estudios de dinámica hídrica en la selva nublada de la mucuy ...

Ataroff, M. y J.F. Silva (eds) 2005. Dinámica Hídrica en Sistemas Neotropicales. ICAE,Univ. Los Andes, Mérida, Ataroff, Venezuela M.ESTUDIOS DE DINÁMICA HÍDRICA EN LA SELVA NUBLADA DE LA MUCUY,ANDES DE VENEZUELAWATER DYNAMICS STUDIES IN LA MUCUY CLOUD FOREST,ANDES OF VENEZUELAMichele Ataroff S.Instituto de Ciencias Ambientales y Ecológicas (ICAE), Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes,Mérida, Venezuela. ataroff@ula.veRESUMENEn este trabajo se resume la información sobre dinámica hídrica de la selva nublada de La Mucuy, Andes de Venezuela, lacual sirvió de base para la planificación de parte de las investigaciones que sobre esta temática fueron realizadas en el marcodel proyecto IAI-CRN-040 en la Red Interamericana de Cooperación Andes Sabanas (RICAS). En la selva nublada de LaMucuy estudiamos, por varios años, diversos aspectos de su dinámica hídrica. Los resultados indican que recibió aportesanuales por precipitación vertical (Pv) de 3100mm y de intercepción de neblina (Ph) de 300mm, interceptando 51% deeste ingreso (Pt=Pv+Ph). La escorrentía caulinar fue de 0,2% y la precipitación neta total fue de 49% de Pt. En lasuperficie del suelo, la hojarasca interceptó el 6% y el escurrimiento fue 1,4% de Pt, similar al 2% registrado en un pastizalde kikuyo (Pennisetum clandestinum) cercano. A pesar de ello, el suelo del pastizal presentó % de humedad entre 7-11%menores que los de la selva. El ritmo mensual del escurrimiento mostró que la selva amortiguó los picos cuando lasprecipitaciones fueron altas en comparación con el pastizal, el cual los magnificó. Auque las pérdidas estimadas portranspiración deberán ser validadas, ellas fueron mucho mayores en el pastizal, lo cual explicaría que aún teniendo unamayor infiltración el % de humedad en su suelo sea menor. Esta investigación permitió detectar problemas claves a serestudiados para la comprensión de la dinámica hídrica de estos sistemas así como proponer estudios comparativos en otraslocalidades de selvas andinas.ABSTRACTHere I summarize the results on the water dynamics of a cloud forest at La Mucuy, in the Venezuelan Andes, from apreliminary study conducted for several years. Annual vertical precipitation was 3100mm and annual horizontalprecipitation was 300mm, 51% of which was intercepted by the canopy. Stem flow was 0.2% and net precipitationrepresented 49% of the total precipitation. On the soil surface, run-off was 1.4% of the total precipitation, similar to thevalues registered in a nearby grassland (Pennisetum clandestinum); however, soil humidity was 7-11% higher in the forestthan in the grassland. The forest litter intercepted 6% of the run-off. The fact that soil humidity was lower in the grasslandthan in the forest, despite the higher infiltration rates, may be due to the higher transpiration rates (which still have tobe validated). The monthly registers of run-off showed that contrary to the grassland, the forest buffered the effects ofhigh intensity rains. These results allowed us to detect key aspects that needed further research and the design ofcomparative studies in other Andean forests as part of the water research program of our network RICAS (IAI-CRN-040).INTRODUCCIÓNEn los ríos y quebradas permanentes de montaña, laestabilidad del caudal base depende de los drenajessuperficiales, subsuperficiales y profundos, los cualesa su vez dependen de los flujos hídricos canalizadospor la vegetación. Diferentes tipos de vegetacióndeterminan diferencias en los flujos de agua, de modoque cuando se modifica los sistemas naturales oson reemplazados por agroecosistemas, se generancambios en la distribución aérea y subterránea delagua. En el caso de las selvas nubladas de Los Andes,a lo largo de toda la zona tropical, se trata de sistemasque sufren de una fuerte deforestación y reemplazopor pastizales que en muchos casos son dePennisetum clandestinum (Hochst ex Chiov) (pastokikuyo), gramínea de origen africano ampliamenteutilizada como pasto para ganadería de altura. Estecambio, producto de la intervención humana, generaconsecuencias ecológicas de gran impacto queafectan tanto la biodiversidad como múltiplesprocesos ambientales. A pesar de una conciencia cadavez más generalizada de sus consecuencia, losestudios sobre este tema son escasos.5

