida por quema de desperdicios= ■ (Malmer 1992). Observaciones de otros estudios= ● Efectos del aclareo en el volumen de crecida y caudal pico La magnitud de los diferentes componentes del flujo que contribuyen al flujo de crecida pueden variar entre cuencas como resultado de diferencias en topografía, suelos(notable conductividad hidráulica) y características de la precipitación. (Dunne 1978; Pearce et al. 1982). El efecto del factor del suelo se ilustra por los resultados obtenidos en 10 pequeñas (menos de 1.5 ha) cuencas de bosque lluvioso (precipitación anual 3500 mm, sin una clara estación seca) en tierras bajas perhúmedas de la Guayana francesa, todas cercanas entre sí. (fig. 5.5). La escorrentía de la tormenta variaba entre el 7.3% de la precipitación (cuenca h) y 34.4% (cuenca c) dependiendo del tipo de suelo. La proximidad del nivel freático a la superficie del suelo en el fondo del valle en la estación lluviosa, gobernaba la respuesta de la cuenca y en mayor proporción, por el buen drenaje de los suelos, la respuesta a la escorrentía fue más pequeña (Fritsch 1992). Normalmente, los picos del flujo de crecida que son producidos por los flujos superficiales tienden a ser mas pronunciados que aquellos generados por los flujos subsuperficiales, los cuales se desplazan mas lentamente (fig. 5.2). Un cambio de patrón de crecida dominado por flujo subsuperficial lento en bosques, con respecto a uno que es gobernado por HOF después del aclareo puede producir incrementos substanciales en los flujos pico. Sin embargo en cuenca donde el flujo superficial es todavía prevaleciente bajo condiciones naturales, la respuesta hidrológica a la precipitación (pero no a la erosión del suelo) se cambia fuertemente después de la remoción del bosque (Gilmour 1977). Tal situación puede ocurrir donde una capa endurecida poco profunda se extienda a través de la pendiente SOF (Bonell y Gilmour 1978), o por surcos (Elsenbeer y Cassel 1990). Todos estos puntos son necesarios para una apropiada medición pedo-hidrológica (además de suelos estándar) para estimar el impacto hidrológico de las prácticas y manejo del bosque. Operaciones de conversión cuidadosamente planeadas y conducidas pueden llegar a conservar el área del suelo compacto y por esto el incremento en la frecuencia y magnitud del HOF, para un mínimo, particularmente en ausencia de quemas (Hsia 1987; Malmer 1993). Sin embargo, aún con una mínima disturbación del suelo, volúmenes de caudal y tasas de caudal pico pueden incrementarse después de la remoción del bosque. Esto se debe a que la reducción de la ET hará que los suelos sean más húmedos, lo cual a su vez los hará menos capaces de acomodar la precipitación adicional. Adicionalmente ésta humedad extra mantendrá una extensa faja de saturación a través de la corriente, el cual producirá un gran volumen de rendimiento hídrico de la escorrentía de la tormenta (SOF dominante). Donde quiera que la topografía permita la expansión de las áreas de afluencias riparias suficientemente, el efecto será notable, particularmente después de períodos secos cuando bajo condiciones de bosque el área fuente habrá alcanzado un mínimo (Hewlett y Doss 1984; Fritsch 1992). Estimaciones de los aumentos en el caudal después del aclareo con un mínimo de suelo disturbado puede derivarse de un experimento en un área con alta precipitación en Nueva Zelanda donde la escorrentía estaba dominada por flujo subsuperficial (Pearce et al. 1980). Los incrementos relativos (comparando con una cuenca forestal de control) en el volumen del caudal fueron 100-300% para eventos pequeños de precipitación (menores de 10 mm); 50% para tormentas intermedias (25-50 mm); y del 10-25% para tormentas grandes (mayores de 75 mm). El efecto parece disminuir con los incrementos de la precipitación. En un experimento similar en una cuenca escarpada en Taiwan, no se observaron cambios significativos en el volumen del caudal pero el valor medio de la tasa del pico del caudal se incrementó casi en un 50% como resultado del incremento de la humedad en las pendientes (Hsia 1987). Figura 5.5. Respuesta de la escorrentía (flujo de crecida como porcentaje de la lluvia anual) de pequeñas cuencas boscosas en la Guyana Francesa, como una función de la proporción del área de la cuenca caracterizada por suelos bien drenados. Cuando los suelos son mas extensivamente disturbados con maquinaria pesada y/o fuego para establecimiento de plantaciones los cambios resultantes en la respuesta de la cuenca puede esperarse sean mas pronunciados. Ahora, pocos resultados inequívocos han sido obtenidos al respecto, posiblemente por la complejidad de los procesos de generación de la escorrentía que frecuentemente desafían la simplicidad de nuestras técnicas analíticas (Hewlett 1982). Por ejemplo en el experimento de Malmer(1992) en el este de Malaysia, ambos, volúmenes de caudal y caudales pico se incrementaron significativamente durante los primeros 2 años después de quemas en una cuenca que fue afectada anteriormente varios años por fuego forestal natural. Por otro lado, el único cambio significativo que se observó después del aclareo mecánico de la vegetación y quema de los desechos del aclareo en una cuenca cercana, fue una reducción en el volumen del caudal durante el primer año aunque el suelo había sido severamente disturbado en un 24% de su área (Malmer y Grip 1990). Durante el segundo año después del aclareo, los volúmenes del caudal y los caudales pico incrementaron de nuevo pero no significativamente. Malmer (1992) interpretó estos descubrimientos en términos de los contrastes en las superficies de detención características entre las dos cuencas. Por ejemplo, el agua aparecía inicialmente en los surcos formados por los tractores los cuales empezaron a erosionar durante el segundo año. Similarmente Sindel et al. (1983 a) reportaron un incremento de 6 veces en el caudal pico inmediatamente después del aclareo mecánico y de la quema de Pinus elliotti en el norte de Florida. Este fue seguido por una declinación gradual en los 18 meses siguientes. Ahora, no se observaron cambios en el correspondiente incremento de los volúmenes de caudal a través de dos y medio años en el período de observación después del aclareo (Swindel et al. 1983 b) Normalmente, tales incrementos tienden a disminuir dentro de unos pocos años cuando la nueva vegetación comienza a establecerse, a menos que estén asociados a cambios estructurales en el proceso de generación de escorrentía, por ejemplo debido a la construcción de vías forestales o la creación de cárcavas activas. Estos descubrimientos apuntan a valorar los estudios de procesos como apoyo de la tradicional "caja negra" en un sistema de cuencas pareadas. Una mejor investigación experimental de los efectos de la conversión de los bosques tropicales sobre los volúmenes de caudal, los caudales pico y la erosión se han llevado a cabo en la Guyana francesa (Fritsch 1992,1993). Diez pequeñas cuencas boscosas con diferentes mezclas de vegetación y pobremente drenadas fueron aforados por 2 años de calibración (ver fig. 5.5) después de ser sometidas a una serie de tratamientos que incluyen la regeneración del bosque después de la cosecha y agricultura de tala y quema y conversiones de áreas de pastos o plantaciones de Pinus caribea y Eucalyptus grandifolia, mientras que 2 cuencas permanecieron inalteradas como testigos (Fritsch 1992, 1993). Aunque existen diferencias en el comportamiento hidrológico de las respectivas cuencas en condiciones inalteradas (fig. 5.5) que excluyen una directa comparación de los efectos de cada tratamiento, son posibles varias comparaciones interesantes (fig.5.6). Por ejemplo, la similitud en la respuesta de las cuencas a, b y c (fig. 5.5) en cuanto a la escorrentía debido a la alteración, permite una evaluación de los efectos de la cosecha (cuenca a), aclareo mecánico (cuenca b) y aclareo tradicional (cuenca c). La cosecha seguida por una regeneración produce solamente incrementos pequeños en el caudal, 2-4% con un incremento máximo (26%) durante el tercer año (húmedo) y un incremento poco detectable en el quinto año (fig. 5.6a). El caudal pico se incrementó solamente (un 13%) durante el primer año. En contraste, donde la cosecha fue seguida por aclareo mecánico y quema, los volúmenes de caudal se incrementaron cerca de 150% durante el primer año (fig. 5.6b). Con el establecimiento del recrecimiento en los años subsecuentes, este valor descendió rápidamente a un 40% en el segundo año y a un 16% en el cuarto año. El caudal pico mostró un marcado incremento sólo durante el primer año (42%) pero no durante los años subsiguientes (Fritsch 1992). Los cambios en ambos, volumen de caudal y caudal pico, asociados con la tala y quema fueron 26-30% durante los 2 años de cultivo (fig. 5.6c). Aunque estos valores son mucho más pequeños que los observados inmediatamente después del aclareo mecánico, sin embargo existe un claro efecto. Las 2 cuencas convertidas a plantaciones forestales (d y e) mostraban gran respuesta de la escorrentía en el estado inalterado (fig. 5.5). Los incrementos relativos en el volumen de caudal o en el caudal pico después del aclareo (fig. 5.6d