T10. Fluxos d'aigua i nutrients als boscos (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología Ambiental - 4º curso
Asignatura Ecologia forestal
Año del apunte 2016
Páginas 9
Fecha de subida 19/03/2016
Descargas 14
Subido por

Vista previa del texto

Tema 10: Els fluxos d’aigua i nutrients als boscos | 53 TEMA 10. ELS FLUXOS D’AIGUA I NUTRIENTS ALS BOSCOS HIDROLOGIA FORESTAL En un bosc l’aigua entra per: - Pluja Flux d’escorriment superficial Nivells freàtics elevats (aigua subterrània) En un bosc l’aigua surt per: - Evapotranspiració (component més important) Escorrentia superficial FLUXOS D’AIGUA ANIVELL D’ARBRE Intercepció: aigua que queda interceptada a les capçades i s’evapora directament des de les fulles.
Trascol: precipitació – intercepció – escorriment cortical Escorriment cortical: aigua que baixa pel tronc, per efecte d’embut de la capçada. L’escolament cortical es mesura a partir d’un canal que rodeja l’arbre de forma helicoïdal i recull l’aigua que hi circula.
Evapotranspiració: intercepció + transpiració FLUXOS D’AIGUA A NIVELL DE RODAL  S’han de sumar altres fluxos com l’evaporació i la infiltració Mesura dels fluxos a nivell de rodal En general no és viable fer servir lisímetres en boscos i el que es fa és estimar l’evaporació del sòl a partir del balanç de calor (calor latent assocat a l’evaporació) i, especialment, els canvis en el contingut d’humitat del sòl Lisímetres: Macrobalança que es col·loca sota un volum de sòl i en mesura el pes. Les diferències es deuen principalment a entrades i sortides d’aigua.
54 | E c o l o g i a F o r e s t a l Mesura de la transpiració En general s’estima a partir del flux de saba a través del tronc. Es col·loca un sensor que enregistra la diferència de temperatura. Com més ràpid sigui el flux, més escalfor es dissiparà i la diferència de temperatures serà menor.
FLUXOS D’AIGUA A NIVELL DE CONCA Una conca és un sistema pràcticament tancat. És per això, que delimitar entrades i sortides d’aigua és més fàcil i, de la mateixa manera també ho és estudiar la seva dinàmica.
El transport d’aigua que es produeix en el subsòl i l’escorriment superficial drenen cap al riu.
La infiltració profunda es podria donar i desequilibrar el balanç d’entrades i sortides. És per això que els estudis es fan sobre conques permeables.
Per mesurar el cabal del riu es construeix una presa amb una forma coneguda de pas d’aigua. A partir dels canvis en l’alçada es pot calcular l’aigua que surt de la conca per unitat de temps (cabal).
Balanç d’aigua a nivell de conca AS: canvi en el contingut d’aigua del sòl, depèn de l’època de l’any (emmagatzemant en època de tardor) Comparant les mesures en el mateix mes dels diferents anys i en una conca impermeable eliminem les dues últimes variables. D’aquesta manera les precipitacions s’igualen a l’evapotranspiració real i el cabal d’aigua.
Moltes vegades el que es fa és estimar l’evapotranspiració potencial (mesura més difícil d’obtenir) a partir de la precipitació i el cabal d’aigua del riu.
Mesura de transpiració a nivell de conca Típicament es fan servir torres de covariància de remolins (eddy covariance) o mesures de flux de saba escalades a partir de dades estructurals del bosc. A escales grans es poden fer servir tècniques de teledetecció.
En boscos de Catalunya, es veu una correlació positiva entre l’estima de flux de saba i evapotranspiració.
Tema 10: Els fluxos d’aigua i nutrients als boscos | 55 EFECTE DEL BOSC A L’HIDROLOGIA Intercepció La intercepció, i consegüentment el percentatge de trascol (sobre la precipitació) depèn de l’espècie dominant (estructura de la capçada, forma i rugositat de les fulles...) i de les característiques estructurals del bosc.
La intercepció depèn també del règim de pluges. Com més intensament plou, menys aigua és interceptada.
Humitat del sòl L’arbre genera ombra i l’evaporació del sòl no és tan gran, però això no compensa la quantitat d’aigua que l’arbre absorbeix. Per tant, la humitat serà més elevada enmig d’un prat que sota l’arbre.
El contingut d’aigua i el drenatge és més elevat en zones on no hi ha arbres. En general, una coberta forestal determina una menor humitat del sòl i menys recàrrega subterrània que una coberta herbàcia.
Control del cabal i l’erosió En un bosc el flux d’aigua és molt més lent En zones amb cobertes de bosc reduïdes es produeixen fluxos molt més ràpids, el cabal del riu creix de sobte i es poden produir desbordaments. A part, en aquests sòls, es produeix una erosió més ràpida ja que no hi ha vegetació que l’estabilitzi.
