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Cross-scale effects of biological soil crusts on runoff generation and water erosion in semiarid ecosystems. Field data and model approach. Efectos de las costras biológicas del suelo en la generación de escorrentía y en la erosión hídrica a diferentes escalas

  • Autores: Emilio Rodríguez Caballero
  • Directores de la Tesis: Yolanda Cantón Castilla (dir. tes.), A. Solé i Benet (codir. tes.), Roberto Lázaro Suau (codir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2013
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Adolfo Calvo Cases (presid.), J. M. Schoorl (secret.)
  • Materias:
  • Texto completo no disponible (Saber más ...)
  • Resumen
    • La escasez de agua, unida muchas veces a deficiencias de gestión ha generado numerosos problemas de degradación en los ecosistemas áridos y semiáridos. La mayor parte de los procesos erosivos en este tipo de sistemas están generados por la acción del viento o el agua, destacando el efecto de la lluvia y la posterior generación de escorrentía como principal agente erosivo. La generación de escorrentía en estas zonas se limita principalmente a las áreas desprovistas de vegetación, por lo que son precisamente estas zonas las más susceptibles a la erosión. Las zonas no vegetadas de estos sistemas suelen estar cubiertas por costras biológicas del suelo (CBS). Las CBS son comunidades complejas de cianobacterias, hongos, líquenes y musgos que ocupan los primeros milímetros de suelo y modifican muchas de las propiedades relacionadas con los procesos de generación de escorrentía y erosión, hasta el punto de ser consideradas, por diferentes autores, como uno de los principales agentes protectores frente a la erosión en ecosistemas áridos. Sin embargo, existe cierta controversia sobre su efecto en la generación de escorrentía. Algunos trabajos identifican a las áreas cubiertas por CBS, como áreas fuente de escorrentía, que pueden aumentar el riesgo de erosión aguas abajo. Por lo tanto, para determinar verdadero papel que ejercen las CBS en la generación de escorrentía y en la erosión hídrica, debemos de evaluar el impacto de este aporte extra de agua a una escala espacial menos detallada, que incluya manchas de vegetación y áreas dominadas por CBS y sus interacciones. Además, para poder predecir correctamente el impacto de posibles alteraciones antrópicas o cambios en las condiciones climáticas en la respuesta hidrológica y erosiva de los sistemas dominados por CBS, sus efectos deben ser incorporados en los modelos de simulación de escorrentía y erosión. Pese a que algunos trabajos señalan la importancia de abordar el escalado del papel de las CBS, hasta el momento, todo el esfuerzo investigador se ha centrado en estudiar los efectos de las CBS de forma muy local. En esta tesis, nos hemos centrado en analizar el efecto que diferentes tipos y cobertura de CBS ejercen sobre la generación de escorrentía y la erosión, y en examinar cómo este efecto cambia con la escala espacial.

      Para resolver la controversia respecto al efecto que ejercen las CBS sobre la generación de escorrentía y erosión a escala de detalle se han aplicado modelos de ecuaciones estructurales, para analizar las relaciones directas e indirectas entre la cobertura y tipo de CBS, las propiedades de la superficie del suelo como la microtopografía o la hidrofobia, las propiedades de la lluvia y la generación de escorrentía y a erosión. Nuestros resultados ponen de manifiesto el importante papel que ejercen las CBS sobre las propiedades de la superficie del suelo a escala de detalle (centímetros), sobre todo en aquellas directamente relacionadas con los procesos hidrológicos y erosivos, como la microtopografía, la estabilidad superficial o la hidrofobia. Además, hemos comprobado que el efecto final que los diferentes tipos de CBS ejercen sobre la generación de escorrentía y la erosión está fuertemente condicionado por las propiedades de la lluvia, que controlan las complejas interacciones entre las CBS y las propiedades del suelo en los procesos hidrológicos y erosivos. Durante lluvias poco intensas la microtopografía generada por la presencia de CBS aumenta la cantidad de agua que se almacena en las microdepresiones del terreno, reduce la conectividad hidrológica, retarda la generación de escorrentía y aumenta la infiltración. En lluvias intensas, por el contrario, son el tipo y cobertura de CBS, junto con la hidrofobia de algunos compuestos exudados por ciertos tipos de CBS, los parámetros que controlan la generación de escorrentía. Además, podemos afirmar que las CBS ejercen un fuerte efecto protector frente a la erosión hídrica, tanto en lluvias débiles como intensas. Por todos estos motivos consideramos las CBS como un elemento clave en la respuesta hidrológica y erosiva en aquellos ecosistemas en los que son un componente importante de la cubierta del suelo. Sin embargo, para comprender su verdadero papel en el funcionamiento y en la hidrología de estas zonas, es necesario analizar su efecto a escalas más generales, e incluir todas las interacciones que ocurren entre las zonas cubiertas por CBS y las manchas de vegetación.

      El excedente de escorrentía generado en las zonas cubiertas por CBS es reinfiltrado y aprovechado por la vegetación ubicada aguas abajo, lo cual pone de manifiesto el importante papel que juegan las interacciones entre CBS y vegetación en la generación de escorrentía y en la erosión a escala de ladera o cuenca. No obstante, la capacidad de las zonas vegetadas para retener agua y sedimentos es limitada, y puede verse rebasada durante algunos eventos de gran magnitud, aumentando la conectividad hidrológica y, potencialmente, la cantidad de sedimento exportado fuera del mismo. Pero, aún durante este tipo de eventos, el efecto protector de las CBS controla la erosión aguas abajo.

      Los resultados presentados en esta tesis resaltan el importante papel que ejercen las CBS sobre los procesos hidrológicos y erosivos a diferentes escalas, y demuestran la necesidad de incluir su efecto en los modelos de simulación de escorrentía y erosión, para poder llegar a comprender mejor como se redistribuyen el agua y los sedimentos en cuencas dominadas por CBS. Para introducir de forma correcta el efecto de las CBS en estos modelos es crucial conocer su distribución espacial. Actualmente, disponer de una herramienta que permita identificar la presencia de diferentes tipos de CBS y cuantificar su cobertura se ha convertido en una demanda cada vez más necesaria. Por este motivo, se han realizado considerables esfuerzos para identificar y cartografiar diferentes tipos de CBS a partir de información espectral. Todos los trabajos previos resaltan la capacidad de los sensores remotos para identificar y cartografiar la presencia de CBS aunque, debido a la heterogeneidad espacial de los sistemas áridos y semiáridos, y a que existe una similitud espectral entre las CBS y diferentes elementos característicos de estos sistemas, resulta muy difícil aplicar las metodologías tradicionales. En estas áreas, el tamaño de pixel de las imágenes con frecuencia excede el tamaño de los diferentes elementos de la superficie, afectando a su respuesta espectral. Estas dificultades se han resuelto empleando información hiper-espectral combinada con técnicas de análisis de mezclas. La cobertura de CBS, vegetación y suelo desnudo resultante presenta una gran precisión, y ha demostrado ser una fuente de información adecuada para caracterizar las propiedades de la superficie en sistemas dominados por CBS, aumentando la calidad y precisión en la simulación de escorrentía y erosión. Cuando el efecto de las CBS no se incluyó en el modelo LISEM, se observo un fuerte aumento de la erosión que dio lugar a un amento del error en la simulación y a una sobreestimación de la erosión.


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