Medición y análisis de la intercepción de lluvia en un bosque de Encino: aplicación a la microcuenca la barreta (página 2)

Sin embargo, en el estado de Queretaro la intercepción de lluvia no ha sido cuantificada en un bosque relíctico de Encino (Quercus sp.). Por eso, se ha propuesto efectuar la presente investigación con el siguiente objetivo general:

Estimar la cantidad y distribución de agua de lluvia a través del proceso de intercepción por dosel en encino. Como objetivos específicos se han plateado los siguientes:

Establecer relaciones entre las características dasométricas de una comunidad de encinos y la intercepción de lluvia.

Aplicar y evaluar el modelo de Gash et al. (1971, 1995) y Valente et al. (1997). Determinar la cantidad de agua de lluvia interceptada por el bosque de encino.

Como hipótesis básica se tiene que: entre los principales tipos de vegetación en el estado de Querétaro el bosque de encino tiene un alto potencial de intercepción del agua de origen pluvial.

2. INTERCEPCIÓN Y SU EFECTO EN EL BALANCE HIDRICO

2.1 Ciclo Hidrológico

El ciclo hidrológico comprende una serie de procesos continuos de: movimiento y transferencia de agua en la tierra, océanos, cuerpos de agua y en la propia atmósfera. Para explicar el ciclo hidrológico se puede comenzar por la evaporación que se produce en el océano, en lagos, embalses, cuerpos de agua, y por la evapotranspiración de las plantas, la cual es la combinación del agua que se pierde por evaporación en el suelo y transpiración en el material vegetal. Esta evaporación y evapotranspiración, son producidas por la energía suministrada por el sol e influenciadas por las condiciones climáticas e hídricas de temperatura, radiación, viento y humedad. De esta forma, el agua cambia de un estado líquido a un estado gaseoso. El agua en forma de vapor pasa a la atmósfera y, en este ascenso, pierde calor y se produce el proceso de condensación alrededor de núcleos de condensación (los cuales pueden ser partículas de polvo que flotan en el aire), creando pequeñas gotas de agua. Estas gotas, crean nubes, y en su circulación se van uniendo entre ellas, creando gotas más grandes las cuales, por su peso, se precipitan finalmente en forma de lluvia (nieve o granizo). Parte de la precipitación es interceptada por la vegetación, otra parte cae al suelo y dependiendo de las condiciones de cobertura, tipo de suelo y pendiente del terreno, el agua puede quedar encharcada, escurrir superficialmente o infiltrarse. El agua que escurre superficialmente corre hacia los cuerpos de agua y finalmente al mar. Una parte del agua que se infiltra es retenida por el suelo, cuya capacidad de retención depende de su textura y estructura (porosidad); otra parte del agua infiltrada se convierte también en escorrentía superficial al ser saturada la capacidad de almacenamiento suelo; una más se convierte en flujo sub-superficial y por ultimo otra se percola hacia capas inferiores, produciendo la recarga de aguas subterráneas. El agua que se infiltra viaja lentamente y llega a alimentar a ríos y manantiales, y finalmente al mar (SNET, 2005).

Figura 1. Ciclo Hidrológico (Tomado de SNET, 2005)

2.1.1 Balance Hídrico

Un balance hídrico comprende la cuantificación de los parámetros involucrados en el ciclo hidrológico así, como diversos componentes relacionados con los consumos de agua de los sectores usuarios en una cuenca y la interrelación que guardan entre si, dando como resultado un diagnóstico de las condiciones reales del recurso hídrico en cuanto a su oferta, disponibilidad y demanda en dicha área. Dado que el balance hídrico presenta un diagnóstico de las condiciones reales del recurso hídrico en un área en particular, éste permite tomar medidas y establecer lineamientos y estrategias para su protección y utilización de una manera integrada, de tal forma que se garantice su disponibilidad tanto en cantidad como en calidad (SNET, 2005).