y 5.6e) aparecen mucho más pequeños, comparados con los de los otros casos. Los incrementos absolutos durante la primera estación húmeda después del aclareo en estas 2 cuencas fueron sin embargo altos (560-620 mm comparados con 245 mm para la cuenca b donde siguió la regeneración natural; Fritsch 1993). El incremento en la respuesta hidrológica decreció con el tiempo (fig. 5.6d y 5.6e) aunque no tan rápido como en el caso de la regeneración natural después del aclareo(fig. 5.6b), en la medida en que las plantaciones tuvieron que ser desyerbadas varias veces los primeros años. Los incrementos correspondientes del caudal pico fueron de 55% a 65% durante los primeros dos años pero declinó rápidamente mas tarde (Fritsch 1992). Para el sexto año, los incrementos en el caudal se tornaron despreciables. Es interesante examinar también los efectos de conversión de bosques a pastizales en la respuesta de la cuenca porque estos pueden indicar qué se puede esperar después de la reforestación de los pastizales. En el estado inalterado la cuenca que fue convertida a pastizales de digitaria (cuenca f) mostró una respuesta de escorrentía de magnitud intermedia (fig. 5.5). Después de la conversión los incrementos en el volumen de caudal permanecieron substancialmente durante los primeros cuatro años (generalmente >50%), con algún valor menor (27%) en el quinto año (fig. 5.6f). Los niveles del caudal pico fueron consistentemente el 75% mayor que los esperados bajo condiciones forestales (Fritsch 1992). Estas figuras ilustran las reducciones considerables en la escorrentía que puede seguir a la reforestación de los pastizales tropicales. Figura 5.6. Incremento en la escorrentía de crecida después de exponer los bosques lluviosos de tierras bajas en la Guyana francesa a: a) cosecha seguida por regeneración; b) aclareo mecanizado y quema, seguidos por regeneración; c) cultivos de corta y quema; d) aclareo y quema, seguidos por el establecimiento de Pinus caribaea; e) idem para Eucalyptus grandifolia; f) idem para pastos Digitaria (modificado de Fritsch 1993). Efectos del aclareo sobre la producción de sedimentos en la cuenca Existen muchas formas de erosión. La erosión por salpicadura es el proceso por el cual las partículas del suelo son separadas por el impacto de las gotas de lluvia sobre la superficie del suelo. Las partículas erosionadas, las cuales pueden haber sido movidas solo unos pocos centímetros, son entonces susceptibles a un nuevo transporte pendiente abajo por el flujo superficial (erosión laminar). Ambas, erosión por salpicadura y erosión laminar son de poca importancia en la mayoría de los bosques no perturbados, pero ellas bien pueden producir cantidades sustanciales de sedimentos después de que el suelo es descubierto. Una vez esta etapa se alcanza las irregularidades topográficas conducen con frecuencia, a la concentración del flujo superficial en surcos. Si el proceso continua por tiempo suficiente, estos surcos se profundizan y se convierten en cárcavas. El movimiento en masa es otro mecanismo de sedimentación de las corrientes, común en áreas empinadas en donde la precipitación es alta. Los deslizamientos de tierra y la erosión de la banca del río caen dentro de esta categoría, y son con frecuencia un riesgo natural. La magnitud de la producción de sedimentos bajo condiciones de áreas forestales depende de la importancia relativa que tienen los respectivos mecanismos contribuyentes (Pearce 1986). La producción de sedimentos de las cuencas húmedas tropicales puede ser tan baja como 0.25 tha-1año-1 en áreas estables con suelos permeables profundos no expuestos a erosión laminar significativa o movimientos en masa (Douglas 1967). Aun, en áreas tropicales tectónicamente activas y pendientes propensas a fallas pendiente abajo, tal como son frecuentemente halladas a lo largo de la costa pacifica, esta situación puede bien aproximarse 40 t ha-1 año-1 durante años húmedos (Dickinson et al. 1990) o más en casos específicos (sobre 65 t ha-1año-1 para suelos margosos inestables; Van Dijk y Ehrencron 1949; Bell 1943). Algunos efectos del aclareo del bosque serán más evidentes donde las tasas de producción de sedimentos son bajas. Es importante reconocer que no todo el material erodado va a dar directamente a la red de drenaje. Las partículas son con frecuencia atrapadas temporalmente (o permanentemente) en depresiones del terreno o depositadas sobre el pie de la pendiente o llanuras aluviales. Esto es especialmente cierto, para erosión laminar y por salpicadura, y explica porqué no es posible predecir la producción de sedimentos en la cuenca a partir de observaciones de erosión hechas sobre pequeñas parcelas aisladas de escorrentía al lado de la colina. Por otro lado, la erosión en cárcavas, los grandes deslizamientos de tierra y la erosión de la banca del río aportan sedimentos directamente al lecho del río. El aporte de sedimentos a la red de drenaje, sin embargo, no significan que estos aparecerán inmediatamente río abajo. Un excepcional caudal pico puede ser necesario para lavar los sedimentos previamente depositados y llevarlos a su lugar final de depósito. Así, los efectos de los disturbios del suelo tienden a manifestarse primero pendiente abajo de la colina en forma de incremento de erosión laminar y más tarde como incrementos de sedimentos de la cuenca (Walling 1983; Bons 1990). Mientras que es difícil especificar valores típicos de incremento de la erosión pendiente abajo y de la producción de sedimentos en la cuenca debido a la conversión de bosques en los trópicos húmedos, una idea puede capitalizarse a partir de los resultados obtenidos y en los estudios de Malmer (1990) en el este de Malaysia y por Fritsch y Sarailh (1986) en la Guyana Francesa. Ambos experimentos se llevaron a cabo en áreas de alta precipitación (> 3500 mm año-1) con poca experiencia en la producción de sedimentos antes de aclarear. Los cambios en la producción de sedimentos en suspensión de la cuenca asociada con la conversión del bosque lluvioso a plantación de Acacia mangium en el este de Malaysia pueden resumirse como sigue. Los valores de pre-disturbio fueron muy bajos de 0.05 y 0.2 t ha-1año-1 para dos cuencas, W4 y W5 respectivamente. La cuenca W4 fue aclareada manualmente sin quema de restos, mientras que la cuenca W5 fue aclareada mecánicamente y quemada. Los incrementos en la producción de sedimentos durante el periodo de aclareamiento del bosque más los próximos cinco meses necesarios para restablecer el sotobosque en la cuenca W5 fueron 6 y 10 veces para las cuencas W4 y W5 respectivamente. Sorpresivamente en vista de los diferentes tratamientos, la producción de sedimentos sobre los próximos 10 meses fue igual en ambas cuencas. Comparando el periodo de los 8 meses anteriores, esto representó un incremento de tres veces en el caso de la cuenca W4 pero una reducción del 50% para la cuenca W5. Malmer (1990) interpretó los resultados inesperados en la cuenca W4 en términos de la vegetación del sotobosque suprimida debido a la presencia de cantidades enormes de restos de la corta. También, los restos de la corta fueron dispuestos en fila, en sentido de la pendiente y esto pudo influenciar la ocurrencia del escurrimiento superficial. Sin embargo los efectos globales fueron relativamente poco duraderos. La producción de sedimentos de la cuenca fue virtualmente la producción normal dentro de los 20 meses después del aclareo del bosque. La exportación total de sedimentos de las cuencas durante los 3 primeros años después del aclareo fue de 2.3 y 4.1 t ha-1año-1 para las cuencas W4 y W5 respectivamente. En contraste, la erosión superficial sobre los carriles del tractor en la cuenca W5 excedió en 500 t ha-1 durante el mismo periodo (Malmer 1.993), sugiriendo que se almacenan volúmenes considerables de sedimentos. Las producciones totales de sedimentos de las cuencas en la Guyana Francesa estudiadas por Fritsch y Sarrailh (1.986) oscilaron entre 0.05 y 0.75 t ha-1 año-1 antes de los disturbios, dependiendo del régimen del flujo y del tipo de suelo (c.f. Fig. 5.5). A pesar de las características de la escorrentía tan similar antes del aclareo de las dos cuencas transformadas a plantaciones de pino y eucalipto (en cuenca d y e; Fig. 5.5), los incrementos en la producción de sedimentos durante el primer año después del aclareo del bosque se diferenció marcadamente (de 50 y 16 veces incrementó a 17 y 6 t ha-1 año-1 respectivamente). Este contraste inesperado se puede explicar por el hecho de que la parte baja del valle de la cuenca ha sido rodeado por paredes de tierra y deshechos que actúan como un filtro para los sedimentos provenientes de la parte alta de la pendiente (Fritsch y Sarrailh, 1.986). Un estudio independiente estimó el promedio de la erosión de la pendiente de la colina, resultando 1.200 t ha-1 (Fritsch 1.983). Tales contrastes entre la producción de sedimentos por erosión sobre el sitio y fuera de él subrayan el punto dado anteriormente a cerca de posibles discrepancias entre las dos (c.f. Bons 1.990). Ninguna información ha sido publicada sobre la producción de sedimentos para estas cuencas durante los años siguientes, pero observaciones