Hidrología forestal, mitos y evidencias - Ecología y...
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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aportaciones aportaciones
-Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque
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-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)
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-Paradigma nuevo (experimental): Recursos hídricos <> bosque
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0 500 1000 1500 2000
Precipitacion (mm)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
(Et b
osq
ue
- E
t hie
rba
) / 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
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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.
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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?
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El bosque aumenta la escorrentía?
NO, la disminuye
Excepciones (muy raras):
- Precipitación oculta
- Bosques muy viejos
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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
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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
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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
So
il w
ate
r co
nte
nt
(cm
3cm
-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
So
il m
ois
ture
(%
), R
ain
fall (
mm
)
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?
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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 con carácter 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?
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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0 400 800 1200 1600 2000annual precipitation (mm)
0
20
40
60
80
100
%
46
0
20
40
60
80
100
Pa
rtic
ión
de
l a
gu
a (
%)
0 400 800 1200 1600 2000Precipitación anual (mm)
Agua azulAgua verde (bosque) o azul (hierba)Agua verdeA
-80
-70
-60
-50
-40
-30
Mo
dific
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n r
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de
l a
gu
a a
zu
l (%
)0 400 800 1200 1600 2000
Precipitación anual (mm)
B
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48
Muchas gracias
