BALANCE HÍDRICO Y DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LA TRASCOLACIÓN

BAJO COBERTURA DE PINO: INFLUENCIA DE LA DIRECCIÓN DEL VIENTO

Y LA PENDIENTE DE LA  LADERA

Recibido: 1999-05-09

 BELMONTE SERRATO, F. Y ROMERO DÍAZ, A

Departamento de Geografía Física, Universidad de Murcia. Santo Cristo, 1

E-30001 MURCIA

RESUMEN

Se obtiene el balance hídrico anual de interceptación en el periodo 1992-1995, en un área cubierta por pino halepensis. Se analiza la distribución espacial de la trascolación, en dicha área mediante la obtención de mapas de isolíneas de trascolación, y la influencia que sobre ella tiene la dirección del viento durante los episodios de lluvia y la pendiente de la ladera. Finalmente se discuten los efectos que la variabilidad espacial de la trascolación puede tener en aspectos tales como, la distribución espacial de la humedad del suelo, las propiedades físicas y químicas del suelo, el establecimiento de áreas preferenciales de inicio de escorrentía superficial, o la distribución de las raíces finas

Palabras clave: Balance hídrico de interceptación, trascolación, escorrentía cortical, dirección del viento, pendiente de la ladera, distribución espacial

ABSTRACT:

It is obtained the annual hydric balance from interception in the period 1992-1995, in an area covered by pinus halepensis. It is analysed the spatial distribution of the throughfall, in such area through the accomplishment of line maps of equal value of throughfall, and the influence that on her has the direction of the wind during the rain episodes and the slope of the hillside. Finally they are discussed the effects that the spatial variability of the throughfall can have in aspects such as, the spatial distribution of the soil moisture, the physical properties and chemistries of the soil, the preferential areas appearance of runoff, or the distribution of the fine roots

Key words: hydric balance of interception, throughfall, stemflow, direction of the wind, slope gradient, spatial distribution

INTRODUCCIÓN

La cubierta vegetal redistribuye las precipitaciones concentrándolas en tres flujos principales: trascolación (flujo disperso), escorrentía cortical (flujo concentrado) e interceptación (flujo de evaporación). Los dos primeros constituyen la lluvia neta, es decir, aquella que alcanza el suelo bajo la cubierta vegetal. El tercero, constituye la lluvia perdida por interceptación que vuelve a la atmósfera sin llegar a caer al suelo

La escorrentía cortical alcanza el suelo concentrándose en la zona que bordea el tronco. Por tanto, todo el volumen de agua de escorrentía cortical se concentra en una superficie muy pequeña, del orden de unas pocas decenas de cm2

La trascolación, en cambio, se dispersa por toda la superficie cubierta, alcanzando a superficies muy diversas, según se trate de superficies cubiertas por individuos aislados, pequeños bosquetes o extensos bosques y matorrales

Pero la dispersión del flujo de trascolación, no se produce de forma homogénea, sino que, por el contrario, se producen variaciones muy importantes dentro de una misma área cubierta. Estas variaciones, que fundamentalmente están determinadas por la propia estructura de la cubierta, se ven también afectadas por los cambios de velocidad y dirección del viento, por los cambios fenológicos que se producen en la vegetación a lo largo del año y las modificaciones de la cantidad de biomasa por efecto de sequías o situaciones de estrés hídrico

La importancia de la variabilidad espacial de la lluvia trascolada ha sido puesta de manifiesto por diversos autores. Eschner (1967), resalta la importancia de la variabilidad espacial de la trascolación en la distribución de la humedad del suelo. Durocher (1990), dice que la variabilidad espacial de la trascolación tiene un papel muy importante en la heterogeneidad de la humedad del suelo a pequeña escala, pero también, en la respuesta hidrológica de las cuencas forestadas a escala de ladera. Ford & Deans (1978), concluyen que la distribución de la trascolación en el suelo es paralela a la distribución de las raíces finas. Gesper & Holowaychuck (1970, 1971), dicen que la separación de la precipitación neta en trascolación como flujo disperso, y la escorrentía cortical como flujo concentrado, influye en la variabilidad espacial de las propiedades físicas y químicas de los suelos forestales

