estudio - Agua Que Has de Beber

RESTAURACIÓN HIDROLÓGICO FORESTAL PARA LA CONSERVACIÓN Y
APROVECHAMIENTO DE AGUAS Y SUELOS
Efecto de las plantaciones de Pinus radiata D. Don
sobre el balance hídrico en Chile1
Dr. Anton Huber J.
Instituto de Geociencias
Facultad de Ciencias
Universidad Austral de Chile
Santiago, noviembre de 2003
1
Proyecto Fondecyt 1010713
EFECTO DE LA FORESTACIÓN CON Pinus radiata D. DON SOBRE
EL RECURSO HÍDRICO EN CHILE
3
Superficie forestada (10 ha)
La forestación con especies exóticas de rápido crecimiento en Chile es un proceso
que se inició a comienzos del siglo pasado. La necesidad de incorporar a la economía
del país extensas superficies que presentaban elevados niveles de erosión y una
política estatal que incentiva la forestación, generó un aumento considerable de las
plantaciones forestales en los últimos 30 años en el país (fig. 1).
1600
1200
D.L. 701
(1974)
800
400
0
1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Años
Figura 1. Desarrollo de la superficie forestada con Pinus radiata en Chile.
Actualmente, en Chile hay casi 2 millones de hectáreas forestadas con especies
exóticas, de las cuales más de 1,6 corresponden a Pinus radiata (D. Don).
Estas plantaciones se distribuyen entre los 32 y 41º latitud sur, región que posee
condiciones edáficas y climáticas muy diferentes.
La zona en donde están establecidas estas plantaciones posee una precipitación
anual que oscila entre los 500 y 2.300 mm. El régimen pluviométrico presenta una
distribución propia de un clima mediterráneo, la que se caracteriza por registrar un
curso anual donde el período estival se caracteriza por un déficit de precipitaciones
(fig. 2).
2
350
20
300
700 mm
250
15
200
10
150
100
350
300
20
1200 mm
250
5
50
0
0
15
E F MA M J J A S O N D
200
0
10
150
100
1000
5
50
350
0
0
20
2300 mm
300
E F MA M J J A S ON D
15
250
200
10
2000
3000
4000
150
100
5
mm
50
0
0
E F M A M J J A S O N D
Figura 2. Características pluviométricas de la zona con plantaciones de Pinus radiata
en Chile.
Las plantaciones de Pinus radiata están establecidas en suelos con características
físicas y químicas muy diferentes, donde sobresale la distinta capacidad de retención
de agua útil de cada uno de ellos (fig. 3)
Metamórficos
(14-18 %)
Graníticos
(10 %)
Arcillosos
(14 – 26 %)
Arenales
(4 – 6%)
Trumaos
(21 – 32 %)
Ñadis
(4 - 6 %)
Figura 3. Tipos de suelo y cantidad de agua útil (% volumen) de la zona con
plantaciones de Pinus radiata en Chile.
3
Efecto de la forestación sobre el balance hídrico
Existen importantes antecedentes en relación a los efectos que tiene la
forestación sobre el recurso hídrico. Se ha evaluado positivamente el impacto de las
plantaciones forestales en la reducción de la erosión de los suelos y en la
consolidación de cauces (Mac Laren 1996, Guiller & Malmqvist 1998, Ellies 2000). Sin
embargo, existen incertidumbres respecto a su real efecto sobre los componentes del
ciclo hidrológico: pérdidas de agua por intercepción del dosel, evapotranspiración,
percolación y escorrentía superficial. Esta situación se debe principalmente a la gran
cantidad de variables que afectan a cada uno de estos componentes.
Muchos autores coinciden en que el principal efecto que tienen las plantaciones
forestales sobre el balance hídrico se debe en la cantidad de precipitaciones que es
retenida por el dosel (pérdidas de agua por intercepción) y que, por lo tanto, deja de
participar en la economía hídrica de estos ecosistemas (Feller 1981, Calder 1998,
Huber & Trecaman 2000, Putuhena & Cordery 2000, Huber & Iroumé 2001).
