[article pii="nd" doctopic="oa" language="es" ccode="conicyt" status="1" version="4.0" type="gra tab" order="10" seccode="cds010" sponsor="nd" stitle="Cienc. suelo" volid="34" issueno="1" dateiso="20160600" fpage="105" lpage="111" issn="1850-2067"]TRABAJOS
[front][titlegrp][title language="es"]Erosión y escorrentía en respuesta a lluvias simuladas e incendios en bosques secos de montaña[/title][/titlegrp]
[authgrp][author role="nd" rid="a01"][fname]Andrés[/fname] [surname]Tálamo[/surname][/author]1*; [author role="nd" rid="a02"][fname]Ramiro[/fname] [surname]Bermudez[/surname][/author]2; [author role="nd" rid="a03 a04"][fname]Lucas Alejandro[/fname] [surname]Garibaldi[/surname][/author]3-4 & [author role="nd" rid="a05"][fname]Ana[/fname] [surname]Chavez[/surname][/author][/authgrp]5
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de Bio y Geociencias del NOA - Universidad Nacional de Salta - CONICET[/aff]
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Universidad Nacional de Salta, [country]Argentina[/country][/aff].
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Agroecología"]Grupo
de Investigación en Agroecología (AGRECO), Sede Andina, Universidad Nacional de
Río Negro (UNRN)[/aff].
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Agronomía"]Cátedra
de Manejo y Conservación del Suelo y Topografía, Escuela de Agronomía, Facultad
de Ciencias Naturales, Universidad Nacional de Salta, Argentina[/aff].
*Autor de contacto: andrestalamo@gmail.com
[bibcom][hist]Recibido: [received
dateiso="20150525"]25-05-15[/received]
Recibido con revisiones: [revised dateiso="20150924"]24-09-15[/revised]
Aceptado: [accepted dateiso="20150926"]26-09-15[/accepted][/hist]
RESUMEN
[abstract language="es"]Los incendios forestales podrían aumentar la susceptibilidad del suelo a la erosión hídrica, afectando importantes servicios ambientales. Esto cobra especial interés en paisajes de montaña cercanos a centros urbanos. Por lo tanto, estudiamos cómo varía la tasa de escorrentía y de erosión de suelos en respuesta a la ocurrencia de incendios forestales, a la intensidad de lluvia simulada, a la pendiente y a la humedad del suelo en una serranía de bosques subtropicales estacionales ubicados al este de la ciudad de Salta, Argentina. La tasa de escorrentía aumentó con la intensidad de lluvia simulada, la pendiente y la humedad del suelo, no así con la ocurrencia de incendios. En cambio, la erosión aumentó fuertemente con la ocurrencia de incendios, especialmente a mayor intensidad de lluvia simulada. En particular, la pérdida de suelos fue 21 veces mayor en laderas quemadas (con menor cobertura vegetal) en comparación a las no quemadas (con mayor cobertura vegetal) bajo intensas lluvias. Nuestros resultados aportan evidencia empírica sobre la importancia de las altas intensidades de lluvia en combinación con los incendios forestales.[/abstract]
Palabras clave: [keygrp scheme="nd"][keyword type="m" language="es"]Incendios forestales[/keyword]; [keyword type="m" language="es"]Intensidad de lluvia[/keyword]; [keyword type="m" language="es"]Procesos hidrológicos[/keyword]; [keyword type="m" language="es"]Bosques serranos subtropicales[/keyword][/keygrp].