Además, la cubierta vegetal genera una nueva distribución del tamaño de las gotas de lluvia y algunos autores han resaltado la importancia de este aspecto en la variabilidad de la energía cinética del impacto de la gotas de trascolación (Chapman, 1948; Williamson, 1981; Mosley, 1982; Vis, 1986)

OBJETIVOS Y ÁREA DE ESTUDIO

El objetivo fundamental de este trabajo es comprobar, por un lado, si la interceptación de la lluvia por las cubiertas vegetales, produce una heterogeneidad espacial de la lluvia que alcanza el suelo, suficientemente importante como para poder provocar cambios en las propiedades físicas y químicas de los suelos cubiertos. Por otro lado, se intenta averiguar la posible influencia de la dirección del viento y la pendiente de la ladera en dicha distribución espacial. La posible influencia de la velocidad del viento no puede concretarse, pues el rango de velocidades medias durante los episodios en los cuatro años es muy pequeño (entre 5 y 15 Km/h)

El estudio se ha llevado a cabo en el Campo experimental de “El Ardal” situado en la Cuenca de Mula (Murcia), instrumentalizado en 1989 por el área de Geografía Física de la Universidad de Murcia para el seguimiento de los procesos de erosión y de las relaciones clima-planta-suelo (ICONA, 1996)

El área de experimentación está situada a unos 550 m de altitud, en una pequeña loma con orientación Norte. La precipitación media anual está en torno a los 250 mm, aunque con acusadas variaciones mensuales e interanuales. La formación vegetal predominante es el matorral, compuesto mayoritariamente por arbustos y gramíneas perennes, siendo Rosmarinus officinalis y Brachypodium retusum, las especies más representativas; a estas se suman otras como Juniperus oxycedrus, Rhamnus lycioides, Thymus vulgaris y de forma aislada Pinus halepensis

METODOLOGÍA

La experiencia se ha realizado durante cuatro años, en el periodo comprendido entre enero de 1992 y diciembre de 1995. La precipitación fue de 356 mm en 1992, 265 mm en 1993, 184 mm en 1994 y 117 mm en 1995, es decir dos años “normales” (92 y 93) con precipitación muy próxima a la media de este área, y dos años secos (94 y 95)

El muestreo de la lluvia trascolada se llevó a cabo mediante una red de pluviómetros, colocados en disposición radial, bajo la cubierta de un pino situado en una pequeña ladera con orientación N y una pendiente media del 20% (figura 1). La escorrentía cortical se midió a través de un dispositivo de tipo “collar” colocado en el tronco a 130 cm del suelo (Belmonte Serrato & Romero Díaz, 1993). Tanto los valores de trascolación como los de escorrentía cortical, están dados en mm

El análisis se centra en la interpolación de los datos de trascolación obtenidos en la red de pluviómetros. Los datos se han tratado con SURFER V. 5.01 (Surface Mapping System), programa que utiliza varios métodos de interpolación con los que elabora mapas de isovalores y establece las isolíneas que separan los intervalos correspondientes

La interpolación se ha hecho mediante kigreage lineal. La ventaja de este método está en que los mapas de isolíneas de trascolación obtenidos mediante krigeage, son algo más homogéneos y reales que los que se obtienen mediante estimación poligonal en el que se da a cada bloque o cuadrícula el valor de la muestra que contiene. El, krigeage, sin embargo, hace una ponderación de los valores que siempre supone un decremento en el peso del dato con la distancia. De todas formas, las diferencias son, en cualquier caso, pequeñas, por ello, el promedio de trascolación se obtuvo por simple media aritmética de los valores centrales de cada bloque o cuadrícula, es decir, los valores de trascolación obtenidos en los pluviómetros

Figura 1: Mapa de situación de la parcela y disposición de los pluviómetros

La disposición radial de los pluviómetros, pensada inicialmente para facilitar la elaboración de balances diametrales de trascolación, dificultó mucho la introducción de los datos en el programa informático. Para que el programa informático con el que se ha trabajado pudiera elaborar los mapas de isolíneas de trascolación, se podían hacer dos cosas: la primera, convertir la malla radial en una malla rectangular “regular”, con lo que los pluviómetros de las diagonales sufrirían un desplazamiento de su posición original aumentando ligeramente la distancia entre ellos; y la segunda, georeferenciar cada pluviómetro y crear una malla rectangular “irregular”, en la que todos los pluviómetros mantendrían su posición original. Pero puesto que en ambos casos, el resultado es muy parecido, pues el desplazamiento de los pluviómetros diagonales es muy pequeño y dado que la segunda opción requería un esfuerzo mayor, debido a que el almacenamiento inicial de los datos permitía una transformación más rápida en una maya rectangular regular, se optó finalmente por la primera opción (figura 2)

