Libro plantacion agua chile

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Libro plantacion agua chile

  1. 1. ESTADO DEL ARTE LAS PLANTACIONES FORESTALES Y EL AGUA INFOR - FIA 2013 INSTITUTO FORESTAL
  2. 2. ESTADO DEL ARTE LAS PLANTACIONES FORESTALES Y EL AGUA Paola Jofré1 Carlos Büchner Roberto Ipinza Carlos Bahamondez Santiago Barros Pablo García Jorge Cabrera 1 Ingeniera Forestal. Dra. (c) Coordinadora Grupo de Investigación Agua. Sede Los Ríos, Instituto Forestal pjofre@infor.cl
  3. 3. INSTITUTO FORESTAL Instituto Forestal Sede Los Ríos Fundo Teja Norte s/n, Valdivia, Chile. Teléfono: (56- 63) 335200. Fax: (56- 63) 218968 www.infor.cl ISBN N° 978-956-318-088-6
  4. 4. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO 5 1.- INTRODUCCIÓN 7 2.- METODOLOGÍA 2.1.- Matriz de Marco Lógico 2.2.- Definición del Árbol del Problema 9 9 9 3.- MARCO CONCEPTUAL 3.1.- Ciclo Hídrico. El Agua en el Ecosistema Terrestre 3.2.- Balance Hídrico. Entradas y Salidas del Sistema Hídrico 3.3.- Redistribución de las Precipitaciones. Influencia de la Vegetación en la Dinámica Hídrica 11 11 14 18 4.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN INTERNACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN PLANTACIONES FORESTALES 4.1.- Algunos Estudios de Caso 4.2.- Algunos Resultados 4.3.- Conclusiones 21 21 22 25 5.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN NACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN LAS PLANTACIONES FORESTALES 5.1.- Antecedentes 5.2.- Investigaciones Desarrolladas en Torno al Balance Hídrico 5.3.- Investigaciones Desarrolladas en Torno a la Influencia del Manejo en Plantaciones 5.4.- Investigaciones desarrolladas en Torno a la Eficiencia en el Consumo de Agua 5.5.- Desarrollo de Otras Investigaciones 5.6.- Líneas de Investigación Apoyadas por CONICYT 27 27 31 34 36 40 41 6.- ANÁLISIS Y CURSOS DE ACCIÓN 6.1.- Análisis del Estado del Arte 6.2.- Cursos de Acción 43 43 45 7.- RECONOCIMIENTOS 49 8.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 51 APÉNDICE 1. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE MARCO LÓGICO EN EL TEMA DE LA RELACIÓN AGUA PLANTACIONES DE EUCALIPTOS 57 APENDICE 2. LISTADO DE INVESTIGACIONES ENCONTRADAS, RELACIONADAS CON EL TEMA AGUA Y PLANTACIONES EN CHILE 87 3
  5. 5. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua RESUMEN EJECUTIVO La opinión pública suele tener la percepción que las bajas disponibilidades de agua que se producen en algunas épocas en diferentes zonas rurales del país, se deberían al incremento de las plantaciones forestales y, en especial, de aquellas de eucaliptos. Teniendo presente que las plantaciones forestales en Chile son de gran importancia en el desarrollo económico, social y ambiental, es de indudable importancia abordar científicamente este tema, dado que son diversas las variables que inciden en las disponibilidades hídricas, como los recurrentes períodos de sequía que caracterizan al clima del país, los cultivos agrícolas y forestales, la vegetación natural, las demandas de otras actividades humanas y variaciones en los regímenes pluviométricos originadas en el cambio climático global que ya se estarían manifestando en el país. Toda cubierta vegetal requiere agua para su subsistencia, sea un bosque nativo, una plantación forestal o cualquier cultivo agrícola. Sabido es que una cubierta vegetal en mayor o menor medida protege los suelos y regula el ciclo hidrológico, previniendo así la erosión, las inundaciones ante eventos climáticos extremos y asegurando agua de mejor calidad, no obstante es insuficiente el conocimiento actual sobre consumo de agua, en particular de las formaciones boscosas, aunque estas no requieren de riego. El Instituto Forestal (INFOR), con el apoyo de la Fundación para la Innovación Agraria (FIA) y del Grupo Ambiental de Empresas Forestales agrupadas en la Corporación Chilena de la Madera (CORMA), han acordado analizar este tema, que se ha abordado en base a la metodología de la Matriz de Marco Lógico, con el fin de definir y plantear en la materia lineamientos de corto, mediano y largo plazo, bajo una perspectiva ecosistémica y multidisciplinaria. La hipótesis general de trabajo para enfrentar el tema es que la disminución de la oferta de agua superficial y subterránea tendría relación con las plantaciones forestales. La primera etapa abordada y motivo principal del presente trabajo es la conceptualización del problema, su análisis bajo la metodología indicada y la revisión del estado del arte en la bibliografía nacional e internacional disponible en distintas fuentes, respecto de la relación agua plantaciones forestales y, en especial, en lo referente a plantaciones de eucaliptos. De la revisión de estado del arte se concluye que la información disponible es insuficiente y muy variada en cuanto a especies en las plantaciones, variables de estado de estas, condiciones de suelo y clima donde se ubican, y metodologías utilizadas para medir diferentes variables en torno al consumo de agua que representan. La principal variable respuesta que se intenta usar es unidades de volumen de agua necesarias para la producción de unidades de volumen de madera, no obstante los resultados obtenidos por algunos trabajos son muy dispares respecto de estos montos y a menudo no resultan comparables por corresponder a especies, sitios, manejo y edades diferentes y a metodologías y periodos de evaluación disímiles. 5
  6. 6. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua En términos generales, diferentes autores en distintos países indican que entre las principales variables que intervienen en la relación agua-plantaciones forestales están los montos de precipitación anual, la especie, las variables de estado del rodal, las características de los suelos, la topografía y la proporción y distribución de la superficie plantada en una cuenca determinada. Entre las variables de estado del rodal están principalmente la edad, la densidad y el manejo (raleos, podas). Las condiciones de sitio (clima y suelo) no son modificables, por tanto solo quedan disponibles herramientas de ordenación territorial y de silvicultura para el manejo de una cuenca en función del ciclo hidrológico local. En regiones de Chile y en diferentes regiones del mundo en donde las plantaciones forestales han adquirido gran importancia, tanto en términos económicos como sociales y ambientales, en muchos casos los recursos hídricos pueden ser críticos y generar conflictos de intereses entre distintas actividades humanas. El cambio climático global que se avecina en tanto, no haría sino agravar este tipo de situaciones, razón por la que el sector forestal debe abordar el tema con aquellas herramientas técnicas que le sean propias. Sin embargo, el actual nivel de conocimientos sobre la relación agua-plantaciones forestales no permite un enfoque técnicamente fundado, en términos de ordenamiento territorial y manejo silvícola apropiado, ante situaciones en la que no solo se requiere optimizar el manejo forestal sino también el de los recursos hídricos asociados. Surge así claramente la necesidad de iniciar estudios científicos de largo plazo, conducentes a determinar los requerimientos hídricos de las plantaciones forestales en sus diferentes zonas de crecimiento en el país, trabajos que exigirían una red de parcelas experimentales de monitoreo, suficiente para cubrir las diversas condiciones de sitio en las se practican estos cultivos forestales, en las cuales se determinen los requerimientos de las especies más usadas en función de sus alternativas de manejo silvícola. 6
  7. 7. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 1.- INTRODUCCIÓN La forestación con especies exóticas de rápido crecimiento es un proceso que se inició en Chile a comienzos del siglo pasado y constituye hoy un componente característico del paisaje rural en el país. Posteriormente, la necesidad de incorporar a la economía extensas superficies de suelos que presentaban elevados niveles de erosión y una política pública estable de fomento a la forestación, que además hace obligatoria la reforestación, generaron un aumento considerable de las plantaciones forestales en los últimos 40 años. Las plantaciones en Chile abarcan 2,4 millones de hectáreas a diciembre del año 2011, corresponden al 3,1 % de la superficie nacional (INFOR, 2012) y se distribuyen entre los 29° 57` LS (Región Coquimbo) y 45° 24` LS (Región de Aysén), zona que dada su amplitud latitudinal posee condiciones de clima y suelo muy variadas. En relación al clima, estas plantaciones están establecidas en condiciones de precipitación que oscila entre 200 y 3.500 mm anuales, con una distribución temporal de periodos estivales de altas temperaturas y bajas precipitaciones correspondientes a un clima mediterráneo. El Banco Mundial (2011), en su informe sobre el Diagnóstico de la Gestión de los Recursos Hídricos en Chile, indica que se hace necesario mejorar la red de monitoreo y sistema de información y hace hincapié en que, pese a que hay una gran cantidad de datos, estudios e informes para el sector del agua disponibles, hay deficiencias en la cobertura, calidad y accesibilidad de la información. La información en aspectos institucionales no es fácilmente accesible y se realizan relativamente pocos estudios de los aspectos económicos, incluyendo análisis de las opciones de política. El interés sobre este tema, si bien ha estado presente desde hace mucho tiempo en la discusión nacional, finalmente se materializa en el año 2012, cuando a través de reuniones de coordinación público-privadas, el equipo de investigación INFOR inicia trabajos con el GAEF (Grupo Ambiental de Empresas Forestales, que coordina CORMA y que agrupa a las principales empresas forestales del país). En estas reuniones se ha discutido sobre el árbol del problema que relaciona las plantaciones y el agua, determinando además el árbol de medio y fines, bajo la metodología de la Matriz de Marco Lógico. La primera tarea en el avance para enfrentar el tema ha sido la revisión del estado del arte de la investigación en Chile en la materia y, a través de un Convenio de Colaboración entre INFOR y FIA, se ha financiado esta primera actividad, que tiene como meta final formular un proyecto para un Programa Cooperativo de Monitoreo de Microcuencas en plantaciones de eucaliptos en primera instancia. El propósito de este informe es analizar el trabajo y los avances en investigación realizada en Chile sobre las relaciones entre las plantaciones forestales a gran escala y su relación con el ciclo del agua, analizando los posibles impactos, las principales líneas de investigación y la localización geográfica de los ensayos más importantes. El informe tiene un enfoque referencial para una 7
  8. 8. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua futura propuesta de investigación a nivel nacional en relación a las plantaciones y el agua, en el ámbito del monitoreo, y toma como referencia un período de estudio a partir de los años 80 del siglo pasado. Con el objetivo de entender los conceptos, estudios y resultados de las investigaciones y proyectos realizados en Chile a la fecha, se elabora este marco teórico en función de las líneas de investigación encontradas principalmente en las bases de datos de universidades, en revistas científicas y bibliotecas de instituciones, y de fondos de investigación a nivel nacional. Las líneas de investigación, que en primera instancia correspondía solo a eucaliptos, se debieron ampliar a plantaciones forestales, dado que durante la búsqueda de información quedó en evidencia que los estudios no solo se realizan en eucaliptos sino que abarcan también plantaciones de Pinus radiata. Estas líneas buscan determinar el balance hídrico en plantaciones forestales, principalmente de pino (Pinus radiata) y eucalipto (Eucalyptus spp.), de distintos nieles de cobertura del suelo, y definir su eficiencia en el uso de agua. Sumado a esto, se hace mención de otras líneas de investigación en torno al agua, orientadas a variables de modelación, variaciones en el tiempo, calidad y gestión integrada, que pueden apoyar y orientar nuevas líneas de investigación. Se espera que con este aporte sobre el estado del arte en la materia sea posible, en el mediano plazo, llegar a realizar una clasificación de los rodales desde el punto de vista de su funcionalidad y de sus efectos sobre el sistema natural, para llegar finalmente a plantear propuestas de monitoreo que influyan sobre el manejo de las plantaciones si es necesario, como se plantea finalmente, en el análisis del informe y de los lineamientos o cursos de acción futura en relación a los recursos agua y ecosistemas forestales de plantaciones. 8
  9. 9. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 2.- METODOLOGÍA 2.1.- Matriz de Marco Lógico La metodología de Matriz de Marco Lógico es una herramienta que permite facilitar el proceso de conceptualización, diseño, ejecución y evaluación de proyectos. El objetivo de esta metodología se centra en los objetivos, en los grupos de interés y en facilitar la participación de estos. Se trata de un conjunto de conceptos interdependientes que describe, de modo operativo y en forma de matriz, los aspectos más importantes de una intervención, facilitando el seguimiento y la evaluación de cada fase del tema. Esta metodología permite estructurar los contenidos de la intervención y ayuda a sistematizar la experiencia, teniendo como base los objetivos, los resultados y las actividades de una intervención, además de las relaciones causales, después de analizar los problemas, los objetivos (medios y fines) y las posibilidades o alternativas de solución. 2.2.- Definición del Árbol del Problema La relación entre el ecosistema forestal y la disponibilidad de agua ha sido motivo de discusión por largo tiempo. En este caso, el árbol del problema es construido gráficamente e identifica el problema, sus causas y efectos (Figura 1) (Apéndice 1). Al utilizar la metodología del Árbol del Problema para describir el tema como tal, se debe hacer el planteamiento siempre en negativo, sin que esto signifique un juicio de valor sino parte del método. Es así que, después de algunas jornadas de discusión y análisis de las componentes de este árbol, se logró definir el problema como tal, identificado como la “Disminución de la oferta de agua superficial y subterránea y su relación con ecosistemas forestales” para este problema se , identificaron los efectos y causas asociadas. Bajo esta metodología se sustenta la construcción del marco conceptual y estado del arte de la investigación hídrica forestal en Chile. Si bien existe una amplia gama de investigaciones realizadas en el país, esta no está sistematizada, es sesgada y no permite una comparación objetiva entre los estimadores usados. La búsqueda de información permitirá dilucidar estos aspectos y, especialmente, consolidar la información existente y analizarla en profundidad, dando la posibilidad de ampliar la búsqueda e incrementar la base de datos. Más antecedentes respecto del árbol del problema y del árbol de medios y fines en Apéndice 1. 9