de una cuenca cercana convertida a potreros sugirió una rápida disminución en la producción de sedimentos durante el segundo y tercer año después del aclareo del bosque (para un valor estable de alrededor de 0.5 t ha-1año-1 o tres veces el valor esperado bajo condiciones de bosque) comparado con un incremento inicial de 34 veces a 12 t ha-1 año-1 durante el primer año (Fritsch y Sarrailh, 1.986). Un incremento mucho más modesto en la producción de sedimentos (i.e. menos del doble de los valores observados bajo bosque) se pudo obtener cuando se usan las técnicas de extracción por cables, como ha sido demostrado por Pearce et al. (1.980) y O’Loughlin et al. (1980) en terrenos empinados en una zona de alta precipitación en Nueva Zelanda. Estos hallazgos una vez mas confirman la importancia del mantenimiento de la compactación del suelo en su mínimo durante las operaciones de conversión. LA FASE DE MADURACIÓN Los cambios iniciales en la respuesta de la escorrentía de la cuenca y la producción de sedimentos, asociados con el estado de una plantación, tendrá cambios menos pronunciados, mientras que la nueva vegetación se establezca, estos atributos usualmente se asumen como estables entre 2-3 años. Sin embargo, con los incrementos de masa foliar, la interceptación y la transpiración continuarán incrementándose, a medida que el dosel sea más denso. Especies de crecimiento rápido, bajo condiciones húmedas tropicales de tierras bajas, pueden influir en la densidad del dosel entre tres y cuatro años. Mientras que el incremento en la transpiración puede nivelarse cuando la tasa de crecimiento se estabiliza, la interceptación de lluvia y por lo tanto la evapotranspiración total, pueden aumentar cuando al plantación madura. A continuación, examinaremos la magnitud de los dos principales componentes de la evaporación, y luego discutiremos las implicaciones totales y estacionales en la producción de agua. Finalmente, se tratarán los efectos hidrológicos de las prácticas de manejo de varios bosques. Interceptación de lluvia. Hay numerosas publicaciones de interceptación de lluvias en plantaciones de bosques tropicales; sin embargo, la comparación de datos para diferentes especies y localidades es complicado, no solo por los contrastes potenciales en condiciones climáticas, crecimiento de los arboles, edad del rodal e historia de manejo (aclareo, etc.), sino también por las diferencias en la metodología. En general, la cantidad estimada de lluvia que atraviesa el dosel con el método del "pluviómetro móvil" tiende a ser mayor que la obtenida con el método de el "pluviómetro fijo". Esto probablemente refleja las diferencias en eficiencia de los dos métodos en la representación de los "puntos de goteo", donde la cantidad de agua que atraviesa el dosel excede la cantidad de lluvia incidente (Lloyd and Marques, 1988). Debido a el escurrimiento por el tallo generalmente constituye solo una fracción menor de la cantidad total de agua que llega al suelo forestal, se concluye que la lluvia que atraviesa el dosel sea mayor que la resultante de la interceptación (ver ecuación 3). En la tabla 5.1 (latifoliadas y 5.2 (Coníferas) se describen los resultados que pueden ser confiables en estudios de interceptación (por ejemplo, porque los utilizados en la técnica del pluviómetro móvil y/o un gran número de colectores plus en periodos largos de observación (mayores de un año) para varias especies importantes usadas en plantaciones de bosques tropicales. Muchos contrastes importantes se pueden extractar de estos datos. La interceptación de lluvia en Eucalyptus sp, es alrededor del 12% de precipitación incidente, particularmente porque las fracciones de lluvia que atraviesa el dosel y el escurrimiento por el tallo son relativamente altas (tabla 5.1). Resultados similares se han obtenido por bosques de eucalipto natural en el sudeste de Australia (Dunin et al, 1988; Cnockford and Richardson,1990) y por plantaciones de Eucalyptus camaldulencis en una parte sub-húmeda del sur de la India (Hall et al,1992). Con frecuencia se dice que las plantaciones de eucalipto conducen al agotamiento de reservas de agua, pero esto no puede ser, debido a perdidas altas por interceptación (Vandana Shiva and Bamdyopadhyay, 1983). Llama la atención las perdidas altas de interceptación reportadas para plantaciones jóvenes de rápido crecimiento de Acacia mangium en Malaysia (tabla 5.1). Algunos de estos valores altos pueden reflejar la frecuencia de ocurrencia de lluvia de baja intensidad (Abdul Rahin, 1989), o quizás, un diseño subóptimo de muestreo, como en el ejemplo de la Península de Malaysia. Sin embargo los resultados obtenidos por Malmer (Conpers) para plantaciones de crecimiento vigoroso de Acacia en el este de Malaysia (mas del 28%) bajo condiciones de precipitación alta son también considerables, más aún cuando se expresan como totales absolutos (hasta1150mm/año; tabla5.1) Valores de interceptación de lluvia para las principales especies latifoliadas como la teca (Tectona grandis) "mahogany" (Swietenia macrophyla) están regularmente alrededor del 20% sobre un rango de condiciones climáticas (tabla 5.1). Aunque la teca a menudo se defolia durante la estación seca, esto aparentemente se compensa por las pérdidas tan altas de interceptación durante la estación húmeda cuando el índice de área foliar puede ser alto, alrededor de 6m2/m2 ( Grace et al, 1988). Los datos de interceptación no se han encontrado para Gmelina arborea pero en vista de que esta es similar a la teca en términos de área foliar (Grace et al, 1982) y hábitos de crecimiento se esperaría un valor promedio alrededor del 20% para tal especie. La corteza lisa de Gmelina puede generar más escurrimiento cortical que la encontrada en Tectona, valores la cual los valores son usualmente más bajos; se necesita más investigación en este tema. Los resultados obtenidos con varias especies de pino son muy variados (tabla 5.2). Las pérdidas de interceptación para los rodales de rápido crecimiento, de Pinus caribea, y Pinus merkusii por encima del 20% de la lluvia en varias localidades de tierras bajas tropicales (Fiji, Indonesia) pero muy diferentes e inferiores bajo condiciones sub-húmedas y frías (sudeste del Brasil). Valores altos (típicamente 25% o más) también han sido reportadas para varias plantaciones de coníferas que crecen en altitudes mayores no afectadas por la frecuencia de nubes bajas. Los posteriores resultados probablemente reflejan una combinación de intensidad baja de lluvia pertenecientes a elevaciones mayores (Calder, 1990) y el índice de área foliar alto asociado con rodales maduros. Por el contrario, el porcentaje de interceptación tan bajo obtenido para Pinus kesiya en las montañas del norte de Philipinas (0.10-0.13) puede estar influenciado por contribuciones de la precipitación "oculta" (neblina) despojada por los árboles pero no registrada por los pluviómetros en los claros (Ver Marmanteo and Yeracion, 1985). Finalmente, los valores de interceptación reportados para la especie de rápido crecimiento de Albizia falcataria parecen muy altos entre 18-20% (tabla 5.2), en vista de su copa rala. Con la excepción de Waterloo (1994), ninguno de los estudios reportados en las tablas 5.1 y 5.2, han utilizado estaciones climáticas instaladas encima del dosel para medir tasas de evaporación del dosel húmedo como apoyo de sus valores derivados de interceptación por métodos tradicionales (Ver Lloyd et al, 1988). Se requieren mas estudios de precipitación que atraviesa el dosel e interceptación en las plantaciones de bosques tropicales que combinen un riguroso diseño para la medida de la precipitación interna y escurrimiento por el tallo (Ver Lloyd and Marques, 1988) con observaciones de parámetros climáticos encima del dosel. Solamente en esta vía podemos ser capaces de separar satisfactoriamente, la influencia de las especies, las características del rodal y los factores climáticos sobre la cantidad de lluvia interceptada. Tabla 5.1 Precipitación interna (TF), Escurrimiento por los tallos (SF) e interceptación (I) de la precipitación incidente en plantaciones aclareadas de maderas duras y bosques naturales en el (sub) trópico Especies Ubicación Edad Densidad de árboles/ha TF/P SF/P I/P l MAP Elevación Métodos de medición de la lluvia (mm/año) (m) Maderas duras de rápido crecimiento Eucalyptus tereticornis India 6 1660 0.81 0.08 0.12 1670 c. 700 4 mediciones permanentes diarias b Eucalyptus saligna Brasil 6 1685? 0.84 0.04 0.12 1280 540 12 mediciones diarias c Acacia auriculiformis Indonesia 1010 0.81 0.08 0.11 3075 115 5 1010 0.75 0.07 0.18 12 canales permanentes diarios Acacia mangium Sabah, d Malaysia k Crecimiento 4 1010 0.86 ? <0.14 3350 700 10 mediciones diarias pobre k Crecimiento 4 1360 0.80 ? <0.20 razonable k Buen 4 1090 0.72 ? <0.28 crecimiento A. mangium 1110 0.62 0.04 0.35 2100 75 8 canales permanentes, Malaysia del 4 2/3 e semanalmente este 5 1/6 1705 0.57 0.04 0.39 Idem Otras maderas duras Swietenia macrophylla filipinasf 15 0.79 0.01 0.20 2220 <1000? 