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1 Hidrología forestal, mitos y evidencias Francesc Gallart Pilar Llorens Institut de Diagnosi Ambiental i Estudis de l’Aigua (CSIC) Barcelona 2 Consecuencias hidrológicas de los cambios De cubierta vegetal • El bosque regula la respuesta: •Disminuye las avenidas •Retarda el flujo •Aumenta la infiltración •Recarga los acuíferos •Aumenta el flujo de base •Disminuye la erosión y transporte de sedimentos •Mejora la calidad del agua •Aumenta la precipitación •El bosque aumenta y mejora los recursos hídricos -Paradigma clásico (pre-científico): Recursos hídricos bosque 3 Ayala-Carcedo (2002): Catástrofes Naturales, Mitos, Religiones e Historia Antes de la creación de la Ciencia moderna en el XVII, y especialmente antes de la fundamentación científica de la Geología a fines del XVIII y la exploración científica del mundo que ha tenido lugar en los últimos dos siglos, la demostración de lo fundado o infundado de los mitos con pretensión histórica, se reducía a la investigación comparativa contradictoria de fuentes a la luz del trasfondo histórico y al análisis de la propia lógica interna de los escritos, fértil como se ha visto en el caso de la Biblia. Mc Culloch y Robinson (1993): History of forest hydrology. Es inevitable que, en ausencia de una verdadera base científica para la hidrología, se hayan promulgado mitos y leyendas que, con el tiempo, han sido aceptadas con toda la autoridad del folklore. 4 Se atribuye a Cristóbal Colón (ca1500) la hipótesis de que el bosque produce más lluvia. Esta idea la basó en las diferencias que observó entre el clima y vegetación de las islas Canarias y Azores por un lado y las ‘Indias Occidentales’ por el otro. Felipe-Augusto de Francia (1219) promulga la Real Orden de las Aguas y los Bosques -Paradigma clásico (pre-científico): Recursos hídricos bosque Bernardin de St. Pierre (1788) :Études de la Nature. "..esta fuerza atractiva de los bosques en estas islas (Mauricio) es tal que un campo en una situación descubierta sufre frecuentemente la falta de lluvia mientras que llueve casi todo el año en bosques que están situados a un tiro de pistola. Ha sido destruyendo parte de los bosques que coronaban las alturas de esta isla que se ha causado que la mayor parte de los rios que la regaban se hayan secado". Recomienda reforestar las montañas de Francia para restituir a los rios su 'anterior volumen de agua’. Franklin (1779), Bernard (1787): Los árboles, a través de las hojas, son capaces de absorber la humedad del aire y el rocío, y hacerlos penetrar en el suelo para alimentar las aguas subterráneas 5 Después de la revolución Francesa, como consecuencia de una deforestación generalizada, se abre en Francia un debate entre ‘forestales’ e ‘ingenieros’. - Los ‘forestales’ defienden las ventajas del bosque y basan sus argumentos en la cita de autores clásicos y en relatos de viajeros. - Los ‘ingenieros’ son escépticos, y argumentan que solamente son válidos los resultados de las medidas experimentales. Crisis del Paradigma clásico 6 Belgrand (1850-1852), Ingeniero General de Ponts et Chaussées: comparó las escorrentías en tres cuencas con distinta cubierta, sin apreciar diferencias de respuesta. Jeandel, Cantégril y Bellaud (1858 -1859), forestales: Compararon dos cuencas con distinta cubierta, diseñaron un modelo hidrológico rudimentario para demostrar que el bosque retardaba la escorrentía. Matthieu (1867 – 1877) Director de la Escuela Forestal Francesa de Nancy: observó que la temperatura era menor dentro del bosque, y que un pluviómetro lejos del bosque daba mayor precipitación que los que estaban en el borde o en claros: lo consideró una prueba de que el bosque atrae la precipitación. Crisis del Paradigma clásico: experimentos pioneros Engler (1919) Realizó la primera comparación entre dos cuencas que se considera correcta desde el punto de vista metodológico: Sperbelgraben y Rappengraben en Emmental (Suiza). Los resultados demostraron una mayor escorrentía de la cuenca deforestada. Este resultado abrió un gran debate científico. 7 Crisis del Paradigma clásico: método de las cuencas pareadas Bates y Henry (1928): Wagon Wheel Gap (Colorado): (1) Las cuencas deben ser contiguas, con diferencias mínimas en precipitación. (2) Deben ser de igual estructura litológica, siendo los límites de altitud y configuración topográfica como orientación y pendiente lo más similares posible. (3) El tamaño de cada cuenca no debe ser excesivo de modo no haya complicaciones para relacionar las salidas en la parte baja con la precipitación y otros fenómenos en el área. (4) La vegetación debe representar la de la región, no la ideal ni la óptima. 