  10. 10. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua EFECTOS Disminución fertilidad del suelo Aumento de la Pobreza Disminución capacidad retención de agua del suelo Aceleración Procesos de Erosión Cambio Otro uso del suelo Población cambia de especie o no planta Opinión pública desinformada Conflicto por uso y acceso al agua Incertidumbre del efecto de las plantaciones en la disponibilidad del agua Prácticas Productivas Forestales inadecuadas (Plantaciones-Bosque Nativo) Aumento demanda de agua Malas técnicas manejo cursos de agua Malas técnicas silvícolas Malas técnicas construcción de caminos No existe evidencia científica que relacione las plantaciones con el agotamiento de agua Prácticas Productivas Agrícolas inadecuadas Inadecuada selección del tipo de cultivo agrícola CAUSAS Figura 1 ÁRBOL DEL PROBLEMA 10 Disminución de la rentabilidad/Costo de oportunidad de otros servicios ecosistémicos DISMINUCIÓN DE LA OFERTA DE AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA Y SU RELACIÓN CON ECOSISTEMAS FORESTALES Concentración y crecimiento de la población Ruralidad de subsistencia Disminución de la producción agrícola Pérdida vegetación boscosa Conflicto de intereses entre sectores (agrícolaganadero y forestal) PROBLEMA Escasa Normativa /Aspectos legales Aumento de la frontera agrícola Inapropiadas prácticas de habilitación Sin manejo cursos de agua Información científica disponible, no está sistematizada No hay estudios científicos estandarizados y comparables a escala espacial importante
  11. 11. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 3.- MARCO CONCEPTUAL La hidrología, en su sentido más amplio, se define como la parte de las ciencias naturales que estudian las aguas, también algunos autores indican que es la ciencia que trata del agua en la tierra, su incidencia, circulación y distribución, sus propiedades físicas y químicas y sus relaciones con el medio (Martínez y Navarro, 1996). Según estos antecedentes, se deduce que el objetivo principal es el estudio del Ciclo del Agua y sus transformaciones en los diferentes medios (océanos, relieve terrestre, atmósfera, subsuelo, entre otros). Cuando el estudio del agua se centra en un medio en particular, aparecen distintas disciplinas, entre ellas la hidrología forestal que centra su área de estudio en los bosques. La hidrología forestal trata de las relaciones entre el agua, el suelo, la morfología del territorio y la vegetación, dentro de una unidad de estudio denominada cuenca, resaltando el papel de la cubierta vegetal y, específicamente, del bosque como regulador y controlador en los procesos que se producen en dicha unidad. Así, el estudio del agua permite conocer cómo es su movimiento en el ecosistema terrestre, conocido como el ciclo hidrológico y cuyas interacciones se reflejan en el balance hídrico y la redistribución de las precipitaciones. 3.1.- Ciclo Hidrológico. El Agua en el Ecosistema Terrestre El agua es un elemento clave de la biósfera, es un componente fundamental para los seres vivos y es un factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas y de los servicios derivados de estos y del agua. Este vital elemento tiene gran importancia en el funcionamiento como soporte de ecosistema (Lundqvist, 2000), físico, químico y biológico (Falkenmark y Folke, 2002). Constituye el eje en torno al cual gira el manejo y la gestión de las cuencas hidrográficas y, dentro de ellas, de los distintos usos productivos, incluido el uso silvícola. Esta fase conceptual se centra en mejorar la comprensión de las interacciones entre el ciclo del agua y las plantaciones forestales. El agua es un elemento fundamental del ecosistema y de la sociedad como bien común (Gerten et al. 2004). La función ecológica del agua radica fundamentalmente en el mantenimiento de los ecosistemas que le son propios y en constituir el vehículo de transporte de nutrientes, sedimentos y vida, como un bien común cuyo uso debe conciliarse con el desarrollo sostenible de las actividades humanas en el territorio. La sociedad necesita comprender lo que sucede con el agua en su ambiente, dado que es cada vez más habitual que en distintos periodos de tiempo y lugares existan momentos de superávit o déficit, con sus respectivos impactos adversos sobre la sociedad o los ecosistemas frágiles, frente a los cuales se deben desarrollar estrategias de acción que permitan protegerlos (Ward y Trimble, 2003). 11
  12. 12. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua El agua existe en la Tierra en tres estados; sólido (hielo, nieve), líquido y gaseoso (vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio. Sin embargo, al tratarse de un ciclo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. Así, la circulación y conservación de agua en la Tierra se denomina Ciclo Hidrológico, o ciclo del agua (Figura 2). Figura 2 Ciclo Hidrológico El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano, por acción de la radiación solar. A medida que se eleva, el aire humedecido baja su temperatura, transformándose el vapor en agua (condensación). Posteriormente, las gotas se unen formando las nubes y si en la atmósfera se producen bajas de temperatura el agua precipita como nieve o granizo, mientras que si existe mayor temperatura caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre es aprovechada por los seres vivos, otra parte escurre por el terreno hasta llegar a un río, un lago o al océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro porcentaje del agua se filtra a través del suelo (percolación), formando capas de agua subterránea, conocidas como acuíferos. Finalmente, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Conocer el ciclo hidrológico a nivel local (cuenca) (Figura 3) y todo lo que sucede en la integración de los distintos usos de suelo, no solamente forestal, permitirá determinar el balance en una cuenca forestal (Martínez y Navarro, 1996). 12
  13. 13. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Figura 3 Las precipitaciones y el derretimiento de la nieve generan el escurrimiento del agua dando origen a ríos y aportando agua a otros ecosistemas en zonas más bajas Los componentes del ciclo hidrológico son: Donde: P = In + If + Es + Ev P: Precipitación total (mm). Precipitación meteorológica horizontal (niebla, escarcha, otros) y/o vertical (lluvia, granizo, nieve) en un periodo de tiempo. In: Intercepción (mm). Fracción de la precipitación vertical que no llega al suelo sino que queda almacenada en la vegetación y se evapora nuevamente. If: Infiltración (mm). Es la cantidad de agua o parte de la precipitación que se infiltra en el suelo y que depende de las características del mismo. Es: Escorrentía (mm). Cantidad de agua o parte de la precipitación que escurre por la superficie del terreno. Ev: Evapotranspiración real (mm). Es la parte de agua evaporada directamente del suelo o de una masa libre de agua más la tomada del suelo por vegetales y transpirada a la atmósfera. 13
  14. 14. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 3.2.- Balance Hídrico. Entradas y Salidas del Sistema Hídrico El balance hídrico, es el equilibrio de todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo en un intervalo de tiempo determinado. Balance Hídrico = ∑entradas - ∑salidas Las entradas y salidas del sistema comprenden los siguientes elementos: Entradas: Precipitación, aguas subterráneas, desplazamientos de una cuenca a otra. Salidas: Evapotranspiración, evaporación, infiltración profunda que abastece a acuíferos, salidas a otras cuencas, salidas por consumo humano y/o industrial, salidas de una cuenca a otro receptor o al mar. Martínez y Navarro (1996) define este concepto basado en el principio de conservación de masas y conocido como la Ecuación de Continuidad, donde la diferencia entre las entradas y salidas establece la variación del volumen de agua almacenado en un intervalo de tiempo determinado. Otra definición lo considera como un proceso de contabilidad que se basa en el principio de conservación de masas. La idea central aplicada a cualquier sistema hidrológico es que la suma de todos los elementos de flujo puede ser igual a cero cuando los aportes y las pérdidas de agua se dan en signos opuestos y equivalentes (Lee, 1980). De manera detallada, algunos elementos del balance se describen a continuación: - Precipitación: Corresponde al elemento de mayor influencia en los distintos usos productivos en un territorio. Esta entrada de agua se puede expresar como precipitación directa, resultante de los diferentes eventos lluviosos, o como precipitación oculta, que resulta del efecto de la captación de neblina. Una vez que la lluvia alcanza la parte superior del dosel se ponen en funcionamiento varias rutas a través de las cuales el agua alcanza varios compartimentos del sistema hasta su disposición final en los ríos o en los depósitos subterráneos. El agua que ingresa al ecosistema obedece a los períodos de lluvia asociada a la posición geográfica, a la circulación de las masas de nubes, a los vientos, a las características de la precipitación, las temperaturas, la estructura de la vegetación y el manejo del bosque, entre otros factores (Huber y Oyarzún, 1984). Las interrelaciones del bosque con los flujos de agua se inician en el momento en que la lluvia alcanza las copas de los árboles, tomando diferentes caminos en el sistema, dependiendo de los factores señalados anteriormente (Figura 4). 14
  15. 15. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Precipitación Evaporada en Trayecto Nube - Suelo Absorbida por la Vegetación y Transpirada Interceptada por la Vegetación y Evaporada Evaporada desde la Superficie del Suelo Infiltrada y Almacenada en la Zona de las Raíces Infiltrada y Percolada al Subsuelo (Fuente: Adaptado de Jeldres, 2000) Figura 4 DISTINTAS RUTAS QUE PUEDE TOMAR LA PRECIPITACIÓN DURANTE SU TRAYECTO - Intercepción: Se trata del proceso donde la lluvia es atrapada y retenida por el follaje y ramas, pudiendo evaporarse o escurrir al suelo. La primera vía se manifiesta en el proceso de intercepción, por el cual una fracción de agua es retenida temporalmente por la superficie de las hojas, para luego evaporarse, escurrir nuevamente por troncos y ramas (precipitación fustal), o caer nuevamente a la superficie del suelo desde el dosel del bosque (precipitación interna). La remoción del dosel puede tener importantes efectos sobre la hidrología de un ecosistema, a veces afectando el nivel freático en áreas donde existen altas precipitaciones anuales, o reduciendo el drenaje, el escurrimiento y erosión en zonas semiáridas con escasas precipitaciones (Ruprecht et al., 1991). Debido a su gran tamaño, su compleja arquitectura, su amplia superficie que permite interceptar la lluvia y afectar sobre los componentes hídricos, los bosques influyen sobre la hidrología de los ecosistemas terrestres. La transpiración y la evaporación del dosel son las principales vías para la pérdida de agua de los ecosistemas forestales. Jones y Grant (1996) proponen que los árboles son los “ingenieros” del ecosistema, es decir, individuos que ejercen un fuerte control sobre los procesos y funciones del sistema, creando condiciones de hábitat esencial (por ejemplo, microclima) para otras especies (Figura 5). La remoción de árboles puede provocar la saturación de agua en ciertos tipos de suelos, debido a la disminución de la evapotranspiración. 15
  16. 16. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Figura 5 POSIBLES IMPACTOS DE LA COSECHA FORESTAL, QUE PUEDE GENERAR MODIFICACIONES EN LA CALIDAD DEL AGUA EN LA ZONA DE INFLUENCIA SEGÚN INTENSIDAD DE LAS LLUVIAS Y LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS - Infiltración: Corresponde al proceso de movimiento del agua líquida que entra al suelo, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y capilares (Lee, 1980). Los factores que afectan a esta variable son elementos relacionados con las características del suelo (textura, estructura, porosidad), la vegetación y las características de las precipitaciones. Dentro de estos factores, la porosidad es el factor más influyente del proceso, la que se puede ver reducida por la compactación, alteraciones mecánicas, reducción de la cubierta vegetal protectora y destrucción de los agregados del suelo (Lee, 1980; Martínez y Navarro, 1996). Sin descontar la influencia necesaria de los factores climáticos y geomorfológicos, tanto la infiltración como la escorrentía dependen básicamente de las características internas del suelo, tanto a nivel de sus propiedades físicas, biológicas y mineralógicas, como de su morfología general. Cuando el agua en el suelo se mueve en profundidad, el movimiento se conoce como percolación y es afectado por factores como la textura, estructura, contenido de raíces, contenido de humedad, humedad de saturación, aire atrapado, compactación y temperatura del suelo (Aparicio, 2001; Kimmnis, 1997; Martínez y Navarro, 1996). - 16 Escorrentía: Es el agua que escurre sobre la superficie del suelo y que se produce cuando la precipitación es alta y sobrepasa la capacidad de infiltración de este, alimenta en forma inmediata los cursos de agua (López y Blanco, 1978). Este escurrimiento superficial presenta dos externalidades negativas; es el responsable de iniciar el proceso de erosión en el suelo por acción de la fuerza del agua y constituye una fuente de pérdida de agua, ya que no forma parte del agua retenida en el suelo, sino que aporta al caudal de la red hídrica, aguas abajo.