4 mediciones diariamente f Tectona grandis filipinas 8 0.79 0.02 0.20 Idem Idem 4 mediciones diariamente g T. grandis Nigeria 25 0.80 0.02 0.19 1200 210 5 mediciones permanentes diarias h T. grandis India 25 0.73 0.06 0.21 1670 700 8 canales, diariamente Bosque natural i Bosque lluvioso de Malaysia 0.81 0.02 0.17 2825 220 40 mediciones, diariamente tierras bajas j Bosque lluvioso de Brasil 0.91 0.02 0.17 2475 100 36 mediciones, semanalmente tierras bajas a b c d e f g George (1978); Lima (1976); Bruijnzeel y Wiersum (1987); A. Malmer, comunicación personal; Lai y Salleh (1989); Castillo (1984); Okali h i j k (1980); Dabral y Subba Rao (1968); Sinun et al. (1992); Lloyd y Marques (1988); Densidad a los 22 meses de edad, Sim y Nykvist (1991); y l precipitación media anual Tabla 5.2 Precipitación interna (TF), escurrimiento por el tallo (SF) e intercepción (I) de la precipitación incidente (P), en plantaciones seleccionadas de maderas suaves y bosques naturales en el (sub) trópico Especies Ubicación Pinus spp. (tierras bajas <750 m) a P. caribaea Brazil b P. caribaea c P. caribaea Fiji d P. merkusii Indonesia Pinus spp. (tierras altas >750 m) P. merkusii P. kesiya g P. kesiya Otras coniferas de madera suave Araucaria Nordeste de h cunninghamii Australia edad Densidad de árboles/ha 6 13 6 11 16 9 O TF/P SF/P I/P MAP (mm/año) Elevación (m) Método de medición de la lluvia ? 700 825 820 620 710 0.90 0.88 0.79 0.77 n 0.82 0.73 0.03 0.01 0.01 0.01 0.04 0.07 <0.12 0.20 0.22 0.17 0.23 1280 1300 1800 12 mediciones, diariamente 10 mediciones, semanalmente 20 mediciones, diarias a semanales 2100 540 <500 115 45 80 80 31 10-15 30 560 704 m ? 0.72 0.84 0.85 <0.01 0.06 0.02 0.28 0.11 0.13 2120 3525 3600 1375 c1500 1365 20 mediciones, diariamente 4 mediciones, diariamente 3 canales, diariamente 42 664 0.75 - <0.25 1560 760 l 10 mediciones, diarias por 4 meses 20 mediciones semanalmente permanentes, 42 764 0.81 <0.19 2100 700 i Cupressus Kenya 20-25 ? 0.75 <0.25 2235 2650 41 mediciones permanentes diarias monocarpa Otras maderas suaves Albizia falcataria 3075 100 10 canales permanentes, diarios 5-6 600 0.82 <0.18 A. falcataria 8 ? 0.77 0.03 0.20 2220 <1000 4 mediciones , diarias Bosque natural h 848 0.78 <0.22 2100 760 20 mediciones permanentes Bosque lluvioso Queensland semanalmente submontano i Bosque lluviosos Kenya 0.20 2235 2850 41 mediciones permanentes diarias montano a b c d e f g Lima (1976); Lima y Nicolielo (1983); Waterloo (1994); Ruslan (1983); C.A. Bons, comunicación personal; Florido y Saplaco (1981); Veracion y h i j k l Lopez (1976); Brassell y Sinclair (1983); Pereira (1952); Asociación de Vegetación y Erosión (1979); Castillo (1984); densidad de plantación m 2 n o original 2 x 3m; área basal de arboles 26m /ha; en parte modelada; precipitación anual media. Transpiración Los cambios en la absorción del agua por árboles individuales y al nivel de rodal durante las diferentes etapas de crecimiento en el ciclo de vida de la plantación y los principios fisiológicos que subyacen, se explicarán en el capitulo 6. Aquí en este capítulo se examinarán dos métodos: a nivel de cuenca y micrometeorológicos. La información disponible del uso anual del agua por las plantaciones influyendo la vegetación del sotobosque en los trópicos húmedos, ha sido determinada por estos dos métodos. No obstante, la mayoría de los estudios que se han producido solo estiman la transpiración a corto tiempo (por ejemplo: Whitehead et al. 1981; Grace et al. 1982; Calder et al. 1992; Roberts y Rosier 1993), la base de datos de los totales anuales es limitada (tabla 5.3). Unas pocas generalizaciones son posibles, a pesar de que existen pocos puntos de comparación de las tasas de transpiración instantánea para diferentes especies y clases de edad especialmente si éstas han sido medidas bajo condiciones contrastantes de clima y de agua del suelo. Por ejemplo, la mayoría de los rodales jóvenes y semimaduros en áreas de tierras bajas los totales de transpiración diaria reportada son del orden de 3 a 5mm cuando no existe limitación de agua en el suelo, sin excepción de especies (pino, teca, eucaliptos jóvenes; Okali 1980; Roberts y Rosier 1993; Waterloo 1994). Ocasionalmente picos de 6-8 mm/día puede presentarse bajo desfavorable humedad del suelo y condiciones particulares de radiación. (Kallarackal 1992; Waterloo 1994). Para el caso de plantaciones más viejas, con defoliación estacional o con estrés hídrico los valores usualmente decaen a 1-3mm/día (Monteny et al. 1985; Waterloo 1994) o menos, bajo condiciones muy estacionales (Roberts y Rosier 1993). Para facilitar la comparación entre localidades se han normalizado los valores de Et (evapotranspiración anual) y ET (transpiración) en la tabla 5.3 divididos por el correspondiente valor de evaporación a campo abierto (Evaporación de Penman, Eo). Pocas conclusiones generales se pueden extraer de la tabla 5.3, excepto que el consumo de agua de las plantaciones maduras de coníferas es similar a la de bosques naturales en la misma área. Se necesita mas trabajos, particularmente en bosques latifoliados. La idea difundida de que los eucaliptos son consumidores voraces de agua fue examinada críticamente por Calder (1992). El concluyó que existe una gran variación en las estrategias estomáticas y el patrón de raíces y por tanto en las tasas de transpiración entre las diferentes especies de eucalipto. Mientras que ciertas especies (en crecimiento natural) en verdad exhiben poco o ningún control estomático, la mayoría de los eucaliptos lo hacen. Los eucaliptos por tanto transpiran posiblemente muy similar a otras especies de árboles, excepto en situaciones en las cuales sus sistemas radiculares tienen acceso directo al nivel freático. (ejemplo: en depresiones, en partes bajas de valles). Bajo tales condiciones, se pueden mantener tasas de evaporación muy altas, particularmente cuando la demanda atmosférica es alta (Calder 1992). Plantaciones de eucaliptos jóvenes que crecen en partes subhúmedas en el sur de la India mostraron una respuesta diferente tanto para el incremento del déficit de humedad del aire como para el estrés hídrico (Roberts y Rosier 1993). Por otra parte las tasas de transpiración de árboles de Eucalyptus tereticornis aprovechados a los 5 años de edad, crecían en partes mas húmedas del sureste de la India (precipitación de 2000 mm/año) aumentaron linealmente con el incremento en el déficit de humedad en las estaciones postmonsónicas cuando el agua del suelo era suficiente (Kallarackal 1992). Tales observaciones conducen a la necesidad de estudios continuos del uso del agua de los eucaliptos bajo condiciones de altas precipitaciones y suelos profundos. Tabla 5.3. Evapotranspiración anual (ET) y transpiración (Et) de plantaciones de árboles maduros y bosques naturales seleccionados en los trópicos húmedos. Los datos han sido redondeados a unidades de 0.5. Especie Ubicación af Agathis dammara bf Pinus merkusii cf Pinus patula P. caribaea 15 años f eg cf Bh montano a Et (Mm) Et/Eo Java 600 1070 0.79 405 Java 1300 900 0.84 445 Kenya Pinus caribea 6 años Bh de tierras bajas Elevación g Et (Mm) Et/Eo i 0.30 0.42 0.77 h 600 0.41 2400 1160 Fiji 80 j 1770 1.05 1250 0.74 Fiji 230 1510 0.90 1175 0.73 Java <100 1480 0.90 885 0.54 Kenya 2400 1155 0.78 690 0.46 b h d Bruijnzeel (1988); C.A Bons, comunicación personal; c Blackle (1979); Waterloo (1994); f Calder et al. (1986); Estudio de balance hídrico en cuenca hidrográfica, valores de Et se g derivaron sustrayendo pérdidas por interceptación y de algunas aproximaciones; Métodos h micrometeorológicos y/o modelo de evaporación de Penman –Monteith; Usando estimados i de interceptación por Pereira (1952); valor bajo debido a las altas pérdidas de j interceptación (La precipitación anual es de 4770 mm); Incluye 160mm que se evaporaron de la hojarasca. e Otro ejemplo de consumo alto de agua concerniente a plantaciones es el Pinus caribaea de 6 años de edad en Fiji (Waterloo 1994; tabla 5.3). La transpiración anual de estos rodales que crecían vigorosamente era cerca de 1250mm. Adicionando las cantidades de precipitación interceptadas por el dosel (360mm) y por la capa delgada de hojarasca (160mm) se alcanza una ET total anual muy alta de 1770mm. La cantidad correspondiente obtenida para rodales de 15 años de edad fue cerca de 1510 mm. Estos valores constituyen del 82-92% de la precipitación durante el período de estudio y se puede apreciar lo que concierne a las autoridades regionales de agua sobre la disminución tan rápida del caudal seguida por una reforestación de potreros con pinos en esta área en particular. Este y otros ejemplos serán discutidos más adelante. Plantaciones y rendimiento hídrico total Como resultado del incremento en la ET con la edad de la plantación, se puede esperar que el flujo disminuya con el tiempo después de plantar. Registros de flujos superficiales a largo plazo se han recolectado en varias localidades para las cuales se han evaluado los cambios en el rendimiento de agua en rodales maduros. Por ejemplo, Blackie (1979) comparó el balance hídrico de un bosque húmedo montano con datos para plantaciones adyacentes de Pinus patula en suelos volcánicos profundos a niveles de elevación de 2400m en Kenya (ver tabla 5.3). Durante los 3 primeros años después de plantar, el flujo anual total superficial