Resumen de Influencia de las costras físicas y biológicas del suelo en el balance de agua en ecosistemas semiáridos.the role of physical and biological soil crusts on the water balance in semiarid ecsystems.
En zonas áridas y semiáridas, los espacios libres entre las plantas suelen estar cubiertos por costras físicas y biológicas. Estas costras, aunque representan una parte muy pequeña del perfil del suelo, juegan un papel ecológico importante, ya que constituyen el límite entre la biosfera y la atmósfera, por lo que regulan el intercambio de gases, agua y nutrientes desde y hacia el suelo En los últimos años, el estudio de las costras biológicas del suelo ha atraído la atención de numerosos investigadores debido al importante papel que desempeñan en numerosos procesos cruciales para los ecosistemas donde aparecen. A diferencia de las costras físicas, las costras biológicas (comunidades complejas de cianobacterias, algas, hongos, líquenes, musgos y diversos microorganismos en asociación con las partículas del suelo) protegen el suelo frente a la erosión por el agua y el viento, aumentan el contenido en nutrientes mediante la fijación de C y N atmosférico y la síntesis de polisacáridos, reducen las pérdidas de suelo y nutrientes por escorrentía y erosión, y juegan un papel clave en procesos hidrológicos como la infiltración y escorrentía, humedad del suelo y evaporación, a través de su influencia en numerosas propiedades que afectan al movimiento del agua en el suelo como son la rugosidad, la porosidad, la hidrofobia, el agrietamiento y el albedo. Es ampliamente conocida la influencia de las costras físicas en la reducción de la porosidad y conductividad hidráulica del suelo, disminuyendo así la infiltración. Sin embargo, existe bastante controversia en cuanto al papel de las costras biológicas en los diferentes componentes del balance de agua. Según algunos estudios, las costras biológicas aumentan la infiltración, mientras que según otros, aumentan la escorrentía superficial o no tienen efecto sobre estos procesos. Por otra parte, el efecto de las costras biológicas en otros componentes del balance de agua como la evaporación o la humedad del suelo apenas se ha estudiado y los escasos trabajos existentes también muestran resultados controvertidos.
Con el objetivo de esclarecer el papel que tienen las costras en el balance de agua en ambientes semiáridos, esta tesis ha analizado la influencia de diferentes tipos de costras, físicas y biológicas, éstas últimas en distintas etapas de su desarrollo, sobre los componentes clave del balance de agua, como son la infiltración, la evaporación y la humedad del suelo, a pequeña escala. Además, para comprender la respuesta hidrológica de estas costras, se ha analizado como influyen el tipo y grado de desarrollo de la costra en diferentes propiedades físico-químicas del suelo que influyen a su vez sobre el movimiento y contenido de agua en el suelo. Por último, se han analizado las características espectrales de los diferentes tipos de costras, así como de la vegetación, con la intención de desarrollar un índice basado en características espectrales distintivas de estos tipos de cubierta comunes en áreas semiáridas que permita su posterior cartografía y la modelización de los efectos de las áreas encostradas en los procesos hidrológicos y erosivos a escalas espaciales mayores (ladera y cuenca).
Para la consecución de nuestros objetivos, se eligieron dos áreas de estudio en la provincia de Almería (sureste español) donde abundan diferentes tipos de costras biológicas y que son representativos de los tipos de distribución espacial más común de las costras biológicas en ecosistemas semiáridos: El Cautivo (Desierto de Tabernas), un área acarcavada con suelos de textura franco-limosa, y Las Amoladeras (Parque Natural de Cabo de Gata-Níjar), un área llana con suelos de textura franco-arenosa. Nuestros resultados muestran que las costras biológicas mejoran la estabilidad de los agregados del suelo, tienen una mayor capacidad de retención de agua y contenido en carbono orgánico y nitrógeno que las costras físicas, y dentro de estas costras biológicas, a medida que la costra es más evolucionada (en términos de biomasa y composición de especies más tardías de la sucesión), estas propiedades se ven favorecidas tanto en la costra como en el suelo subyacente. La mejora que la presencia de las costras biológicas confiere al suelo es sobre todo notable en la capa más superficial del suelo (0.01 m) y disminuye en profundidad (0.01-0.05 m) (Capítulo I). Así, a través del aumento de la rugosidad superficial y la mejora en las propiedades físico-químicas del suelo, las costras biológicas aumentan la infiltración y reducen la escorrentía en comparación con costras físicas. En general, el aumento en la infiltración es mayor cuanto mayor es el grado de desarrollo de la costra biológica (Capítulo II). Sin embargo, existen excepciones a este patrón general que vienen condicionadas por otros factores como son la escala espacial de estudio y el tipo de evento lluvioso. A escalas muy pequeñas (0.25 m2) y bajo una lluvia simulada de 1h de alta intensidad (50 mmh-1), encontramos que las costras más desarrolladas, costras liquénicas, generan mayores tasas de escorrentía que costras menos desarrolladas de cianobacterias, e incluso tasas similares a las costras físicas (Capítulo II). Así, a escala de microparcela y en eventos extremos, el efecto positivo en la infiltración debido a la rugosidad promovida por las costras biológicas más desarrolladas puede ser anulado por la capacidad de la costra para bloquear los poros del suelo cuando está mojada, aumentando así la escorrentía. Sin embargo, cuando se estudia la respuesta de las costras biológicas sobre la infiltración y escorrentía en condiciones de lluvia natural y a mayores escalas espaciales (parcelas de 1 a 10 m2), encontramos que en lluvias de baja intensidad, la escorrentía disminuye a medida que aumenta la cobertura de las costras más desarrolladas (líquenes), y que este efecto es mayor a escalas espaciales mayores (Capítulo III). Esta disminución de la escorrentía se debe a la rugosidad que las costras biológicas bien desarrolladas confieren al suelo. En eventos de alta intensidad, la cobertura de costra biológica no tiene una influencia significativa sobre la escorrentía y el principal factor que determina la generación de escorrentía es la intensidad de la lluvia (Capítulo III).