En zones tropicals els boscos mitiguen els efectes de l’aigua en l’erosió del sòl.
Evapotranspiració potencial vs real L’evapotranspiració potencial (Ep o E0) és la quantitat d’aigua que s’evaporaria si la disponibilitat d’aigua fos il·limitada, i depèn bàsicament de l’energia disponible  augmenta amb la temperatura (depèn pràcticament de la radiació).
L’evapotranspiració real (Ea) és la que s’evapora realment donades les condicions concretes a la zona d’estudi. Aigua transpirada en un bosc per unitat de temps. És la més fàcil de comprendre però més difícil de mesurar.
56 | E c o l o g i a F o r e s t a l En una zona mediterrània, mentre hi ha aigua disponible al sòl, l’evapotranspiració potencial i real són iguals.
En el moment en què l’aigua del sòl s’esgota, l’evapotranspiració real, passa a ser inferior a la potencial. En climes tropicals això no acostuma a passar ja que no hi ha dèficit d’aigua.
Diferències entre boscos temperats i boscos mediterranis En els boscos mediterranis, amb una precipitació efectiva menor que l’evapotranspiració potencial, l’evapotranspiració real només assoleix una fracció de la potencial. És a dir, els boscos creixen en condicions de dèficit hídric.
En boscos temperats o boreals, en els quals la precipitació és major que l’evapotranspiració potencial, l’evapotranspiració real és igual o s’aproxima molt a la potencial.
Aquestes característiques en l’ambient són la base d’importants diferències en les respostes ecofisiològiques dels boscos en funció de la limitació hídrica a la qual es veuen sotmesos Implicacions per l’escorriment superficial Cada color és una conca diferent, cada punt del mateix color és un any diferent.
En una zona molt humida, com més plou, més aigua surt pel riu.
Com més seca és la zona menys es manté aquesta relació, fins al punt que l’aigua que surt, és pràcticament independent de l’aigua que entra (evapotranspiració potencial i real són molt diferents).
AIGUA VERDA vs AIGUA BLAVA L’aigua blava és aquella que surt del bosc, correspon a l’aigua d’escorriment superficial va a parar als rius i l’aigua subterrània que recarrega els aqüífers.
Aigua verda és aquella que circula per dins el bosc i marxa del sistema per evapotranspiració.
Tema 10: Els fluxos d’aigua i nutrients als boscos | 57 Distribució Les precipitacions equivalen a la suma de les dues aigües. La distribució d’una respecte l’altre depèn del lloc, de la vegetació i les precipitacions.
L’aigua blava no disponible pel seu aprofitament és aquella que va a recarregar els aqüífers.
La major part de l’aigua dolça a Catalunya és utilitzada en agricultura (aproximadament 2/3). Altres usos: industrial i domèstic.
Aigua blava i aigua verda (Km3/any) disponible al Mediterrani En el context mediterrani, l’aigua verda és relativament més alta que l’aigua blava, especialment en zones més seques.
L’aigua que circula per dins els arbres es converteix en carboni i es tradueix en creixement. A Catalunya, el rendiment dels boscos per l’extracció de fusta doncs, es veu limitat per la disponibilitat d’aigua. A Galícia en canvi, hi ha un règim de pluges molt més elevat i el rendiment és també més alt. Hi ha aprofitament d’arbres com eucaliptus i Pinus radiata.
Diferències segons el tipus de bosc Eficiència de les espècies en l’ús d’aigua: aquelles típicament mediterrànies són molt poc eficients en l’ús d’aigua. Pinus radiata és la més eficient de la taula.
Per la fixació de C els arbres utilitzen unes grans quantitats d’aigua, de l’ordre de 500 kg d’aigua per Kg de Carboni.
Efecte de les plantacions  Les plantacions en un bosc a priori disminueix la proporció d’aigua blava.
En un conjunt de 600 observacions: - Les plantacions redueixen el cabal en 227 mm anuals (52%) Un 13% dels cursos es van assecar completament durant 1 any o més Es produeix un canvi en el cabal d’aigua del riu en funció de l’edat de la plantació. Com més desenvolupada està menor és el cabal del riu, arriba menys aigua als aqüífers perquè és absorbida per les plantes.
58 | E c o l o g i a F o r e s t a l Quina utilitat pot tenir l’aigua verda? Es tracta d’un component essencial del cicle hidrològic (el 70% de l’aigua terrestre que retorna a l’atmosfera ho fa a través de la transpiració).
EFECTE CLIMÀTIC DELS BOSCOS Modificacions locals/regionals en el balanç d’aigua i energia.