Soil erosion ans runoff in response to simulated rainfall and wildfires in dry mountain forests
ABSTRACT
[abstract language="en"]Wildfires could enhance soil susceptibility to water erosion, affecting important environmental services, especially in mountain landscapes near urban centers. For this reason, we study runoff and soil erosion in response to occurrence of wildfires, intensity of simulated rain, slope and soil moisture, in a mountain landscape covered by subtropical dry forest, in the east of Salta city, NW Argentina. Runoff rate is increased with the intensity of simulated rain, slope and soil moisture, but not with the occurrence of wildfire. However, soil erosion increased strongly with the occurrence of wildfires, especially at greater intensities of simulated rain. Soil loss in burned sites was 21 times higher compared with unburned ones, under heavy simulated rain. Our results provide empirical evidence about soil erosion risks when high intensity rains occur in recently burned hillsides with low vegetation cover.[/abstract]
Key words: [keygrp scheme="nd"][keyword type="m" language="en"]Dry mountain forests[/keyword]; [keyword type="m" language="en"]Hydrological processes[/keyword]; [keyword type="m" language="en"]Rain intensities[/keyword], [keyword type="m" language="en"]wildfire[/keyword][/keygrp][/bibcom].[/front]
[body]INTRODUCCIÓN
El fuego puede modificar no solo la
estructura y composición de muchos ecosistemas tropicales y subtropicales, sino
también su funcionamiento (Bond & Wilgen, 1996). Un aspecto importante del
fuego y relativamente poco estudiado en ecosistemas boscosos de montaña, es su
posible influencia sobre los procesos hidrológicos del suelo (infiltración,
escorrentía, erosión del suelo) (Moody et al., 2013). En épocas y bosques
en donde los incendios fores- tales son frecuentes, cobra especial importancia
comprender las posibles respuestas hidrológicas del suelo luego de la
ocurrencia de incendios forestales, ya que podrían verse afectados algunos
servicios ambientales (Cawson et al., 2012).
El efecto del fuego sobre los procesos hidrológicos puede depender de la
combinación del fuego con varios factores. Por un lado, las condiciones
climáticas, principalmente las lluvias, serían un factor determinante de los
efectos post-incendios (Moody et al., 2013). Un fuego con una severidad
constante puede generar diferentes magnitudes de escorrentía y erosión
dependiendo de la intensidad de las lluvias (Cawson et al., 2012). Por
otro lado, las características del terreno, como la pendiente, la cobertura de
vegetación, hojarasca y cenizas, el tipo de suelo (Sensoy & Kara, 2013) y
el régimen de fuego (Cawson et al., 2012; Cawson et al., 2013;
Moody et al., 2013) también son factores a considerar. Sorpresivamente,
no conocemos estudios que hayan abordado simultáneamente la intensidad de las
lluvias, la pendiente del terreno, la humedad del suelo pre-lluvia y la
cobertura del suelo post-incendio. Comprender la relación entre los incendios
forestales y los factores mencionados, sería fundamental para evaluar la
magnitud de los riesgos asociados a la pérdida de cobertura vegetal por
incendios forestales.
La relación fuego-procesos hidrológicos del suelo ha sido estudiada en
diferentes bosques secos del mundo (Cheney et al., 2012; McCaw et al.,
2012; Zumbrunnen et al., 2012; Ehrensperger et al., 2013;
Kodandapani, 2013), sin embargo, los bosques secos de montaña en Latinoamérica
han recibido escasa o nula atención. Los bosques secos ubicados en serranías
del noroeste de la Argentina, han sufrido en los últimos años incendios
forestales frecuentes que afectaron la cobertura vegetal de las laderas (SADS
2014). Surge la inquietud de conocer si los efectos del fuego dependerán de la
intensidad de las lluvias y de otros factores como la pendiente del terreno, la
humedad del suelo y su cobertura post-incendio. En este estudio, planteamos la
hipótesis de que los incendios forestales, al dejar desprotegidas las laderas,
afectarán los procesos hidrológicos del suelo. Esperamos encontrar un aumento
de la escorrentía y la erosión en combinación con diferentes intensidades de
lluvia, evidenciándose efectos interactivos entre ambos factores: mayor efecto
a intensidades elevadas de lluvia en laderas quemadas (Cawson et al., 2012).