  17. 17. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Dentro de los factores que regulan la escorrentía se encuentra el suelo, como elemento fundamental, y donde texturas más gruesas, como en suelos arenosos, presentan un mayor potencial de infiltración debido al mayor porcentaje de poros gruesos (Honorato, 1993). La cubierta vegetal es otro de los factores que incide en la generación de escorrentía, ya que la precipitación que llega al suelo depende en gran medida del tipo, estructura y densidad de la cubierta vegetal (Iroumé y Huber, 2000). Si bien disminuye la cantidad de agua que llega al suelo y su energía cinética, también aumenta la posibilidad de infiltración, disminuyendo la generación de escorrentía. Con respecto a la precipitación, su intensidad deberá ser mayor que la velocidad de infiltración para producir un flujo de escorrentía. Otros factores, como la fauna presente en el suelo, ayudan a oxigenar y mejorar la estructura del suelo, mezclando las fracciones minerales y orgánicas. La orientación del terreno también tiene un grado de influencia, ya que exposiciones norte (Hemisferio sur) son más cálidas, lo que deriva en tasas superiores de oxidación y descomposición de la materia orgánica, favoreciendo la generación de escorrentía (Martínez y Navarro, 1996). Aparte del suelo y sus características, como la textura, la porosidad, la estructura, el material parental, entre otras, el bosque también puede afectar los cambios en la profundidad del nivel freático, e incluso interviene directamente en la forma en que se distribuye el agua en los distintos compartimentos del sistema y en la cantidad de agua que deja en forma de corriente fluvial. En eventos extremos de precipitación se generan procesos dinámicos de escorrentía con movimiento de las aguas superficiales y arrastre de suelo y nutrientes, con el consecuente daño al suelo y su productividad. Las mejores condiciones se dan cuando la mayoría del agua de precipitación entra a ser constituyente del suelo (Figura 6). Figura 6 ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL GENERADO POR LAS PRECIPITACIONES O POR AGUA PROVENIENTE DE AFLORAMIENTOS SUBTERRÁNEOS 17
  18. 18. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 3.3.- Redistribución de las Precipitaciones. Influencia de la Vegetación en la Dinámica Hídrica El papel de los bosques en el ciclo hidrológico ha estado en discusión desde hace mucho tiempo (Andreassian, 2004). En general, los estudios relacionados con el impacto de los bosques sobre los flujos de agua se han realizado principalmente en Estados Unidos y Europa (Hornbeck et al., 1993; Robinson et al., 2003). Algunos autores (Leonard, 1965; Aussenac y Boulangeat, 1980; Donoso, 1994) concluyen que el aporte de agua a partir de las precipitaciones, depende principalmente de las características de la cubierta vegetal, que permiten la entrada de esta, su aumento o disminución y su distribución en el sistema. La redistribución de estas precipitaciones se inicia al entrar en contacto con la cubierta vegetal, produciéndose un cambio en los montos, intensidad y lugar que el agua alcanza el suelo (Huber y Oyarzún, 1992). Se divide en distintos elementos, como la intercepción, el escurrimiento fustal y la precipitación directa (Donoso, 1981; Crockford y Johnson, 1983; Pacheco, 2001). Crockford y Johnson (1983) definen la redistribución de la precipitación como un proceso complejo, que involucra un amplio rango de características vegetales (tamaño, edad, estructura física, interacción inter e intraespecífica, y variaciones estacionales en el hábito de crecimiento), como también características de las precipitaciones (intensidad, duración y ángulo de contacto con la vegetación) (Figura 7). Figura 7 REDISTRIBUCIÓN DE LAS PRECIPITACIONES 18
  19. 19. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Otro aspecto a considerar es la masa radicular que influye en la retención de agua y nutrientes en el suelo, la que se ve afectada muchas veces por las condiciones de compactación del suelo (O’Loughlin y Nambiar, 2001). Algunas investigaciones realizadas en torno a la redistribución de las precipitaciones se describen a continuación: - Pérdidas de agua por intercepción: El agua retenida en el follaje y ramas, principalmente, puede ingresar al sistema o bien evaporarse y comenzar de nuevo su ciclo hidrológico (Martínez y Navarro, 1996; Brady, 2000, Iroumé y Huber, 2000). Por otro lado, el agua interceptada por las copas de los árboles provoca una redistribución desigual en el suelo forestal. Dentro de los factores que intervienen en este ciclo de intercepción resaltan las características de la vegetación; densidad, cobertura de las copas de los árboles, ángulo de las ramas en el fuste, estructura del dosel, características de los fustes y su corteza. Se debe considerar además la influencia de las características de las precipitaciones, la duración, frecuencia, intensidad y cantidad (Huber y Oyarzún, 1990; Oyarzún y Huber, 1999; Huber y Trecaman, 2000; Crockford y Richardson, 2000). Otros factores que influyen en la pérdida de agua por intercepción son las condiciones meteorológicas al comenzar los eventos de precipitaciones. La velocidad del viento durante y después de los eventos de lluvia y la temperatura y humedad del aire son también variables que afectan directamente las pérdidas de agua por intercepción (Huber y Oyarzún, 1984; Crockford y Richardson, 2000). - Precipitación directa: La precipitación que llega al suelo a través de los claros del dosel, sumada a los aportes de la fracción que gotea desde las hojas, fustes y ramas de los árboles al interior del bosque, se denomina precipitación directa (Lee, 1980; Crockford y Richardson, 2000; Iroumé y Huber, 2000; Bonan, 2002; Davie, 2003) y dentro de los componentes del balance hídrico y redistribución de las precipitaciones es la principal variable que aporta agua al suelo, asumiendo una gran importancia en el ecosistema forestal (Almizry, 1997; Hot, 1998; Huber e Iroumé, 2001; Little, 2002). Los factores que inciden en la precipitación directa obedecen principalmente a la magnitud y frecuencia de las precipitaciones, a la acción del viento que también presenta un grado de influencia dado que sus efectos producen un aumento de los aportes de la precipitación directa. Se suman a esto las características de la vegetación presente en el lugar, que cumplen un rol igualmente importante en la cuantificación, destacando la estructura, densidad, estado de desarrollo, fenología, y tamaño de copas, entre otros factores (Viville et al., 1993; Thimonier, 1998; Crockford y Richardson, 2000). Considerando variables de árbol individual, surgen elementos estructurales que tienen relación con la precipitación directa y que pueden participar produciendo algún grado de cambio direccional del flujo de agua en el árbol, antes de producirse el escurrimiento fustal, ayudando o no al efecto del goteo desde las hojas y ramas. 19
  20. 20. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua - Escurrimiento fustal: Este escurrimiento se origina cuando la precipitación es interceptada por las copas de los árboles, una fracción del agua acumulada en el follaje, desciende por las ramas y el fuste de los árboles hasta llegar al suelo (Martínez y Navarro, 1996; Crockford y Richardson, 2000; Huber y Trecaman, 2000). Este aporte de agua al suelo es de gran importancia, ya que al descender a la base del árbol se transforma en aporte para el consumo de cada individuo (Huber y Oyarzún 1983 y 1990), especialmente en períodos del año de menores precipitaciones. En esta área, algunos autores señalan que al ser una entrada de agua localizada puede presentar un grado de influencia en el crecimiento y distribución espacial de las raíces (Cantú Silva y Okumuram, 1996; Steinbuck, 2002). El flujo de agua que se produce influye significativamente en la generación de escorrentía, en la reserva subsuperficial, en la distribución de la vegetación del sotobosque y en la humedad del suelo (Levia y Frost, 2003). Los factores que influyen en el escurrimiento fustal tienen relación con las características propias de los árboles, tales como el ángulo de inserción de ramas en el fuste, el tamaño del árbol, la altura desde la base a la copa, la estructura de las copas, el espesor y la forma de la corteza (Figura 8) (Crockford y Richardson, 2000; Steinbuck, 2002). Figura 8 LA CUBIERTA VEGETAL ES UNO DE LOS FACTORES IMPORTANTES QUE INCIDE EN EL COMPORTAMIENTO DEL BALANCE HÍDRICO EN LOS ECOSISTEMAS FORESTALES - 20 Precipitación neta: Corresponde a la sumatoria de la cantidad total de agua que llega al suelo, considerando tanto los aportes de la precipitación directa como del escurrimiento fustal (Xiao et al., 2000). El factor que regula la precipitación neta es la precipitación directa, ya que en términos de volumen de agua realiza el mayor aporte (Oyarzún et al., 1985).