Durante mucho tiempo se pensó que estas mermas de agua no deberían
aumentar la evapotranspiración de una superficie. Sin embargo, en zonas con climas
templado-húmedos se reconoce que al menos una parte de ella es un adicional a la
evapotranspiración (Calder 1998, Huber & Iroumé 2001). Los principales factores que
influyen en la cantidad de agua interceptada son las características de las
precipitaciones (tipo, duración, cantidad, intensidad y frecuencia) (Crockford &
Richardson 2000), las características de la vegetación (densidad, cobertura de copas,
estructura del dosel, ángulo de inserción de las ramas al fuste, características de los
troncos y la cantidad de líquenes y musgos adheridos a ellos) y las condiciones
meteorológicas existentes en el momento de las lluvias (Oyarzún, et al. 1985,
Crockford & Richardson 2000, Steinbuck 2002).
Del total de las precipitaciones que llegan al suelo del bosque (precipitación
neta), una fracción lo hace atravesando el dosel o por goteo desde las hojas
(precipitación directa). La parte restante utiliza como senda de fluidos el fuste de los
árboles para alcanzar la superficie el suelo (escurrimiento fustal). Su valor relativo, con
respecto a la cantidad total de precipitaciones no es relevante, pero puede ser
importante porque llega a la base de los troncos, donde se concentra la mayor
cantidad de raíces de los árboles (Huber & Trecaman 2000).
La forestación también modifica la cantidad de agua involucrada en la
evaporación desde el suelo y la involucrada por transpiración de los árboles
(evapotranspiración neta). Este valor depende del total de agua disponible en el suelo,
las características de las plantaciones y las condiciones meteorológicas (Novoa 1998,
Putuhena & Cordery 2000).
El agua disponible en el suelo depende de las precipitaciones que llegan sobre
él y de la capacidad del suelo para almacenarla. Sin embargo su uso por los vegetales
está además relacionado con la extensión del sistema radicular. Las plantas extraen
preferentemente agua del horizonte más superficial. Si posteriormente estos
4
horizontes se secan, las especies con raíces poco profundas no pueden obtener agua
y se marchitan. En cambio, las especies con raíces profundas, como los árboles
usados en las forestaciones, extraen agua de un volumen mayor de suelo y, por tanto,
continúan transpirando hasta que la humedad del suelo alcanza el punto de marchites
en profundidad. Debido a ello es que los bosques, a diferencia de las cubiertas
herbáceas, pueden reducir la humedad del suelo a mayores profundidades.
La cantidad de percolación de un suelo está influido por la velocidad de
infiltración, capacidad de almacenamiento de agua del suelo y de la residual entre las
precipitaciones y la evapotranspiración (Farahani et al. 1998, Putuhena & Cordery
2000). De esta manera, está regulada por las variables que influyen sobre la cantidad
que alcanza el suelo y la evapotranspiración neta. Al respecto, se ha determinado en
climas templados de Chile que la percolación depende fundamentalmente de la
precipitación y de las pérdidas de agua por intercepción, debido a los consumos que
se registran en las cubiertas boscosas o herbáceas en los meses de invierno (Huber y
Trecaman, 2001).
Pp
Pp:
Pd:
Pf:
Ic:
A0:
Au:
Inf:
Per:
Tr:
Ev:
Evtrn:
Evtrt:
As:
W:
Evtrt
Ev
Ic Tr
Precipitación total
Precipitación directa
Escurrimiento fustal
Pérdidas de agua por intercepción
Escorrentía superficial
Escorrentía subsuperficial
Infiltración
Percolación
Transpiración
Evaporación
Evapotranspiración neta
Evapotranspiración total
Aporte desde el agua subterránea
Variación del contenido de agua del
suelo
Pd
Pf
A+0
Evtrn
A+0
Inf
A+u
Suelo
A+u
As
W
Agua subterránea
Figura 4. Componentes del balance hídrico en un ecosistema forestal
5
Determinación de los componentes del balance hídrico en una plantación
forestal.
