3. La interceptación de la precipitación por las cubiertas vegetales y sus efectos sobre el suelo y los recursos hídricos
Francisco Belmonte Serrato franbel@um.es
Departamento de Geografía, Universidad de Murcia
Resumen
Las cubiertas vegetales, ya sean bosques o matorrales naturales, repoblaciones forestales para explotación silvícola o para la protección del suelo frete a la erosión, o cultivos arbóreos o herbáceos en su máximo periodo vegetativo, desempeñan funciones esenciales para la sostenibilidad ambiental y la lucha contra el cambio climático. En este sentido, son, junto con océanos (el más importante) y los suelos, grandes sumideros de carbono, esenciales para absorber el exceso de carbono que la actividad humana está enviando a la atmósfera. Ejercen una función esencial en la protección de los suelos frente a la erosión, reduciendo, en muchos casos, la energía cinética liberada en el impacto de las gotas de lluvia contra el suelo, causante de la erosión por salpicadura (splash) y que constituye el inicio de la erosión hídrica; actúan como reguladores térmicos, consumiendo en la transpiración calor ambiental que envían a la atmósfera como calor latente de vaporización y, además, favorecen la biodiversidad. Pero también tienen un efecto negativo en la disponibilidad de recursos hídricos, sobre todo en regiones áridas y semiáridas, que deriva de su papel de interceptación y almacenaje temporal de la precipitación, y la evaporación de una parte importante de ella de vuelta a la atmósfera.
Este capítulo aborda ese papel de interceptación de la precipitación por la vegetación y sus efectos en multitud de procesos, especialmente en el balance hídrico, la distribución del agua de lluvia en el suelo, en función de los distintos tipos de cubiertas y el concepto de "óptimo de cobertura", que relaciona la pérdida de agua por interceptación con la pérdida de suelo por erosión.
1. Introducción
En áreas cubiertas de vegetación, no toda la precipitación incidente, es decir, aquella que llega a la parte superior de la cubierta vegetal, ya sea en forma de lluvia o de nieve, alcanza el suelo. Una pequeña parte de la precipitación atraviesa la cubierta vegetal sin ser obstaculizada en su camino al suelo, pero la mayor parte de ese flujo de precipitación es interrumpido o interceptado por el dosel vegetal y queda retenido temporalmente en las hojas, ramas y troncos (Figura 1)
El flujo de precipitación que es interceptado por la vegetación arbustiva y el matorral, acaba fraccionado en tres partes:
(1) Trascolación (throughfall), que es el flujo de goteo o “lluvia” bajo la cubierta (Návar y Bryan, 1990; Belmonte Serrato, 1997; David, et al., 2005), a consecuencia del reagrupamiento de una parte de las gotas de lluvia interceptadas por las hojas, que acaban cayendo con tamaños
considerablemente mayores que los de las gotas de la lluvia incidente y, en muchos casos, con una liberación de energía cinética también mayor al impactar en el suelo, debido al aumento de masa, que compensa la disminución de altura de caída (Roldan Soriano, 2009).
La precipitación "libre", es decir, aquella que llega al suelo bajo la cubierta vegetal sin ser interceptada, y cuyo volumen es muy variable dependiendo de la densidad de cada cubierta vegetal, es casi imposible de contabilizar separada del flujo de trascolación, de modo que se contabilizan conjuntamente.
(2) Escorrentía o flujo cortical (stemflow), que es el flujo que discurre por ramas y tronco, alcanzando el suelo, como flujo concentrado, en puntos concretos del perímetro del tronco (Belmonte Serrato, 1997; Crockford y Richardson , 2000)
(3) Interceptación el agua total retenida (almacenada) por la cubierta vegetal (ver figura 1) y evaporada de vuelta a la atmósfera.
En cubiertas vegetales arbóreas, sin matorral ni herbáceas bajo la cubierta y en matorrales sin herbáceas bajo la cubierta, los dos primeros flujos, constituyen la precipitación que consigue traspasar el dosel vegetal y llegar al suelo como precipitación neta, y la interceptación, constituye una pérdida del agua precipitada, ya que desde la cubierta vegetal se evapora sin llegar al suelo (Figura 2). En cubiertas vegetales arbóreas con sotobosque de matorral, el proceso se multiplica; la trascolación desde la cubierta arbórea, se convierte en la precipitación incidente para el sotobosque de matorral, el cual vuelve a replicar el proceso de
Figura 1. Lluvia retenida por la vegetación (almacenaje)trascolación, flujo cortical, almacenaje y evaporación. Y, si bajo cualquiera de las cubiertas vegetales anteriores hay herbáceas, en estas se vuelve a repetir el proceso. La precipitación final trascolada y escurrida por los troncos, tiene todavía que pasar el último almacén: el mantillo de hojarasca, que también retendrá y, desde ahí se evaporará otra parte de la precipitación (Figura 3).
Figura 2. Proceso de interceptación
3. Esquema
de interceptación en cubiertas vegetales arbóreas con sotobosque de matorral, herbáceas y mantillo de hojarasca
La suma de toda el agua retenida en los distintos estratos del dosel vegetal y evaporada antes de llegar al suelo, se denomina interceptación neta, pérdida por interceptación o simplemente interceptación (Belmonte Serrato, 1997; Groen y Savenije, 2006; Pérez Arellano et al., 2016) y supone una pérdida neta de agua (de lluvia o nieve) respecto a la registrada en los pluviómetros (Navarro, 2009) que, frecuentemente, no se tiene en cuenta en los balances hídricos, y es, junto con la evapotranspiración, responsable de la disminución apreciable de los recursos hídricos que causan las cubiertas vegetales (Tucci, 2001), la cual puede llegar a ser muy importante en regiones semiáridas y áridas.
