CARGAS CRÍTICAS PARA LA ACIDEZ DE DIVERSOS

CARGAS CRÍTICAS PARA LA ACIDEZ DE DIVERSOS ECOSISTEMAS EDÁFICOS
FORESTALES DEL SISTEMA CENTRAL
R. JIMÉNEZ BALLESTA, P. CARRAL, R. GARCÍA GIMÉNEZ y B. SÁNCHEZ CABRERO
DpO DE QUÍMICA AGRÍCOLA, GEOLOGÍA
28049.
y
GEOQUÍMICA. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA. MADRID
RESUMEN
En el presente trabajo se determinan los niveles de sensibilidad o cargas críticas para la acidez
de diversos ecosistemas edáficos forestales del Sistema Central Español mediante el modelo
PROFILE, incluido dentro del Steady State Mass Balance. A pesar de las incertidumbres propias
del sistema utilizado, como resumen se puede decir que los niveles de alteración como las cargas
críticas son relativamente bajas, atribuyéndose tal circunstancia a la naturaleza del material de
partida.
P.e.: lluvia ácida, carga crítica, acidez
SUMMARY
In the present paper criticalloads for acidity of sorne pedological forest ecosystems from The
Spanish Sistema Central, were calculated applying the 55MB (Steady State Mass Balance) and
particularIy the PROFlLE model. In spite of the existent uncertainties, the results we obtained
for each soil mémifest different criticalloads, owing the types bed rock.
K.W.: acid rain, criticalload, acidity
INTRODUCCIÓN
Dentro del territorio Español, aproximadamente una cuarta parte de él puede ser considerada
como bosque en sentido amplio. El 70% como bosque natural y el 30% restante reforestado
recientemente. Aunque la importancia desde el punto de vista ecológico de su conservación es
muy elevada, las causas que producen su degradación no han sido estudiadas hasta tiempos
relativamente recientes.
Entre otras posibles causas se ha relacionado la pérdida de vitalidad de los bosques con la
contaminación atmosférica (S02, NOx, NH 3), directamente o a través del suelo. En este sentido
diversos investigadores, tales como Ulrich (1985 y 1989), Krause et al. (1986), analizan la
sensibilidad relativa de los ecosistemas a las deposiciones ácidas.
Surge entonces el concepto de CARGA CRÍTICA de un ecosistema (Nilsson, 1986),
entendiendo el mismo como: " la deposición máxima de compuestos acidificantes que no causa,
a largo plazo, cambios químicos en el suelo que perjudiquen la estructura y el funcionamiento de
dicho sistema. De éste modo la carga crítica es una propiedad inherente del mismo,
independientemente del estado de acidez presente. Su significado y trascendencia han sido
puestos de manifiesto en varias ocasiones ( Sverdrup et al 1990; Sánchez Cabrero y Jiménez
!3allesta 1993; Sánchez Cabrero 1993).
- En el inventario ECE-DE de daños forestales en España, obtenidos en la Red Europea de
seguimiento de daños en los bosques, Nivel 1, que anualmente se realiza en España, se ha puesto
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de manifiesto en el año 1996 cierta mejoría en el estado general del arbolado, especialmente en
las frondosas. Pues bien, a pesar de que estos resultados rompen la tendencia a un
empobrecimiento progresivo que venia observando desde 1990, parece conveniente seguir
investigando la posible incidencia que la contaminación atmosférica puede ejercer a través de los
suelos.
Para investigar esta problematica se han establecido programas internacionales ECE-UN
(1987), para conocer cuales son los niveles de deposición a partir de los cuales se producen
efectos desfavorables. En el presente trabajo se deternlinan los niveles de sensibilidad o cargas
críticas para la acidez de 3 ecosistemas edáficos forestales del Sistema Central Español mediante
el modelo Profile, incluido dentro del Steady State Mass Balance.