Además, los procesos hidrológicos podrán ser más afectados en sectores con
pendientes pronunciadas, con suelos saturados de humedad antes de las lluvias y
con baja cobertura del suelo. Para poner a prueba estas predicciones,
realizamos un experimento de campo con el objetivo de evaluar el efecto de
diferentes intensidades de lluvia, del estado de laderas (quemadas naturalmente
y no quemadas), de la pendiente, de la humedad del suelo y de la cobertura del
suelo sobre la escorrentía y erosión de suelo, en laderas de bosques secos de
montaña ubicados en la provincia de Salta, noroeste de la Argentina.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El área de estudio
se encuentra ubicada en la provincia de Salta (departamento Capital), sobre las
laderas de la Serranía de Mojotoro con exposición al Valle de Lerma. Se emplaza
en una superficie aproximadamente de 760 hectáreas distribuidas en una faja de laderas de exposición oeste, entre los extremos 24º
41´16,8" y los 24º 48´32,4" S. El 7,5% (57 hectáreas) del área de estudio corresponde a zonas afectadas por incendios ocurridos en los meses
de invierno del 2012. La formación vegetal corresponde a un Bosque Seco
Subtropical cuyo estrato arbóreo está formado por Anadenanthera colubrina,
Tipuana tipu, Handroanthus impetiginosus, Schinus areira, Ceiba
chodatii, Trichocereus terscheckii, entre otros. Entre las plantas
herbáceas predominan Paspalum commune, Setaria parviflora, Nassella
neesiana, entre otras (Novara, 1985). El clima es Subtropical Serrano con
estación seca. La temperatura media es de 21 °C en enero y de 11 °C en julio. La precipitación media anual es de 600-800 mm, con veranos lluviosos e inviernos secos (Bianchi & Yánez, 1992). El suelo es Hapludol fluvéntico, de textura
franca, con bloques subangulares medios a finos y presencia de raíces
(Castrillo et al., 2009).
Diseño experimental
El experimento se
realizó durante noviembre de 2012, antes de la ocurrencia de las lluvias de
verano. Los factores evaluados fueron el Estado de la ladera (quemada y
no quemada) y la Intensidad de lluvia simulada (75, 110 y 145 mm h-1). Las intensidades utilizadas se corresponden a eventos de lluvia de baja,
media y alta intensidad para el área de estudio, respectivamente (Bianchi &
Yánez, 1992). Mediante un Diseño en Bloques Completos al Azar con parcelas
divididas, seleccionamos 6 sectores (bloques) en diferentes laderas de la
Serranía San Bernardo - Mojotoro, cada bloque abarcando una porción quemada y
otra no quemada (parcelas mayores). Dentro de cada parcela mayor, se aplicaron
los 3 niveles del factor Intensidad de lluvia simulada en una subparcela de 32,5 cm x 32,5 cm. Paralelamente, en cada subparcela registramos otras variables cuantitativas para
ser incluidas en el modelo como co-variables (pendiente, humedad del suelo
pre-simulación y cobertura del suelo pre-simulación). Las variables de
respuesta fueron la tasa de escorrentía (% de agua recolecta-da del total de
agua adicionado) y la erosión del suelo (g de se-dimentos ha-1
evento de 20 minutos-1).
Simulación de lluvias
Los simuladores de
lluvia son equipos diseñados con la finalidad de aplicar agua en forma similar
a la lluvia natural y bajo condiciones controladas. En este trabajo utilizamos
un simulador siguiendo los modelos propuestos por Rostagno & Garayzar
(1995) y Cobo Quintero & Amézquita Collazos (1999). Para obtener los
niveles de intensidad de lluvia experimentados (75, 110 y 145 mm h-1) realizamos la simulación de lluvia con volúmenes de 2636,74, 3867,20 y 5097,67
cm3 por eventos de 20 minutos de duración. La simulación se realizó
sobre una parcela delimitada por un marco metálico de 10 cm de alto, instalada en el suelo en el sentido de la pendiente. La parcela en su parte baja
presenta un pequeño canal que recibe el agua no infiltrada en el suelo que es
recuperada por gravedad y constituye el escurrimiento superficial (Rostagno
& Garayzar, 1995). Para determinar la masa del material removido por las
lluvias simuladas fue necesario primero evaporar el agua de los escurrimientos
superficiales recogidos para separar la fase sólida de la líquida. Los
materiales resultantes fueron pesados en una balanza electrónica en
laboratorio.