No obstante, la interceptación de la vegetación también puede suponer una ganancia de recursos hídricos cuando se producen episodios de niebla (precipitación horizontal). En estos casos, la vegetación actúa como superficie de captación de las minúsculas gotas de agua que se adhieren a las superficies de hojas, ramas y troncos, facilitando el aumento de tamaño por coalescencia entre ellas, y el consiguiente goteo bajo la cubierta o el escurrimiento por ramas y troncos, que no se produciría en ausencia de vegetación. (Cavelier, et al., 1996; Braojos Ruíz, 2010; Ritter, et al., 2008; 2010; Aboal, et al. 2013; Navarro Hevia, 2009)
Figura del procesoLos primeros trabajos de los que se tienen referencia en el estudio de este proceso se remontan a Horton (1919), pero será a partir de los años cuarenta del siglo XX, cuando se empiecen a incrementar de forma exponencial los trabajos que abordan las múltiples implicaciones de la interceptación en muchos procesos hidrológicos, edafológicos, geomorfológicos y biológicos (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999b), en una gran variedad de cubiertas vegetales y ámbitos climáticos (Romero Díaz, 2013).
En su mayoría, y sobre todo, en el inicio de los estudios de intercepción de la vegetación, los trabajos se han desarrollado en bosques de clima frío, templado y tropical (Rutter, et al., 1971; Thompson, 1972; Gash et al., 1980; Dolman, 1987; Cape et al. 1991; Lankreijer et al., 1993; Bellot, y Escarre, 1998; Liu, 1998; Valente et al., 1997; Schellekens, et al., 2000; Rodrigo y Ávila, 2001; Raat, et al., 2002; Gerrits et al., 2006; Dohnal, et al., 2014). Pero, dada la importancia de este proceso en el balance hídrico de zonas semiáridas y áridas, y a pesar de las dificultades para encontrar instrumentación adecuada para el estudio del proceso en matorrales, arbustos y herbáceas, los estudios en estos ambientes han aumentado considerablemente (Merriam, 1961; Leyton et al., 1967; Aston, 1979; Tromble, 1988; Návar y Bryan, 1990; Derouiche, 1996; Belmonte Serrato, 1997; Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1994, 1998b; Carlyle-Moses, 2004; Cantú y Silva, 2005; Dunkerley, 2000, Belmonte Serrato et al., 2013), desarrollando, incluso instrumentación específica y técnicas de medida (Belmonte Serrato, 1997; Belmonte Serrato y Romero-Díaz, 1998a; García-Estrínaga et al., 2006 López Lambrano, 2007), o aplicando instrumentos desarrollados para los estudios de erosión como los simuladores de lluvia (Carlyle-Moses, 2004; Belmonte Serrato, 2001; Shachnovich, et al., 2008; Love, et al., 2010).
El proceso de interceptación está implicado en la interrelación suelo-planta-atmósfera, afectando a la escorrentía, a la humedad y a la erosión del suelo. (Pressland, 1976; Calder 1990; Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1998; Belmonte Serrato et al., 1999; Méndez, 2013; Pérez Arellano et al., 2016) Por otro lado, el proceso se ve afectado por la tipología y estructura de la vegetación, así como por la biomasa presente en el momento de la lluvia (Bellot y Escarre, 1989; Cabezas et al., 1991; Bellot et al, 1999; Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999; Crockford & Richardson, 2000; García Estringana, 2011; Wani & Manhas, 2012; Frasson, R. & Krajewski, W., 2013; López Lambraño et al., 2017); por la intensidad y duración de la lluvia (Belmonte Serrato, 1997; Schowalter, 1999; Komatsu, et al., 2008); por la temperatura y velocidad del viento (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999a; Ringgard et a., 2014); o por el efecto de pantalla derivado de la pendiente de la ladera (Serrato y Romero Díaz, 1999)
En España, los primeros estudios se realizan a finales de los años 70 del siglo pasado. Alvera (1976, 1977), Calabuig et al., (1978), Calvo de Anta et al. (1979), relacionados con el balance hídrico de interceptación. Durante los años 80, diversos trabajos estudian la interceptación en relación al balance de nutrientes por pluviolavado como: Escudero et al. (1985), Bellot (1988), González del Tanago (1988), López Sánchez (1989) y Bellot y Escarré (1989). Pero será a partir de los años 90, cuando los estudios sobre interceptación de la lluvia por la vegetación adquieran un gran desarrollo, con multitud de trabajos entre los que se incluyen 14 tesis doctorales, que incluyen entre sus objetivos la evaluación de la interceptación en su relación con los flujos de pluviolavado de nutrientes, o que constituye su principal objeto de estudio (Romero Díaz, 2013), como las de: Moreno Marcos (1994); Belmonte Serrato (1997); Aboal
(1998); Gómez (1998); Rios Velasquez (2000); Mateos Rodríguez (2001); García Ortíz (2006) y García Estringana (2011)
2. El efecto de la interceptación en el balance hídrico
2.1. Almacenamiento de agua en la cubierta vegetal
Todo el proceso de interceptación de la precipitación por la vegetación, o más bien, la pérdida de precipitación por interceptación, se sustenta en lo que se conoce como "capacidad de almacenaje de la vegetación" (Horton, 1919, Zinke, 1967), o también: "valor de saturación de la cubierta" (Leyton et al, 1967). Aunque todo el proceso también se ve muy afectado por la velocidad del viento y la temperatura durante el episodio de lluvia, en los intervalos entre episodios y tras el cese total de precipitación, que influyen, en gran medida, en la evaporación y, en consecuencia, en las sucesivas cargas y descargas del agua almacenada (Belmonte Serrato et al., 1999a; Crockford y Richarson, 2000; Córcega Pita y Silva Escobar, 2011). La capacidad de almacenaje puede definirse como: la máxima cantidad de lluvia que puede retener una cubierta vegetal sin que llegue a caer al suelo (Belmonte Serrato, 1997). Es decir, el valor máximo de agua que una cubierta vegetal (hojas, ramas y troncos), puede retener adherida en su superficie. Rutter et al. (1971), dice que: "esta es comparable con la capacidad de campo del suelo, fácil de entender en la práctica pero difícil de definir con precisión". En realidad, no es difícil de definir, pero sí de medir con precisión. El propio Rutter et al. (1971), en su modelo de predicción de la pérdida de lluvia interceptada, distingue entre "capacidad de almacenaje" y "agua en la cubierta". Esta última sería el agua que permanece en la cubierta durante todo el episodio de lluvia, parte de la cual se va evaporando durante ese tiempo y, en presencia de viento, también arrastrada hacia el flujo de goteo (trascolación) o escorrentía cortical. Mientras que la capacidad de almacenaje sería el agua que queda retenida en la cubierta tras el cese de los flujos de trascolación y escorrentía cortical. Lo cual ocurre, según el propio Rutter et al. (1971), cuando el flujo de trascolación es inferior a 0,002 mm/minuto. Lo que según Gash (1979), acontece entre 20 y 30 minutos después de cesada la lluvia.