para la cuenca reforestada con pino permaneció en un promedio de 125mm por encima del caudal de la cuenca testigo. Los resultados para los subsiguientes 6 años fueron variables (ver Blackie, 1979), pero una vez los pinos tuvieron 10 -11 años de edad, los patrones de flujo o de caudal comenzaron a coincidir. Ello permite concluir por tanto, que el rendimiento hídrico de la cuenca reforestada con pino permaneció por encima del valor original para un período de 4 -10 años. Un re-análisis de los datos de acuerdo con el método de las cuencas pareadas (Hewlett y Fortson 1983) podría revelar si esta situación se puede reducir a 4 años o si son 10 años. Igualmente es evidente que la ET de rodales maduros de Pinus merkusii y Agathis dammara en altiplanos volcánicos húmedos de Java es similar al bosque natural (ET/Eo = 0.800.84; ver tabla5.3). Esto se debe ver, sin embargo, como si fuera el caso de bosques de crecimiento lento en zonas bajas convertidas a plantaciones de rápido crecimiento. La interceptación del agua lluvia por Acacia mangium (tabla 5.1) o el total de agua (P. Caribea en Fiji, tabla 5.3) puede exceder los valores de bosques naturales (entre 10-20% de agua interceptada y ET entre 1300 y 1500 mm/año; Bruijnzeel 1990). La influencia de plantaciones forestales vs rendimiento hídrico llega a ser más crítica en áreas donde la precipitación es estacional, particularmente si los suelos son pocos profundos y tienen poca profundidad de almacenar agua (Bruijnzeel 1989; Smith y Scott 1992). Bajo tales condiciones la vegetación natural está constituida por bosques deciduos, rastrojos esclerófilos o pastos con árboles generalmente limitados a zonas riparias. Umraj et al. (1988) y Sharda et al. (1988) reportaron como un efecto sobre el rendimiento hídrico de una conversión parcial (59%) de una cuenca con potrero en la parte baja del valle pantanoso (izquierda sin disturbar) a plantación de Eucalyptus globulus en suelos profundos permeables bajo condiciones de estación lluviosa en el sur de la India. Durante los 3 primeros años el rendimiento hídrico anual estuvo fuertemente afectado pero posteriormente se estabilizó alrededor de 120 mm/año (ó 21%) por debajo de los valores iniciales hasta que los árboles alcanzaron 10 años de edad. Un conjunto de datos se ha seleccionado bajo condiciones de clima estacional templado y caliente en la República de Sur África. Aquí, una serie de experimentos en cuencas pareadas se han llevado a cabo desde los años treinta para evaluar los efectos hidrológicos de la reforestación en sitios con pastos y rastrojos en diferentes partes del país. (Wicht 1967; Bosch 1982; Van Wijk 1987; Smith y Scott 1992). La figura 5.7 resume algunas reducciones en el rendimiento hídrico anual y después de plantar con Pinus patula, Pinus radiata y Eucalyptus grandis. Varios aspectos se concluyen de esta comparación: i) El decrecimiento en el rendimiento hídrico sigue tendencia sigmoidal; ii) El efecto de la reforestación con Eucalyptus (cuenca Mokobulaan) manifiesta mayor rapidez que la de los pinos; iii) La proporción de la cuenca que fue reforestada influencia tanto a la tasa (esto es la pendiente de la curva) como a la cantidad de cambio. (Ejemplo, Biesevlei vs. Bosboukloof las cuales estaban situadas en la misma área). Para una mayor explicación el contraste en la figura 5.7 se debe a diferentes condiciones de sitio: por ejemplo la respuesta tan lenta observada para la cuenca Cathedral Peak II, se interpreta en términos de crecimiento lento del bosque bajo severas condiciones (Smith y Scott 1992). También la reducción en el flujo después de la reforestación ha sido expresada en términos de los flujos asociados con la vegetación original, la cual difiere entre localidades. En algunas áreas (por ejemplo Mokobulaan), estos eran potreros secos con poco uso del agua, en otras áreas (por ejemplo, Biesevlei y Bosboukloof) llamadas “fynbos” una vegetación de talla arbustiva con un uso del agua mayor que el de pasto (Smith y Scott 1992). No obstante el sobresaliente contraste entre eucaliptos por un lado y el de pinos por el otro, fue confirmado para los experimentos de las dos cuencas pareadas en East Transvaal (no se muestra en la figura 5.7; Smith y Scott 1992). La plantación de eucaliptos produce una respuesta en caudal después de 3 años (ver lo que se encontró en Samraj et al. (1998) en India), mientras que la reforestación con pinos solamente lo hizo a los 5 años. No obstante el consumo del agua por el eucalipto tiende a estabilizarse después de los 8 años (ver figura 5.7). La diferencia entre estos 2 géneros se hace gradualmente más pequeña con el tiempo. Por ejemplo en localidades relativamente secas en Mokobulaan, Smith y Scott (1992) reportaron que la reducción en el caudal observado a los 11 años después de la plantación de Pinus patula ha registrado un nivel similar observado para Eucalyptus grandis tres años atrás. Debido a que el efecto de la reforestación sobre las crecientes fue relativamente pequeño (Bosch 1982), los cambios en rendimiento hídrico total se manifestó durante la estación seca (Ver más abajo). Las máximas crecidas en el rendimiento hídrico anual después de la reforestación de potreros bajo condiciones de Sur África fueron del orden de 400-500 mm (figura 5.7). Recientes observaciones en Fiji indican que el contraste en el uso del agua entre plantaciones de Pinus caribaea y Pennisetum polystachyon se aproximan a valores altos de 700-900 mm/año (M.J. Waterloo y L.A Bruijnzeel, datos sin publicar). Figura 5.7. Incrementos en la evapotranspiración con respecto al tiempo después de la reforestación de tierras de pastos y arbustos en Sur Africa (modificado de Bosch 1982). Los datos actuales son mostrados solo en la cuenca Biesievlei. Plantaciones y caudales de estación seca Contrastes de la evaporación total entre bosque y sabana, durante los períodos húmedos reflejan principalmente la diferencia entre la lluvia interceptada entre estos dos tipos de vegetación (Calder 19990). Durante la estación seca, a menudo, el contraste en la profundidad de las raíces entre estos tambíen entran en juego. A meida que los bosques envejecen, las raíces de los árboles alcanzan progresivamente grandes profundidades, mientras que en las praderas las raíces mueren en las estaciones secas extensas y rebrotan en la estación lluviosa siguiente. Como resultado la discrepancia en el consumo de agua entre bosques y sabana durante la época seca tiende a incrementarse con la edad del bosque (Nepstad et al. 1994, Waterloo 1994). Por lo tanto, dependiendo del vigor de la plantación, se puede esperarreducciones sustanciales en el rendimiento hídrico durante la estación seca después de sembrar en áreas con potrero o enmalezadas. Mientras que unicamente un solo estudio ha documentado este efecto bajo las condiciones del bosque húmedo tropical (Waterloo, 1994), la evidencia esta fuertemente sustentada y fue obtenida para climas templados hasta sub tropicales con una distibución estacional lluvios (e.g Smith y Scott, 1992). Waterloo (1994), reportó incrementos en los periodos secos con ET de 250390 mm posterior a la reforestación de potreros quemados completamente en zonas secas de Viti Levu, Fiji, con Pinus caribaea, el valor actual esta dependiendo de la edad y del vigor del rodal. Esos corresponden a una reducción del caudalcerca de un 50% en los periodos secos (Waterloo, 1994). En Sudáfrica, Smith y Scott (1992) concluyeron que los efectos se notan posteriormente (usualmente después de tres años) en el caso de plantaciones de Eucalyptus grandis que después de haber plantado Pinus patula o Pinus radita (usualmente después de 3 años). Además el efecto resultó ser más marcado para eucaliptos (reducciones del 90-100% sin hacer caso del promedio de lluvia total o la profundidad del suelo), que para los pinos (redcciones del 40-60%) durante los primeros 8 años o mucho despúes del tratamiento. Sin embargo, como ya se indicó para el rendimiento hídrico total, la diferencia debida a las curvas de crecimiento de los dos grupos de especies, puede eventualmente desaparecer y así el efecto final de la reforestación en flujos bajos puede ser el mismo independientemente de la especie (Smith y Scott, 1992) La evidencia experimental presentada anteriormente parece contradecir el deterioro en el régimen del caudal (crecidas incrementadas durante periodos lluviosos, flujo superficial reducido durante las temporadas secas) que se observan frecuentemente después de la deforestación en los trópicos (Pereira, 1989). El conflicto puede reolverse, no obstante, teniendo en cuenta el efecto neto de los cambios en ET y la infiltración de la lluvia producida por el cambio en el uso del suelo (Bruijnzeel, 1989). Tomando como ejemplo un cambio de un bosque natural a una sabana degradada, está claro que la cantidad total de flujo superficial será más alta después de la deforestación (de 250-400mm/año) debido a la disminución en el uso del aguaasociado con la transformación de la cobertura. Sin embargo, la periodicidad en este incremento en el caudal está gobernada fuertemente por la capacidad de infiltración de los suelos. El potencial del agua sobrante después