La eliminación de la costra biológica produce un aumento inicial de la infiltración. Sin embargo, este efecto se reduce con el tiempo ya que, con el transcurso de la lluvia y debido al impacto de las gotas de lluvia, se forma una nueva costra física que aumenta la escorrentía. Además, la alteración de la costra biológica por pisoteo y sobre todo su eliminación, produce un aumento notable de la erosión (Capítulo II). El grado de desarrollo de la costra biológica también influye sobre la erosión, de forma que costras biológicas desarrolladas (líquenes y musgos) protegen mejor frente a la erosión que costras menos desarrolladas (cianobacterias) (Capítulo II).
Respecto a la influencia de las costras en la evaporación, bajo condiciones de saturación del suelo y elevadas temperaturas ambientales, la pérdida de agua es elevada y similar en los tipos de costra y suelo sin costra (Capítulo IV). Sin embargo, bajo condiciones ambientales menos cálidas, las pérdidas evaporativas tras una lluvia son más rápidas en suelos sin costras biológicas que en los cubiertos por dichas costras (Capítulo V). Así, en épocas húmedas, la humedad del suelo se mantiene más alta en los primeros centímetros de suelo (0.03 m) en suelos con costras biológicas que en suelos adyacentes donde se eliminó la costra. A profundidades mayores (0.10 m), el contenido en humedad es similar en suelos con y sin costra biológica (Capítulo V). Por otro lado, la eliminación de la costra biológica causa una disminución mayor de la humedad en los suelos de textura franco-limosa (Cautivo) que en los suelos de textura franco-arenosa (Amoladeras), probablemente debido al mayor efecto que tienen las costras biológicas en el aumento de la porosidad y con ello, en la infiltración, en suelos de textura fina que en suelos de textura gruesa. En condiciones de baja humedad del suelo, la humedad del suelo es similar en suelos con y sin costras biológicas (Capítulo V).
Por último, el estudio de las características espectrales de los tipos de costra, así como de la vegetación, ha permitido identificar ciertas características espectrales distintivas entre los tipos de cubiertas (Capítulo VI). A partir de estas características, se ha generado un índice espectral para discriminar diferentes tipos de costra biológica y éstas del suelo desnudo (costra física) y de la vegetación, que podría potencialmente aplicarse a imágenes multi e hiperespectrales para cartografiar la distribución espacial y dinámica temporal de las costras biológicas y poder incorporar así sus efectos en la modelización hidrológica y erosiva a escalas espaciales mayores, esto es, a escala de ladera y cuenca.
En resumen, la presencia de costras biológicas del suelo, comparado con costras físicas, mejora las propiedades físico-químicas del suelo subyacente, especialmente en los primeros centímetros de suelo, siendo la mejora mayor a medida que la costra biológica es más desarrollada. Debido a estas mejores propiedades del suelo y a la mayor rugosidad que las costras biológicas confieren a la superficie de los suelos, la presencia de dichas costras aumenta las entradas de agua a través de la mejora en la infiltración y aumento del contenido de humedad del suelo, y reduce las salidas de agua a través de la disminución de las pérdidas de agua por evaporación. Así, la presencia de costras biológicas frente a costras físicas y, especialmente la presencia de costras biológicas desarrolladas, tiene un efecto global positivo sobre el balance de agua local. Además, las costras biológicas tienen un papel crucial en la protección del suelo frente a la erosión por el agua.