  21. 21. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 4.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN INTERNACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN PLANTACIONES FORESTALES Existe una cantidad de estudios internacionales que se han enfocado en los efectos de las plantaciones en el balance hídrico, bajo una gran variedad de climas. La competencia por los recursos hídricos se ha convertido en un problema mayor en muchos países, en donde las distintas actividades productivas deben cuantificar el uso del agua por sector, y en este contexto las plantaciones forestales han sido un centro importante de atención. 4.1.- Algunos Estudios de Casos En Argentina, por ejemplo, Licata et al. (2007) cuantificaron el consumo de agua de plantaciones de pino ponderosa (Pinus ponderosa), comparándolos con bosques nativos en la Patagonia de dicho país, esto ya que la especie representa más de un tercio de las plantaciones locales. En el estudio, dado que la especie posee tasas de crecimiento mucho mayores que las de los cipreses nativos, se pronosticaba que el consumo de agua de la especie introducida sería mucho mayor que los árboles nativos. Tras la comparación de distintas densidades de establecimiento en plantaciones y bosque nativo, los autores concluyeron que las plantaciones comerciales consumen 64 y 33 % más agua que los rodales de bosque nativo, a densidades de establecimiento alta y media, respectivamente. En China, país con la mayor área plantada con especies forestales, dada la falta de estudios relacionados con el impacto de las plantaciones comerciales en el ciclo hidrológico, Sun et al. (2006) estudiaron las posibles reducciones de escorrentía por las plantaciones en este país. Tras la aplicación de modelos hidrológicos, los autores estimaron que la reducción de la escorrentía varió entre 30 y 50 %. Sin embargo, estos autores aclaran que en general la forestación de cuencas en China abarca solo una fracción de éstas, por lo que la aplicabilidad real de los modelos es limitada. En Nueva Zelanda se han realizado numerosos estudios de conversión de bosque nativo y pastizales a plantaciones comerciales, cuantificando los efectos de dicho cambio de uso de la tierra. Entre los estudios más relevantes de dicho país resalta el realizado por Fahey y Jackson (1997), quienes evaluaron resultados de largo plazo en ambas conversiones. Para el primer caso (bosque nativo a plantaciones), pese a que se observaron diferencias significativas durante los primeros años en comparación con la cuenca control, los efectos hidrológicos de las plantaciones se observaron hasta que los pinos alcanzaron ocho años de edad, sin registrar diferencias posteriores entre las nuevas plantaciones y el bosque nativo. Sin embargo, los autores reportaron diferencias hidrológicas negativas en el largo plazo de 27 % en cuencas forestadas sobre pastizales. En Portugal, Pereira de Almeida y Riekerk (1990) evaluaron el balance hídrico de plantaciones de Eucalyptus globulus y de bosque nativo (Quercus suber), bajo la metodología de cuencas pareadas, documentando la ausencia de diferencias significativas en la evapotranspiración en el largo plazo. 21
  22. 22. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua En Sudáfrica, Dye y Versfield (2007) realizaron una revisión de los estudios nacionales enfocados en los efectos de las plantaciones sobre el balance hídrico. Con más de 1,5 millones de hectáreas de plantaciones, el país depende fuertemente del sector forestal para satisfacer sus necesidades de madera, por lo que el tema es de importancia y han establecido cuencas experimentales para estudiar la hidrología de las plantaciones desde 1935, y concluyen resaltando la necesidad de establecer un sistema nacional de manejo de recursos hídricos, así como de designar áreas destinadas a la producción de agua para usos nacionales. En Estados Unidos se han desarrollado numerosos estudios en la materia. En Carolina del Norte, por ejemplo, Sun et al. (2010) evaluaron el balance hídrico de cuencas forestadas con plantaciones coetáneas de Pinus taeda (Loblolly Pine), cada cuenca con árboles de distintas edades, registrándose efectos más adversos en la medida que los árboles envejecen. Ferraz et al. (2012) evaluaron el consumo de agua de distintos tipos de plantaciones en Brasil, bajo distintas condiciones climáticas, concluyendo que las plantaciones utilizan más agua en sectores donde la disponibilidad de ésta es mayor. Finalmente, tal vez el país donde se ha desarrollado la mayor parte de los estudios sobre los efectos de las plantaciones en la hidrología de cuencas es Australia y de estos deriva la mayoría de las conclusiones en cuanto al impacto de las plantaciones en los recursos hídricos. Al igual que en Chile, la competencia por el agua ha desarrollado algunos conflictos de interés entre las distintas actividades en dicho país. 4.2.- Algunos Resultados Se podría continuar describiendo estudios desarrollados en otros países, para indicar algunos ejemplos de los efectos del establecimiento de plantaciones forestales en los recursos hídricos de una cuenca. Sin embargo, considerando más de 250 estudios en base a cuencas experimentales, se puede decir que dichos efectos siguen algunos patrones generales (Zhang et al., 2003 y 2006; Fullagar et al., 2006; Pratt Water, 2004; Stirzaker et al., 2002; Vanclay, 2009): - - Pese a que los efectos de las plantaciones dependen de las características topográficas, geológicas y edáficas de la cuenca y de la distribución de las precipitaciones, se sabe que las plantaciones forestales no afectan el ciclo hidrológico en cuencas ubicadas en climas de precipitaciones menores (< 500 mm/año), como se indica en la Figura 9. Para climas más húmedos (>500 mm/año), los efectos de las plantaciones son mayores en la medida que se incrementa la precipitación anual, esto tras establecer plantaciones en pastizales. - 22 Los efectos de las plantaciones en los recursos hídricos dependen de la proporción de la cuenca que se reforeste. Así, forestaciones equivalentes a 20% o menos del área de la cuenca no han mostrado un efecto significativo sobre los recursos hídricos. En general, al reemplazar bosque nativo por plantaciones, los estudios indican que no existen diferencias significativas en el balance hídrico de ambos usos, excepto durante los primeros años de crecimiento de los nuevos árboles establecidos.
  23. 23. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua - Se han documentado cambios en los flujos superficiales al talar plantaciones, siendo dichos cambios mayores en especies del género Pinus en comparación con las de Eucalyptus. - Las plantaciones pueden afectar los niveles freáticos de una cuenca, pese a que el acuífero podría recargarse con tormentas mayores en lugar de contribuir a la escorrentía superficial. En este sentido, la variabilidad de los resultados es tal que se puede decir que cada caso es distinto, pues depende netamente de la hidrogeología de la cuenca en cuestión. En forma similar, los días de cero flujo pueden incrementarse a causa del establecimiento de las plantaciones, es decir, que las plantaciones definitivamente han mostrado una disminución de los flujos superficiales. En resumen, el impacto de las plantaciones sobre las aguas subterráneas se relaciona con el área plantada, la profundidad de las napas y las prácticas de manejo forestal. - Dado que la edad de las plantaciones influye en el ciclo hidrológico de una cuenca y que los eucaliptos en general se emplean en rotaciones cortas para producción de pulpa y menores a aquellas que se les da a los pinos, se considera que estos últimos tienen un mayor impacto sobre los recursos hídricos. - Si las plantaciones se establecen donde había pastizales (Figura 9), el consumo extra de agua por parte de estas (reducción de escorrentía) es marginal para precipitaciones en torno a los 500 mm, habría una reducción de escorrentía de unos 200 mm bajo precipitaciones de 1.000 mm y de unos 300 mm bajo precipitaciones de 1.500 mm (Zhang et al., 2003. cit. por Keenan et al., 2006) (Figura 9). Los mismos autores señalan que en al caso de Australia gran parte de las nuevas plantaciones serán efectuadas en climas cuyas precipitaciones anuales se encuentran entre 600 y 800 mm, dadas la disponibilidad y costo de los suelos. - Sin embargo, a lo largo de la rotación de la plantación el uso varía según edad y actividades de manejo forestal. Normalmente, las plantaciones son raleadas dos o tres veces durante su rotación y, en general, se dice que estas reducciones de cobertura disminuyen el consumo en un 30 % en el caso de pinos, por lo que una plantación de pino consumiría en promedio el 70 % de su consumo máximo. - La posición de las plantaciones en la cuenca y el diseño de plantación pueden influir fuertemente en la disponibilidad de agua para otros fines (Figura 10). Los estudios indican que los efectos se minimizan al plantar lejos de las quebradas y cursos de agua, por ejemplo en las zonas más altas de las cuencas. Adicionalmente, plantar en sentido de las curvas de nivel puede significar un mayor consumo de agua, en comparación con plantaciones establecidas en forma perpendicular a las curvas de nivel. Cuando el recurso agua es crítico, la preparación de suelos se puede efectuar en curvas de nivel, favoreciendo el prendimiento y desarrollo inicial de la plantación, pero la alineación de la plantación se puede hacer en hileras perpendiculares a estas. Además, se ha demostrado que plantaciones establecidas en bloque afectan en un menor grado la 23
  24. 24. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua hidrología de cuencas. De hecho, se ha demostrado que la práctica más acertada es un multiuso de la propiedad, en donde el dueño de la tierra destina solo una porción de su terreno al uso forestal y el resto a otras actividades. 1200 800 400 0 0 500 1000 1500 2000 (Fuente: Zhang et al., 2003) Figura 9 USO MÁXIMO DE AGUA DE PLANTACIONES EN BASE A MÁS DE 250 ESTUDIOS REALIZADOS EN DISTINTOS PAÍSES. DATOS BASADOS EN CONVERSIÓN DE PASTIZALES A PLANTACIONES 80 70 60 50 40 30 20 10 0 (Fuente: Vertessy et al., 2003). 20 40 60 80 Figura 10 ESCORRENTÍA SEGÚN PROPORCIÓN DE LA CUENCA CON PLANTACIONES Y UBICACIÓN DE ESTAS 24 100
  25. 25. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua - En la Figura 10 se grafica la experiencia australiana en materia de proporción de la cuenca cubierta por plantaciones, la ubicación de estas en la parte alta o baja de la cuenca y los efectos sobre la escorrentía. Por ejemplo, con un 80 % de cobertura, la diferencia entre plantaciones en los sectores más altos o más bajos de la cuenca es una escorrentía de 10 mm anuales para las plantaciones en sectores bajos, y cercana a 30 mm anuales para aquellas plantaciones establecidas en los sectores más altos, y el mismo ejemplo, para un 40 % de cobertura, daría una diferencia de escorrentía de 15 a 55 mm, respectivamente. - En general, se concluye que los efectos de las plantaciones son menores cuando: Se establecen las plantaciones en zonas más secas (<800 mm/año), pues la evidencia internacional indica que los árboles utilizan más agua, cuando el recurso se encuentra disponible en mayores cantidades. Se distribuyen las plantaciones en bloques dentro de la cuenca, manteniendo el área plantada en menos del 20 % del área total. Se distribuyen las edades de plantación en áreas menores, pues así se mantienen áreas con plantas jóvenes, bosques raleados y bosques cosechados en la misma cuenca. Planificación de los raleos de manera tal que se tengan densidades menores lo antes posible. 4.3.- Conclusiones Pese a la existencia de modelos que cuantifican el uso de agua por parte de las plantaciones, estos no siempre son aplicables, pues se trata de modelos desarrollados bajo ciertas condiciones de sitio. Sin embargo, se ve una clara evidencia de estudios y políticas internacionales en las que cada país actúa en forma individual. Por ende, estudios como los de Calder (2007) sugieren la unión de las organizaciones de investigación en hidrología forestal, así como de las organizaciones que establecen las políticas forestales. 25