8 aportaciones aportaciones -Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque 9 -Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque La reducción de la cubierta forestal aumenta el aporte de agua El establecimiento de bosque en una cuenca con vegetación dispersa disminuye el aporte de agua (Hibbert, 1967; Bosch & Hewlett, 1982) 10 -Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque 11 0 500 1000 1500 2000 Precipitacion (mm) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 (E t b o s q u e - E t h ie rb a ) / P Coníferas Caducifolios Arbustos La forestación de una cuenca de 1000 mm anuales representa la pérdida de escorrentía en un 22% de la precipitación Bosch & Hewlett, 1982; Zang et al., 2001 -Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque 12 Desconstrucción del Paradigma clásico El bosque aumenta la precipitación El bosque aumenta la escorrentía El bosque regula los flujos El bosque reduce la erosión El bosque reduce las crecidas El bosque 'esteriliza' el agua, mejora la calidad. 13 Dificultad de observaciones demostrativas: -efecto de abrigo y altura -no estacionaridad de los registros temporales Efectos físicos a escala local - precipitación oculta - efecto orográfico Efectos físicos a mesoescala: - reprecipitación de agua evaporada en exceso El bosque aumenta la precipitación? 14 El bosque aumenta la escorrentía? NO, la disminuye Excepciones (muy raras): - Precipitación oculta - Bosques muy viejos 15 El bosque regula los flujos? Aumenta los caudales de estiaje? El bosque tiene un mayor consumo de agua pero los suelos forestales son más permeables… Las evidencias indican una reducción igual o mayor que los caudales medios 16 El bosque regula los flujos? Aumenta los caudales de estiaje? El bosque tiene un mayor consumo de agua pero los suelos forestales son más permeables… Las evidencias indican una reducción igual o mayor que los caudales medios 17 El bosque regula los flujos? Aumenta los caudales de estiaje? El bosque tiene un mayor consumo de agua pero los suelos forestales son más permeables… Las evidencias indican una reducción igual o mayor que los caudales medios Soil moisture 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 S o il w a te r c o n te n t (c m 3 c m -3 ) Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Saturated area Clearing Pine stand Gallart et al. 2002 Vallcebre El bosque aumenta la humedad del suelo? Sensores TDR Schnabel (pers. comm.) Parapuños El bosque aumenta la humedad del suelo? Humedad volumétrica del suelo (0 – 20 cm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 S o il m o is tu re ( % ), R a in fa ll ( m m ) Rain Trees Open Schnabel (pers. comm.) Parapuños El bosque aumenta la humedad del suelo? Green et al. 2006 Clipstone forest El bosque aumenta la humedad del suelo? 22 El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? El bosque tiene un mayor consumo de agua pero los suelos forestales son más permeables… Las observaciones concarácter demostrativo son difíciles, pero - Resultados experimentales recientes en Dinamarca a escala de rodal indican menor recarga bajo cubierta de robles comparada con brezales - En Australia el ascenso generalizado de la capa freática después de la deforestación generalizada está creando graves problemas de salinización de suelos (MDBMC 1999) 23 Halton & George, 2000 W Australia El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? 24 Walker et al. 1999 25 26 SW Niger Leblanc et al. 2008 El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? 27 Leblanc et al. 2008 28 Scanlon et al. 2005 High Plains El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? 29 Scanlon et al. 2005 High Plains El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? 30 Alberta Agriculture and Food 2007 Alberta, Montana & Arkansas El bosque mejora la infiltración y la recarga subterránea? 31 El bosque reduce la erosión? En comparación con un suelo poco protegido, la disminución de la erosión pluvial y la escorrentía por parte del bosque determinan una reducción de la erosión. Algunos resultados son espectaculares. Sin embargo: - En algunos experimentos, el aumento de la erosión después de la deforestación debe atribuirse al papel de los trabajos y caminos forestales - El goteo desde las cúpulas es importante y puede serlo más que la precipitación bruta en zonas de lluvias de baja intensidad. - El vuelco de los árboles puede aumentar el riesgo de erosión/inestabilidad en zonas con elevada pendiente Una buena cubierta herbácea o arbustiva protege mejor el suelo que el bosque 32 El bosque reduce las crecidas? 33 El bosque reduce las crecidas? 34 El bosque reduce las crecidas? Tanto los resultados experimentales como los de modelos demuestran que - El bosque reduce las crecidas frecuentes de baja magnitud - El bosque no modifica las crecidas de gran magnitud 35 El bosque mejora la calidad del agua? En comparación con cuencas agrícolas donde se aplican productos agroquímicos o con cuencas de pasto, las aguas de escorrentía y recarga tienen apreciablemente mejor calidad. Sin embargo, en áreas con fuerte contaminación atmosférica, el efecto de filtro de los árboles puede favorecer la contaminación de las aguas, en particular, la acidificación. Joffre & Rambal 1993 Teoría P = E + t + Q + S Balance de agua Bosque: mayor biomasa aérea (interceptación ) Joffre & Rambal 1993 P = E + t + Q + S Balance de agua Bosque: mayor biomasa aérea (interceptación ) Et limitada por energía - albedo + rugosidad aerod. Teoría Joffre & Rambal 1993 P = E + t + Q + S