Efectos de diferentes tipos de vegetación mediterránea sobre la hidrología y la pérdida de suelo

Premio Extraordinario de Doctorado de la UAH en 2015El abandono de la actividad agraria afecta a extensas superficies de la cuenca Mediterránea. Es un cambio de uso del suelo que de forma inmediata incrementa el riesgo de erosión durante el establecimiento de una nueva cubierta vegetal, y a medio y largo plazo repercute sobre la hidrología. Entender la mecánica es clave para evaluar y controlar los efectos de un proceso, en el que las características de la vegetación y la dinámica de la recolonización tienen una importancia capital. La vegetación herbácea (pastizal) es la primera que coloniza el suelo y después va apareciendo vegetación arbustiva, que en la región Mediterránea son especialmente importantes por la cantidad de terreno que ocupan y por su diversidad. Siendo el agua un recurso escaso, el suelo sensible a la erosión y la proliferación de matorrales tan abundante parece necesario evaluar de manera integrada los efectos del cambio del tipo de vegetación, especialmente este tipo de cubiertas vegetales que están poco caracterizadas. El objetivo de esta tesis doctoral es determinar los efectos del abandono de la actividad agraria sobre los fenómenos hidrológicos y erosivos en una zona de clima mediterráneo-frío del centro de la Península Ibérica, y abordar la caracterización de la vegetación arbustiva mediterránea desde el punto de vista de sus efectos sobre la escorrentía, la infiltración, los flujos de interceptación y la pérdida de suelo. Para caracterizar los efectos del pastizal y de cuatro especies de arbustos (Dorycnium pentaphyllum, Colutea arborescens, Medicago strasseri y Retama sphaerocarpa) sobre la generación de escorrentía y la pérdida de suelo se realizaron 2 ensayos de diferente escala. En parcelas de 1 m de diámetro y con lluvia simulada de alta intensidad, se ha puesto de manifiesto la efectividad del pastizal para reducir al mínimo la erosión laminar tan solo seis meses después del abandono. En cambio su capacidad para regular la escorrentía es menor y tarda mucho más en desarrollarse. Un año y medio después del abandono, la tasa de escorrentía en el pastizal continua siendo moderadamente alta (20.8 mm h-1). Los arbustos son muy efectivos tanto en la protección del suelo como en la regulación de la escorrentía, excepto R. sphaerocarpa con valores moderados. Este trabajo en pequeña parcela ha permitido separar los efectos directos, asociados a la presencia de la cubierta aérea de la vegetación, y los indirectos, asociados a los cambios que la vegetación ha provocado en el suelo. Los efectos protectores del pastizal desaparecen casi en su totalidad cuando se pierde la cubierta aérea, mientras que los de los arbustos permanecen durante algún tiempo por los profundos y complejos cambios que provocan en el suelo. En parcelas USLE de 20 metros de longitud por 4 metros de ancho y con lluvia natural se han analizado los efectos de una revegetación con tres especies de arbustos (D. pentaphyllum, C. arborescens y M. strasseri) y su relación con las características de la precipitación. Los arbustos tardan casi tres años en reducir la pérdida de suelos a niveles mínimos y en regular la generación de escorrentía, siendo muy efectivos a partir de este período, en especial para los eventos erosivos de alta intensidad. La escala del experimento tiene poca influencia sobre los resultados si estos se expresan en términos relativos, como proporción de lo que sucede en el suelo desnudo, en especial para eventos de elevada intensidad. Se ha desarrollado una segunda línea de trabajo para caracterizar los efectos de los arbustos sobre los procesos de interceptación y redistribución de la precipitación. La capacidad de almacenamiento, parámetro clave en los modelos de interceptación, y el flujo de escorrentía cortical se han determinado en nueve especies arbustivas empleando dos técnicas de laboratorio, la simulación de lluvia (13 mm h-1) y la inmersión de la vegetación en agua. Los resultados ponen de manifiesto que los arbustos pueden almacenar grandes volúmenes de precipitación y que la variabilidad interespecífica es elevada para la capacidad de almacenamiento (de 0.35 mm a 3.24 mm) y para la escorrentía cortical (de 3.8% a 26.4%). Existe una gran influencia de los detalles anatómicos (pubescencia, rigidez de las ramas, ángulo de inserción de las hojas y ramas) en la capacidad de almacenamiento y en la escorrentía cortical. El método de inmersión subestima la capacidad de almacenamiento, y lo hace de forma diferente para cada especie. Se ha realizado un segundo experimento para medir las pérdidas por interceptación, la escorrentía cortical y la trascolación en condiciones reales de precipitación en D. pentaphyllum, C. arborescens, M. strasseri y R. sphaerocarpa. Para ello se ha empleado una adaptación de la caja de interceptación de Belmonte Serrato y Romero Díaz con registro automático de los flujos de interceptación en campo. Las pérdidas por interceptación oscilaron entre el 10% de R. sphaerocarpa y el 43% de M. strasseri. Los porcentajes de escorrentía cortical oscilaron entre el 7% de M. strasseri y el 20% de R. sphaerocarpa. Las pérdidas y la escorrentía cortical fueron muy variadas y en algunos casos superiores a los de la vegetación arbórea. A nivel hidrológico el factor biótico más determinante de variabilidad es la especie, y resulta difícil de modelizar. El volumen de precipitación es el factor abiótico más importante. Afecta al volumen y a la proporción de pérdidas por interceptación y escorrentía cortical. Ambos flujos se incrementan en valor absoluto con el volumen de precipitación, pero cuando se expresan en porcentaje de la precipitación la escorrentía cortical crece y las pérdidas decrecen, ambas de forma logarítmica hasta alcanzar un umbral "estabilizado", a partir de los 10 mm de precipitación, que es diferente para cada especie. En una zona climática donde la mayoría de los eventos de lluvia aportan entre 0 y 10 mm, las pérdidas y la escorrentía cortical varían para cada evento y especie vegetal y resultan más difíciles de predecir. Los eventos de precipitación superior a 10 mm, aunque poco frecuentes, son determinantes para la disponibilidad de agua de las especies que adoptan la escorrentía cortical como mecanismo de adaptación a la aridez. Los resultados de esta tesis doctoral ponen de manifiesto que tras el abandono del cultivo el riesgo de erosión laminar se limita a los seis primeros meses. Después los riesgos de erosión están asociados a que el pastizal es poco efectivo regulando la generación de escorrentía, y a que sus efectos son efímeros por estar asociados a la cubierta aérea. Los arbustos tardan casi 3 años en proteger el suelo, pero una vez que lo hacen inducen cambios profundos que afectan a la generación de escorrentía incluso cuando la cubierta aérea desaparece. Los arbustos pueden tener una elevada capacidad de almacenamiento y generar pérdidas por interceptación tan elevadas si son capaces de formar comunidades densas. Por tanto pueden afectar a la disponibilidad de agua en una región donde es un recurso escaso. La variabilidad asociada al "tipo de arbusto" tiene entidad suficiente como para ser considerada a nivel de gestión. R. sphaerocarpa, el arbusto más característico de los pastizales que colonizan el suelo tras el abandono de la agricultura en el centro de España, tiene una capacidad de protección del suelo moderada, pero complementa los efectos del pastizal y apenas genera pérdidas por interceptación. En una región amenazada por la erosión hídrica y con escasez de agua, es fundamental caracterizar especies arbustivas que formen comunidades lo suficientemente densas como para proteger el suelo, pero sin poner en peligro los recursos hídricos