Estudios de dinámica hídrica en la selva nublada de La MucuyDiversos aspectos de la dinámica hídrica de lasselvas nubladas y los pastizales que las reemplazanhan sido estudiados en Argentina (Hunzinger 1997),Bolivia (Salm 1997), Colombia (Vis 1986, Veneklaasy Van Ek 1990, Veneklaas et al. 1990, De Las Salasy García 1996, Rodríguez y Ballesteros 1997), yVenezuela (Steinhardt 1979, Malavé y Marín 1985,Cavelier y Goldstein 1989, Ataroff y Rada 2000,Ataroff 2002). Sin embargo, los datos existentesno son suficientes para permitir conclusiones sobreel efecto de la intervención humana en la dinámicade aguas en localidades andinas.Desde 1996, hemos trabajado en la selva nubladade La Mucuy, en Los Andes de Venezuela, en unprograma de estudios en ecohidrología de sistemasnaturales e intervenidos con el objetivo de analizarlos principales flujos hídricos, sus montos ypatrón temporal, los «cuello de botella» de las víasde pérdida y almacenamientos así como sudinámica, comparando las selvas prístinas con loscambios provocados por el impacto de sutransformación en pastizales. Con ello,pretendemos generar información que nos permitaen un futuro cercano predecir los cambios de ladinámica hídrica a otros niveles en las montañasandinas, según su grado y tipo de intervención yvariaciones climáticas por cambios globales.Este trabajo, es un resumen de los estudios dedinámica hídrica en la selva nublada de La Mucuyhasta 1999, los cuales sirvieron de base para elprograma de dinámica hídrica en selvas nubladasandinas dentro de la Red Interamericana deCooperación Andes y Sabanas (RICAS),financiada por el Inter-American Institute forglobal change (IAI).ESTUDIOS DE DINÁMICA HÍDRICA EN LAMUCUY, VENEZUELA, 1996-99.Entre los años 1996 y 1999, desarrollamosinvestigaciones sobre dinámica hídrica en selvanublada andina en el área de La Mucuy (8º38’N,70º02’O), en Parque Nacional Sierra Nevada, estadoMérida, Venezuela, a 2300m de altitud, con 14ºCde temperatura media anual, precipitaciones entre2800-3400mm y más de 300mm de intercepciónde neblina (Ataroff y Rada 2000). Paralelamente,evaluamos los principales flujos hídricos en unpastizal de P. clandestinum (kikuyo) en un áreavecina, en la finca «Agropecuaria La Isla».La selva nublada estudiada presenta una estructuracompleja con un estrato alto abierto e irregularque alcanza 20-25m, el cual cubre un estrato deárboles medianos (entre 6 y 15m) y otro de árbolespequeños y arbustos entre 1 y 6m (Acevedo etal. 2003). La alta carga de epifitas sobre estosárboles constituye un elemento adicional en lacomplejidad estructural (Walker y Ataroff 2002).Las principales especies de árboles altos incluyenClusia multiflora, Guettarda steyermarkii,Laplacea fruticosa, Alchornea triplinervia y Billiacolumbiana (Lamprecht 1954; Acevedo et al.,2003). Las especies más comunes en elsotobosque comprenden a Psychotria aubletiana,Palicourea demissa, Solanum meridense,Monochaetum meridense, Fucsia venusta yChusquea fendleri, y entre las epífitas resaltanTillandsia biflora, Racinaea tetrantha, Epidendrondendrobii, Oncidium falcipetalum y Peperomiamicrophylla (Acevedo et al. 2003).METODOLOGÍALos flujos medidos y/o estimados incluyeron a)precipitación vertical y horizontal para evaluar lasentradas, b) precipitación efectiva o neta yescorrentía por los troncos para evaluación detransferencias, c) intercepción del follaje y de lahojarasca, y humedad del suelo para evaluaciónde almacenamientos, y d) escurrimiento superficialy transpiración (+intercepción del follaje y de lahojarasca) para evaluar las pérdidas.Los métodos empleados fueron descritos porAtaroff y Rada (2000). La precipitación verticalfue medida en el cercano Campo ExperimentalTruchícola de La