Balance de agua Bosque: mayor biomasa aérea (interceptación ) Et limitada por energía - albedo + rugosidad aerod. Et limitada por agua + profund. raíces Teoría 39 Pervivencia del Paradigma clásico: gestión forestal Pereira (1989): La evidencia en todo el mundo de que las elevaciones y montañas usualmente tienen más lluvia y más bosques naturales que las tierras bajas colindantes ha llevado históricamente a la confusión entre causa y efecto. Aunque las explicaciones físicas se conocen desde hace más de 50 años, la idea de que los bosques causan o atraen lluvia ha persistido. El mito se ha escrito en los libros de texto y se ha vuelto un dogma de fe para las generaciones recientes de forestales UNCED (1992): El impacto de la pérdida y degradación de los bosques toman la forma de erosión del suelo, pérdida de diversidad biológica, daño a los habitats de vida silvestre y degradación de las cuencas de drenaje, deterioro de la calidad de vida y reducción de las opciones para el desarrollo. 40 Plan Forestal Español 2002-2032 (Julio 2002). Objetivos: 1) Promover la protección del territorio de la acción de los procesos erosivos y de degradación del suelo y el agua mediante la restauración de la cubierta vegetal protectora, incrementando, al mismo tiempo, la fijación de carbono en la biomasa forestal para contribuir a paliar las causas del cambio climático. IPCC (2000) IPCC Special report, Land use, land-use change, and forestry. Summary for Policy-Makers. 9) Potencial para el Desarrollo Sostenible ... Seria necesario tomar en consideración las sinergias e intercambios relacionadas con las actividades relacionadas con LULUCF bajo la UNFCCC y su Protocolo de Kyoto en el contexto del desarrollo sostenible, incluyendo una amplia gama de impactos ambientales, sociales y económicos ... .. Por ejemplo... La aforestación puede también tener impactos altamente variables en los suministros de agua subterránea, flujos fluviales y calidad de agua. Pervivencia del Paradigma clásico: aplicación 41 Aplicación del Paradigma científico Ley Nacional de Aguas de la República de Sudáfrica (1998): Parte 4: Actividades reductoras de los aportes fluviales. Esta parte permite al Ministerio, después de consulta pública, regular usos de la tierra que reducen los aportes fluviales… 36.(1) Las siguientes son actividades reductoras de los aportes fluviales: a) el uso de la tierra para aforestación que ha sido o va a ser establecida para finalidades comerciales, y… FAO forestry paper 150 (2006) The new generation of watershed management programmes and projects. ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/009/a0644e/a0644e.pdf European Forest Institute (2011) Water for forest and people in the Mediterranean, A challenging balance. What Science can tell us. http://www.efi.int/files/attachments/publications/efi_what_science_can_tell_us_1_2011_e n.pdf 42 Consecuencias hidrológicas de los cambios De cubierta vegetal • El bosque regula la respuesta: •Aumenta la infiltración •Aumenta la recarga los acuíferos •Retarda el flujo •Disminuye las avenidas •Aumenta el flujo de base •Reduce la erosión •Aumenta la precipitación •El bosque aumenta los recursos hídricos -Paradigma actual (experimental): Recursos hídricos <> bosque 43 Consecuencias hidrológicas de los cambios De cubierta vegetal -Paradigma actual (experimental): Recursos hídricos <> bosque • El bosque regula la respuesta: •Aumenta la infiltración •Aumenta la recarga los acuíferos •Retarda el flujo •Disminuye las avenidas •Aumenta el flujo de base •Aumenta la precipitación •El bosque aumenta los recursos hídricos • El bosque regula la respuesta: •Disminuye la infiltración •Disminuye la recarga los acuíferos •Retarda el flujo •Disminuye las avenidas pequeñas y moderadas •Disminuye el flujo de base •Reduce la erosión menos que una cubierta herbácea densa •Aumenta la precipitación a escala continental •El bosque reduce los recursos hídricos 44 Conclusiones Hidrología y cambios en la cubierta del suelo Para las mismas condiciones fisiográficas, una cubierta forestal determina una mayor evapotranspiración que una cubierta herbácea Esto se debe a una mayor biomasa aérea, una mayor captación de energía radiativa, un mejor intercambio de energía y agua con la atmósfera y una mayor profundidad de las raíces El cambio de cubierta herbácea a forestal en una cuenca determina: - un menor aporte de agua - la atenuación de las crecidas pequeñas y moderadas - la reducción de la humedad del suelo y la recarga de los acuíferos - la reducción de los caudales de estiaje La cubierta forestal, al favorecer la evapotranspiración, favorece la precipitación a escala continental 45 0 400 800 1200 1600 2000 annual precipitation (mm) 0 20 40 60 80 100 % 46 0 20 40 60 80 100 P a rt ic ió n d e l a g u a ( % ) 0 400 800 1200 1600 2000 Precipitación anual (mm) Agua azul Agua verde (bosque) o azul (hierba) Agua verdeA -80 -70 -60 -50 -40 -30 M o d if ica c ió n r e la ti v a d e l a g u a a z u l (% ) 0 400 800 1200 1600 2000 Precipitación anual (mm) B 47 Allison, G.B. et al., 1990. 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