Quantifying patterns of complexity controlled by parent material at different spatial scales: from drainage network architecture at landscape scale to soil texture. A hydropedologic research conducted on wine regions of the Douro river basin
- Autores: Joaquín Cámara Gajate
- Directores de la Tesis: Miguel Angel Martín Martín (dir. tes.), Vicente D. Gómez Miguel (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2016
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Espejo Serrano (presid.), Fernando San José Martínez (secret.), Karl Vanderlinden (voc.), Gonzalo Martínez García (voc.), José Manuel Rey Simón (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Tecnología Agroambiental para una Agricultura Sostenible
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
La hidroedafología es una ciencia interdisciplinar que aborda el estudio de la interacción entre las propiedades y los procesos edafológicos e hidrológicos, con el objeto de incrementar el conocimiento existente sobre la influencia del suelo en los procesos hidrológicos y sobre los efectos hidrológicos en la formación, variabilidad y funciones del suelo. Este enfoque multidisciplinar es imprescindible para resolver retos medioambientales actuales tales como el uso sostenible de la tierra, la gestión de los recursos hídricos, o el desarrollo de sistemas de agricultura integrada entre otros.
Compartiendo la visión de otros autores, en este trabajo se define el paisaje como un sistema complejo donde las interacciones intermitentes a escala milimétrica entre sus múltiples componentes, que están controladas por una mezcla de fuerzas deterministas y componentes aleatorios, generan patrones de complejidad emergentes a escalas mayores, que aportan información novedosa sobre el funcionamiento interno del sistema. La teoría de los sistemas complejos sostiene que los sistemas con muchos grados de libertad, como el sistema del paisaje, evolucionan exportando desorden hasta que alcanzan el máximo nivel de organización que les permiten los factores condicionantes del sistema.
Las características geológicas del paisaje son un elemento de gran importancia que puede catalogarse como uno de los factores condicionantes del sistema que dirigen su evolución y la emergencia de patrones de complejidad. Algunos de estos patrones emergentes han sido cuantificados con éxito en este trabajo mediante medidas de complejidad, como la dimensión fractal box-counting y el índice de entropía equilibrado (BEI, por su siglas en inglés), que han permitido identificar el control que ejerce el material parental en la zona de estudio sobre las estructuras internas del paisaje. El área de estudio está compuesta por dos regiones vitícolas situadas en la cuenca hidrográfica del Duero, que son: la región española incluida en la Denominación de Origen Arribes (DO Arribes), y la región portuguesa comprendida dentro de la Região Demarcada do Douro (RD Douro). Los materiales parentales presentes en estas regiones son principalmente rocas metamórficas (gneises, filitas, grauvacas, pizarras, esquistos, y cuarcitas), y rocas ígneas (mayoritariamente rocas graníticas).
La influencia del material parental sobre la estructura del paisaje ha sido estudiada a escala de paisaje y a escala milimétrica, en la arquitectura compleja de las redes de drenaje y en las distribuciones de masa según los distintos tamaños de partículas en el suelo, respectivamente. El efecto de la litología sobre las redes de drenaje condiciona la aparición de diversos patrones de redes de drenaje que han sido tradicionalmente clasificados de modo cualitativo, según la apariencia de la configuración de sus canales, como dendríticos, paralelos, rectangulares, etc. Esta discriminación cualitativa entre distintos patrones de drenaje ha sido ampliamente utilizada por los geomorfólogos para identificar visualmente y delimitar zonas con materiales geológicos diferentes durante el proceso de elaboración de cartografía geológica. Frente a la tradicional caracterización cualitativa de las redes, en el Capítulo 1 se cuantifica a través de la dimensión fractal box-counting, la estructura jerárquica de las redes de drenaje y la distribución espacial de los subconjuntos representados dentro de esas redes por los canales de primer orden, lo que ha permitido aportar evidencias cuantitativas de la influencia del material parental sobre estos patrones de complejidad a escala de paisaje. Este control litológico sobre las redes de drenaje es la base conceptual del modelo de clasificación estadística, propuesto en el Capítulo 2, para la identificación del material geológico del paisaje a partir del análisis de redes de drenaje generadas automáticamente desde un modelo digital del terreno LiDAR de media resolución.
En contraste con la estructura de las redes de drenaje, que ha sido analizada a escala de paisaje, el control litológico sobre las propiedades del suelo ha sido estudiado a escala milimétrica a través del índice de entropía equilibrado, que cuantifica la heterogeneidad de la distribución del tamaño de partículas del suelo. Considerando que tanto la estructura de la red de drenaje como la heterogeneidad en la distribución del tamaño de partículas son consecuencia a distinta escala de los mismos factores condicionantes del sistema, el Capítulo 3 explora la relación cuantitativa entre ambos patrones de complejidad, cuantificados a través de la dimensión fractal box-counting y el índice de entropía equilibrado, respectivamente.
El estudio sobre la influencia del material parental en la heterogeneidad de la textura del suelo, mostrado en el Capítulo 4, propone un método de agregación de la información contenida en el mapa de suelos 1/25,000 de la zona de estudio, para la obtención y asignación de un valor representativo del índice de entropía equilibrado a cada unidad litológica del mapa. El método de agregación propuesto tiene en cuenta todos los niveles de información contenidos en un mapa de suelos (horizonte, perfil, unidad taxonómica, unidad cartográfica), y todas las interrelaciones y distribuciones de frecuencia entre dichos niveles de información. Los valores del índice de entropía equilibrado obtenidos para los suelos desarrollados sobre rocas graníticas y metamórficas permiten constatar cuantitativamente, en nuestra zona de estudio, cierto control litológico sobre la heterogeneidad de la textura del suelo.
Los resultados obtenidos evidencian la influencia del material parental sobre distintos patrones de complejidad relacionados con el movimiento del agua a través del paisaje, lo que sugiere que las áreas con material parental homogéneo podrían ser usadas como unidades funcionales en la modelización de cuencas hidrológicas. Esta hipótesis deberá ser demostrada o rechazada a través de futuros trabajos que incluyan datos hidrológicos y meteorológicos en el análisis del sistema.