Mucuy (INIA), mientras en laselva la precipitación horizontal se midió con dosStandard Fog Collector (1m 2 de doble mallaRaschel, 60% de sombra) instalados uno en laderay otro en el fondo de valle ambos a 5m del suelo.La precipitación neta se midió con 6 pluviómetrostipo canal 3x0,18m, y la escorrentía por lostroncos con colectores anulares o en espiral entodas las leñosas con diámetro (DAP) superior a2,5cm en una parcela de 20x15m. Elescurrimiento superficial se midió en selva ypastizal con tres parcelas de escurrimiento de10x3m en cada caso. Los datos se tomaron comoacumulados semanales durante tres años (1996-98) en la selva original y dos años en el pastizal(1997-98).6

Ataroff, M.transp.16 %ev.fPv2200-3200 mm91%If51%Neblina Ph9 %Selva nubladaI F (mm)250200150100y = 0,0019x 2 + 0,1843x + 5,8107R 2 = 0,818esc. troncos23% agua suelo0,2%Ih6 %49 % P. netas+D26 %esc.1,4 %Pastizal kikuyoPv100 %transp. If66% 7 %ev.sesc.2 %14% agua suelos+ev.s+D25 %Figura 1: Principales flujos hídricos y susproporciones en la selva nublada y pastizal de kikuyoen La Mucuy, Venezuela (fuente: Ataroff y Rada 2000).La intercepción de hojarasca fue estimada a partirde curvas de desaturación realizadas en laboratoriocon cinco muestras de 481cm 2 de hojarasca sindisturbar. La humedad del suelo fue estudiada apartir de tres muestras semanales de suelo en cadauno de tres niveles de profundidad: entre 0-10cm,10-20cm y 20-30cm, y analizadas por métodogravimétrico. Presentamos los resultadossemanales entre 28 mayo y 09 octubre de 1998correspondientes a dos meses con Pv media diariade 7mm y los siguientes dos meses con Pv mediadiaria de 13mm.La transpiración de ambos sistemas fue estimadaa partir de medidas de intercambio gaseosorealizadas en diferentes épocas del año,considerando índice de área foliar y diferenciasen la duración de horas de luz por época del año.Las medidas se realizaron en la selva nublada deMonterrey, en la misma cuenca y altitud,considerando cinco especies del dosel y cuatroespecies del sotobosque, así como P. clandestinumen el pastizal (Vilanova 1996, Rada et al. 1998,Ataroff y Rada 2000).RESULTADOS Y DISCUSIÓNDurante los años de estudio la precipitaciónvertical (Pv) media fue de 3124mm anual (ingresototal para el pastizal), lo que sumado a laprecipitación horizontal (Ph, 309mm) dio un5000 50 100 150 200 250Pv (mm)Figura 2: Relación intercepción (IF)-precipitaciónvertical (Pv) en la selva nublada de La Mucuy,Venezuela.ingreso total de agua para la selva (Pt) de 3433mm(figura 1, Ataroff y Rada 2000). Ambos valoresde precipitación están dentro del rango reportadopara selvas nubladas de todo el mundo (Bruinjzeely Proctor 1995). Cavelier y Goldstein (1989)generaron las únicas otras medidas de Ph en LosAndes venezolanos en el Zumbador, con entre 3 -19% de Pv.La intercepción del follaje fue muy alta, 51% delingreso (Ataroff y Rada 2000). Otras selvasnubladas del Norte de Los Andes han mostradoproporciones menores, entre 40 y 20%(Steinhardt 1979, Veneklaas y Van Ek 1990, DeLas Salas y García 1996, Rodríguez y Ballesteros1997). Esta alta intercepción pudiera ser efectode la gran complejidad estructural, incluida la altacarga de epifitas. La intercepción depende tantode características estructurales del dosel comode las precipitaciones, así esperamos que unaestructura compleja tenga una mayor intercepciónque otras más simples a medida que lasprecipitaciones aumenten. En La Mucuy, estarelación muestra buen un ajuste con un modelobinomial positivo, con una pendiente mucho mayorque la presentada por otros sistemas forestales(figura 2, Ataroff 2002). La intercepción delpastizal fue estimada en 7% a partir de los datosobtenidos para un ambiente menos lluvioso(Ataroff y Sánchez 2000; Ataroff y Rada 2000),sin embargo, las dificultades metodológicas no hanpermitido aún tener un valor definitivo, dado quelas medidas con pluviómetros tipo canal sóloconsideran goteo y caída libre, desestimando elflujo caulinar el cual pudiera ser importante enestas gramíneas.7