Esta capacidad de retención o almacenamiento, depende del tipo de cubierta vegetal (arbórea, arbustiva o herbácea), de las estructura, como la mayor o menor rugosidad de ramas y troncos, así como de su disposición (cónica, dicotómica, vertical, horizontal) y el tipo y tamaño de hoja de cada especie (acicular, oblonga, redondeada).
En la tabla 1 se presentan algunos valores de capacidad de almacenaje en cubiertas de árboles, arbustos y herbáceas. Los valores más altos, como es lógico, se obtienen en cubiertas arbóreas, y oscilan entre 2 mm y 4.5 mm, obtenidos en condiciones de lluvia natural. Entre arbustos y herbáceas los valores no difieren demasiado y oscilan entre 0.3 y 1.9 mm.
Sin embargo, en hojarasca o residuos vegetales (mulch), algunos autores aportan valores más elevados que los de arbustos y herbáceas, que alcanzan valores de almacenaje de las cubiertas arbóreas. Helvey (1964) da valores de almacenamiento de un 3% de la precipitación anual. Putuhena y Cordery (1996) dan valores en torno a 2.8 mm en hojarasca de pinos y 1.7 mm para hojarasca de eucaliptos. Guerrits, et al (2007), refieren valores de almacenamiento de hasta el 34% de la precipitación, en la hojarasca de un bosque de Fagus sylvatica (haya común) en Luxemburgo, medidos otoño, es decir, en el máximo periodo de acumulación de hojarasca.
Como ya se ha comentado, los valores de capacidad de almacenaje representan el valor de saturación de la cubierta vegetal y, en consecuencia, el valor de precipitación a partir del cual se inicia, primero la trascolación (el goteo desde la cubierta) y con posterioridad la escorrentía cortical. Aunque, en realidad, ambos flujos se inician con valores más altos de precipitación, ya que durante el tiempo que se necesita para la saturación de la cubierta, la evaporación no se detiene.
Tabla 1. Algunos valores de capacidad de almacenaje para distintas especies de árboles, arbustos y herbáceas.
Tipo de cubierta
Árboles (copa)
Pinos (Uppsala) (lluvia natural)
Pinus pínea (lluvia natural)
Pinus pínea (lluvia natural)
Coníferas (Velen Suecia) (lluvia natural)
Almacenaje en mm (l/m2 de cubierta)
Referencia
2.1 Saxena (1986)
3.7 GarcíaApaza(2005)
4.4 Pérez Arellano et al. (2016)
2 Bringfelt y Harsmar (1974)
Pinus silvestris (lluvia natural) 1.6 Rutter (1975)
Pinus nigra (lluvia natural) 1 Rutter (1975)
Picea abies (lluvia natural)
Rutter (1975)
Pinus eliot II (lluvia natural) 1.8 Changyuan Tang (1996)
Pinus radiata (lluvia natural
Pinus halepensis (lluvia natural)
Arbustos
Pistacia
Erica multiflora
Quercus Coocifera (simulación de lluvia)
Juniperus oxicedrus (lluvia natural)
Thymus vulgaris (lluvia natural)
Rosmarinus oficinalis (lluvia natural)
Thymus
Rosmarinus
Rosmarinus oficinalis
Cistus ladanifer (simulación de lluvia)
Cistus ladanifer (simulación de lluvia)
Herbáceas
Brachypodium retusum (simulación de lluvia)
Mezcla de herbáceas (simulación de lluvia)
Hojarasca
Pinos (lluvia natural)
2 Crockford y Richarson (2000)
2 Belmonte Serrato (1997)
Derouiche (1996)
Derouiche (1996)
Derouiche (1996)
Belmonte Serrato (1997)
Belmonte Serrato (1997)
Belmonte Serrato (1997)
Belmonte Serrato (2001)
Hidalgo (1992)
Hidalgo (1992)
García-Estríngana (2011)
Pérez Arellano et al. (2016)
Derouiche (1996)
Lopez-Lambraño et al. (2017)
Helvey (1964)
Putuhena y Cordery (1996)
Estos valores indican el límite en el que un episodio de precipitación es capaz de atravesar cada tipo de cubierta vegetal y aportar agua a los estratos inferiores, o directamente al suelo.
Es decir, precipitaciones por debajo de ese valor se evaporan directamente sin llegar al suelo bajo las cubiertas vegetales y, en consecuencia, deberían eliminarse directamente en el cálculo de un balance hídrico. Y, en el caso de cubiertas con varios estratos de vegetación (arbóreo, matorral, herbáceo, mantillo), hay que tener en cuenta los almacenajes de cada estrato que elevaran el almacenamiento. Por ejemplo, considerando que en ambientes mediterráneos semiáridos es frecuente encontrar la asociación de Pinus halepensis, con arbustos como lentisco, romero, tomillo y jaras, así como Brachypodium retusum y utilizando los valores medios de la tabla 1, en cubiertas vegetales compuestas por esos tres estratos, más el mantillo de hojarasca, el valor de almacenaje se sitúa por encima los 5,5 mm, a los que hay que sumar el almacenaje de los troncos, con lo que se alcanzaría los 6 mm. Es decir, en episodios de lluvia inferiores a 6 mm, muy poca agua alcanzará el suelo bajo estas cubiertas con el 100% de cobertura.