De cualquier modo, el objetivo no ha sido hacer un análisis geoestadístico de la distribución espacial de la lluvia trascolada. Sino únicamente elaborar los mapas de isolíneas de trascolación para comprobar si existen grandes diferencias en la distribución espacial de la lluvia que alcanza el suelo, y los posibles efectos de la dirección del viento y la pendiente de la ladera en esas diferencias

Figura 2: Mapa de cobertura y disposición de los pluviómetros ordenados en una malla rectangular regular

RESULTADOS

a) Balance hídrico

El balance hídrico de interceptación bajo la cobertura estudiada, da unas pérdidas anuales que oscilan entre el 26 y el 28% de la lluvia incidente en los tres primeros años, elevándose hasta el 38% en 1995, precisamente el año más seco. Esto supone que la lluvia efectiva o lluvia neta, alcanza poco más del 70% de la precipitación en los tres primeros años, y sólo el 62% en 1995, es decir que la precipitación efectiva que llega al suelo en 1995 es de unos 73 mm. El aumento del porcentaje de interceptación en 1995 viene determinado por un brusco descenso del volumen de precipitación por episodio, que se sitúa en torno a los 4.5 mm y ocasiona que una gran parte de la precipitación quede almacenada en la cubierta desde donde es devuelta a la atmósfera tras la lluvia (Belmonte Serrato, 1997)

Tabla 1: Balance hídrico anual de interceptación Prec. (mm)

b) Distribución espacial de la trascolación

rencias espaciales de distribución de los flujos hídricos, principalmente el flujo de trascolación, pues la escorrentía cortical se concentra en una pequeña área en torno a la base del tronco

años de muestreo, se ve mucho más influenciada por la estructura de la cubierta, que por la dirección predominante del viento y por la pendiente de la ladera

Los promedios anuales de lluvia neta en el área cubierta, esconden importantes dife- La distribución espacial de la trascolación en la parcela a lo largo de los cuatro En el mapa de isolíneas de trascolación de 1992 (figura 3), se aprecia que en las direcciones N, NE y E, es decir, en el lado de la cubierta enfrentado a las direcciones predominantes del viento durante las lluvias, la trascolación supera ampliamente la precipitación incidente, llegando a un 120%. Por el contrario, en el lado opuesto, la trascolación oscila entre el 50% y el 70% de la precipitación incidente

La razón de estas diferencias puede estar en el hecho de que en las partes externas enfrentadas al viento, se produce una saturación más rápida de la cubierta, que supone un inicio, también más rápido de la trascolación. Al mismo tiempo, el balanceo de las ramas por el viento, probablemente más importante en el lado enfrentado al mismo, produce descargas de parte de la lluvia almacenada haciendo que el goteo sea más intenso en esta área

Al efecto de la dirección predominante del viento durante los episodios, hay que sumar también el correspondiente a la pendiente de la ladera donde se encuentra situado el pino. La pendiente de la ladera hace que en la mitad norte, el espacio entre la cubierta y el suelo sea mayor que en la mitad sur, lo que permite que con direcciones predominantes del N, NE e incluso del E, la lluvia directa afecte a parte de la superficie cubierta, en donde se suma a la trascolación y lleva a diferencias de más del 50% en la lluvia que alcanza el suelo entre ambas partes

Figura 3: Mapas de isolíneas de trascolación en mm y en porcentaje sobre el total

de precipitación incidente en 1992

En 1993, la situación es muy similar a la de 1992 (figura 4). En este caso, aumenta el área de máxima trascolación en el N y el E de la parcela, y la trascolación en algunos puntos en la dirección NE, sigue alcanzando un 120% de la precipitación incidente. Por el contrario, en la parte S y SW, aumenta el área de mínima trascolación, lo que parece acrecentar las diferencias entre ambos sectores de la parcela

Es necesario mencionar que el área de valores mínimos que se sitúa en torno al tronco, corresponde al valor de escorrentía cortical. Este valor introducido en la cuadrícula correspondiente al tronco, es el valor absoluto de escorrentía cortical (en litros o en mm asumiendo un área de distribución en torno al tronco de 1 m2)