El modelo de balance hídrico se basa en la ecuación de conservación de masa:

Cambio de almacenami ento = Entradas – Salidas

El modelo de balance hídrico considera como variable principal de entrada a la precipitación y a la evaporación como la variable principal de salida.

2.2 Procesos hidrológicos que se presentan en un ecosistema

Los componentes de los procesos hidrológicos que se presentan en un ecosistema pueden ser representados de la siguiente manera (Figura 2).

Figura 2. Representación de los flujos de agua en un bosque. (Tomado de Schellekens, 2000).

La precipitación incidente (Pg) en bosques tropicales por lo regular es en forma de lluvia, y esta llega a la superficie del suelo como flujo de traslocación (Th, fracción de la precipitación incidente pasa a través de las hojas sin tocarlas, y alcanza el suelo del bosque), flujo Cortical (St, Fracción de la precipitación que fluye en la corteza de los árboles) y drenaje (D, agua que gotea de ramas y hojas).

En general, no es posible distinguir directamente en campo el goteo del agua de la lluvia por efecto del dosel y las gotas que pasan sin tocar el dosel de la vegetación. Por lo tanto, los dos se combinan y se les da el nombre de flujo de traslocación (Th). La fracción del agua que alcanza al suelo del bosque es evaporada y regresada a la atmósfera (EsD).

Si la capacidad de infiltración del suelo es menor que la intensidad del flujo de traslocación y del flujo cortical, se presentará el escurrimiento de exceso de agua llamado flujo hortoniano (HOF).

Una parte considerable del agua que se infiltra es tomada por la vegetación y devuelta a la atmósfera por efecto de la transpiración (Et). Así la suma de la transpiración (Et), Evaporación del suelo (EsD) y la intercepción (I) es llamada evaporación total (ET).

Durante las tormentas, el agua puede fluir como flujo sub -superficial (SSSF) en suelos saturados o no saturados. Cuando el perfil del suelo o cuando la parte superior de ella esta saturada, la lluvia que cae escurrirá como flujo superficial (SOF). La contribución del flujo sub – superficial (SSSF) y del Flujo superficial (SOF) representan las corrientes que alimentan los encharcamientos (CP). La humedad restante del suelo es drenada y encauzada a las corrientes (Bruijnzeel, 1989a). Los principales componentes del balance hídrico de una vegetación en un ambiente tropical húmedo (Figura 2) son: precipitación (P), evapotranspiración Total (ET), escurrimiento (Q), percolación profunda (DP) y el cambio de almacenamiento (LS), (Ecuación 1).

2.3 Antecedentes del estudio de la Intercepción

El estudio de las pérdidas por intercepción tiene gran importancia en el balance hídrico de las cuencas, en especial cuando las precipitaciones son escasas e irregulares y cuando gran parte del porcentaje interceptado es evaporado. La presencia o ausencia de vegetación no solamente afecta la cantidad de agua precipitada que alcanza el nivel del suelo; afecta también la energía cinética, y a través de ella la capacidad de desprendimiento del suelo ante los impactos de las gotas de lluvia (Morgan, 1985).

Se sabe que el dosel de la vegetación puede interceptar la lluvia y prevenir la erosión del suelo, porque la precipitación interceptada se evapora. Muchos autores (como Horton, 1919) han estudiado la intercepción del agua de lluvia por efecto de la vegetación. Estos estudios están basados principalmente en bosques de coníferas de clima templado y bosques tropicales.