Hay que resaltar que, en ambientes mediterráneos semiáridos, los episodios de lluvia inferiores a 6 mm representan un porcentaje muy significativo de la precipitación total anual. En el estudio sobre la interceptación de la lluvia por la vegetación mediterránea semiárida, llevada a cabo en el campo experimental de El Ardal (Mula, Murcia) por Belmonte Serrato entre 1992 y 1995 para su tesis doctoral, los episodios de lluvia registrados en esos cuatro años con valores superiores a 0.2 mm (límite inferior del pluviógrafo), fueron 163, que sumaron una precipitación total de 902,8 mm. Entre 0.2 y 1 mm se registraron 78 episodios que sumaron 32,2 mm, y entre 1 mm y 6 mm se registraron 51 episodios que sumaron 144,6 mm. En total, los episodios inferiores a 6 mm fueron 129, es decir, el 79% de todos los episodios de lluvia; contabilizando 176,8 mm de lluvia, el 19.6% de la lluvia total (Belmonte Serrato, 1997). Esto se agrava en años secos, en los que, lo frecuente, son episodios de poca cuantía de precipitación, como lo fue 1995, en el que se registró una precipitación total de 117,2 mm ocurrida en 43 episodios, de los que 20 fueron episodios de entre 0,2 y 1 mm que dejaron 3.2 mm de lluvia y 17 fueron episodios inferiores a 6 mm, que dejaron 44 mm de lluvia. Es decir, los episodios inferiores a 6 mm fueron 37 el 86% de todos los episodios de ese año, dejando 47,2 mm, el 40,27% de la lluvia total (Belmonte Serrato, 1997) Hay que tener en cuenta, no obstante, que en años secos la vegetación reduce su biomasa y, por consiguiente, su capacidad de almacenaje, pero no como para compensar la reducción de episodios de precipitación de pequeño volumen.
Estos valores de almacenaje están referidos a episodios de precipitación continuos, es decir, sin interrupciones; pero con mucha frecuencia, los episodios de precipitación no son continuos, sobre todo los asociadas a frentes. Lo normal, es que dentro de un mismo episodio, haya intervalos en los que la precipitación se interrumpe, pero no así la evaporación, ni el viento, en caso de que lo haya. Esto significa que, aunque en el primer intervalo de precipitación la cubierta haya alcanzado la saturación, en los periodos de interrupción de la precipitación, la cubierta, en mayor o menor grado, "se seca", permitiendo en el siguiente intervalo con precipitación un nuevo almacenaje completo o parcial. De modo que, será la suma de todos estos almacenajes sucesivos, la que proporcione el valor total de lluvia perdida por interceptación (Belmonte Serrato, 1997). Siendo en ambientes templado-cálidos áridos y semiáridos en los que con mayor intensidad se manifestará esta situación, haciendo que las pérdidas por interceptación sean más acusadas que en ambientes templado-fríos y húmedos
2.2. Precipitación neta y pérdidas por interceptación
Antes de alcanzar la saturación de la cubierta, un parte de la precipitación alcanza el suelo sin llegar a ser interceptada; es la denominada "trascolación libre", y su valor varía entre prácticamente 0% en cubiertas densas, hasta valores cercanos al 100% en lugares sin apenas coberturas vegetales, aunque siempre habrá algunas herbáceas u hojarasca Salvo en el caso de ausencia total de cubierta, la mayor parte de la precipitación será interceptada y acumulada en la cubierta hasta que esta alcance la saturación, tanto del follaje como de ramas y troncos, dividiéndose en tres flujos hídricos: trascolación (goteo de cubierta), escorrentía cortical y evaporación. Los dos primeros flujos constituyen la precipitación neta, la que alcanza el suelo, y el tercero constituye la pérdida por interceptación.
En las siguientes tablas se muestran los valores de trascolación, escorrentía cortical y pérdidas por interceptación, en distintas especies de árboles (Tabla 2) y arbustos (Tabla 3).
Tabla 2. Algunos valores de trascolación, escorrentía cortical e interceptación, en porcentaje de la precipitación incidente, para distintas coberturas/especies de árboles, al 100% de cobertura. T (Trascolación), EC (escorrentía cortical); LLN (Lluvia neta); I (Pérdida por interceptación)
En árboles, el goteo desde la cubierta (trascolación), varía desde un 90% de la precipitación incidente hasta el 61% y la escorrentía cortinal desde un 0.5% hasta un 14%. Como se ha
comentado en la introducción, la disparidad en los valores de goteo y escorrentía cortical, en las distintas especies depende mucho del estado fenológico de la planta y la biomasa presente durante el periodo de muestreo (árboles de hoja perenne o caduca, situaciones de sequía, etc ), así como de la tipología y estructura de la cubierta (rugosidad de la corteza, tipo de hojas, etc.). Pero, en mayor o menor medida, se demuestra que la interceptación de la precipitación por la vegetación supone una pérdida de agua precipitada que oscila, en los datos aportados en la tabla 2, entre el 7 y 15% en eucalipto, en condiciones mediterráneas húmedas, hasta el 38% en pino carrasco, en condiciones mediterráneas semiáridas. En general, observando los datos de la tabla 2, los pinares ocasionan mayores pérdidas por interceptación que otras especies. En general, los bosques de coníferas están entre las formaciones vegetales con mayor capacidad de interceptación, con pérdidas de entre el 21% y el 38% de la precipitación media anual (Carlyle-Moses, 2004).
Tabla 3. Algunos valores de trascolación, escorrentía cortical e interceptación, en porcentaje de la precipitación incidente, para distintas coberturas/especies de arbustos, al 100% de cobertura. T (Trascolación), EC (escorrentía cortical); LLN (Lluvia neta); I (Pérdida por interceptación).