de remover el bosque, unicamente se manifiesta como un incremento en el flujo base durante la estación seca siguiente, si el agua ha tenido la oprtunidad de infiltrarse en el suelo desde el principio. Si por otra parte, la capacidad del suelos de absorber la lluvia edespués de la deforestación se reduce demasiado por compactación o encostramiento, la mayoría del agua escurrirá pendiente abajo y contribuirá inmediatamente a aumentar el pico de la crecida en la corriente, más que a percolar lentamente a través del suelo y a emerger más tarde como flujo base. Bajo tales condiciones, los flujos de la estación seca se podrán reducir a pesar de la pequeña absorción de agua por la vegetación no foresta, sin embargo, si la capacidad de infiltración semantiene, el uso mínimos del agua de la vegetación nueva se producirá después como incremento de flujo en la estación seca (Bruijnzeel, 1989). En vista de la diferencia considerable en el consumo del agua para pastizales estacionales y bosques en crecimiento activo (>250 mm/año), la oportunidad para incrementar el flujo en la estación seca después de reforestar tales suelos es poca, a pesar de pretender lo contrario (Hardjuno, 1980). Depende mucho de la capacidad de absorción de las últimas lluvias siguientes a la deforestación. Uno de los pocos estudios que ha mirado este aspecto importante es el de Gilmour et al. (1987), en medio de las colinas de Nepal. Gilmour y sus asociados determinaron la conductividad hidraúlica saturada de los suelos bajo un amplio rango de condiciones: i) potreros sobre pastoreados pesadamente, ii) una plantación de Pinus patula de 5 años de establecida y pastizales antiguos y degradados, iii) y iv)una plantación de Pinus roxburghii de 12 años de establecida sobre antiguos pastizales y sobre suelos enrastrojados, respectivamente, y v) un bosque natural protegido. Valores promedios de permeabilidad en la superficie del suelo se incrementaron hasta cerca de 40 mm/hora (un valor bajo) en los sitios de pastizales degradados a valores superiores a 500 mm/hora en el bosque protegido. Cuando se comparan con la intensidad de lluvia en el área, estos datos indicaron que el flujo superficial podría presentarse aún en algunos de los sitios más degradados, menos de 7 veces por año, refiérase a una frecuencia de cuatro veces por año en el bosque de 5 años y una ocurrencia de cero veces en el bosque más viejo. Aunque la capacidad de infiltración de la superficie del suelo había mejorado por encima de 14 mm/hora en 12 años después de la reforestación, las reducciones asociadas con la escorrentía superficial fueron pequeñas debido a las lluvias de baja intensidad que predominaban en el área. Además, esos fueron más pequeños que los 130-250 mm/año de agua que serían necesarios en esta área en particular para incrementar el flujo de la estación seca (Bruijnzeel y Brenmer, 1989). Es prudente, sin embargo, generalizar tales hallazgos. La interacción entre las características de lluvia e infiltración podrían ser diferentes completamente en otras partes del mundo. Por ejemplo, Patnaik y Virdi (1962), reportaron valores mucho más bajos para las tasas de infiltración de saturada bajo bosques y cultivos en otras partes del Himalaya. Además, el flujo superficial y la ersión superficial podrían ser críticas en plantaciones de teca (Bell, 1973; Wolterson, 1979), gmelina y shorea (particularmente cuando están sujetos a pastoreos y quemas rgulares) o realmente en cualquier bosque donde la hojarasca es colectada para utilizarse como combustible o como compost (Wlersum, 1984). MANEJO DE PLANTACIONES E HIDROLOGÍA Efectos de las entresacas y cosechas del bosque Los efectos hidrológicos de las entresacas en los bosques plantados son generalmente pequeños y efímeros, a menos que el tratamiento sea particularmente severo (mayor del 50% del área basal removida). Por ejemplo en plantaciones de Pinus taeda de 25 años de edad en el sur de Estados unidos, Rogerson (1967) reportó un aumento en las cantidades relativas de la precipitación que atravieza el dosel del 77% al 94% de la precipitación incidente al pasar de una densidad del rodal de 1556 a 124 arboles por ha. El solo tamaño de la tormenta explicó casi el 99% de la variación en la disminución; aumentando considerablemente el área basal de plantación se incremento este valor. En los trópicos, Veracion y López (1976) y Florido y Saplaco (1981) encontraron aumentos despreciables en la precipitación que atravieza el dosel despues de entresacar bosques naturales de Pinus kesiya de 10, 15 y 30 años de edad en las Filipinas, del 30% al 50% de la biomasa. Se obtuvieron aumentos significativos, sin embargo, cuando se removió el 70%. Similarmente, Bons observó solamente diferencias marginales en la precipitación que atravieza el dosel en plantaciones maduras de Pinus merkusii de densidad entre 240 y 560 arboles por ha en Java. Ghosh et al. (1980) trabajando en bosque latifoliados (Shorea robusta) en el norte de la india, aplicó un tratamiento con el 20% de entresacas y encontró que la lluvia que atravieza el dosel se incremento desde el 72% al 81%. Sin embargo, a causa de una reducción del escurrimiento por el tallo (desde alrededor del 10% al 6% y no necesariamente relacionada con la entresaca), el cambio total en la disminución de la lluvia interceptada fue un modesto 5%. Parecería, por consiguiente, que el efecto de la entresaca del bosque sobre la interceptación de la lluvia es mucho menor del que se esperaría sobre la base de una tasa promedio. Esto puede ser debido al hecho de que se compensa el efecto de una reducción del la biomasa del dosel con un icremento en la ventilación de la copa, y así reduciría la resistencia aerodinámica de la capa limite de los arboles restantes (Teklehaimanot et al. 1991). También, como lo anota Waterloo (1994) durante un estudio pre y post huracán de precipitación interna en plantaciones de Pinus caribaea en Fiji, el efecto de reducción de interceptación por el dosel es neutralizado (típicamente cerca de 1% a 2%) por un aumento concurrente en la cantidad de agua interceptada por la capa de hojarasca. No solamente hace que el nuevo sistema de copas llegue a estar mas expuesto después de la apertura del dosel sino que también tenga una biomasa mayor capaz de almacenar mas humedad. Otro efecto de la en tresaca debe ser la estimulación del crecimiento en el sotobosque (cf. Roberts 1983). Por lo tanto el efecto de la entresaca sobre la características del escurrimiento debe ser aun mas pequeño que el que produce sobre la interceptación de la lluvia. Gilmour (1977) no observó ningún cambio en el escurrimiento por el tallo después de talar selectivamente un bosque lluvioso en el norte de Queensland. Subba Rao et al. (1985) informó un ligero aumento (cerca del 8.6%) en los flujos picos (pero no en el volumen del caudal) en el experimento de entresaca en el norte de la India al cual se ha hecho referencia. El efecto desapareció para el segundo año. Bajo condiciones subhumedas el efecto de entersacas sobre el escurrimiento superficial será aún más pequeño que en áreas con lluvia adecuada porque los árboles que quedan tenderán a haser uso de la humedad extra en el suelo producida por la entrasaca (Bosch 1979) y entonces seran necesarios tratamientos todavía mas drásticos para lograr que el escurrimiento superficial se incremente significativamente (Stoneman 1993). La cosecha del bosque es una medida más drástica. La remoción completa de la biomasa sobre tierra, mientras permanece el sistema radical intacto, llevará a un alto uso del agua por los arboles mientras rebrotan rapidamente su biomasa. El remplazo del matorral degradado con Eucaiyptus grandis y Eucaiyptus camaldulensis en norte de India produjo una reducción del escurrimiento superficial (especialmente flujos de crecida) de 26% durante los primeros cinco años. (Mathur et al. 1976; Mathur & Sajwan 1978). Sin embargo, cuando los arboles fueron csechados este pocentaje se elvaria al 68% en el primer año y al 47% en el segundo año. El efecto había desaparecido para el tercer año después de la cosecha (Viswanatham et al. 1980,1982). Manejo de zonas riparias o de ribera Los beneficios hidrológicos de mantener una zona de amortiguación de vegetación de ribera sin disturbar van desde regular el flujo superficial pendiente arriba y controlar el transporte de sedimento,hasta mantener las fluctuaciones de temperatura del flujo de agua dentro de limites aceptables (Clinnick 1985). La escorrentia de areas forestales sin disturbar en las partes mas húmedas del mundo son generadas en una gran extención en las áreas saturadas cercanas a las corrientes de agua. Durante los eventos de tormenta esas áreas contribuyentes pueden llegar a estar ligadas a los cauces más efímeros de la red de drenaje del flujo que actúa como una fuente de flujo superficial al lecho del cauce permanente (Ward 1984). Por lo tanto, es importante extender la zona de amortiguación de la vegetación de ribera más allá del punto donde el escurrimiento superficial comienza a incluir estos cursos efímeros, ademas también porque la posición de los niveles de corriente puede moverse aguas arriba después del aclareo