Los estudios sobre la intercepción tomaron auge en la década de los años setenta (Aussenac, 1968, 1970; Rapp y Romane, 1968) cuyos estudios fueron realizados en bosque de Quercus ilex; Rutter y Morton, 1971, 1975, 1977, desarrollaron un modelo de predicción de la intercepción que posteriormente fue modificado por Gash, 1978, 1979. Los procesos de partición de lluvia se han estudiado principalmente en formaciones arbóreas relativamente homogéneas, de cubierta continua y en muchos casos monoespecíficas de zonas templadas y tropicales, (Horton, 1919; Kittredge et al. 1948; Law, 1956; Rutter, 1963; Zinke, 1967; Herwitz, 1985; Crockford et al. 2000; Levia, 2004). En cambio, se ha prestado poca atención a otros tipos de vegetación, como arbustos y herbáceas, debido a la dificultad que supone medir en ellos los flujos de partición de lluvia especialmente si se desea separar el goteo y la escorrentía cortical (Belmonte & romero, 1994). Tradicionalmente, la cantidad de precipitación interceptada por el dosel ha sido determinada indirectamente de la diferencia entre la precipitación incidente y la lluvia que pasa a través del dosel de la vegetación, la cual es dividida en el flujo de traslocación y el flujo cortical (Dolman, 1987; Dunin et al. 1988; Jonson, 1990), Citado por Huang et al. 2004.

Rutter et al. (1970) desarrollaron el modelo para predecir la evaporación interceptada por la lluvia en bosques (frecuentemente llamada pérdidas de intercepción), derivado de observaciones en un bosque de pino al SE de Inglaterra. Con el paso de los años, los datos obtenidos de observaciones han mejorado los modelos de intercepción y también se han desarrollado otros modelos para determinar la pérdida de la precipitación por intercepción (Toba y Ohta, 2005); lo anterior comprende modelos analíticos (Gash, 1979; Gash et al. 1995; Carlyle – Moses y Price, 1999), de almacenamiento (Rutter et al. 1971; Hashino et al. 2002), y modelos de intercepción de base física (Liu, 1997). Para determinar la cantidad de lluvia interceptada por el dosel de la vegetación, se mide la precipitación que pasa a través de la cubierta vegetal (figura 3).

Figura 3. Proceso de la intercepción

donde

C es el agua almacenada en la vegetación, Ew es la evaporación, Pg la precipitación incidente, Th el flujo de traslocación, St el flujo Cortical y D el drenaje.

Existen metodologías para la intercepción, basadas en mediciones en la parte inferior del follaje, la primera es considerar la vegetación como comunidad (Dunkerley, 2000; Rodrigo y Avila, 2001; Carlyle-Moses, 2004; Fleischbe et al. 2004; Iida et al. 2005) en donde todas las especies que conforman la vegetación se evalúan conjuntamente, y el segundo, a nivel de especie, en donde se analizan individuos aislados ya sea in situ (Návar y Bryan, 1990, Xiao et al. 2000; David et al. 2006; Owens et al. 2006; Guevara-Escobar et al. 2007) o ex situ mediante la simulación de lluvia (Bui y Box, 1992; Abrahams et al. 2003).

Las formas en que se cuantifican el flujo de traslocación y drenaje foliar a nivel de comunidad son: por canaletas (Loescher et al. 2002), pluviómetros o dispositivos que sirvan como tales (Gómez et al. 2002) y parches de captación (Pypker et al. 2005). A nivel de especie existen estudios en donde se cuantifica con pluviómetros (Jackson, 2000; Staelens et al., 2006; David et al. 2006) extensómetros (Huang, Chen y Lin, 2005) y mediante dispositivos que abarquen la mayor parte de la cobertura de la copa (Xiao et al. 2000; Guevara-Escobar et al. 2007) (Figura 4).

Figura 4. Formas de cuantificación del flujo de traslocación, a) Pluviómetros o dispositivos, b) Canaletas y c) Dispositivo que abarca la mayor parte de la copa del árbol.

2.4 Estudio de intercepción en México

En México son contados los trabajos que se han realizado sobre pérdidas por intercepción. La mayoría de estas investigaciones se han centrado en vegetación de ambientes semiáridos en el norte del país, como se muestra en la Tabla 1. Sin embargo, no existen suficientes estudios de intercepción en México sobre el género Quercus sp. Salvo algunas investigaciones como las citadas en las tablas 2 y 3.