Matorral mediterráneo
Acacia berlandieri (México)
Acacia rigidula
Diospyros texana (México)
Acacia rigidula (México)
Stipa tenacíssima (España)
Rhamnus lycioides (España)
Quercus cooiferas (España)
Pistacea lentiscus (España)
et al (1999)
Silva y González (2005)
Cantú Silva y González (2005)
Cantú Silva y González (2005)
Návar et al. (2008)
Belmonte Serrato et al. (2013)
Serrato et al. (2013)
- 71 29 Belmonte Serrato et al. (2013)
-
28.7 Belmonte Serrato et al. (2013)
Matorral (México) - - 81.4 18.6 Flores Ayala et al. (2018)
Retama sphaerocarpa (España) - - 90 10 García Estringana (2011)
Dorycnium pentaphyllum (España) - - 64 36 García Estringana (2011)
Colutea arborescens (Guadalajara) - - 80.1 19.9 García Estringana (2011)
Medicago strasseri (Guadalajara) - - 61.1 38.9 García Estringana (2011)
Aunque tampoco son desdeñables las pérdidas del 20% de la precipitación, ocasionadas el olivo; sobre todo, si tenemos en cuenta que es un cultivo sometido a poda anual. También hay que tener en cuenta, que estos valores de goteo, escorrentía cortical e interceptación, se
refieren a los árboles individuales, sin tener en cuenta los estratos de vegetación que hay bajo ellos (arbustos, herbáceas y hojarasca) que, as u vez, ocasionan también pérdidas considerables.
En arbustos, aunque por tamaño y cantidad de biomasa inferiores a los árboles, tienen una capacidad de almacenaje ligeramente inferior (ver tabla 1), lo cierto es que eso no se refleja en la pérdida de precipitación por interceptación que ocasionan. De hecho, presentan mayor porcentaje de pérdida media, como puede observarse en la tabla 3, en la que se ve que los valores de pérdida por interceptación en distintas especies de arbustos, oscila entre el 21% y el 45% de la precipitación incidente. Belmonte Serrato (1997), concluye que el matorral, genera mayores pérdidas por interceptación que el arbolado y García Estringana (2011), concluye que: "Los arbustos pueden generar pérdidas por interceptación de una magnitud similar a la de los bosques"
Aunque, como puede observarse en la tabla 1, los árboles presentan una capacidad de almacenaje ligeramente superior a la de los arbustos, el hecho de que estos puedan generar mayores pérdidas por interceptación, podría explicarse por las diferentes condiciones microclimáticas que generan cada tipo de cobertura. El arbolado, con mayor altura y densidad de cubierta, obstaculiza con mayor efectividad la radiación solar incidente, disminuyendo la temperatura en el interior y bajo el dosel vegetal, además de obstaculizar el efecto del viento, ocasionando un menor flujo de evaporación. En cambio, los arbustos, con copas mucha más cercanas al suelo, tienen menos capacidad para obstaculizar la radiación solar y el viento, en consecuencia, para reducir la temperatura en el dosel vegetal y debajo del mismo, favoreciendo así la evaporación.
2.3. Ganancias de lluvia por interceptación
Como ya se ha comentado en la introducción, en ocasiones, la interceptación puede generar una ganancia de agua de lluvia que no se obtendría sin ella; es el caso de los episodios de niebla, en los que las pequeñas gotas, normalmente menores de 50 micras, quedan depositadas en la superficie foliar y/o sobre epífitos y pueden, o bien incorporarse directamente a la planta a través de la superficie foliar, o cohesionarse unas con otras hasta que adquieren la masa crítica necesaria para precipitar como goteo desde la cubierta (Aboal, et al. 2013). En este caso, la interceptación de la cubierta vegetal es la artífice de lo que se denomina "precipitación horizontal", para diferenciarla de la precipitación incidente o "vertical" (Aboal, et al. 2013). Evidentemente, la precipitación horizontal (el goteo) sólo se iniciará a partir de la saturación de la cubierta, es decir, cuando se haya superado su capacidad de almacenaje, igual que sucede en las precipitaciones verticales.
No es fácil estimar el aporte de lluvia por interceptación de niebla, por dos razones: la primera, porque se necesitan nieblas densas y persistentes para superar la capacidad de almacenaje de las cubiertas vegetales, y la segunda, porque es difícil separarla de los episodios de precipitación vertical. En general, estos aportes pueden estimarse cuando se obtienen datos de interceptación negativos. En Laurisilva canaria Aboal et at. (2013), indican valores de interceptación de entre "-9%" y 51%; y en pinares de entre "-38%" y 32%. Es decir, los valores de aportes de lluvia por interceptación de nieblas oscilarían entre el 9% y el 38% de la precipitación vertical anual. Braojos Ruíz
(2010) evalúa la aportación media de agua captada por la vegetación en los episodios de niebla en la isla de Tenerife, y concluye que se produce una captación media de 55 mm al año, de los que 14 mm se evaporan y 41 mm alcanzan el suelo como lluvias neta. Ritter, et al (2008), en un estudio en el Parque Nacional de Garajonay, en La Gomera (islas Canarias), concluyen que el aporte de la interceptación de la niebla supone un incremento de entre un 20% y un 45% de la precipitación vertical anual. Prada et al. (2009) en un estudio en brezales de gran altitud y laurisilva, en Madeira (Portugal), reportan un volumen de interceptación de niebla de 5.100 mm, que supone un 171% superior al volumen de precipitación vertical para el mismo, que se sitúa en 2.996 mm.
Todo esto evidencia que en zonas climáticas con abundancia de nieblas, el papel de la interceptación de la vegetación como recolectora de agua iguala o supera, su efecto de pérdida por evaporación. Pero en estos ambientes, por lo general, con abundantes precipitaciones verticales, esa función recolectora de "ganancia" de agua de precipitación, no tiene una transcendencia, ni mucho menos, comparable al efecto de pérdida de recursos hídricos que la interceptación ejerce en medios áridos y semiáridos.