A petita escala, la vegetació afavoreix a les pluges regionals. Una coberta forestal modifica el balanç hídric regional afavorint la formació de núvols i pluja.
La coberta forestal també afecta al balanç de radiació ja que la radiació absorbida està relacionada amb el color de la capçada. Per altra banda, la radiació permet la transpiració del bosc i, conseqüentment el refredament del mateix.
Efectes de la coberta forestal en la pluja (tròpics) L’aigua evaporada influeix de forma més clara a les precipitacions que es donen en una zona.
Impactes climàtics de la desforestació La coberta de bosc i les accions humanes sobre aquesta (ex: desforestació) tenen efectes més enllà d’escala regional.
L’esquema mostra canvis en la temperatura superficial deguts a pèrdues en la coberta del bosc entre el 2003 i el 2012 CICLES DE NUTRIENTS ALS BOSCOS Els principals nutrients per les plantes en general i els arbres en particular són C, O, H, N, P, S, Ca, K, Mg i micronutrients com el Fe, Mg, Co, Zn, etc.
Els nutrients es transporten a llargues distàncies Bàsicament tots els nutrients circulen dissolts en l’aigua (excepte el carboni que entra als sistemes en forma de gas pels estomes) En general, les entrades de nutrients en els ecosistemes són atmosfèriques (pluja de fang) i per meteorització (degradació de la roca, les arrels acceleren el procés de meteorització). Les sortides són atmosfèriques (evaporació) i hidrològiques entre altres.
Tema 10: Els fluxos d’aigua i nutrients als boscos | 59 Les plantes caduques, abans de deixar anar les fulles, reabsorbeixen part dels nutrients (minimització de la pèrdua de nutrients). El que no s’absorbeix es recicla, es descompon, es mineralitza i és reabsorbit novament per la vegetació. Els nutrients mai s’absorbeixen en forma orgànica sinó inorgànica.
Dins dels ecosistemes doncs aquests nutrients circulen en forma dissolta (lligats als fluxos d’aigua) o com a constituents de la biomassa / necromassa.
Importància de les associacions entre plantes i fongs i microorganismes.
La principal font de nitrogen la trobem a l’atmosfera (el 70% de l’atmosfera està format per N). Les plantes no el poden absorbir directament perquè són incapaces de trencar aquest triple enllaç. Microorganismes relacionats amb les plantes són els que els fan disponibles.
- El paper dels bacteris és passar el N a formes orgàniques El paper dels fongs és augmentar la superfície efectiva de les arrels Sense aquests elements no es podrien entendre els cicles biogeoquímics DISTRIBUCIÓ DELS NUTRIENTS A LA BIOMASSA Des del punt de vista de la biomassa total, la major part la trobem al tronc. Pel que fa als nutrients però, les proporcions canvien, ja que la major part del tronc són cèl·lules mortes.
La major part del Nitrogen i el Fòsfor es troba especialment a les fulles.
Alzinar de prades.
La distribució dels principals nutrients en diferents fraccions de la biomassa: les concentracions més elevades de nutrients les trobem a les fulles i a les inflorescències.
60 | E c o l o g i a F o r e s t a l ENTRADES Deposició atmosfèrica en boscos Els nutrients entren a l’atmosfera per    Deposició seca: pols gravitatòria que es diposita a sobre les fulles.
Deposició oculta: nutrients que es dipositen a traves de la humitat Deposició humida: nutrients que es dipositen dissols en aigua de pluja Es produeix una absorció passiva de nutrients dissolts en aigua per part de les fulles. Aquesta absorció és molt baixa relacionada amb la que es dona a nivell de les arrels.
Les partícules que no s’absorbeixen a nivell de la capçada són lixiviades. Sortides per trascol i escolament cortical.
Tendències en la deposició atmosfèrica.
A Catalunya (el mateix passa a nivell Europeu): - Les deposicions globals de sulfat s’han reduït  lligat amb la reducció d’emissions de sulfats Les deposicions de nitrogen (amoni i nitrat) han augmentat els darrers anys.
Sortides de nutrients a la conca En la mesura de la concentració de nutrients del cabal s’observa que la concentració de nitrogen és molt baixa ja que es tracta d’un factor limitant per les plantes.
Experiment: desforestació d’una subconca: Com a conseqüència de la desforestació, la quantitat d’aigua i la concentració de nutrients al riu era molt més elevada.
Tema 10: Els fluxos d’aigua i nutrients als boscos | 61 DESCOMPOSICIÓ I RECICLATGE DE NUTRIENTS Es produeix bàsicament per part dels microorganismes i es tracta d’una reducció exponencial Com més important és el nutrient per al sistema, més elevada és la recirculació i més lenta la descomposició.
...