Análisis de datos
Estimamos dos
modelos lineales generales de efectos mixtos, uno con escorrentía y otro con
erosión del suelo como variable dependiente, para evaluar el efecto fijo de la
intensidad de lluvia simulada (variable categórica con tres niveles: 75, 110 y 145 mm h-1), del estado de la ladera (variable categórica con dos niveles: quemadas
naturalmente y no quemadas) y de la interacción entre la intensidad de lluvia y
el estado de la ladera. Los modelos también incluyeron como variables
predictoras cuantitativas a la pendiente y a la humedad del suelo previo a las
simulaciones. Ambos modelos consideraron al bloque como factor aleatorio y
tuvieron en cuenta la estructura anidada de los factores
(Bloque<Ladera<Intensidad). Las variables analizadas cumplieron con los
supuestos de distribución normal y de homogeneidad de varianzas. La inferencia
estadística fue realizada a partir de análisis de la varianza (ANOVA). Todos
los análisis fueron realizados en el ambiente de programación R (R Development
Core Team, 2012), con el paquete nlme (Pinheiro et al., 2012). Las
laderas quemadas presentaron menor cobertura del suelo que las laderas no
quemadas (Tabla 1), por lo que las diferencias entre
laderas quemadas y no quemadas podrían reflejar un efecto mediado a través de
cambios en la cobertura del suelo, entre otros aspectos. Debido a la alta
variabilidad que caracteriza a los estudios de campo y a que consideramos que
sería mucho más riesgoso cometer un error de tipo II (concluir que no existen
efectos cuando en realidad sí existen) que cometer un error de tipo I,
trabajamos con un nivel de significación del 10%.
Tabla 1. Descripción de las laderas quemadas
y no quemadas en cuanto a su pendiente (%), humedad del suelo (%) y cobertura
vegetal del suelo (%). E.E.: error estándar de la media muestral.
Table 1. Slope (%), soil moisture (%) and ground cover (%) in burned and
unburned hillsides. E.E.:
standard error of the mean.
RESULTADOS
Descripción general de laderas quemadas y
no quemadas
Las laderas no quemadas tuvieron el
suelo cubierto casi en su totalidad por una capa (5-7 cm) de hojarasca y ramas de pequeño calibre de Tipuana tipu (Benth.) Kuntze y Anadenanthera
colubrina (Vell.) Brenan. Por el contrario, las laderas quemadas tuvieron
un suelo prácticamente desnudo presentando una capa de cenizas de 0,5 a 1,5 cm de espesor (Tabla 1).
La tasa de escorrentía promedio para todas las laderas quemadas fue de 14,23% ±
2,43 (media ± EE; n=18), y para las laderas no quemadas fue de 16,70% ± 2,61.
Por otro lado, la erosión promedio en 20 minutos de simulación fue de 54,35 g m-2 (± 12,84; n=18) en las laderas quemadas, y de 6,90 g m-2 (± 3,01; n=18) en las laderas no quemadas.
Efecto de factores y covariables
No encontramos evidencias para
afirmar que la tasa de escorrentía dependa del estado de la ladera, pero sí
observamos una mayor tasa de escorrentía a mayor intensidad de lluvia simulada,
independientemente del estado de la ladera (interacción no significativa) (Tabla 2; Fig. 1a). Además, la escorrentía
se relacionó positivamente con la pendiente y con la humedad del suelo
pre-simulación (Tabla 2; Fig. 2).
Tabla 2. Efectos de los factores estado de la
ladera (Ladera), intensidad de lluvias simuladas y su interacción, y de la
pendiente y humedad del suelo sobre la escorrentía y la erosión del suelo. Para
cada fuente de variación (FV) se muestran los grados de libertad del numerador
(gl num) y denominador (gl den), los valores del estadístico F de Snedecor, y
los valores de probabilidad. El nivel de significación fijado fue 0,10 (ver
métodos).
Table 2. Effects of hillside’s state (Ladera), simulated rainfall
intensity (Intensidad) their interaction, slope (Pendiente) and soil moisture
(Humedad) on runoff and soil erosion. For each source of variation (FV) we show the
numerator and denominator degrees of freedom (gl num and gl den), F Snedecor
value and its probability. The significance level was 0.10 (see methods).