3. La precipitación en el suelo bajo las cubiertas vegetales
3.1. Distribución espacial de la trascolación y la escorrentía cortical
Además de la importante influencia que la interceptación de la precipitación por la vegetación tiene sobre el balance hídrico, sobre todo en zonas áridas y semiáridas, se ha de considerar su efecto sobre la distribución del agua en el suelo.
Como se ha comentado en la introducción, una vez interceptada, la precipitación que accede al suelo lo hace por dos vías: goteando desde la cubierta saturada (trascolación) y escurriendo por las ramas y troncos (escorrentía cortical). A partir de aquí, la variabilidad en el volumen de agua aportada al suelo por una u otra vía, depende factores intrínsecos de las cubiertas vegetales, como el tipo de estructura o su estado fenológico, y de factores externos como la velocidad del viento durante la lluvia.
Distribución de la precipitación bajo cubiertas arbóreas
En las cubiertas arbóreas, por lo general, la precipitación que alcanza el suelo por goteo (flujo disperso) oscila entre el 60% y el 90% de la precipitación incidente, mientras que la que lo hace a través del tronco (flujo concentrado) oscila entre el 1% y el 10% (ver tabla 2). Pero, mientras que la escorrentía cortical se concentra en la base del tronco, la trascolación no se distribuye bajo la cubierta de forma homogénea, sino que, muy al contrario, presenta grandes variaciones en los volúmenes de agua que alcanza el suelo bajo la cubierta. Belmonte Serrato (1997), en una parcela con pino carrasco de 252 m2 en la que se instalaron 63 pluviómetros, obtiene diferencias de precipitación en el suelo de entre el 55% y el 125% de la precipitación incidente. En la figura 3 se muestran dos ejemplos de distribución espacial de la trascolación en dos parcelas de pino carrasco en ambientes distintos de la Región de Murcia (Belmonte Serrato et al., 2013), en las que puede observarse la gran diferencia de trascolación en el suelo entre distintas zonas bajo la cubierta. En el caso de la parcela de El Ardal, con una precipitación incidente de 574 mm, se registraron zonas en los que la trascolación alcanzó los 818 mm y
otras en las que no llegó a 200 mm. En las barracas, con una precipitación incidente de 511 mm, se registraron zonas en las que se superó ese valor (hasta 536 mm) y otras en las que apenas superaron los 200 mm.
Estas diferencias en el volumen de agua que alcanza el suelo bajo las cubiertas vegetales, afectarán a las propiedades tanto físicas como químicas de los suelos, y también a la escorrentía derivada de una saturación más rápida del suelo en determinados puntos, que favorecerá el establecimiento de áreas preferenciales de inicio de la erosión hídrica (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999a). Por otro lado, se producen también diferencias en el contenido de humedad entre unos sectores y otros, afectando a la erosionabilidad, la estabilidad de agregados, y la compactación del suelo; y también, a la distribución de raíces que tenderán a concentrarse en los sectores más húmedos. (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1990a).
El "efecto borde" en laderas
En laderas con elevada pendiente y, sobre todo, en repoblaciones forestales en terrazas, con presencia de viento "remontante", las diferencias de trascolación entre el lado de barlovento y el de sotavento, pueden ser extremadamente acusadas, superiores al 150% de la precipitación incidente (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999a). Esto se produce debido a que, a la trascolación bajo la cubierta, hay que sumar la lluvia directa que llega al suelo sin ser interceptada Es decir, cuando la lluvia, inclinada por efecto del viento, penetra en el interior del área cubierta y se suma a la trascolación, generarse lo que puede denominarse “efecto de borde”, que ocasiona importantes diferencias de agua en el suelo con respecto al área de sotavento, y que, en el caso de las laderas aterrazadas incide directamente sobre el talud de las terrazas, incrementando en ellos la escorrentía, y, por tanto, el potencial erosivo que puede
Figura 4. Ejemplos de distribución espacial de la trascolación bajo cubiertas de pino-matorral Fuente: Belmonte Serrato et al (2013)acelerar la rotura y acarcavamiento de los taludes y acelerar los procesos de degradación de la ladera (Belmonte Serrato y Romero Díaz, 1999a)
Distribución de la precipitación bajo cubiertas de matorral
Lo matorrales difieren sustancialmente de los árboles en el modo de distribuir la precipitación interceptada en el suelo. Estos, derivan una gran parte de la precipitación hacia la escorrentía cortical, es decir, al flujo concentrado en la base del tronco. Mientras que los árboles dirigen hacia la escorrentía cortical entre el 1% y el 10% de la precipitación incidente, los matorrales derivan entre el 10% y el 45% hacia este flujo concentrado, que, en algunos casos, supera al flujo de trascolación, como el medido por Belmonte Serrato (1997) en Rosmarinus officinalis (ver tabla 3) y en Thymus vulgaris en condiciones de lluvia simulada (Belmonte Serrato, 2001) Esto parece indicar que, de algún modo, la vegetación arbustiva, sobre todo en medios áridos y semiáridos, ha desarrollado estrategias para llevar el mayor volumen de precipitación posible hacia la base de los trocos como flujo concentrado, facilitando así su infiltración a capas de suelo más profundas y accesibles a las raíces, aumentando la disponibilidad hídrica de las precipitaciones. Podría decirse que han desarrollado estrategias para "manejar" en su propio beneficio el proceso de interceptación, aumentando así sus posibilidades de supervivencia en ambientes con escasas precipitaciones.
Domingo et al. (2013), concluyen que: en Retama sphaerocarpa, Antilys cytisoides y Stipa tenacissima parece existir una estrecha relación entre la estructura de la parte aérea de la planta y la de la parte subterránea. Sus copas favorecen la reconducción de la lluvia por la vía que mejor pueda ser aprovechada por el sistema radicular de la planta, es decir, vía escorrentía cortical en especies con sistema radicular profundo y vía goteo en especie de sistema radicular superficial". Algo que ya sugería Belmonte Serrato en su tesis doctoral (Belmonte Serrato, 1997).