del bosque, reflejandose en las condiciones de humedad de la cuenca como resultado de la disminución en la evaporación (Bren y turner 1985). La importancia de zona de amortiguación extendida fue ilustrada por O´Loughlin et al. (1980) en un estudio de produdción de sedimentos después de aclarear bosques latifoliados en Nueva Zelanda. La anchura de los cinturones de amortiguación del flujo requerida para una protección satisfactoria del drenaje de un Rio ha sido materia de debate (Clinnick 1985). Los cinturones de amortiguación de vegetación de ribera se pueden necesitar bastante anchos, donde la respuesta al escurrimiento es marcada y la calidad del agua es un riesgo. Este puede ser el caso en áreas con contribuciones significativas desde el fondo del valle de SOF o HOF generados en pendientes laterales altamente perturbadas (O´Loughlin et al. 1980; Fritsch 1993). Sin embargo, cuando los suelos presentan altas tasas de infiltración pueden ser suficientes cienturones de amortiguación mas estrechos (Clinnick 1985). El reciente desarrollo de modelos hidrológicos distribuidos basados en topografía avanzada (O´Loughlin 1986; Moore et al. 1991) ha mejorado nuestra capacidad para predecir la localización y extensión de zonas de saturación superficial dentro del paisaje dentro de un rango de condiciones climáticas y pedologicas. Independiente de la aplicación de tales modelos en silvicultura comercial, mucha gente considera anchos entre 10 y 30 m a cada lado de un flujo perenne y de aproximadamente 5 m alrededor de los cauces efímeros (Clinnick 1985). ¿Qué representan los costos asociados a la protección de los flujos en términos de consumo del agua a través de la vegetación de ribera, cuyas raíces tienen libre acceso al agua subterránea? Dunford y Fletcher (1947) encontraron bajo condiciones de clima tempado en el sudeste de EE.UU, que la remoción de la vejetación de ribera producia un decenso en la fluctuación diurna del flujo base, pero estaba asociado a un incremento en el rendimiento de agua no mayor que el que se hubiera esperado si un área igual en otra parte en la cuenca hubiera sido aclareada. Aparentemente el efecto de la vegetación de ribera es despreciable en áreas donde la humedad del suelo permanece siempre disponible en todas las partes de la cuenca a través del año. Un resultado similar fue obtenido para condiciones subtropicales húmedas en Suráfrica por Smith y Bosch (1989). Minimización de los impactos adversos sobre el suelo y la hidrología, durante las operaciones silviculturales Existe amplia evidencia de que la clave para minimizar el daño por residuos de vegetación y suelos es el planeamiento cuidadoso, preparación y ejecución de una operación silvicultural. Economías a corto plazo pueden perfectamente compensar costos de restauración o mantenimiento de la productividad a largo plazo. Por ejemplo, el crecimiento de plantación de Eucalyptus urophilla y Acacia mangium durante los primeros cuatro años después de talar un bosque en suelos arcillosos con equipos pesados, dejando los restos de apeo y quemando estos restos, en la Guyana francesa y el Este de Malasia respectivamente, fue aproximadamente la mitad del crecimiento de los árboles bajo mejores condiciones de manejo del suelo (Sim & Nykvist, 1991; Fritsch, 1993). En el estudio de Malasia, la extracción manual de madera y retención de restos de corta en el sitio es quizás mejor que quemarlos, sin embargo, inicialmente esto es más costoso que el uso convencional de tractores y quema de los restos de corta, pero resulta ser más económico para luego plantar. No solamente los árboles crecieron mejor sino que se requirieron menos deshierbes. Pero además hay efectos adversos fuera del sitio como los incrementos en la producción de sedimentos (no incluido en los análisis económicos) en la cuenca fueron mucho menores después en el tratamiento más benigno ( Malmer, 1993). Reducción en el crecimiento inicial también puede estar relacionados con la pérdida de nutrientes debido a la lixiviación y erosión superficial después de la pérdida de la capa protectora de la hojarasca debido al fuego (Malmer, 1993; Mackensen, 1994), sin embargo el efecto es difícil de separar de la compactación de suelos. Cambios en la capacidad de infiltración del suelo debido al fuego pueden resultar de poca importancia. Todo depende de la intensidad del fuego, el cual depende principalmente del contenido de humedad del combustible y las condiciones climáticas (Scott,1993; Mackensen, 1994). Diferentes suelos pueden exhibir una respuesta diferente al exceso de calor; varios tipos de suelo son (temperalmente) repelentes al agua, una condición que tiende a promover la escorrentía superficial (Burch et al. 1989; Scott, 1993). Cuando esto ocurre en sitios donde parte de la capa protectora de hojarasca ha sido destruida por el fuego, se puede presentar erosión superficial y cárcavas (Brown,1972; Leitch et al. 1983). Las plantaciones forestales en el este de Africa y sudeste de Asia son frecuentemente establecidas bajo el sistema "taungya" (Evans, 1992). Como el suelo permanece parcialmente expuesto en todo el periodo de cosecha, el riesgo de degradación del suelo a través de la erosión aumenta, particularmente porque "taungya" se aplica frecuentemente en pendientes empinadas. En Java, campos aclareados en suelos derivados de cenizas volcánicas, altamente porosos, de textura arenosa limosa, no se presentó una erosión significativa durante los primeros dos años de cosecha (Bons, 1990;Rijsdijk & Bruijnzeel, 1990) pero en el segundo año la textura de los suelos volcánicos fue mas propensa a la repelencia del agua y al deterioro de la estructura (Gonggrijp, 1941). Sin embargo, después del primer año de "taungya" los estudios registraron un intensivo flujo y erosión (mayor de 70 ton/ha/año) procedente de las áreas vecinas usadas como base de comparación. Las cárcavas resultantes se pueden controlar, lo mismo que el aporte de sedimentos al flujo después de que se deja de cultivar y el dosel de los árboles se cierra, aunque tales cárcavas son surcos guía para la escorrentía superficial. Bajo condiciones más marginales, es decir, en suelos arcillosos frecuentemente utilizados para teca en Java, el "taungya" puede traer como consecuencia una severa erosión, a pesar de la protección de barreras en contorno de ramas de teca y cercas vivas de leucaena (Wolterson, 1979). Sin entrar en mucho detalle, los siguientes pasos y medidas se consideran esenciales para una operación exitosa en términos de minimizar costos y daños ambientales (Marn & Jonkers, 1981; Wierson, 1985; Pearce & Hamilton, 1986; Adams & Andrus, 1990): I. Valoración de las extracciones de madera en áreas inestables (depresiones húmedas; pendientes muy inclinadas) o tipos de suelos erodables, delimitación de linderos de la cuenca y la red de drenaje; evaluación de la distribución estacional de la precipitación. II. Planeación con anticipación de los caminos de extracción y redes de arrastre en relación con las características del terreno, red de drenaje natural, y sistema de aprovechamiento que va a ser usado; localización de caminos y sitios de acopio, construcción de pasos de corrientes de agua suficientemente anchos para que la maquinaria tenga acceso a la zona. III. Sincronizar la construcción de vías conforme a los períodos mínimos de lluvia, para que haya suficiente tiempo de estabilizar la tierra para un uso intensivo; construir sistema de drenaje adecuado en las vías y caminos reduciendo la presión de las llantas de los vehículos y así disminuir el surcado de las llantas. IV. Si hay facilidades económicas, usar un sistema de extracción de madera por cables aéreos, mejor que un sistema de extracción por tierra en terrenos pendientes; usando línea de vuelo mejor que maquinaria con llantas de caucho y restringir el tamaño de la maquinaria de acuerdo con el peso de los troncos y a la humedad del suelo; suspender el aprovechamiento con tractor durante los periodos muy húmedos para evitar la compactación excesiva; minimizar el número de veces de circulación por los carriles de extracción de la madera; hacer el apilonamiento de troncos en áreas pendiente arriba mejor que pendiente abajo; utilizando güinches de tambor en las colinas mejor que tener maquinaria para sacar cada tronco; desramar los troncos y dejar los restos de corta in situ; limitar la quema de restos de corta para evitar pérdida de nutrientes por volatilización, erosión superficial y lixiviación. V. Mantener una zona amortiguadora a lo largo del río o drenajes de flujo principales (10 - 30 m de ancho) dependiendo de la pendiente y la erosión del suelo) y surcos transitorios (mayor de 5 m de ancho). VI. Después del aprovechamiento forestal, rehabilitar los caminos (remoción de cruces temporales de ríos, construcción de canales de drenaje y barreras en terrenos críticos), los patios de descargue de trozas, y mantenimiento de carreteras y taludes. VII. Mantener, entre periodos de cosecha, una cobertura del suelo adecuada para proteger el suelo de la erosividad de las gotas del dosel, y limitar la extracción de material de sotobosque o ramas y hojarasca para forraje, combustible o material