Transformación del paisaje, diversidad funcional y funcionamiento ecohidrológico de ecosistemas naturales e intervenidos de Bolivia

Abstract

El objetivo de esta investigación fue identificar y caracterizar las variables que determinan la transformación del paisaje del bosque Tucumano-Boliviano, con el fin de evaluar los efectos de dicha transformación sobre el funcionamiento ecohidrológico de estos ecosistemas en el Área Natural de Manejo Integrado Río Grande – Valles Cruceños, Bolivia. A partir del cambio en la cobertura vegetal y la diversidad funcional de la vegetación. Para esto se seleccionaron cuencas pareadas, es decir, cuencas que tuvieran similaridad en aspectos climáticos, ambientales y morfométricos, pero con diferentes tipos de cobertura. Para responder las preguntas de investigación y alcanzar los objetivos planteados, se aplicaron las metodologías estandarizadas para evaluar el estado de conservación y transformación de las coberturas vegetales, así: el uso de sistemas de información geográfica y de algunas métricas del paisaje como: el área por clase (CA), el porcentaje del paisaje (% Pi), el número de parches (NP), el tamaño medio del parche (MPS), el coeficiente de variación del parche (PSCoV), el promedio del vecino más cercano (MNN) y el índice de diversidad de Shannon (SHDI). Para evaluar la composición y la estructura de la vegetación, se establecieron parcelas de 50 x 20 m. para las especies leñosas y cuadrantes de 1 x 1 m., para las especies herbáceas. Con estos datos, se seleccionaron las especies con el 80% de abundancia y con el mayor nivel de importancia para estudiar sus rasgos estructurales, foliares, biomasa de epífitas y densidad de raíces finas. Los anteriores rasgos se analizaron a nivel individual (especies) y a nivel de cuenca, mediante el escalonamiento de los valores promedios ponderados. Para evaluar las condiciones de los suelos, se excavaron calicatas distribuidas en diferentes gradientes altitudinales dentro de cada cuenca y se analizaron propiedades hidrofísicas como: la textura, el contenido de materia orgánica, la densidad aparente, la porosidad total del suelo, la conductividad hidráulica saturada, la retención de humedad del suelo y la densidad y profundidad de las raíces finas. Para analizar las condiciones climáticas e hidrológicas en cada cuenca se midieron las diferentes variables meteorológicas y los flujos de agua superficial y subsuperficial como la precipitación, escorrentía superficial, la infiltración, el contenido de humedad de suelo, el caudal y se calculó la evapotranspiración. Finalmente, los resultados fueron analizados estadísticamente y validados frente a las hipótesis planteadas en cada uno de los capítulos. Los resultados evidenciaron que la transformación del bosque Tucumano-Boliviano es producto del establecimiento de áreas con pasturas para ganadería extensiva y alguna actividad agrícola, lo que incrementó la heterogeneidad y fragmentación del paisaje, provocando cambios en la vegetación, determinados por la dominancia de especies de la familia Myrtaceae y Lauraceae en las cuencas conservadas y de Asteraceae y Poaceae en las cuencas transformadas. En cuanto a la estructura las diferencias fueron menos perceptibles entre las especies leñosas y más notorias en la altura de las especies herbáceas. Los rasgos de la vegetación demostraron ser una buena herramienta para corroborar el impacto de la transformación del paisaje sobre las cuencas, dado que segregó los rasgos en función del estado de conservación/intervención de cada una de las cuencas. En este sentido, los rasgos estructurales, la biomasa de epífitas y la densidad de raíces finas tuvieron mayor asociación con las cuencas conservadas y los rasgos foliares tuvieron mayor asociación con las cuencas transformadas. La caracterización de las variables hidrofísicas del suelo evidenciaron que los suelos de las cuencas transformadas tienen menor contenido de materia orgánica, presentan una mayor densidad aparente y menor porosidad, conductividad hidráulica saturada y densidad de raíces finas, implicando una degradación de los suelos, la cual tuvo efectos negativos en el funcionamiento ecohidrológico de las cuencas transformadas, ya que incrementó la escorrentía superficial y disminuyó la infiltración. Estos cambios modificaron las dinámicas de la humedad del suelo y las respuestas de las cuencas a los eventos de precipitación, generando caudales extremos en periodos de lluvias y caudales muy bajos en periodos secos. Por otra parte, los rasgos de la vegetación demostraron que son importantes en la determinación del funcionamiento ecohidrológico de los ecosistemas estudiados, donde los rasgos estructurales protegen al suelo de la degradación y los rasgos foliares modulan las salidas de agua del ecosistema y la fracción de agua que queda almacenada. De esta manera, se concluye que la presente investigación aporta conocimientos que profundizan las interacciones ecohidrológicas a diferentes escalas.

The main objective of this research was to identify and characterize the variables that determine the transformation of the landscape in the Tucuman-Bolivian forest, in order to determine the effects of this transformation on the ecohydrological functioning of the ecosystems in the Natural Integrated Management Area Río Grande - Valles Cruceños, Bolivia, determined from the change in vegetation cover and functional diversity of the vegetation. To this purpose, three paired catchments were selected, that is, catchments that had similarities in climatic, environmental, and morphometric aspects, but with different types of land cover. To answer the research questions and achieve the objectives, standardized methodologies were applied, as follows: geographic information systems and landscape metrics were used to validate the current state of conservation and transformation of land cover at each catchment, thus, plots were established to analyze the composition and vegetation structure. Subsequently, we selected species with greater dominance and level of importance to study functional, structural and foliar traits, epiphyte biomass, and density of fine roots, as well as stablish their relationship with landscape transformation at individual level (species) and at catchment level. Soil pits were excavated distributed at different altitudes in each catchment, to analyze the hydrophysical properties through soil sampling, of soils, such as soil texture, bulk density, total soil porosity, saturated hydraulic conductivity, soil water retention, and the content of organic matter. In addition, in each catchment, we measured the meteorological variables, and the different flows of surface and subsurface water, such as precipitation, surface runoff, infiltration, soil moisture content, discharge and calculated evapotranspiration. Finally, results were statically analyzed, and cross validated against the formulated hypotheses in each chapter of this thesis. Results show that the transformation of the Tucuman-Bolivian forest occurs in order to establish pastures areas for extensive cattle ranching and some agricultural activity, which increased the heterogeneity and fragmentation of the landscape, protruding in vegetation composition changes, selected by dominant species of the Myrtaceae and Lauraceae families in the forest catchments, and Asteraceae and Poaceae families in transformed ones (pastures); whereas for the structure, the differences were less evident. The vegetation traits proved to be a good tool to evaluate the impact of the landscape transformation on studied catchments, since it segregated the functional traits according to the state of conservation/intervention of each catchment, where structural traits, epiphyte biomass and fine root density had a greater association with the conserved catchments and foliar traits had a greater association with transformed ones. The characterization of the hydrophysical properties of soils, showed that soils from transformed catchments have lower organic matter content, higher bulk density and lower porosity, saturated hydraulic conductivity, and density of fine roots than conserved ones. This degradation of soils, mainly on the soil surface, has negative effects on the ecohydrological functioning of the transformed catchments, since they increased surface runoff and diminished infiltration, which modified the dynamics of soil moisture and the responses of the catchments to rainfall events, generating high extreme flows during the rainy periods, and low flows during the dry ones. On the other hand, the vegetation traits showed that they are key control variables in determining the ecohydrological functioning of studied ecosystems, where the structural features protect the soil from degradation and foliar traits modulate the water flows from the ecosystem and the fraction of water that is stored in soils. All and all, this research provides new knowledge regarding the ecohydrological interactions at different scales.