Figura 5. "Efecto borde" de la interceptación de las forestaciones en laderas aterrazadas.4. Cubierta vegetal, erosión del suelo y recursos hídricos - Óptimo de cobertura
4.1. El efecto de la cubierta vegetal en la protección del suelo frente a la erosión hídrica
En regiones áridas y semiáridas, la degradación y erosión de los suelos y la escasez de recursos hídricos, son los mayores problemas ambientales. Ambos problemas están estrechamente ligados, de modo que la reducción de recursos hídricos lleva en, muchas ocasiones, al abandono de tierras de cultivo, a la reducción de la cubierta vegetal, al aumento en el riesgo de incendios y, en definitiva, al la degradación del suelo y aumento de la erosión hídrica (Belmonte Serrato et al, 1999c).
Es sabido que la mejor forma de evitar la degradación y erosión de los suelos es la conservación, restitución o aumento de la cubierta vegetal. La vegetación tiene una función decisiva en el proceso de edafogénesis y la protección y conservación del suelo. De forma directa, actuando mediante su sistema radicular y favoreciendo la incorporación de materia orgánica. Y, de forma indirecta, interceptando la precipitación y evitando así el impacto directo de las gotas de lluvia contra el suelo, modificando su intensidad (Rutter et al., 1971, Aston, 1979; Angulo-Martínez y Beguería, 2013) y el diámetro de gota (Brandt, 1989; Salles, y Poesen, 2000; Roldan Soriano, 2009), que, aunque tiende a ser considerablemente mayor, liberan una menor cantidad de energía cinética al impactar, normalmente, desde menor altura (Wainwright et al., 1999), generando así una menor alteración en la capa superficial del suelo, favoreciendo su permeabilidad y una mayor capacidad de infiltración (Zapata-Sierra y Manzano-Agugliaro, 2008). Aunque también, dependiendo de la altura del dosel vegetal, el mayor tamaño de las gotas puede ocasionar un aumento de la energía cinética al impactar en el suelo (Roldan Soriano, 2009)
Pero no siempre el aumento de la cubierta vegetal o la sustitución de una cubierta de matorral por otra arbórea, implica una disminución de la erosión. En experiencias llevadas a cabo en la cuenca de Mula (Murcia), se concluyó que en suelos cubiertos por matorral bien desarrollado, las tasa de erosión son del mismo orden que las que se dan en suelos bajo arbolado (Fracis y Thornes, 1990).
4.2. El impacto de la interceptación en la reducción de los recursos hídricos
Como se ha visto en el punto 2, tanto las cubiertas arbóreas como las de matorral, provocan una reducción, en promedio, de entre un 10% y un 40%, de la precipitación anual incidente. Pero esta pérdida puede superar, con mucho, estos valores, si consideramos cubiertas forestales densas con todos los estratos de vegetación; árboles, arbustos, herbáceas y hojarasca, que, como se ha visto en la tabla 1, tienen valores de capacidad de almacenaje similares
Este gran porcentaje de precipitación interceptada y perdida por evaporación, que no llega al suelo en las zonas cubiertas de vegetación, repercute en una disminución en los volúmenes infiltrados y percolados, a pesar del aumento de la capacidad de infiltración de los suelos cubiertos (Pérez Cutillas et al., 2018), y, en consecuencia, reduce también la recarga de acuíferos (Belmonte Serrato et al, 1999c). El aumento de la cubierta vegetal provoca también un aumento de los valores evapotranspiración (Farley et al. 2005; Nosetto et al. 2005; Molina et al. 2015; Pérez Cutillas et al., 2018), que contribuyen al, ya de por sí, importante descenso
causado por la interceptación, en la disponibilidad de agua superficial de la cuenca (Farley et al. 2005, Nosetto et al. 2005), que ocasionan, a menudo una, disminución en los caudales (Bosch y Hewlett,1982; Gallart y Llorens 2004; Buendia et al. 2016).
Trimble y Weirich (1987), hablan de una reducción de los aportes de los arroyos en el Sureste de Estados Unidos, por efecto de la reforestación. Meuser (1990), calcula que unas pocas décadas después de reforestar, la escorrentía superficial se reducirá en un 50% y la traspiración aumentará un 35%, por lo que la recarga de acuíferos se reduciría en un 40%.
En la cuenca del río Taibilla, afluente del río Segura, Pérez Cutillas et al., (2018), observan una reducción significativa del caudal, así como un descenso en la aptitud de la cuenca para producir escorrentía superficial. Hecho que se refleja en el descenso generalizado de los coeficientes de escorrentía y el aumento de la evapotranspiración potencial a lo largo del período analizado.
En sentido inverso, Muñoz Villers, et al. (2015), obtienen resultados que muestran que la conversión de bosque a pastizal en el centro de Veracruz provoca un incremento significativo en el rendimiento hídrico anual en las cuencas, explicado principalmente por la reducción de la evapotranspiración; he indican, que si se promueve la regeneración natural del bosque, se esperaría una disminución en el rendimiento hídrico anual debido al progresivo aumento de la interceptación.
4.3. El concepto de "óptimo de cobertura vegetal"
Estas pérdidas por evaporación del agua almacenada, o por el incremento de la evapotranspiración, lógicamente, están directamente relacionadas con la densidad de la cubierta vegetal, que puede expresarse en porcentaje de cobertura. Los valores de interceptación, trascolación y escorrentía cortical incluidos en este trabajo, corresponden a coberturas del 100%. Lógicamente, a medida que se reduce la cubierta vegetal, se reducen las pérdidas en una proporción que es directamente proporcional al porcentaje de cobertura (Belmonte Serrato et al, 1999c) Es decir, para una cubierta vegetal concreta, el valor cero de interceptación se corresponde con el valor cero de cobertura vegetal y el máximo de interceptación, ya sea 20%, 30%, 40% etc. siempre se obtendrá con un 100% de cobertura.