Figura 1. Tasa de escorrentía (a) y erosión
del suelo (b) en función de la intensidad de lluvia simulada y del estado de la
ladera (quemada o no quemada). Se muestra la media aritmética+1 error estándar (n=6).
Figure 1. Runoff (a) and soil erosion (b) in relation to simulated
rainfall intensity and hillside’s state (burned or unburned). Mean+1 SE are shown (n=6).
Figura 2. Tasa de escorrentía en función de la
pendiente de la ladera y de la humedad del suelo pre-simulación.
Figure 2. Runoff in relation to slope and soil moisture.
La erosión dependió significativamente del estado de la ladera en interacción con la intensidad de lluvia (Tabla 2), perdiéndose una mayor cantidad de suelo cuando se simuló la lluvia con mayor intensidad. A intensidades de lluvia simulada de 75 mm y 110 mm, se perdió respectivamente 3 y 5 veces más suelo en laderas quemadas en comparación a las no quemadas, mientras que con una intensidad de 145 mm, en las laderas quemadas se perdió 21 veces más suelo (Fig. 1b). No detectamos evidencias de relación lineal entre la erosión con la pendiente ni con la humedad del suelo pre-simulación (Tabla 2; Fig. 3).
Figura 3. Erosión del suelo en función de la
pendiente de la ladera y de la humedad del suelo pre-simulación.
Figure 3.
Soil
erosion in relation to slope and soil moisture.
DISCUSIÓN
Los incendios forestales al dejar el suelo desprotegido,
pueden ocasionar que el efecto de las lluvias sea más evidente, teniendo
implicancias en la modificación de los procesos hidrológicos del suelo. En las
laderas del bosque seco montañoso del noroeste argentino, nuestros resultados
experimentales sugieren que la intensidad de lluvia simulada en los niveles
experimentados afectó positivamente tanto la escorrentía como la pérdida de
suelos. Por otro lado, la pérdida de cobertura vegetal producto de los
incendios forestales fue un factor relevante en determinar la gran erosión del
suelo, más aún a intensidades elevadas de lluvia.
Si bien las tendencias en la escorrentía siguieron parcialmente lo propuesto en
nuestras predicciones en relación a los incendios, las mismas no fueron lo
suficientemente marcadas como para detectar efectos significativos. La tasa de
escorrentía (calculada como porcentaje de agua escurrida del volumen de agua
adicionado) no dependió estadísticamente del estado de la ladera, ni tampoco
hubo un efecto interactivo entre ambos factores estudiados (estado de la ladera
e intensidad de lluvia). Si bien, generalmente se considera que el fuego
disminuye la capacidad infiltración del suelo, y por lo tanto, aumenta la
escorrentía, los resultados de diferentes estudios muestran que las respuestas
son muy variables, dependiendo principalmente del tipo de suelo y de la
intensidad del incendio a nivel del suelo (Shakesby & Doerr, 2006). El
principal mecanismo propuesto para explicar la disminución de la infiltración
luego de los incendios es la generación o el aumento de la repelencia al agua
del suelo (DeBano, 2000; Shakesby& Doerr, 2006). Por tal razón, se puede
proponer como posible explicación de nuestro resultado que la temperatura
alcanzada por los incendios en los suelos estudiados no fue lo suficientemente
elevada como para afectar significativamente la capacidad de repelencia al agua
del suelo. La elevada heterogeneidad espacial y temporal de los efectos del
fuego, fundamentalmente en estudios de campo sobre laderas con diferentes pendientes
y exposiciones, hacen difícil una predicción precisa de la infiltración (y de
la escorrentía) luego de la ocurrencia de incendios forestales (Doerr &
Moody, 2004; Shakesby & Doerr, 2006). Por otro lado, la tasa de escorrentía
sí dependió de la intensidad de lluvia simulada, encontrándose una mayor
escorrentía a mayor intensidad, independientemente del estado de la ladera
(interacción no significativa). También la pendiente y la humedad del suelo
modificaron positivamente la tasa de escorrentía. La mayoría de los estudios
sobre estos temas, investigaron los efectos de solo uno o dos factores sobre
las variables de respuesta como la infiltración, y son escasos los ejemplos de
estudios multifactoriales. Por ejemplo, Huang et al. (2013) estudiaron
los efectos simultáneos de la cobertura de la vegetación, de la intensidad de
las lluvias y de la pendiente sobre la infiltración. En concordancia con
nuestros resultados (interpretando el % de escorrentía como el complemento del
% de infiltración), la infiltración dependió negativamente de la intensidad de
lluvia y de la pendiente. Sin embargo, el factor que más influyó en la
infiltración fue la cobertura del suelo (Huang et al., 2013), a
diferencia de nuestros resultados en donde la cobertura vegetal, afectada por
los incendios, no influyó en el porcentaje de escorrentía. Una posible
explicación a esta respuesta diferente es que la cobertura del suelo estudiada
por Huang et al. (2013) correspondió a diferentes coberturas naturales
encontradas en su área de estudio, mientras que en nuestro trabajo la
diferencia de cobertura se debió a una perturbación como es el caso de los
incendios forestales.