Figura 4: Mapas de isolíneas de trascolación en mm y en porcentaje

 sobre el total de precipitación incidente en 1993

En 1994, la distribución de la trascolación cambia respecto de los dos años anteriores (figura 5). En este año, el cambio en las direcciones predominantes del viento, hace que se genere un área de máxima trascolación en la parte S y SW de la parcela, mientras que el área N, NE y E, aunque se mantiene todavía como área de trascolación elevada, no alcanza los valores de los dos años anteriores

Figura 5: Mapas de isolíneas de trascolación en mm y en porcentaje sobre

el total de precipitación incidente en 1994

En cualquier caso, no es de extrañar que se mantenga un área de elevada trascolación en el cuadrante NE de la parcela, pues este sector también se ve afectado por el predominio de la dirección ESE durante 1994, al que hay que sumar el ya comentado efecto de la pendiente de la ladera

El área de mínima trascolación pasa a ser la afectada por el eje NW-SE, a pesar de que el SE es uno de los bordes enfrentados a la dirección predominante del viento, es probable que las ramas enfrentadas al viento en este sector, hayan estado siendo balanceadas hacia el SW, descargando en él la mayor parte de la trascolación

El punto de máxima trascolación que se sitúa inmediatamente al S del tronco, con una trascolación un de 40% superior a la precipitación incidente, puede ser un pluviómetro afectado por el goteo desde alguna rama. El hecho de que aparezca en 1994 y no en los dos años anteriores, puede deberse al gran aumento de trascolación en este sector debido al cambio en las direcciones predominantes del viento

Durante 1995, el descenso en el promedio de precipitación por episodio, provoca una disminución en los porcentajes de trascolación. En este año, en ningún punto de la parcela, la trascolación supera a la precipitación incidente, ni siquiera allí donde se suma a la lluvia directa, en donde sólo alcanza entre el 85% y el 100% de la precipitación incidente (figura 6)

Aunque se mantiene un sector de mayor trascolación en la parte central al SW del tronco, esta se ha reducido considerablemente con respecto a 1994, y ha desaparecido el goteo intenso que sufrió el pluviómetro al S del tronco

diente que la dirección del viento, se observa una mayor homogeneización de la distribución espacial de la trascolación que se debe al aumento de trascolación libre, como consecuencia de la disminución de la biomasa por efecto de la sequía

ción en el cuadrante NE de la parcela, en donde se alcanza entre el 90% y el 110% sobre el total de precipitación incidente, mientras que en el lado opuesto (cuadrante SW), la trascolación oscila entre el 50% y el 70% (figura 7)

Si se exceptúa el cuadrante NE, mucho más afectado por el efecto de la pen- En el conjunto de los cuatro años, se aprecia una concentración de la trascola- La concentración de la trascolación en el cuadrante NE de la parcela se explica por las dos razones expuestas anteriormente: en primer lugar, el efecto de borde, a consecuencia de ser el lado enfrentado a las direcciones predominantes del viento durante los episodios, lleva a una saturación más rápida de la cubierta en esta parte y a un rápido inicio de la trascolación. En segundo lugar, el efecto de la pendiente, que permite, como consecuencia de la inclinación de la lluvia por efecto del viento y la mayor distancia entre la cubierta y el suelo, la suma de lluvia directa y trascolación

Figura 6: Mapas de isolíneas de trascolación en mm y en porcentaje

 sobre el total de precipitación incidente en 1995

Sin embargo, en el cuadrante SW, estos dos factores juegan totalmente en contra de la llegada de trascolación al suelo. La consecuencia es una marcada diferencia entre la mitad NE y la mitad SW de la superficie cubierta por el pino

Figura 7: Mapas de isolíneas de trascolación en mm y en porcentaje sobre el total de precipitación incidente para la suma de los cuatro años

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

 Las pérdidas por interceptación en el área muestreada, oscilan entre el 26 y el 28% de la lluvia incidente en años pluviometricamente normales o ligeramente secos, pero puede alcanzar valores cercanos al 40% en años secos con bajos promedios de precipitación por episodio