MATERIAL Y MÉTODOS
La detenninación de la carga crítica de los suelos se ha llevado a cabo mediante el Steady
State Mass Balance (SSMB), modelo previamente empleado a escala europea (Sverdrup et al.
1990, Hetteling et al 1991). Es un modelo de simulación en el que se contraponen emisióndeposición, prediciendose los valores químicos de ciertos iones relevantes en la solución del
suelo. Para ello establece un balance de masas, a largo plazo, entre los aportes ácidos y la
producción de alcalinidad, de modo que solo se tiene en cuenta el resultado final, estando
neutralizada la acidez fundamentalmente por las reacciones de alteración mineral.
En el cálculo los flujos se establecen del siguiente modo:
CC = CB(a) - AC(n) - CB(a) - AL(l), donde
CC es la carga crítica
CB(a) se refiere a los cationes básicos procedentes de la alteración mineral
AC(n) es la acidez generada por la absorción de N.
CB( a) se refiere a la extracción de cationes básicos para el crecimiento vegetal
AL(l) es la alcalinidad crítica de lixiviado, (flujo de alcalinidad que sale del sistema por
percolación).
El balance se puede establecer según varios modelos, utilizándose aquí el PROFILE dada su
buena reproductividad y facilidad de manejo.
Los perfiles de suelos a los que se les aplicado el modelo están situados dentro del territorio
del Sistema Central, (tabla 1).
La descripción y toma de perfiles (aunque aquí no se presenta por razones de espacio), se ha
realizado siguiendo las normas FAO (1977 y 1990). Los datos analíticos de identificación
rutinaria se han llevado a cabo según FAO (1990). Particularmente la densidad se ha
determinado por el método del mercurio y la textura y área superficial se analizaron por medio
de espectrometría de difracción de rayos láser, en un aparato HELOS 12 KA. La mineralogía de
arenas se ha llevado a cabo siguiendo las técnicas de Pérez Mateos (1965). La identificación de
los minerales de la fracción arcilla, se efectuó por difracción de rayos X, sobre muestras
orientadas. En algún caso se han obtenido los difractogramas de muestras homoiónicas. Con
estos datos y los mineralogía de arenas y limos, se ha estimado el porcentaje en que se encuentra
cada mineral y para cada horizonte. Otros parámetros específicos como presión de CO2, DOC y
distribución de la absorción de cationes a lo largo del perfíl, se han introducido teniendo en
cuenta su, profundidad, contenido en materia orgánica, textura y tipo de arcilla, así como los
datos de la literatura (Sverdrup et al 1990). Los datos de temperatura, precipitación y es correntia
se han obtenido de fuentes habituales. Los datos de deposición se han obtenido de la red EMEP,
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en particular de la estación de S. Pablo de los Montes (Toledo), ya que es la más cercana al
territorio. En el caso de los valores de nitrógeno y cationes básicos absorbidos por la planta,
hemos utilizado los valores aportados por Escarré et al (1984), al corresponder a ecosistemas
mediterráneos similares a los aquí estudiados.
RESULTADOS y DISCUSIÓN
En la tabla 1 aparecen reflejados los datos generales de los perfiles seleccionados,
incluyendo el material originario, sus coordenadas, morfología y clasificación. En la tabla 2
quedan reflejados los datos de entrada del perfil CABEZO (13-16) en el modelo PROFILE,
obtenidos de diferentes análisis. Con estos datos y los correspondientes a los otros dos
perfiles, que han sido también introducidos en el modelo, se han obtenido los resultados de la
tabla 3.
Los valores calculados de cargas críticas para pinares son 3.8, 1.9 y 1.3 (Keq/ha.a) para el
perfil Calamocho, Cabezo y Postas, es decir para el Regosol dístrico, Leptosol lítico y
Cambisol húmico, respectivamente. Dichos valores se consideran bajos aunque variables, es
decir, poseen una sensibilidad relativamente ácida frente a hipotéticos aportes ácidos.