  26. 26. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 5.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN NACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN LAS PLANTACIONES FORESTALES 5.1.- Antecedentes Junto al aumento de las plantaciones con especies exóticas en Chile, entre las Regiones del Maule y Los Lagos, se han desarrollado las primeras investigaciones en torno al tema hidrológicoforestal, considerando para estos estudios variables como posición geográfica, tipo de suelo, densidades de plantación e intervenciones silvícolas, entre otras. La investigación desarrollada en Chile la han ejecutado principalmente las universidades nacionales. Estas líneas de investigación alcanzan un espectro bastante amplio de disciplinas, desde los ámbitos de la ingeniería civil, la agronomía, los estudios ambientales y la ingeniería forestal. El equipo de trabajo del INFOR definió cuatro grandes categorías para las experiencias e investigaciones encontradas (Figura 11), que son las siguientes: - Balance Hídrico (relaciones con eficiencia en el consumo y actividades de manejo). - Manejo (densidades de plantación, especies, intervenciones). - Eficiencia (consumo). - Otros (modelos, planes de manejo, entre otros temas). Balance Hídrico Eficiencia Clasificación de temas Manejo Otros Figura 11 ÁREAS DE INVESTIGACIONES EN EL ÁMBITO NACIONAL El ámbito de la investigación en Chile se concentra principalmente en torno a las universidades, que desarrollan y ejecutan diferentes líneas de investigación a través de sus distintas facultades. 27
  27. 27. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua En menor medida, se ubican los centros tecnológicos y científicos, que se especializan en determinadas áreas de las ciencias, investigando temas en el mediano y largo plazo. Con respecto al tema Agua-Plantaciones, diferentes universidades en Chile, han desarrollado líneas de investigación en torno al recurso hídrico, las que han sido desarrolladas principalmente a través de trabajos de titulación. Aplicando la clasificación propuesta por INFOR, el balance hídrico concentra la mayor cantidad de investigaciones desarrolladas, con 45 temas y representando el 50 % del total de las investigaciones encontradas (Figura 12). 50 Nº de Tesis 40 30 20 10 0 Balance Hídrico Eficiencia Manejo Otros Clasificación de Tesis por Temas (Fuente: Bases de datos electrónicas Universidad de Chile 1983-2013) Figura 12 PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN, QUE HAN DADO ORIGEN A TESIS CLASIFICADAS POR TEMA DE INVESTIGACIÓN, PROPUESTO POR INFOR Los temas principales se refieren a la comparación de diferentes cubiertas vegetales, generación de caudales, distribución espacial y temporal del contenido de agua edáfica y variabilidad edafoclimática, por nombrar algunos. En menor medida se encontraron los temas de manejo con 18 investigaciones, las que se concentran en conocer los efectos del manejo forestal sobre el balance hídrico, efectos de las actividades de cosecha, labores de establecimiento, entre otros. El tema otro se ubica en tercer lugar con 16 investigaciones, destacando temas sobre erosión, transporte de sedimentos en cosechas forestales, calidad de las aguas y análisis de las escorrentías, como temas principales. El tema de eficiencia presenta 11 investigaciones y los aspectos estudiados han sido el análisis sobre el efecto de las plantaciones sobre el contenido de agua en el suelo y la comparación de la eficiencia entre especies y tipos de suelo, como los principales. Desde la década de los años 80 principalmente surgen las primeras investigaciones que buscan conocer la relación entre el recurso hídrico y las plantaciones forestales en el país, desarrolladas principalmente por las universidades. A partir del período 1991-1996, se produce un incremento considerable del número de investigaciones desarrolladas en Chile, pasando de seis a un promedio de treinta investigaciones en el período 1996–2000, manteniéndose en el siguiente período (Figura 13). 28
  28. 28. Nº de Tesis Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 35 30 25 20 15 10 5 0 1983-1990 1991-1995 1996-2000 Períodos (años) 2001-2005 2006-2012 (Fuente: Bases de datos electrónicas Universidades en Chile 1983-2013) Figura 13 TESIS DESARROLLADAS SEGÚN PERÍODOS DE TIEMPO Nº de Publicaciones en Revistas Gran parte de las investigaciones desarrolladas en los trabajos de titulación son difundidas a través de publicaciones en revistas científicas, como una forma de entregar los resultados a la comunidad científica, estudiantes y público. En este ámbito, se procedió a buscar en las bases de datos de revistas científicas a nivel nacional que presentan relación en el tema Agua-Plantaciones. En cuanto al número de investigaciones encontradas, utilizando la clasificación de INFOR (Figura 14 y Apéndice 2), el tema de balance hídrico presenta el mayor número de publicaciones, encontrándose 35, coincidiendo además con el mayor número de tesis desarrolladas en Chile en esta materia. El tema otros se ubica en segundo lugar, presentando 20 publicaciones, donde los temas principales de las investigaciones se refieren a análisis de escorrentías mensuales y anuales, modelación de caudales, calidad de aguas y generación de bases para procesos de gestión integrada de microcuencas, entre otros. 40 30 20 10 0 Balance Hídrico Eficiencia Manejo Otros Clasificación de las Publicaciones por Temas (Fuente: Bases de datos revistas electrónicas 1978-2013) Figura 14 PUBLICACIONES EN REVISTA SEGÚN TEMAS 29
  29. 29. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua De acuerdo al número de publicaciones en revistas encontradas sobre el tema, se procedió agruparlas por períodos de tiempo, con el objetivo de conocer el comportamiento de la investigación en el tiempo. A partir de la década de los noventa, se produce un incremento en el número de publicaciones (Figura 15), que se inicia en el período 1991-1995 con 12 publicaciones, posteriormente en el período 1996-2000 el número de publicaciones se eleva a 14, para alcanzar un máximo en el período 2001-2005 con 18 publicaciones. Nº de Publicaciones en Revistas En los últimos períodos de tiempo, se presenta una disminución en el número de publicaciones, que se debe a un menor número de tesis desarrolladas. 20 15 10 5 0 1978-1990 1991-1995 1996-2000 2001-2005 2006-2010 2011-2013 Períodos (años) (Fuente: Bases de datos revistas electrónicas 1978-2013) Figura 15 NÚMERO DE PUBLICACIONES EN REVISTAS CIENTÍFICAS POR PERÍODO DE TIEMPO Finalmente, los principales investigadores que desarrollan líneas de investigación asociadas al recurso hídrico y plantaciones, son los indicados en la Tabla 1. En cuanto a los investigadores nacionales que han liderado la investigación en torno a los recursos hídricos en Chile, a través de diferentes líneas de investigación, destacan principalmente cuatro. Como se aprecia en la Tabla 1, los principales investigadores son el Dr. Anton Huber, el Dr. Andrés Iroumé, el Dr. Carlos Oyarzún y el Dr. Roberto Pizarro. 30
  30. 30. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Tabla 1 INVESTIGADORES, SEGÚN LÍNEA DE INVESTIGACIÓN (DE ACUERDO A LA BASE DE DATOS ENCONTRADA EN LOS DIFERENTES REGISTROS) Investigador Temas Principales de Investigación Balance Hídrico Anton Huber Manejo Principales Co-Autores Andrés Iroumé Eficiencia Balance Hídrico Andrés Iroumé Carlos Oyarzún Anton Huber Manejo Otros Balance Hídrico Carlos Oyarzún Otros (erosión, nutrientes y calidad de las aguas) Jorge Gayoso Anton Huber Roberto Godoy Otros Otros (erosión, zanjas de infiltración) Aplicación modelos de simulación Claudio Jordán Diseño de obras para conservación de aguas y suelo Roberto Pizarro Cesar Farías Claudia Sangüesa 5.2.- Investigaciones Desarrolladas en Torno al Tema Balance Hídrico La determinación del balance hídrico en investigaciones forestales permite conocer la variación de entradas y salidas de agua en el sistema forestal y cómo se redistribuyen las precipitaciones al entrar al sistema. Las investigaciones revisadas consideran como elementos de análisis el tipo de suelo donde se desarrolla el sistema y la ubicación geográfica, así como la especie establecida y el manejo; densidad de plantación, distintas etapas del ciclo de desarrollo, intervenciones silvícolas a distintas edades y edades de cosecha. Las investigaciones nacionales en torno al tema de balance hídrico (Figura 16) se han desarrollado principalmente en las regiones que presentan altas concentraciones de superficies plantadas con especies de rápido crecimiento, correlacionando además esta variable con las condiciones edafoclimáticas propias de cada zona geográfica. En las Regiones del Maule y del Bio Bio se han realizado estudios en plantaciones de Pinus radiata como variable principal, presentando relación con el alto porcentaje de superficie plantada con esta especie en dicha zona. A partir de la Región de la Araucanía al sur, hasta la Región de Los Lagos, existe una alta variación de investigaciones en torno a otras especies de rápido crecimiento, tales como Eucalyptus nitens y formaciones vegetacionales de Bosque Nativo principalmente y, en menor medida, estudios en plantaciones de Pinus radiata y Pseudotsuga menziesii. 31
  31. 31. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Nº Año Sin Especificar 1998 Pinus radiata 2003 Pinus radiata 2003 Pinus radiata 2004 66 Pinus radiata 68 8 Cobertura 23 65 Cobertura Nº 2003 61 Pinus radiata Renoval de Roble Año Pinus radiata 57 Nº Cobertura 56 Pinus radiata Nº Cobertura 1993 8 Pinus radiata Renoval de Roble 1993 Pinus radiata 1997 Año 25 Pinus radiata 1999 53* Plantaciones - Bosque Nativo 2002 2004 62 Bosque Nativo 2003 2004 63 Bosque Nativo 2003 Año Nº Cobertura Año 1 Pinus radiata 1983 3 Bosque Nativo 1984 4 Pinus radiata - Veg. natural 1985 34 Pinus radiata 2000 14 35 Pinus radiata 2000 15 Eucalyptus nitens 1997 6 Pinus radiata 1993 38 Pinus radiata 2000 17 Pinus radiata 1998 7 Bosque Nativo Siempreverde 1993 9 Bosque Nativo - Pradera 1994 18 Pseudotsuga menziesii Bosque Nativo (Roble Raulí - Coihue) 1998 12 1996 19 Pinus radiata - Pradera 1998 Pinus radiata - Eucalyptus Bosque Nativo - Praderas y matorrales 20 Eucalyptus nitens 1998 21 Eucalyptus nitens 1998 27 Pinus radiata - Eucalyptus nitens 1999 50 Eucalyptus nitens y Pinus radiata 2002 39 Pinus radiata y pradera 2000 40 Pinus radiata 2000 42 Pinus radiata 2001 46 Pinus radiata 2001 60 Pinus radiata 2003 86 Pinus radiata 2010 89 Pinus radiata Cuenca sin cobertura 2011 Nº Cobertura Pinus radiata - Eucalyptus globulus Pinus radiata 2001 Plantaciones - Bosque Nativo 2002 70 Pinus radiata 2005 71 Bosque Nativo 2005 73 Bosque Nativo 2006 74 Bosque Nativo 2007 84 Bosque Nativo 2010 Año 16** 44 53* 1997 *Presentan más de una zona de estudio **Zona de estudio sin determinar Figura 16 DISTRIBUCIÓN DE INVESTIGACIONES DEL BALANCE HÍDRICO EN CHILE La importancia del conocimiento del balance hídrico en plantaciones forestales durante su ciclo productivo, en el cual se realiza una serie de intervenciones de manejo, es determinar la influencia del manejo silvícola (composición, estructura) sobre las entradas y salidas de agua del sistema vegetal. Las actividades de manejo silvícola ocurren en los distintos períodos de desarrollo de las plantaciones (desde el establecimiento hasta la cosecha final), se realizan cambios en la cubierta vegetal (raleos), alterando algunos de los componentes del balance hídrico y redistribuyendo las precipitaciones. En el trabajo de Valenzuela (2003) se cita al investigador Hoover (1962) quien indica que para eventos de precipitación inferiores a 2 mm las pérdidas por intercepción son cercanas al 100 %. Esto concuerda con los resultados obtenidos por Huber y Oyarzún (1984) en un bosque de P. radiata en la X Región, donde se determinó que en eventos de precipitación inferiores a 2 mm la retención de agua por el dosel es máxima, situación que se mantiene 32