El análisis de la distribución espacial de la trascolación en varias parcelas durante los cuatro años de muestreo, ha puesto de manifiesto que se producen importantes variaciones espaciales en la cantidad de lluvia que alcanza el suelo en distintos sectores dentro de una misma parcela

Las diferencias entre sectores de máxima y mínima trascolación, pueden ser superiores al 100%. Bajo cubiertas de pino se aprecia claramente lo que puede llamarse “efecto de borde”, que implica que en la parte externa de la superficie cubierta enfrentada al viento, debido a una saturación más rápida de la cubierta, la trascolación se inicia antes, acentuando el goteo y provocando un considerable aumento de la cantidad de lluvia que alcanza el suelo

En algunos sectores del área cubierta, la cantidad de lluvia que alcanza el suelo puede ser muy superior a la precipitación incidente, alcanzando valores de incluso un 150%. Esto sucede cuando al “efecto de borde” se suma el efecto de la pendiente, es decir, cuando la lluvia, inclinada por efecto del viento, penetra en el interior del área cubierta y se suma a la trascolación

Las marcadas diferencias que se producen en la cantidad de agua que alcanza el suelo entre unas áreas y otras, tiene que afectar, necesariamente, a las propiedades tanto físicas como químicas de los suelos. Por otra parte, la saturación más rápida de los sectores que reciben más agua, supone un inicio más rápido de la escorrentía superficial, lo que puede llevar al establecimiento de áreas preferenciales de inicio de procesos de erosión hídrica

Por otro lado, se producen también diferencias en el contenido de humedad entre unos sectores y otros. La cantidad de humedad, así como su evolución espaciotemporal, van a incidir de manera decisiva en la erosionabilidad, la estabilidad de agregados, la compactación del suelo, etc (Martínez Fernández, 1992). Se producen, además, diferencias en la velocidad de secado, que conduce a que en el siguiente episodio de lluvia, el contenido de humedad previo, sea diferente entre unos sectores y otros los cuales presentarán diferentes grados de susceptibilidad a la erosión, como consecuencia del goteo desde la cubierta, ya que la resistencia de los agregados ante el impacto de las gotas de lluvia depende de su grado de humedad. Además, un suelo con abundante humedad cuando se produce la lluvia va a provocar una más rápida y abundante escorrentía, al mismo tiempo que si está seco presentará una menor resistencia a la erosión (Holy, 1980)

La distribución espacial de la humedad en el suelo como consecuencia de la trascolación, puede afectar también a la distribución de las raíces, fundamentalmente las raíces finas, las cuales tenderán a concentrarse en los sectores más húmedos. Este efecto, se ve intensificado en los matorrales, en los que entre un 30% y un 60% de la lluvia neta, alcanza el suelo como flujo concentrado en una zona muy reducida alrededor del tronco

Otro de los aspectos que se derivan de la distribución espacial de la trascolación es el relacionado con el “efecto de borde” que sumado al efecto de la pendiente, puede tener consecuencias negativas muy importantes en la conservación de los taludes de las terrazas en repoblaciones forestales, pues cuando los pinos alcanzan una cobertura superior a la anchura de la terraza, el efecto de borde afecta al talud, en donde puede llegar un volumen de agua muy superior al de la precipitación. Ello, puede conducir a una aceleración de la rotura y acarcavamiento de los taludes y, en consecuencia, a una aceleración de la degradación de la ladera

En definitiva, se puede decir que las variaciones en la distribución espacial de la lluvia neta bajo cobertura de pino, son suficientemente importantes como para justificar la necesidad de acometer nuevos estudios encaminados a demostrar feacientemente su implicación en aspectos tales como las variaciones espaciales de las propiedades físicas y químicas de los suelos cubiertos, el establecimiento de líneas preferenciales de flujo de escorrentía superficial, en el acarcavamiento y degradación de los taludes en terrazas de repoblación, e incluso en el patrón de distribución del sotobosque, o la distribución espacial del éxito de germinación de semillas en suelos forestales, etc

AGRADECIMIENTOS

Investigación en el marco de los proyectos: MEDALUS (Mediterranean Desertification and Land Use). Contrato nº ENV4-CT95-0119 (DG-XII-DTEE), financiado por la Unión Europea (1991-1998) y el AGF95-0635, financiado por la CICYT en el marco del Plan Nacional de I+D (1995-1998). Los autores expresan su agradecimiento

REFERENCIAS

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