Respecto de la importancia relativa de los parámetros introducidos en el modelo cabe
deducir que la mineralogía, el área superficial y el clima son muy importantes, siendo
secundarios la presión parcial de CO 2 y los parámetros relativos a la absorción.
Sin embargo afloran varias incertidumbres, dada la imposibilidad de introducir algunos
parámetros en el modelo. Así se han realizado aproximaciones (dentro de las directrices
emanadas del Mapping Critical Loads de Sverdrup et al 1990), como por ejemplo
sustituyendo algunos minerales por otros de nivel de alteración similar; así mismo son fuente
de incertidumbre los datos de deposición, extrapolados de los de la red de San Pablo de los
Montes.
CONCLUSIONES
Realizado el calculo de las cargas críticas para la acidez, mediante el 55MB (balance de
masas al estado estacionario), a partir de datos biogeoquímicos de diversos suelos del Sistema
Central, se pone de manifiesto que existe un variado grado de sensibilidad. Acoplando la
información suministrada sobre los componentes contaminantes atmosféricos, con los valores
de cargas críticas calculados, no parece que se requiera una reducción de contaminantes.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo forma parte de un proyecto financiado por la CICYT (AMB94-0830), a
la que agradecemos sinceramente su colaboración.
BIBLIOGRAFÍA
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PERFIL
COORDENA.
MATERIAL
ORIGINARIO
MORFOLOG.
CLASIFIC.
FAO
Calamocho
5°05' W
Granito
Ah-C-2C
Regosol
dístrico
40°27' N
Cabezo
6°11' W
40°27' N
Pizarra
Ah-R
Leptosol
lítico
Postas
4°02' W
40°43' N
Granito
Ah-Bw-C
Cambisol
húmico
Tabla 1. Características generales de los suelos seleccionados.
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PERFIL CABEZO (13-16)
Número de horizontes
1
Precipitación (mJgr)
0.437
Escorrentía (mI gr)
0.087
Deposición S04 (kEq/ha/gr)
0.14
Deposición N03 (kEq/ha/gr)
0.35
Deposición NH 3 (kEq/ha/gr)
0.15
Deposición total Mg+Ca+K
0.22
Fracción no marina (%)
100
Máximo absorbido de Mg+Ca+K (kEq/ha/gr)
1.11
Máximo absorbido de N (kEq/ha/gr)
1.28
Temperatura del suelo (C)
13.3
Nivel de Nitrificación
Medio
Tabla 2 a. Datos generales aplicados para la obtención de la carga crítica del perfil Cabezo.
Espesor del horizonte (m)
0.08
Contenido en humedad (m 3/m 3 )
0.2
Densidad del suelo (Kg/m 3)
1800
Area superficial (m 2/m 3)
2.2e6
Presión C02 (atm)
10
Precipitación de entrada (%)
100
Precipitacion de salida (%)
70
Mg+Ca+K absorbido (% max)
30
N absorbido ( % max)
30
DOC (mg/l)
10
log K gibsita
6.5
pK HI Al cambiable
7.9
pKH/Ca cambiable
7.0
Tabla 2b. Datos generales (continuación)
213
HORIZONTE Ah
Feldespato-K
O
Oligoclasa
3
Albita
O
Horblenda
O
Piroxeno
1
Epidota
O
Granate
1
Biotita
25
Moscovita
O
Clorita
25
Vermiculita
O
Apatito
O
Tabla 2c. Datos mineralogicos introducidos para obtener la carga crítica del perfil Cabezo.
PERFIL
NIVEL DE
ALTERACION
(kEq/ha.a)
ALCALINIDAD
DE LIXIVIADO
(kEq/ha.a)
C. CRITICA
PARA PINAR
(kEq/ha.a)
Calamocho
9.06
8.12
3.8
Cabezo
0.55
0.19
1.9
Postas
1.54
0.56
1.3
Tabla 3. Cargas críticas, niveles de alteración y alcalinidad de lixiviado de los suelos
estudiados.
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