de compost. Estos principios deberían ser aplicados como una guía comprensiva. Sin embargo, es necesario diseñar una guía para cada sitio específico que tenga en cuenta la variación del lugar en condiciones climáticas y condiciones del suelo; los forestales manejadores de bosques tropicales deberían seguir muy bien las especificaciones desarrolladas para condiciones climáticas extremas en la zona de bosques lluviosos de la costa de Queensland en la cual se probó su efectividad (Cassells et al. 1984). EL PAPEL DE LA MODELACIÓN HIDROLÓGICA EN EL MANEJO DE PLANTACIONES Los modelos hidrológicos han demostrado ser útiles en el manejo de plantaciones en aspectos que les conciernen en el sitio y fuera del sitio. Como ejemplo se tiene la identificación de grandes áreas excesivamente húmedas, o pendientes inclinadas exhibiendo grandes superficies de erosión. Aspectos fuera del sitio se relacionan con los impactos hidrológicos aguas abajo, de las operaciones forestales. La estrecha relación entre ambas situaciones se ha demostrado por los numerosos conflictos de interés entre las demandas de agua y la producción de madera y necesidades de riego en otros sitios, abastecimiento de agua para la industria y para la ciudad en los trópicos (Pereira, 1989, Langford, 1976; Calder,1990). Para resolver tales conflictos se requiere de predicciones confiables del uso total del agua por las plantaciones en las diferentes etapas de crecimiento, sobre la base de que se deben tomar decisiones sobre el uso racional del suelo (Bosch, 1982). Tradicionalmente, los forestales se han confiado en los experimentos en cuencas pareadas y el tiempo necesario para evaluar los cambios que se suceden sobre el uso del agua después de establecer una plantación (Ver fig. 5.7). Mientras que esta aproximación permite la construcción de nomogramas sobre la manera como los cambios en el caudal pueden monitorearse en función de la edad del rodal y de la precipitación, o la exposición de la cuenca en ciertas áreas (Nanni,1970; Douglass and Swank,1975), los resultados han sido tan variables como para ser utilizados con más detalle en la planificación del recurso agua. Las curvas 2 - 4 en la figura 5.7 ilustran la variación tan considerable en el cambio del rendimiento hídrico después de sustituir rastrojos y potreros por plantaciones en Sur Africa, tanto entre localidades como en años. (curva no. 2). La forestación con eucalipto produce otro tipo de respuesta (curva no.1 en figura 5.7). La sencilla caja negra de la técnica de cuencas pareadas es incapaz de evaluar la importancia relativa de los factores respectivos que marcan las diferencias y esto limita severamente las posibilidades de extrapolar los resultados a otras áreas de interés o períodos. Durante la última década se han hecho avances considerables en la modelación y medición de la hidrología forestal y los procesos ecológicos tanto a escala local como regional (URNG y Coughlan,1988; Shuttleworth,1988; Hatton et al. 1992; Band et al. 1993). Particularmente después de la aparición de las bases de la física dinámica y aplicados a los modelos espacialmente distribuidos en la cuenca hidrográfica. (O’Loughlin,1986; Moore et al.1991), la simulación adecuada de los efectos sobre el rendimiento hídrico debido a los cambios en la cobertura de la cuenca sin utilizar optimizaciones de los parámetros en forma amplia ha significado un avance corto. Uno de los programas es el modelo TOPOG cuya aplicación incluye la simulación exitosa de los cambios a largo plazo en el crecimiento de los árboles y el rendimiento hídrico durante la etapa de regeneración después de cortar el bosque de Eucalyptus regnans (Vertessy et al. 1993;1996). Sin embargo, las salidas del modelo son sensibles a la variación del índice del área foliar, el coeficiente de precipitación interceptada, la conductancia máxima del dosel, y la conductividad hidráulica del suelo (Vertessy et al.1993, 1996). Esto es el mayor problema, asociado con la aplicación de modelos avanzados de simulación en los trópicos., es decir, la ausencia de una base de datos adecuada de estos parámetros. Por lo pronto no es posible hacer predicciones confiables sobre los efectos de las plantaciones tropicales en el rendimiento hídrico anual y estacional en términos de especies de árboles y edad en relación con los factores climáticos y edáficos. No obstante hay que ser optimistas en que tal ausencia de información conducirá al desarrollo de metodologías para llenar los vacíos de conocimiento. A pesar de estar pendiente la aplicación de modelos más sofisticados basados en la física para predecir los impactos hidrológicos fuera del sitio de las operaciones forestales, los manejadores de plantaciones forestales deben proveer los datos mínimos requeridos para modelos tales como ACRU (Schulze and George, 1987) o PRMS (Lullwitz y Flogel,1993). No obstante existen suficientes argumentos para utilizar Modelos como TOPOG en varias aplicaciones in-situ que solo requieren como entrada un buen mapa de curvas de nivel y la información básica de suelos. Esto incluye la predicción de zonas saturadas en una cuenca (O´Loughlin, 1986); la distribución espacial de la erosión laminar, erosión en cárcavas y deslizamientos masales (Vertessy et al.1990; Dietrich et al.1992; Constantini et al.1993); y el estado de equilibrio de la distribución de la humedad del suelo durante los períodos húmedos y secos (Moore et al.1988). SÍNTESIS Es útil distinguir entre la Fase de establecimiento y la Fase de maduración cuando se describen los cambios de las características hidrológicas de las plantaciones en varias etapas de crecimiento. Cuando se establece una nueva plantación, el suelo queda expuesto usualmente durante varios meses hasta que se desarrolle un sotobosque protector, y durante este período el agua de la cuenca y particularmente la producción de sedimentos, como también los flujos pico, se incrementarán en comparación con los valores observados en condiciones previas de bosque natural. El incremento en la producción de sedimentos y los caudales pico desaparecen después de dos o tres años a partir de los cuales ellos exhiben niveles estables muy similares a los de las condiciones originales. El incremento en el rendimiento hídrico de la cuenca tiende a ser más alto, usualmente hasta que el dosel de copas de la plantación se cierre, pero la información en este aspecto es escasa. Las cantidades relativas de interceptación de la precipitación después que las copas se cierran difieren entre especies en función de la arquitectura del dosel y las condiciones climáticas. Las especies latifoliadas como la teca y la caoba africana típicamente interceptan cerca de 20 % de la precipitación, mientras que las copas ralas del eucalipto interceptan cerca de 12 %. Valores reportados para los rodales de rápido crecimiento de Acacia mangium son especialmente altos (mayores de 40 %), mientras que los de las coníferas son variables, pero generalmente menores de 25 %. conoce poco del uso del agua de muchas especies Se plantadas, particularmente latifoliadas como teca, Caoba africana, Acacia, Gmelina, Albizia y Terminalia. Esto también es válido para especies de coníferas y eucaliptos jóvenes. Como consecuencia, no es posible hacer predicciones confiables sobre el efecto de las plantaciones, así como de rodales maduros, sobre el rendimiento hídrico anual y estacional. Sin embargo, no existen evidencias para afirmar que el consumo de agua de las plantaciones excede al de los bosques naturales. Por otra parte, existen evidencias de que la plantación de especies de rápido crecimiento en áreas de potreros llevarán a disminuir fuertemente el flujo superficial después de que las copas se cierren, particularmente en la época de la estación seca. Los incrementos en el consumo del agua anual que exceden 500 mm han sido reportados después de la forestación de sabanas sub tropicales. A pesar de la ausencia de información confiable a cerca del consumo de agua por las plantaciones existe suficiente optimismo en el sentido de que se establecerán las metodologías (en términos de equipos y modelos basados en la física) requeridas para llenar los vacíos de conocimiento. Es propósito fundamental que los esfuerzos en investigaciones futuras se centren en las especies principales que se utilizan en plantaciones forestales tropicales (Evans,1992) y en un pequeño número de lugares claves. Estos se podrán unir a través de una red que capture las principales características de la variabilidad medioambiental en los trópicos húmedos (Bruijnzeel y Rahim,1992). REFERENCIAS: Abdul Rahim, N. 1983. Rainfall characteristics in forested catchments of Peninsular Malaysia. The Malaysian Forester 46, 233 - 243. Adams, P.W. and Andrus, C.W. 1990. Planning secondary roads to reduce erosion and sedimentation in humid tropical steeplands. In: Ziemer, R.R., O’Loughlin, C.L. y Hamilton, L.S. ed. Research Needs and Applications to Reduce Erosion and Sedimentation in Tropical Steeplands. International Association of Hydrological Sciences Publication 192. 318—327. Band, L.E., Patterson, P., Nemani, R. and Running, S.W. 1993. 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