  32. 32. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua hasta que las copas se saturen de agua. Una vez que las copas se han saturado, los montos de intercepción se diferencian por la intensidad de cada lluvia, existiendo una correlación significativa entre la magnitud de las precipitaciones y las pérdidas por intercepción (Almizry, 1997 citado por Valenzuela, 2003). Otro de los factores que influyen en el balance hídrico, asociado con el manejo silvícola, es la edad del rodal, que incide en los montos de intercepción. Investigaciones de Huber e Iroumé (2001), indican que las pérdidas por intercepción en plantaciones de Pinus radiata aumentan con la edad de las plantaciones, debido al aumento en la biomasa y a la tendencia de posicionar sus ramas de forma más horizontal. Otros estudios indican que el área basal es una de las características estructurales de mayor importancia en las pérdidas de agua por intercepción, llegando en algunos casos a presentar una mayor correlación que el índice de área foliar (Hofstede et al., 1998). En plantaciones, el efecto de la densidad fue investigado por Oyarzún et al. (1985), quienes establecieron que existe una relación directa entre las pérdidas de agua por intercepción y la densidad y cobertura del dosel (Figura 17). Figura 17 MANEJO CON OBJETIVOS DE PRODUCCIÓN DE MADERA DE ALTO VALOR GENERA MENORES DENSIDADES DEBIDO A RALEOS SUCESIVOS Y EL BOSQUE TIENE MENOR CAPACIDAD DE INTERCEPCIÓN DE LAS PRECIPITACIONES Algunos estudios han evaluado el efecto de los factores que inciden en la precipitación directa. Bonan (2002) señala que en un bosque caducifolio el agua que puede alcanzar efectivamente el suelo como precipitación directa corresponde al 85 % de la precipitación total, frente a un 5 % registrado por el escurrimiento fustal. Mientras que estudios realizados por Huber e Iroumé (2001) han registrado valores bajos de precipitación directa bajo condiciones de mayor densidad, edad y cobertura, lo que está claramente relacionado con otros factores, como estado fenológico y especies dominantes en el bosque. 33
  33. 33. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 5.3.- Investigaciones Desarrolladas en Torno a la Influencia del Manejo en Plantaciones Respecto de las investigaciones sobre el efecto que las actividades de manejo silvícola tienen sobre la disponibilidad de agua, en las etapas posteriores a su ejecución, los documentos de investigaciones analizados presentan una gran variación en cuanto a la especie evaluada, entre ellas plantaciones de Pinus radiata, Eucalyptus globulus y E. nitens, y formaciones vegetacionales de bosque nativo. En cuanto a los objetivos de estos estudios, están dirigidos fundamentalmente a determinar los efectos del manejo en la disponibilidad de agua, erosión hídrica, generación de caudales y sedimentos, según las distintas variables edafoclimáticas que se puedan presentar en cada zona de estudio. La distribución territorial de las investigaciones se indica en la Figura 18. Nº Nº Cobertura Año 55 Pinus radiata 2003 67* Plantaciones 2004 76 Pinus radiata 2007 Cobertura Año 13 Plantaciones - Bosque Nativo 1996 25 Cuenca: Cubierta por 80% por Pinus radiata, y zonas de protección 1999 69* Eucalyptus nitens 2005 Nº Cobertura Año Nº Cobertura Año Nº Cobertura Año 51 Pinus radiata 2002 29 Eucalyptus nitens 1999 5 1991 67* Plantaciones 2004 58 Pinus radiata 2003 Bosque Nativo - Pinus radiata Praderas 10 Pinus radiata 1994 11 Nativas - Pinus radiata - Eucalyptus 1996 33 Nº Cobertura Año 32** Pinus radiata - E. nitens 2000 Eucalyptus nitens - Pinus radiata 2000 49 Bosque Nativo 2002 *Presentan más de una zona de estudio **Zona de estudio sin determinar 52 Eucalyptus globulus 2002 69* Eucalyptus nitens 2005 72 Pinus radiata 2006 75 Plantaciones 2007 Figura 18 DISTRIBUCIÓN TERRITORIAL, INVESTIGACIÓN MANEJO SILVÍCOLA AGUA Gran parte de los estudios se presentan en plantaciones de Pinus radiata y Eucalyptus spp, principalmente. Sin embargo, en las Regiones de Los Ríos y de Los Lagos hay investigaciones a nivel de cuenca, con coberturas mixtas de bosque nativo y plantaciones, orientadas a conocer la disponibilidad de agua. 34
  34. 34. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua - Efectos de la Poda y el Raleo sobre el Balance Hídrico La poda, dependiendo del grado de intervención, puede disminuir la superficie de intercepción de las precipitaciones. Esta actividad, de gran impacto en la generación de productos de alto valor comercial, deriva en la disminución de las pérdidas de agua por intercepción. Se requiere de menor cantidad de precipitaciones para saturar el dosel y se produce un aumento directo de los aportes de agua al suelo por parte de las precipitaciones (Fuentes y Hernández, 1993; Huber et al., 1998). En cuanto a las actividades de raleo, estas producen cambios principalmente en la cobertura del dosel, por lo que tienen influencia en la intercepción de las precipitaciones, y a nivel de suelo, produciendo cambios ambientales acotados a las plantaciones y sectores cercanos. La disminución de los árboles en el rodal produce la modificación de ciertas variables, por ejemplo un aumento en la cantidad de luz que llega al suelo en el interior del rodal, una menor pérdida de agua por intercepción, un aumento de la disponibilidad de agua en el suelo, una modificación del movimiento y cantidad de agua en el suelo y cambios en otros factores, entre los que destacan el aumento de la velocidad del viento y de la temperatura al interior del rodal. Investigaciones realizadas por Huber y Trecaman (2000), revelan que al disminuir la densidad de una plantación de Pinus radiata en un 50% las pérdida por intercepción disminuyen en alrededor de 3,5 %. Los autores Huber et al. (1998) determinaron que la densidad de un rodal de Eucalyptus nitens afecta el balance hídrico y la distribución espacial y temporal del agua edáfica. Concluyen, además, que existe una relación directa entre la cantidad de agua involucrada en la evapotranspiración y la densidad del rodal, explicado por la mayor biomasa de los rodales más densos que provoca un aumento de las pérdidas por intercepción y una mayor demanda de agua del suelo por transpiración. El estudio de estos autores, concluyó específicamente que en el rodal de 1.560 árboles/ha la evapotranspiración, incluidas las pérdidas de agua por intercepción, fue equivalente al 79 % de la precipitación anual, es decir, 1.090 mm. Mientras que en los rodales con 850 y 663 árboles/ha este valor disminuyó a un 77 y 71 %, respectivamente. La percolación tuvo una relación inversa a la densidad. Este parámetro, para las parcelas de mediana y baja densidad, fue un 43 y 87 % mayor que el calculado para la parcela de mayor densidad. Finalmente, el manejo afecta el balance hídrico de la plantación, porque se altera la cantidad de agua que alcanza el suelo, la cantidad de agua utilizada por transpiración y, por lo tanto, la distribución espacial y temporal de la disponibilidad del agua edáfica. Castillo (2005) analizó la generación de caudales máximos en cuencas experimentales para distintas condiciones de cobertura arbórea en el sur de Chile, determinando que en períodos de post-cosecha los caudales máximos son mayores a los registrados en el período pre-cosecha, para todas las categorías de precipitación. Otro estudio, realizado por San Juan (2004), considerando dos situaciones de manejo (raleos) en plantaciones de Pinus radiata y precipitaciones normales durante el periodo de estudio, obtiene resultados que indican variaciones en la redistribución de las precipitaciones como producto de la disminución en la densidad del bosque. Dicha alteración explica el aumento de la precipitación directa entre un 10 y 12 %, la diminución del escurrimiento fustal de entre un 2 y 1 %, y de pérdidas de agua por intercepción de un 8 y 15 % en las parcelas evaluadas. 35
  35. 35. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua - Efectos de las Prácticas Silvícolas en el Agua del Suelo Gallart y Llorens (s/f ) indican que, en términos generales, se observa una relación de tipo lineal entre el porcentaje de cambio de cubierta en una cuenca y la modificación de los aportes anuales, pero las labores de raleo o de abertura de pequeños claros en bosques con cierto estrés hídrico suelen conllevar un aumento de los aportes durante un corto período, retornando a valores cercanos a los originales por regeneración de los árboles o crecimiento del sotobosque (Lane y Mackay, 2001). Estas actividades silvícolas pueden afectar negativamente al suelo, dependiendo de la planificación realizada y el método utilizado. El uso de maquinarias y la intensidad de las operaciones pueden ocasionar un aumento en el potencial de erosión del suelo, asociado a la disminución o eliminación total de la cubierta vegetal, como es el caso de raleos intensos y cosechas forestales. El suelo sin cobertura vegetal queda expuesto a las condiciones climáticas y se inician procesos de escorrentía superficial y erosión, según la duración e intensidad de las precipitaciones. Iroumé et al. (1989) señalan que los mayores porcentajes de pérdidas de suelo y de producción de sedimentos en los cauces se producen en el período de tiempo que va desde la eliminación de la vegetación (cosecha forestal) hasta el restablecimiento de una nueva plantación. Gayoso e Iroumé (1995) indican que la producción de sedimentos puede alterar la calidad físicoquímica de los cursos de agua, aumentando la turbidez y disminuyendo la concentración de oxígeno disuelto, generando en consecuencia, condiciones desfavorables para las poblaciones de flora y fauna al disminuir la calidad de sus hábitats. En el Apéndice 2 se consolidan las investigaciones relacionadas con el manejo de plantaciones y su efecto sobre la disponibilidad de agua. Las investigaciones fueron individualizadas con el nombre de la investigación, autor, año y universidad, con el objetivo de facilitar su búsqueda y posterior consulta. 5.4.- Investigaciones Desarrolladas en Torno a la Eficiencia en el Consumo de Agua El concepto de eficiencia del uso del agua en las plantaciones forestales puede ser definido desde diferentes puntos de vista en un ecosistema. El incremento en biomasa fustal se presenta en términos de generación de biomasa o volumen de madera, explicada por una combinación de factores entre los que destacan el clima, suelo y especie, que en su conjunto dan origen a la definición de Sitio, que representa una condición ambiental. Para evaluar la calidad de sitio, se debe medir la producción vegetal, definida como el resultado de la interacción de los factores que caracterizan un sitio determinado, medido en términos de biomasa, o volumen de madera (Schlatter et al., 1982; Donoso, 1994). Un buen indicador de productividad forestal, utilizado en la actualidad a nivel de comunidad, es el rendimiento de un bosque, expresado en incremento de la biomasa o del volumen maderable en metros cúbicos por hectárea (m³/ha). La eficiencia del uso del agua puede definirse como la tasa de biomasa producida por unidad de volumen de agua evaporada (Eastham, et al., 1990). Esta es comúnmente expresada en función 36