Por otro lado, se sabe que las pérdidas de suelo por erosión hídrica se reducen de forma exponencial al aumentar la cobertura vegetal (González Hidalgo, 1992; Romero día et al., 1998; Belmonte Serrato et al. 1999d). En este caso, el porcentaje máximo de erosión, corresponda con el valor que corresponda, dependiendo del tipo de suelo, pendiente, uso, etc., se obtendrá en ausencia total de cobertura vegetal (0%), pero su valor mínimo, nunca será cero, aunque la cobertura vegetal sea del 100% (González Hidalgo, 1992; Belmonte Serrato et al, 1999c).
Dicho esto, el "óptimo de cobertura vegetal", para cada tipo de cubierta (arbolado, matorral, herbáceas o cobertura mixta), en relación a las pérdidas por erosión y a las pérdidas de recursos hídricos por interceptación, se situaría en aquel porcentaje de cobertura para el cual, tanto las pérdidas de suelo por erosión como las pérdidas de lluvia por interceptación, resulten equilibradas. De forma gráfica, se situaría en el punto de intersección de las curvas de erosión del suelo y de la pérdida por interceptación, en relación al porcentaje de cobertura (Belmonte Serrato et al, 1999c).
En un estudio llevado a cabo en el campo experimental de "El Ardal" (cuenca de Mula, Murcia); en un grupo de 7 parcelas experimentales con distintos grados de cobertura de matorral mediterráneo semiárido y con dos porcentajes distintos de pendiente (4 con 25% y 3 con 11%), Belmonte Serrato et al (1999c), obtienen que el óptimo de cobertura, para ese tipo de matorral se situaría entre el 58% para las parcelas con el 11% de pendiente y entre el 64 y el 65%, para las parcelas con el 25% de pendiente (Figura 6). Con esos porcentajes de cobertura, las pérdidas de lluvia por interceptación, se reducen hasta el 15-17% de las que se obtendrían con una cobertura vegetal del 100%. Como esta se sitúa en torno al 23% de la lluvia incidente, ese porcentaje de cobertura reduciría la pérdida al 4% de la precipitación incidente.
Lo mismo sucede con las pérdidas de suelo por erosión que, con ese porcentaje de cobertura, se reducirían también al 15-17% de las que se obtendrían en suelo desnudo. Es decir, se reduciría hasta las 0,08 t/ha/año, frente a las 0.5 t/ha/año que se producen en esas parcelas con suelo desnudo.
Figura 6. Óptimo de cobertura vegetal en parcelas de matorral mediterráneo semiárido, en relación a las pérdidas de suelo por erosión y las pérdidas de lluvia por interceptación, con pendientes de 11% y 25%.
Fuente: A partir de Belmonte Serrato et al (2009c)
5. Conclusiones
Todo el proceso de interceptación de la precipitación por la vegetación, o más bien, la pérdida de precipitación por interceptación, se sustenta en lo que se conoce como "capacidad de
almacenaje de la vegetación". Los valores de almacenaje varían de unas especies a otras, y también entre especies arbóreas, arbustivas y herbáceas. En promedio, el almacenaje en las especies arbóreas oscila entre 1 mm y 4.5 mm; en arbustos entre 0.5 y 2; las herbáceas, aunque con muchos menos muestreos presentan una capacidad de almacenaje elevada, entre 1.5 mm y 2 mm, y la hojarasca, también tiene una elevada capacidad de almacenaje de entre 1.5 mm y 3 mm.
No obstante, las pérdidas de precipitación por interceptación son muy superiores a estos valores, debido a que durante el tiempo de duración de los episodios de precipitación, la evaporación no cesa en ningún momento y, además, en la mayoría de episodios la precipitación no es continua en el tiempo, sino que se intercalan periodos de lluvia y periodos sin ella, con lo que se producen, dentro de un mismo episodio, varias "cargas" y "descargas" del almacenaje que elevan los volúmenes evaporados. Así, se alcanzan valores de pérdidas de precipitación por interceptación que oscilan, en promedio, entre el 10% y el 40% de la precipitación anual, sin que haya diferencias significativas entre las especies arbóreas y arbustivas. Las diferencias son más significativas entre la vegetación de ambientes húmedos y los semiáridos y áridos, que son los que suelen presentar mayores porcentajes de pérdidas.
Donde si hay diferencias significativas, es en el comportamiento entre especies arbóreas y de matorral, respecto a la forma en que distribuyen los flujos de trascolación (goteo) y escorrentía cortical. En las especias arbóreas predomina, muy significativamente, el flujo de goteo desde la cubierta, que oscila en promedio entre el 90% y 50% de la precipitación incidente, mientras que el flujo de escorrentía cortical oscila entre el 1% y el 4%. Las especies arbustivas, en cambio, efectúan un reparto mucho más equilibrado de ambos flujos, alcanzando incluso el flujo de escorrentía cortical valores superiores al de goteo, como ocurre en Rosmarinus officinalis. Es decir, mientras que los árboles optan por la estrategia de dispersar el flujo, los arbustos optan por concentrar la mayor cantidad de agua posible en la base del tronco, quizá como estrategia para aprovechar al máximo las exiguas precipitaciones que se producen en medios áridos y semiáridos.
En cualquier caso, la interceptación de la vegetación es responsable de la pérdida por evaporación de una parte importante de la precipitación anual que no llega a alcanzar el suelo, y numerosas investigaciones han relacionado estas pérdidas con el descenso de caudales en cuencas forestales o reforestadas, en porcentajes similares a los porcentajes de pérdida por interceptación. Lo cual ha de ser tenido en cuenta en los planes de reforestación en cuencas, sobre todo, en medios áridos y semiáridos.
Los estudios encaminados a determinar el valor de cobertura vegetal óptimo, en el cual se equilibren los valores de pérdidas de lluvia por interceptación con los valores de pérdida de suelo por erosión, son también muy necesarios antes de abordar trabajos de reforestación.
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