La intensidad de los incendios ocurridos pocos meses antes del estudio provocó
la pérdida del estrato herbáceo, de la capa de hojarasca del suelo y del
horizonte orgánico, modificando posiblemente algunas características del suelo
como su agregación y estabilidad de los agregados (Larsen et al., 2009;
Llovet et al., 2009; Jordán et al., 2011; Mataix-Solera et al.,
2011; Morales et al., 2013). Estas modificaciones podrían ser la causa
de que en las laderas quemadas hayamos registrado una tasa de pérdida de suelo
superiores a las encontradas en las laderas no quemadas. Sin embargo, el efecto
de los incendios no puede analizarse aisladamente, porque, apoyando
parcialmente nuestras predicciones, encontramos un efecto interactivo entre la
intensidad de lluvia simulada y el estado de la ladera sobre una sola de las
variables de respuesta consideradas (erosión). La ocurrencia de incendios en
las laderas incrementó la pérdida de suelos en todas las intensidades de lluvia
simuladas, pero la pérdida de suelo se incrementó significativamente con la
máxima intensidad simulada (Fig. 1b). Dado que no conocemos
otros trabajos que hayan combinado experimentalmente ambos factores (fuego e
intensidad de lluvia), no podemos evaluar si nuestros hallazgos son comunes a
otros ambientes, aunque dicha relación de dependencia ya fue mencionada por
Cawson et al. (2012).
Existen muchos antecedentes en ecosistemas mediterráneos europeos (ver revisión
en Shakesby, 2011), pocos en bosques andino-patagónicos (Morales et al.,
2013), y hasta la fecha no conocemos estudios en bosques secos de montaña
latinoamericanos que estudien la respuesta hidrológica y la pérdida de suelo en
respuesta a la lluvia post-incendio. Dado la creciente presión antropogénica a
la cual estos bosques están siendo sometidos en los últimos años
(Portillo-Quintero & Sanchez-Azofeifa, 2010) y debido a los potenciales
riesgos que existen al perder la cobertura vegetal de las laderas, más aún en
zonas cercanas a centros poblados y con pendientes pronunciadas, recomendamos
enfáticamente investigar la efectividad de potenciales tratamientos de control
de erosión (e.g. aumentando la cobertura del suelo) en sectores
incendiados y con pendientes pronunciadas.[/body]
[back]AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Subsecretario de Prevención y Emergencias del municipio capitalino (G Galíndez) por el apoyo logístico brindado. A la Subsecretaría de saneamiento Ambiental, Secretaría de Ambiente y Servicios Públicos Municipalidad de Salta (S Pontussi), por su apoyo, ideas, recomendaciones y gestión. A FL Ferreyra, AG Resina, G López, ML Aguilera y CNV Cabrera por su valioso apoyo en las diversas tareas de campo. A P Kirschbaum por su asesoramiento y recomendaciones en temas geológicos. Por último, agradecemos a J Llovet, a MG Wilson y a dos revisores anónimos por su valiosos comentarios realizados en una versión previa del manuscrito.
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