Ponencia en formato Pdf - Instituto Nacional de Ecología y Cambio

La investigación
investigación de
de procesos
procesos
La
ecológicos yy el
el manejo
manejo integrado
integrado
ecológicos
un
de cuencas
cuencas hidrográficas:
hidrográficas: un
de
análisis del
del problema
problema de
de escala.
escala.
análisis
Dr. José Manuel Maass
[email protected]
Centro de Investigaciones en Ecosistemas
UNAM, Campus Morelia
Estructura
Estructura jerárquica
jerárquica de
de los
los procesos
procesos
del
(Modificadode
deOsmond
Osmondetetal.,
al.,1980)
1980)
del ecosistema
ecosistema (Modificado
Niveles
Bio-geósfera
Comunidad/cuenca
Bioma/región
Individuo/ladera
km
Espacio
Tejido/parcela
Organelo/poro
Célula/agregado
m
mm
µm
1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100
Tiempo
Mill años
siglos
años
horas
segundos
Procesos
Geológicos
Maass 8/03
Fisiológicos
Ecológicos
Bioquímicos
Temporal Variation of Standing-crop Leaf-litter
In the Tropical Deciduous Forest of Chamela, Jal.
(After Martínez-Yrízar et al.)
1000
Dry Weight (g m-2)
900
800
700
600
500
400
300
200
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96
Rainfall & Runoff in Chamela, Jal. Mex.(Maass et al.)
1400
1980
1200
1000
1990
2000
Original Plan
600
400
200
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
0
1983
mm
800
Cosechade
dearroz
arrozen
enun
unexperimento
experimentoaalargo
largoplazo
plazo
Cosecha
bajocultivo
cultivocontinuo
continuoen
enFilipinas
Filipinas(Pretty,
(Pretty,1995)
1995)
bajo
Producción de granos (t/ha)
10
9
8
7
6
5
1965
1970
1975
1980
1985
1990
Pacific
Ocean
Ameca R.
0 – 200 m
USA
190
200 – 1000 m
1000
– 2000 m
R. Santiago
2000 – 3000 m
Mexico
Tuito R.
Tomatlán R.
San Nicolás R.
Cuitzmala R.
Purificación R.
Experimental
Watersheds
Cihuatlán R.
Armería R.
N
Chamela
Field Station
Ws I
1150
Ws II
Ws III
To Puerto
Vallarta
Ws V
Ws IV
Watershed
divide
Permanent
plots
Main Road
Access road
To Barra
Paths
de Navidad
Streams
FIG.2
Zarco
Stream
1 km
Estudio de largo plazo y múltiples escalas sobre la interacción
entre la escorrentía, la erosión y la vegetación en un
ecosistema semiárido de piñón-junípero en Nuevo México.
B.P. Wilcox, D.D. Breshears y C.D. Allen.
Ecological Monographs 73(2) 2003.
Tres supuestos comunes:
• Los datos de precipitación agregada pueden utilizarse
para predecir escorrentía total en ambientes semiáridos.
• La erosión y la escorrentía son independientes de la
escala espacial.
• Los incrementos de escorrentía y erosión relacionados
con el disturbio se mantienen constantes con el tiempo.
Ladera
Micro-sitio
1 X 1 m2
Micro-sitio
alargado
1 X 8 m2
Parcela
3 X 10 m2
30 X 100 m2
Hidrología y efecto de escala
(mm)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Frecuencia
de eventos
de escorrentía
Micro-Sitio
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Escorrentía
acumulada
MS alargado
(kg/ha)
20 000
15 000
10 000
5 000
0
Erosión
acumulada
Parcela
Ladera
Wilcox et al. (2003)
Sus conclusiones…..
• El volumen de precipitación por sí sólo, sin importar cómo se
agrega temporalmente, es un estimador pobre de escorrentía
en paisajes semiáridos en los que los escurrimientos
superficiales por limitaciones en la infiltración son los
mecanismos dominantes de la generación de escorrentía.
• La escorrentía (por unidad de área) y la erosión decrece en
forma dramática y no lineal conforme aumenta la escala de
análisis.
• La perturbación modifica el efecto de escala sobre la erosión y
la escorrentía, tanto directamente como por vía de la
modificación de la vegetación.