La evapotranspiración neta (Evtrn = agua extraída sólo del suelo) y la total (Evtrt =
evapotranspiración neta más pérdidas de agua por intercepción) se calcula con la
metodología del balance hídrico, basada en la ecuación de continuidad de Feller
(1981):
Evtrn =
Pp – (Ic + ∆ W + A + Per)
Evtrt =Pp – (∆ W + A + Per)
[1]
[2]
donde:
Evtrn
Evtrt
Pp
Ic
∆W
A
Per
: evapotranspiración neta (mm)
: evapotranspiración total (mm)
: precipitación incidente (mm)
: pérdidas de agua por intercepción del dosel (mm)
: variación del contenido de agua del suelo (mm)
: escorrentía superficial (mm)
: percolación (mm)
La precipitación incidente (Pp) se registra con pluviógrafos ubicados a campo
abierto.
La cantidad de agua retenida por la biomasa aérea del bosque (pérdidas de
agua por intercepción del dosel) se calcula con la siguiente ecuación [3]:
Ic = Pp – (Pd +Pf)
[3]
donde:
Ic
Pp
Pd
Pf
: pérdidas de agua por intercepción (mm)
: precipitación incidente (mm)
: precipitación directa (mm)
: escurrimiento fustal (mm)
Las precipitaciones que atraviesan el dosel de las plantaciones para alcanzar el
suelo (precipitación directa) se miden con una canaleta metálica en forma de V, de 15
cm de ancho y 25 m de largo, ubicada a 30 cm sobre el suelo. La lluvia que utiliza el
tronco de los árboles como senda de fluido para llegar al suelo (escurrimiento fustal)
se recolectada con collarines de goma sellados alrededor del tronco de al menos 15
árboles por parcela.
La variación temporal del contenido de agua del suelo (∆W) se determina hasta
los 3 m de profundidad con una sonda de neutrones (Troxler 4300). Se recomienda
esta profundidad porque el desarrollo radicular de las distintas plantaciones no
sobrepasa los 2,5 m (Huber &Trecaman 2000).
6
Las mediciones se realizadas periódicamente en al menos 15 tubos enterrados
en el suelo de cada plantación. La escorrentía superficial se puede despreciar cuando
las plantaciones están ubicadas en terrenos con una pendiente inferior al 2%.
La percolación (Per) se considerada equivalente a la cantidad de agua que
atraviesa el suelo a una profundidad preestablecida. Esta agua se recoge a dicha
profundidad mediante bandejas de 30 * 30 cm por parcela. Cada bandeja está
conectada a un recipiente enterrado al cual drena el agua recolectada. Periódicamente
se determina su cantidad.
Efecto de la forestación con Pinus radiata sobre el balance hídrico en
plantaciones.
En el presente trabajo se presentan los distintos componentes del balance
hídrico para plantaciones de Pinus radiata de aproximadamente 8 años y una
densidad cercana a los 800 árboles/ha, ubicados en zonas con distinta pluviometría y
suelos con diferente capacidad de retención de agua útil. Estos resultados se
comparan con los obtenidos en matorrales o praderas para las correspondientes
localidades.
7
Pérdidas de agua por intercepción
(% Precipitación)
Plantación de Pinus radiata
Matorral / Agrestal / Pradera
<2 %
40 %
27 %
38 %
<2 %
<2 %
0
1000
<2 %
36 %
2000
3000
4000
15 %
<2%
mm
8
9
Evapotranspiración total
(% Precipitación)
Plantación de Pinus radiata
95 %
59 %
76 %
Matorral / Agrestal / Pradera
42 %
38 %
33 %
0
1000
83 %
48 %
2000
3000
4000
47 %
14%
mm
10
Percolación
(% Precipitación)
Plantación de Pinus radiata
Matorral / Agrestal / Pradera
51 %
5%
67 %
25 %
0
62 %
41 %
1000
52 %
17 %
2000
3000
53 %
86 %
4000
mm
11
Conclusiones
En comparación con las praderas o matorrales, las plantaciones forestales de
Pinus radiata, establecidas en la zona centro sur de Chile, reducen la disponibilidad de
agua debido fundamentalmente a las pérdidas de agua por intercepción de dosel.
Como respuesta a esto, disminuye la cantidad de agua percolada.
Este fenómeno está influido por las características de la lluvia y la capacidad de
almacenamiento de agua en el suelo.
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