  36. 36. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua de la biomasa del vuelo, sin embargo, en la producción forestal es más útil emplear la biomasa fustal o volumen maderable. Gonzalez (2003) indica que la eficiencia del uso del agua se puede expresar como la evapotranspiración involucrada (m3) para producir una unidad de volumen (m3) maderable o fustal. Las investigaciones en torno al tema de eficiencia han surgido en el último tiempo, debido al creciente interés en conocer el consumo de agua de las plantaciones forestales de rápido crecimiento con fines productivos. Las investigaciones realizadas a la fecha se han desarrollado principalmente en la especies Pinus radiata y Eucalyptus sp, abarcando áreas representativas de estudio comprendidas entre las Regiones del Bio Bio por el norte y Los Ríos por el sur, zonas donde se encuentra la mayor superficie plantada con estas especies (Figura 19). Nº Cobertura Año 54 Pinus radiata Eucalyptus globulus 2003 Nº Cobertura Año Nº Cobertura Año Nº Cobertura Año 36 Pinus radiata 2000 28 Pinus radiata 1999 22 Pinus radiata 1998 45* Pinus radiata 2001 37 Pinus radiata 2000 47 Pinus radiata y Eucalyptus nitens 2001 41 Eucalyptus globulus 2000 43 Pinus radiata 2001 45* Pinus radiata 2001 82 Eucalyptus nitens, Eucalyptus camaldulensis Eucalyptus globulus, Acacia melanoxylon y Acacia dealbata 2009 Nº Cobertura Año 2** Nativas 1984 *Presentan más de una zona de estudio **Zona de estudio sin determinar Figura 19 DISTRIBUCIÓN TERRITORIAL INVESTIGACIONES EFICIENCIA CONSUMO DE AGUA Algunos organismos vegetales pueden alcanzar un alto grado de eficiencia en el uso del agua mediante la acumulación rápida de materia seca, baja transpiración, o utilizando ambas estrategias de crecimiento (Zhang et al., 1996). 37
  37. 37. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua De los estudios realizados en Chile, Hernández (1998) determinó, para un rodal adulto de Pinus radiata en la zona de Valdivia, un requerimiento de 222,3 m³ de agua para producir un 1 m³ de madera. Dentro de los factores que afectan la eficiencia en el uso del agua se encuentran los factores ambientales, genéticos y las características propias del rodal, además de los tratamientos silviculturales en el período de rotación. Factores que presentan un grado de influencia en el uso del agua Factor Medio Ambiente: Existe una tendencia general de mayor eficiencia en el uso de agua por parte de los árboles cuando están ubicados en climas más desérticos, en comparación a climas más húmedos. Además, existen algunas condiciones ambientales que favorecen el cierre de estomas, reduciendo la transpiración y generando un aumento de la eficiencia del uso del agua (Wuenscher y Kozlowski, 1971). En zonas con limitación de agua y nutrientes los árboles invierten más en asimilar los productos en las raíces que en las hojas (Sands y Mulligan, 1990). Factor Genético: La eficiencia del uso del agua varía entre especies y entre una misma familia. La selección de árboles que presentan características diferentes entre sí, por ejemplo raíces más profundas, puede favorecer al individuo en la extracción de agua en profundidad, factor importante en zonas o períodos de escasez del vital elemento. Además, es importante señalar que a través del tiempo algunas especies pueden desarrollar algunas adaptaciones con el objetivo de optimizar la eficiencia del uso de los recursos hídricos. Características del rodal y sus tratamientos silviculturales: La densidad del rodal afecta la interacción entre árboles, tanto en el suelo como en el vuelo. Una variación en la densidad de los rodales tendrá un efecto en los parámetros que controlan la transpiración, uso del agua y por ende la productividad del rodal (Eastham et al., 1990). Un estudio realizado por Lira (1999), con plantaciones de Eucalyptus nitens de tres densidades (1560, 850 y 633 árboles/ha), determinó que la eficiencia en el uso del agua fue mayor en los rodales con densidades mayores. Previo a este estudio, Eastham et al. (1990) en Australia, establecen que la eficiencia en el uso de agua varía según las densidades en plantaciones de Eucalyptus grandis, determinando que es superior en rodales de mayor densidad. 38
  38. 38. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Un estudio de González (2003) indica que en la zona Cauquenes un rodal plantado con Eucalyptus globulus (9 años y 1.400 árboles/ha) presenta la mayor eficiencia de uso de agua, evapotranspirando una menor cantidad de agua por unidad de incremento volumétrico en comparación con un rodal plantado con Pinus radiata (8 años y 1.250 árboles/ha). La tasa de evapotranspiración indica que para la plantación de eucaliptos se requieren 354,6 m3 de agua para producir 1 m3/ha de madera en comparación con 478,5 m3 en el rodal de pino. En otros estudios, Brellenthin (2000) registró una tasa de transpiración de 238,2 m3 de agua para producir 1m3/ha de madera en un rodal de Eucalyptus globulus de 10 años en la zona de Valdivia, esto implica una menor cantidad de agua evapotranspirada por m3/ha de madera producida en comparación con el estudio realizado por González (2003). Con respecto a Pinus radiata, los valores de tasa de transpiración son mayores a los entregados por Jara (1999), el cual registró 211,2 y 296 m3 de agua necesaria para producir 1m3 de madera en dos rodales de Pinus radiata de 8 años y densidades de 833 y 395 árboles por hectárea, respectivamente en la zona de Collipulli. La principal diferencia en estos resultados se debe a que hacia regiones más meridionales de Chile los incrementos volumétricos son sustancialmente mayores debido a una mayor cantidad de agua disponible en el suelo, especialmente durante la época de estío, lo que extiende el período de crecimiento de los árboles (Jara, 1999). En plantaciones de Pinus radiata con distintos manejos, ubicadas entre las Regiones del Maule y Los Lagos, lo que implica diferentes condiciones edafoclimáticas, Huber y Trecaman (2004) evaluaron la eficiencia del uso de agua determinando y comparando la tasa de transpiraciónevapotranspiración neta anual con el incremento volumétrico fustal anual de estas plantaciones coetáneas y sometidas a distinto manejo. La tasa de transpiración varió entre 241 y 717 m³ para distintos tipos de suelo, registrándose los valores menores en plantaciones establecidas en suelos arcillosos con buena capacidad de retención de agua y pobre cubierta vegetal asociada, ubicadas en zonas donde predominan eventos importantes de lluvia. Las mayores tasas de transpiración suceden en plantaciones establecidas en zonas con precipitación de menores intensidades y alta evaporación potencial. Los investigadores indican que las precipitaciones que alcanzaron el suelo, la densidad de las plantaciones, la capacidad de retención de agua útil de los suelos, la temperatura estival y las características de la vegetación acompañante explicaron el 83,8 % de la variabilidad de la tasa de transpiración entre las plantaciones. En el Apéndice 2 se individualiza las investigaciones revisadas que están asociadas con la eficiencia en el consumo de agua en plantaciones forestales de Pinus radiata y Eucalyptus sp. Se indica el nombre del estudio, autor, año y universidad, con el objetivo de facilitar su búsqueda y posterior consulta. 39
  39. 39. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 5.5.- Desarrollo de Otras Investigaciones Como otras Investigaciones fueron considerados estudios encontrados que no presentaban relación con los conceptos vinculados al tema agua y plantaciones forestales, pero que pueden constituir un marco referencial en cuanto a conocer otras líneas de investigación desarrolladas por investigadores nacionales orientadas a distintas áreas del conocimiento en torno al agua. Gran parte de estos estudios corresponde a investigaciones realizadas a partir de registros históricos de bases de datos capturados por estaciones meteorológicas, pluviométricas y fluviométricas, entre otras. Nº Tema 80 Efectos del cambio climático 85 Incertidumbre de las variables metereológicas en la estimación de los recursos Hídricos 2010 87 Disponibilidad y demanda futura del recurso hídrico Nº 79 2011 Caracterización de los procesos de transporte de sedimentos entre una cuenca andina (IX Región) y una cuenca de la Cordillera de la Costa (X Región) 2003 Análisis del comportamiento espacial y temporal de las precipitaciones en la Región de Los Ríos, la 2009 Región de Los Lagos y la Región de Aysén Determinación gráfica y matemática de las curvas intensidad duración frecuencia (IDF), en cuatro estaciones pluviográficas del sur de Chile 1999 Calidad de las aguas del Río Itata usando Bioindicadores 1999 64* Año 31 2008 Tema Estimación de la producción de sedimentos 30 81* Año Año 83 Nº Tema Caracterización de la microcuenca experimental “La Reina”, Provincia de Osorno y su aplicación al Sistema Hidrológico Europeo (Shetran) Nº Tema 24 Análisis comparativo de técnica de recuperación de suelo en áreas degradadas; efecto en la humedad del suelo la supervivencia y crecimiento de Pinus radiata (D. Don). Año 1998 48 Evaluación de productividad de Pinus radiata (D. Don) asociada a Zanjas de Infiltración Análisis de la variación temporal de los caudales punta instantáneos en la cuenca del Río Purape Modelación de caudales recesivos Tema 64* Caracterización de los procesos de transporte de sedimentos entre una cuenca andina (IX Región) y una cuenca de la Cordillera de la Costa (X Región) Nº Tema Año Análisis del comportamiento espacial y temporal de las precipitaciones 2009 83* Determinación gráfica y matemática de las curvas intensidad duración frecuencia (IDF) 2010 90 Bases para un proceso de gestión integrada en las microcuencas hidrográficas de mashue, con énfasis en la producción de agua potable rural 2012 2008 Nº Tema Análisis de las escorrentías mensuales y anuales de la cuenca del Maipo y la potencial influencia glacial en la producción de agua 2008 88** Las áreas de restricción como mecanismo de protección de los recursos hídricos subterráneos 2003 Año 77** 2011 *Presentan más de una zona de estudio **Zona de estudio sin determinar Figura 20 DISTRIBUCIÓN TERRITORIAL OTRAS INVESTIGACIONES 40 2010 81* Año 2003 78 Nº 2001 59 2008
  40. 40. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Se han desarrollado investigaciones en torno a análisis de la variación en el tiempo de caudales para determinadas cuencas, análisis de escorrentías mensuales y anuales, modelación de caudales, calidad de aguas y generación de bases para procesos de gestión integrada de microcuencas, entre otros temas. Estas líneas de investigación se han desarrollado no solo en el área de ubicación de las plantaciones forestales, sino que comprenden gran parte del territorio nacional. 5.6.- Líneas de Investigación Apoyadas por CONICYT En el ámbito del financiamiento de líneas de investigación relacionadas al tema aguaplantaciones, y con el objetivo de conocer los temas y tendencias de estas líneas en el último tiempo, se procedió a buscar en la base de datos institucional de CONICYT (Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica, www.conicyt.cl), información centralizada sobre los proyectos que han sido adjudicados por los distintos fondos que administra la institución. En el Apéndice 2 se muestran las publicaciones encontradas en la base de datos institucional de CONICYT, cuyo número alcanza a 67 publicaciones. Nº de Proyectos Para efectuar la búsqueda de las líneas de investigación se procedió a buscar las distintas clasificaciones por disciplinas que presenta el repositorio, siendo de interés para la búsqueda las disciplinas de hidrología forestal, silvicultura y manejo de bosques, meteorología y climatología, ecología forestal, ingeniería hidráulica, ciencias de la tierra, entre otras, sumando a la búsqueda, las clasificaciones por los temas de interés directo, que corresponden a balance hídrico, manejo forestal relacionado al tema agua, eficiencia–consumo en especies forestales, y otros. Gran parte de las investigaciones registradas (Apéndice 2) corresponden a la clasificación Otros (de acuerdo a la clasificación propuesta por INFOR) (Figura 21), donde se encuentran temas de investigación orientados a conocer variables en torno al cambio climático, registros de evidencias de cambios climáticos, reconstrucción de variaciones climáticas, estimación de procesos erosivos, modelación de recursos hídricos para estimación, entre otros. 60 40 20 0 Otros Manejo Eficiencia Balance Hídrico Clasificación de Temas (Fuente: Repositorio CONICYT 1985-2011) Figura 21 PROYECTOS ENCONTRADOS EN EL REPOSITORIO DE LA COMISIÓN NACIONAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA (CONICYT) SOBRE EL TEMA AGUA – PLANTACIONES 41