• Existe un umbral con respecto a los gradientes de pendiente,
debajo del cual la erosión y la escorrentía regresarán
eventualmente a los niveles predisturbio, y arriba del cual la
erosión y la escorrentía se mantendrán a niveles acelerados.
El problema ambiental más serio de Australia
El ensalitramiento de sus áreas de cultivo
Balance de
de agua:
agua: PP == Et
Et ++ Q
Q
Balance
P
Et
Et
Et
Precipitación
Evapotranspiración
Ecosistema
Ecosistema
Escorrentía
Q
Q
Q
MAASS 5/03
P = 800 mm
Silberstein et al. (2002)
Et = 700 - 800 mm
I = 0 - 10 mm
Q = 0 - 50 mm
P = 800 mm
Et = 500- 650 mm
I = 50 – 100 mm
Q = 50 - 150 mm
Zhang et al. (1999)
(Hatton et al 2002)
Respuesta al cambio
100
Local
80
60
Intermedio
40
20
Regional
0
0
50
100
150
200
Tiempo de respuesta (años)
MAASS 6/03
Silberstein et al. (1999)
México
Guatemala
Río Usumacinta
Efecto Compensatorio
Ecosistema original
Cultivo productivo
Cultivo Compensatorio
MAASS 6/03
Monthly Rainfall in Chamela, Jalisco, Mexico
Wettest year (1,261 mm)
800
700
rainfall (mm)
600
Yearly average (763 mm)
500
Monthly
values
400
300
Driest year (366 mm)
200
100
0
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
MAASS 6/03
“El manejo adaptativo”….
9 Reconocer incertidumbre.
9 Utilizar modelos de predicción y corroborar los
pronósticos.
9 Establecer metas a corto, mediano y largo plazo.
9 Mantener un monitoreo constante.
9 Evitar acciones que no tengan reversa.
9 Establecer vías administrativas y legales que permitan
modificar decisiones.
9 Practicar la “acción participativa”.
9 Incorporar el quehacer científico en el proceso de
manejo.
MAASS 6/03
Síntesisdel
del
Síntesis
Conocimientobase
base
Conocimiento
Identificación
Identificación
deobjetivos
objetivos
de
Manejo de Ecosistemas
Desarrollo
de
(StanfordDesarrollo
& Poole,
1996)
de
estrategiasde
deManejo
Manejo
estrategias
Científicos
Sociedad
Definicióndel
delecosistema
ecosistema
Definición
Implementaciónde
de
Implementación
lasestrategias
estrategiasde
deManejo
Manejo
las
Investigación
Investigación
(básicayymonitoreo)
monitoreo)
(básica
MAASS 6/03
La búsqueda de la sustentabilidad, más
que una certeza en la planeación y
control en el manejo, se trata de un
aprendizaje y adaptación continuos
acerca de un mundo en constante
cambio.....
Stephen R. Carpenter y L. H. Gunderson (2001)
Duración
Duraciónde
de los
los estudios
estudiosde
de observación
observaciónyy
experimentación
experimentaciónen
enEcología
Ecología
%
%
0.40
0.40
0.35
0.35
N = 623
0.30
0.30
0.25
0.25
0.20
0.20
0.15
0.15
">100"
">100"
"50-100"
"50-100"
"20-50"
"20-50"
"10-20"
"10-20"
"5-10"
"5-10"
"4-5"
"4-5"
"3-4"
"3-4"
"2-3"
"2-3"
"1-2"
"1-2"
0.00
0.00
"0-1"
"0-1"
0.10
0.10
0.05
0.05
Duración
Duracióndel
delestudio
estudio(años)
(años)
Tomado de Tilman, D. 1989. Ecological experimentation: strengths and
conceptual problems. pp. 136-157. In Likens, G.E. (ed). Long-Term Studies
Ecology. Springer-Verlag, New York.
Un
Un 80%
80%
de
de los
los
estudios
estudios
tienen
tienen
menos
menos
de
de 33
años
años
Más
Másdel
del75
75%
%de
delos
losestudios
estudiosreportados
reportadosen
enla
laliteratura
literatura
científica
especies.
científicaconsideran
consideran solamente
solamente 11 oo 22 especies.