Estudios de dinámica hídrica en la selva nublada de La Mucuy700600Pv pastizal x 10 selva x 104035S 0-10 S 10-20 S 20-30 P 0 -10 P 10-20 P 20-305003040025mm300% 20152001010050A S O N D J F M A M J J A S O N DFigura 3: Precipitación vertical (Pv) y escurrimientosuperficialen la selva nublada y pastizal de kikuyoen La Mucuy, Venezuela.La alta intercepción en la selva determinó unabaja precipitación neta (Pn) que resultó ser 49%de Pt, mientras la escorrentía por los troncossólo representó el 0,2% (Ataroff y Rada 2000).Este flujo suele tener valores bajos en el balanceanual (Bruijnzeel y Proctor 1995), en LaCarbonera, Andes venezolanos, Steinhardt (1979)midió 0,8%. El agua que llegó a la superficie delsuelo fue interceptada por la hojarasca en unaproporción estimada en 6% de Pt.El escurrimiento superficial fue bajo en ambossistemas a pesar de la fuerte pendiente (mayorque 30°), siendo 1,4% de Pt en la selva yligeramente superior, 2%, en el pastizal (Ataroff yRada 2000). Aunque ese valor es muy bajo paraun pastizal, está en el rango de lo obtenido enotros trabajos 0,9-2,3% (Malavé y Marin 1985,Salm 1997, Ataroff y Sánchez 2000), sugiriendoun efecto particular relacionado concaracterísticas de la especie. Sin embargo, másque en el balance anual, fue en el ritmo mensualdonde se notó diferencias importantes entre losdos ambientes (figura 3). Los máximos deprecipitación vertical generaron máximos deescurrimiento mucho mayores en el pastizal queen la selva, sugiriendo que la respuesta delpastizal frente a aumentos importantes de Pvno es tan eficaz como la de la selva. Según esto,uno de los impactos del pastizal sería un mayorpeligro de crecidas máximas de ríos yquebradas, el cual se agudizaría en escenariosde cambios climáticos en los que la tendenciasea al aumento de las precipitaciones y enparticular aquellas con mayores intensidades.Haciendo un balance de estos flujos se nota que el004Jn 11Jn 20Jn 30Jn 09Jl 15Jl 23Jl 31Jl 08Ag 14Ag 22Ag 27Ag 04Se 11Se 18Se 26Se 03Oc 09OcsemanaFigura 4: Porcentaje de agua en el suelo de selvanublada (S) y pastizal de kikuyo (P) a tres profundidadesentre junio y octubre, La Mucuy, Venezuela.agua infiltrada fue mucho mayor en el pastizal queen la selva, sin embargo el porcentaje de humedaden el suelo (primeros 30cm) en el pastizal resultómenor que en la selva (figura 4). Contrastando dosmeses con Pv relativamente baja y los siguientesdos con Pv alta (media diaria de 7 y 13mmrespectivamente) se nota una diferencia importanteen la media del porcentaje de humedad en losprimeros 30cm de selva y pastizal, en la cual laselva mostró 21, 19 y 19% en 0-10, 10-20 y 20-30cm respectivamente, mientras el pastizal tuvo 14,12 y 12% a las mismas profundidades durante ellapso menos lluvioso (figura 4). En el lapso máslluvioso los valores medios fueron 28, 26 y 26%en la selva a 0-10, 10-20 y 20-30cmrespectivamente, mientras en el pastizal fueron 17,15 y 15% a las mismas profundidades (figura 4).Dado que las diferencias en las característicasedáficas no fueron grandes, y por lo tanto noexplican una mayor retención de agua en el suelode la selva, los resultados sugieren una mayorpérdida en el pastizal por drenaje o porevapotranspiración. No teniendo datos sobredrenajes en ningunos de los dos ambientes, tratamosde evaluar y comparar las pérdidas gaseosas.La transpiración estimada, mostró pérdidas del16% de Pt en la selva y del 66% en el pastizal(Rada et al. 1998, Ataroff y Rada 2000). Aunqueestos resultados necesitan validarse con otrosmétodos (por ejemplo con balance energético),son un indicador de la gran importancia de laevapotranspiración en el pastizal de kikuyo. Laalta demanda de agua por parte de esta especie esreportada por los planificadores de los sistemasde ganadería intensiva, como por ejemplo la UPJ8