  41. 41. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua En relación a las principales líneas de investigación de CONICYT, la clasificación otros, presenta 48 proyectos financiados, ubicándose en primer lugar con mayor número de investigaciones encontradas. En segundo lugar, la clasificación sobre el balance hídrico registra 13 proyectos, seguido del tema manejo forestal con 5 proyectos y el tema eficiencia solo registra un proyecto financiado. El tema de balance hídrico relaciona materias de investigación en función de variables de pérdidas por intercepción, comparación de pérdidas por intercepción en diferentes cubiertas vegetales, estimación de evapotranspiración, disponibilidad y calidad del agua, entre otros. Con respecto al tema de manejo forestal, las investigaciones encontradas se basan en efectos del cambio de uso del suelo en la disponibilidad de agua, evaluación sobre la eficiencia de prácticas contra la erosión y restauración ecológica para aumento de la provisión de agua. Las investigaciones encontradas, son lideradas principalmente por las universidades nacionales, entre las que destacan la Universidad Católica de Chile, la Universidad de Chile, la Universidad Austral, la Universidad de Concepción y la Universidad de Talca, entre otras. Los proyectos encontrados, que guardan relación con las líneas de investigación agua-plantaciones o hidrología forestal, fueron financiados principalmente entre los años 1985 y 2011 (Figura 22). En este período, se observa que a partir del período 1991 y 1995 se aprueban 5 proyectos, posteriormente se produce un incremento sostenido en la cantidad de proyectos financiados por la institución, alcanzando al período 2006 - 2011 la cantidad de 36 proyectos aprobados. Esto refleja la búsqueda de respuestas en el tema del recurso hídrico, la reorientación en algunos casos de las líneas de investigación de las distintas disciplinas, centros científicos, universidades y otros, además de una preocupación del Estado por tema. Nº de Proyectos 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1985 - 1990 1991 - 1995 1996 - 2000 Períodos (Años) 2001 - 2005 2006 - 2011 (Fuente: Repositorio CONICYT 1985-2011) Figura 22 NÚMERO DE PROYECTOS APROBADOS POR CONICYT EN EL TEMA AGUA – PLANTACIONES AGRUPADOS EN PERÍODOS DE TIEMPO 42
  42. 42. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua 6.- ANÁLISIS Y CURSOS DE ACCIÓN La principal conclusión obtenida del análisis del estado del arte de la investigación hídricoforestal en Chile es que los estudios indican que al existir suelos con cubierta boscosa se tiende a mantener una buena calidad de aguas en los cursos hídricos asociados a estos sitios, aún cuando puedan producirse fluctuaciones en cuanto a la cantidad. El informe del diagnóstico de la gestión de los recursos hídricos en Chile, realizado por el Banco Mundial (2011), concluye fundamentalmente que en el país existe una falta de información general, así como de una red de monitoreo de las aguas, ya que la información actual es escasa para una correcta caracterización del recurso. El informe identifica además la necesidad de buenas herramientas de gestión y conocimiento. A la luz del informe del Banco Mundial, del árbol del problema desarrollado por INFOR-GAEF y el convenio INFOR-FIA, se hace un análisis del estado del arte de la investigación forestal en Chile en sí, además de plantear los lineamientos o cursos de acción futura acordes con el ecosistema forestal chileno y su relación con el recurso hídrico. 6.1.- Análisis del Estado del Arte De acuerdo con la revisión de bibliografía efectuada, los temas más investigados en Chile se refieren principalmente a balance hídrico, redistribución, manejo y eficiencia, entre otros. Estos trabajos han sido desarrollados fundamentalmente por universidades con financiamiento estatal y abarcan una amplia gama de disciplinas del conocimiento. Pese al ejercicio de separar las investigaciones por temas, muchas de ellas se entrecruzan. Por ejemplo, al evaluar el balance hídrico de un rodal, también hay asociados componentes de suelo, de ubicación geográfica, de especies y de manejo silvícola, estos últimos expresados en raleos, podas, densidades de plantación, edades de las plantaciones y otros. Es decir, no necesariamente son investigaciones de temas aislados, lo que da un carácter ecosistémico más amplio y fundamental para este tipo de investigación. En general, los estudios indican que existiría y se mantendría una buena calidad y cantidad de agua en cursos hídricos que presentan suelos con cubierta boscosa, la cual permitiría mejorar la estructura del suelo y su porosidad, favorecer la infiltración y redistribución de las precipitaciones, aumentar el almacenamiento de agua y evitar o disminuir los problemas de erosión, todo esto dependiendo de la especie, la edad, la densidad, el tipo de suelo y las características de las precipitaciones en cuanto a estacionalidad, monto y localización. No obstante, la influencia benéfica de los bosques sobre la cantidad de agua ha sido repetidamente puesta en duda, bajo el argumento que los árboles transpiran más agua que otras plantas y reducirían la cantidad de este elemento que puede fluir por la cuenca, situación que efectivamente sucede en plantaciones durante la fase de crecimiento rápido, y esto ha servido de hipótesis de investigación para muchos de los estudios desarrollados. En la modelación hidrológica, ámbito de investigación también considerado, queda de manifiesto que existe mucha información de oferta hídrica (precipitación y caudales), pero falta información 43
  43. 43. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua específica de suelos y de aspectos fisiológicos de la vegetación en relación con el consumo o demanda de agua. Un área poco investigada es la de las aguas subterráneas, situación también observada en el informe del Banco Mundial (2011). Este tema en Chile es insuficientemente evaluado, se lo maneja de manera aislada y no integrada con las aguas superficiales para aprovechar la capacidad natural de regulación de los acuíferos. Según lo señalado en el marco conceptual, el ciclo del agua es un sistema dinámico, que incluye el agua superficial y subterránea, por lo tanto muchos de los aportes de un sistema pueden provenir de sistemas vecinos al evaluado, lo que lleva a un error en los resultados. Los temas de investigación en Chile analizados en este informe, son similares a aquellos que se llevan a cabo en el extranjero. Sin embargo, aún falta por localizar bien los problemas, ya que posiblemente las investigaciones están establecidas no necesariamente donde está la dificultad. Resulta de especial interés destacar que estos estudios se establecen principalmente en sitios facilitados por propietarios públicos o privados, por un periodo de tiempo específico y no necesariamente corresponden a sitios experimentales que permitan una evaluación a largo plazo y con diversidad de situaciones. Lograr una red de monitoreo a largo plazo, que consolide la localización georreferenciada de las investigaciones ya monitoreadas, la complementación con más situaciones a evaluar y la concurrencia de equipos multidisciplinarios, permitiría definir una buena focalización de los posibles conflictos y la mantención de registros y evaluaciones de distintas situaciones hídricoforestales a largo plazo. Las investigaciones analizadas se han desarrollado fundamentalmente en las regiones de mayor distribución de las plantaciones y están asociadas a las condiciones edafoclimáticas de estas zonas geográficas. En las Regiones del Maule y Bio Bio las investigaciones se han establecido en plantaciones de Pinus radiata, mientras que más al sur en plantaciones de eucaliptos y en bosque nativo. A pesar de existir una amplia distribución de investigaciones a nivel nacional, estas son de carácter aislado, con diferente escala espacial y temporal de estimación, sin un monitoreo de largo plazo y evaluaciones continuas en el tiempo. La duración de estas iniciativas responde a las que determina el fondo de financiamiento de cada caso, no más allá de 4 a 5 años. Estas investigaciones dan respuesta solo a parte de las posibles situaciones, falta por tanto desarrollar en el país estudios estandarizados de largo plazo a escala territorial más amplia, con el fin de eliminar o atenuar errores dados por las condiciones de sitio locales que no representan las características globales y generales de zonas agro-climáticas más extensas. Intentando una síntesis de resultados numéricos obtenidos de diferentes fuentes nacionales y extranjeras, en la Tabla 2 se indican diversos valores como única referencia disponible sobre la relación agua plantaciones. 44
  44. 44. Estado del Arte Las Plantaciones Forestales y El Agua Tabla 2 VALORES DE REFERENCIA PARA LA RELACIÓN AGUA PLANTACIONES SEGÚN FUENTE Medición Especie Unidad E. grandis E. grandis E. grandis Cuencas Experimentales Monto 300 a 380 2 a 18 Fuente Smith and Scott, 1992 E. grandis 470 Scott and Lesch, 1996 239 (mm/año) Scott and Smith, 1997 E. globulus 94 Samra et al., 2001 E. globulus 936 Holland and Benyon, 2010 E. grandis Flujo de savia Observación Van Lill et al., 1980 E. grandis x E. camaldulensis E. globulus (L/día) 90-30 Dye, 1996 30-64 Dye et al., 2004 1,67 Holland and Benyon, 2010 E. grandis clones 108 Olbrich et al., 1993 E. grandis 270 Dye et al., 1997 E. grandis 208 Dye et al,. 2001 E. grandis 161 Dye, 1996 E. grandis x E. camaldulensis GC15 278 Dye et al., 1997 E. grandis x E. terertinornis GT529 217 Dye et al., 1997 Eficiencia de uso E. grandis TAG5 256 Dye et al., 1997 de agua E. híbridos (mm/día) 833 Dye et al., 1997 Eucalyptus spp 294 Wyse et al., 2011 E. globulus 355 González, 2003 Cauquenes 9 años 1400 arb/ha P. radiata 479 González, 2003 Cauquenes 8 años 1250 arb/ha E. globulus 238 Brellenthin, 2000 Valdivia 10 años P. radiata 211 Jara, 1999 Collipulli 8 años 833 arb/ha P. radiata 296 Jara, 1999 Collipulli 8 años 395 arb/ha P. radiata 222 Hernández, 1998 Valdivia rodal adulto P. radiata 241-717 Huber y Trecaman, 2004 Maule. Distintos manejos (m3 a/m3 m) a: agua m: madera Como se aprecia en la Tabla 2, existe una gran disparidad de cifras y variables medidas: Escasas son las menciones según edades y variables de rodal y según características de las zonas donde se han obtenido los resultados. En términos de m3 de agua/m3 de madera producida, las cifras oscilan entre 108 y 833. Esta situación no hace sino confirmar la necesidad y conveniencia de un programa sistemático y estandarizado de monitoreo para definir la eficiencia de uso de agua en las plantaciones en las diferentes zonas de crecimiento en el país. 6.2.- Cursos de Acción Derivados del estado del arte antes analizado y sobre la base del árbol del problema, surgen diversos lineamientos de acción que deben ser abordados a corto, mediano y largo plazo. - Corto Plazo Determinar si existe una real relación entre las plantaciones forestales y las variaciones en la disponibilidad de agua requiere de información científica, disponible y sistematizada, generada por estudios científicos estandarizados y comparables a escala espacial importante. Como primer avance, a través del Convenio INFOR-FIA se ha resumido el estado del arte en materia 45

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