600
500
Artículos
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 +15
Número de especies consideradas
LTER: Investigación a largo
plazo y a gran escala
Programas de Investigación
AREA (m 2 )
CIENCIA
GLOBAL
(IGBP)
10
14
GLOBAL
10
12
CONTINENTE
10
10
REGION
10
8
PAISAJE
10
6
PAISAJE
10
4
PARCELA
10
2
PARCELA
10
0
PUNTO DE MUESTREO
LTER
Mayoría de
Estudios
Ecólogos
MISION:
1. Establecer una red de
grupos de investigación
científica que permita
abordar, de manera
interdisciplinaria,
problemas ecológicos a
escalas amplias y de largo
plazo.
2. Crear un legado de
experimentos bien
diseñados y
documentados para las
generaciones futuras.
Filosofía de la
Red…..
•
Red de grupos
científicos
•
Abordar
investigación
ecológica a largo
plazo y a gran escala
•
Proyectos similares en visión y alcances
•
Abarcando ambientes terrestres y acuáticos,
incluyendo manejados
Realizar comparación entre los grandes biomas y
regiones del País
Compartir datos
•
•
Fase de establecimiento de la MEX-LTER
Fase inicial de la MEX-LTER
Mex –LTER
www.mexlter.org.mx
En resumen….
• Los procesos ecológicos operan de manera
simultánea y anidada a diferentes escalas espaciales
y temporales.
• El no reconocer este carácter jerárquico de los
procesos ecológicos trae como consecuencias
limitaciones en el entendimiento del funcionamiento
de los ecosistemas, así como problemas a la hora de
implementar esquemas de manejo integrado de
cuencas hidrográficas.
• Tradicionalmente los estudios ecológicos se realizan a
escalas espaciales y temporales muy pequeñas (en
unos cuantos m2 y durante 2 o 3 años), mientras que
el manejo de cuencas hidrográficas generalmente
opera a escalas mucho mayores (por décadas y
cientos de Km2).
En resumen (2)….
• No siempre es fácil extrapolar a gran escala datos
obtenidos a pequeña escala.
• Es por ello importante realizar investigación ecológica
a largo plazo y a gran escala.
• Existen experiencias exitosas a ese respecto, al igual
que iniciativas nacionales e internacionales que
estimulan este tipo de investigación ecológica.
• El “manejo adaptativo” ha sido la respuesta ante el
reconocimiento de que que se trabaja bajo
condiciones de incertidumbre.
Levels of
of Analysis
Analysis
Levels
Microcatchments
Microcatchments
(ha):
(ha):
*Experimental
*Experimental
Watersheds
Watersheds
(5of
of15-28
15-28ha)
ha)
(5
Big basins (km2):
Río Cuixmala
Arroyo Chamela
Río San Nicolás
Regional:
Permanent plots
plots
Permanent
2)
2
(m
(m )
Withinthe
theexperimental
experimental
**Within
watersheds(11
(11of
of2,400
2,400
watersheds
m22each)
each)
m
Phosphorousplots
plots(9
(9of
of
**Phosphorous
100m
m22))
100
Fireplots
plots(12
(12of
of3,500
3,500m
m22))
Fire
Edgeeffect
effectplots
plots(4
(4of
of
Edge
2)
2
4,000
m
4,000 m )
Coast of Jalisco
MAASS Sep/01
* With absolute control
Crecimiento de árboles en un bosque tropical húmedo
y la dinámica de carbono atmosférico ligada a la
variación de temperatura interanual durante 1984-2000
(Clark et al. 2003)
Síntesisdel
del
Síntesis
Conocimientobase
base
Conocimiento
Manejo deIdentificación
Ecosistemas
Identificación
deobjetivos
objetivos
de
(Stanford & Poole, 1996)
Desarrollode
de
Desarrollo
estrategiasde
deManejo
Manejo
estrategias
Científicos
Sociedad
Definicióndel
delecosistema
ecosistema
Definición
Implementaciónde
de
Implementación
lasestrategias
estrategiasde
deManejo
Manejo
las
Investigación
Investigación
(básicayymonitoreo)
monitoreo)
(básica
MAASS 6/03