Ataroff, M.de Progal (Unidad Productiva El Joque) en LosAndes venezolanos.En el caso del pastizal habría que contemplarademás una proporción de agua evaporadadirectamente del suelo. Así, el agua remanenteen el suelo, responsable de los flujossubsuperficiales lentos y los drenajes másprofundos, debería ser menor en el pastizal comolo prevé el balance general (figura 1). El papel delos pastizales de kikuyo en la generación de estosflujos, así como del escurrimiento superficial,es de suma importancia para la comprensión delimpacto de estos pastizales en la dinámica delcaudal de los principales cursos de agua de lascuencas donde es sembrado.AGRADECIMIENTOSAgradezco altamente el apoyo financiero de: la RedInteramericana de Cooperación Andes Sabanas(RICAS) financiada por el Inter-American Institutefor Global Change Research (IAI) a través delproyecto IAI-CRN-040, el Consejo de DesarrolloCientífico, Humanístico y Tecnológico (CDCHT)de la Universidad de Los Andes (proyecto códigoC-703-95). Agradezco a INPARQUES porpermitirnos realizar las medidas en el Parque NacionalSierra Nevada, estado Mérida, Venezuela, así comoa la familia Rodríguez, dueños de la finca«Agropecuaria La Isla». Agradezco a Ely Saul Rangel,Luis Nieto, David Dugarte, Nelson J. Márquez yAlexander Nieto por su ayuda en el trabajo de campo.BIBLIOGRAFÍAAcevedo, M., M. Ataroff, S. Monteleone, C. Estrada. 2003.Heterogeneidad estructural y lumínica del sotobosquede una selva nublada andina de Venezuela. Interciencia28(7):394-403.Ataroff, M., F. Rada. 2000. Deforestation impact on waterdynamics in a Venezuelan Andean cloud forest. Ambio.29(7):440-444.Ataroff, M. 2002. Precipitación e Intercepción enecosistemas boscosos de Los Andes venezolanos.Ecotropicos 15(2):194-203.Bruinjzeel, L.A., J. Proctor. 1995. Hydrology andbiogeochemistry of tropical montane cloud forests:what do we really know? In: L.S. Hamilton, J.O.Juvik y F.N. Scatena (eds.) Tropical Montane CloudForests. Ecological Studies 110, Springer Verlag, NewYork.Cavelier, J. y G. Goldstein. 1989. Mist and fog interceptionin elfin cloud forest in Colombia and Venezuela. Journalof Tropical Ecology 5: 309-322.De Las Salas, G., C. García. 1996. Balance hídrico bajo trescoberturas vegetales contrastantes en la cuenca del río SanCristóbal, Bogotá. Informe Técnico, Fondo FEN,Colombia.Hunzinger, H. 1997. Hydrology of Montane Forests in theSierra de San Javier, Tucumán, Argentina. MountainResearch and Development 17 (4): 299-308.Lamprecht, H. 1954. Estudios Silviculturales en los Bosquesdel Valle de La Mucuy, cerca de Mérida. Ed. Fac.Ingeniería Forestal, Univ. Los Andes, Mérida, Venezuela.Malavé, J.C., W.E. Marín. 1985. Intercepción, escurrimientosuperficial y erosión en un área bajo fresno con ganaderíade altura en El Joque estado Mérida. Tesis Ing.For., Fac.Ciencias Forestales, Universidad de Los Andes, Mérida,Venezuela.Rada, F., C. García-Nuñez, M. Ataroff. 1998. Estrés hídrico enespecies del dosel de una selva nublada andina. Resúmenesdel VII Congreso Latinoamericano de Botánica, México.Rodríguez, J.E., M.M. Ballesteros. 1997. Diversidad biológicavegetal y funcionamiento del bosque alto andinocircundante al embalse del Neusa (Cundinamarca).Informe Técnico, Fondo FEN, Colombia.Salm, H. 1997. Erosión de suelos bajo diferentes tipos de usode la tierra en el valle del río Camacho, Departamentode Tarija-Bolivia. Pp 159-167 In: Desarrollo sosteniblede ecosistemas de montañas: manejo de áreas frágilesen Los Andes. Liberman, M. y Baied C. (eds) UNU- PL-480, La Paz, Bolivia.Steinhardt, U. 1979. Undersuchungen über den Wasser undNärstoffhaushalteines andinen Wolkenwaldes inVenezuela. Gottinger Bodenkundliche Berichte 56:1-185.Veneklaas, E., R. Van Ek. 1990. Rainfall interception in twotropical montane rain forests, Colombia. HydrologicalProcesses 4:311-326.Veneklaas, E., R. Zagt, A. VanLeerdam, R. Van Ek, G.Broekhoven, M. Van Genderen. 1990. Hydrologicalproperties of the epiphyte mass of a montane tropicalrain forest. Vegetatio 89:183-192.Vilanova, I. 1996. Intercambio de gases y relaciones hídricasen plantas del sotobosque de la selva nublada de La Mucuy,Edo. Mérida, Venezuela. Tesis Biología, CIELAT, Fac.Ciencias, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela.9

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