El funcionamiento ecohidrológico del bosque mesófilo de montaña en dos ambientes contrastantes a lo largo de un gradiente altitudinal en el centro de Veracruz, México

• Autores: Teresa Margarita González Martínez
• Directores de la Tesis: Friso Holwerda (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional Autónoma de México ( México ) en 2018
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Maass Moreno (presid.), Guadalupe Williams Linera (secret.), Oswaldo Téllez Valdés (voc.), Jorge Alejandro López Portillo Guzmán (voc.), Isolda Luna Vega (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: ru.dgb.unam.mx
• Resumen
  • español

    Los Bosques Mesofilos de Montana (BMM) presentan un funcionamiento ecohidrológico distintivo, gracias a la presencia frecuente de niebla, a que reciben grandes cantidades de lluvia (P) y a que suelen presentar condiciones de baja evapotranspiración. Un primer paso para entender como estas caracteristicas confluyen para definir la importancia hidrológica de los BMM, es analizar los siguientes procesos: interceptacion de la lluvia (Ip), partición de la lluvia neta en escurrimiento foliar (EF) y escurrimiento caulinar (EC), e interceptación de la niebla (I)). En los BMM los principales factores que intervienen en los procesos antes mencionados cambian con la altitud, sin embargo, muy pocas investigaciones se han enfocado en analizar su variación altitudinal a nivel de ecosistema. El BMM en el centro de Veracruz, México, tiene una franja de distribución que va de 1200 a 2550 m snm, en la cual las condiciones meteorologicas cambian considerablemente. Entre los extremos inferior y superior del gradiente altitudinal de distribución, la P anual se incrementa de 1500 a 3250 mm, respectivamente; y la temperatura media anual disminuye de 19 a 14 C, respectivamente. La vegetación es muy heterogénea y no muestra un patron altitudinal en altura, densidad y área basal por unidad de área. No obstante, el sotobosque presenta mayor densidad en los sitios asociados a procesos de perturbación. La presente investigación tuvo por objetivo analizar la Ip, la particion de la lluvia neta en EF y EC, y la If en la reserva natural Santuario del Bosque de Niebla (Santuario; 1300 m snm), que es uno de los pocos remanentes del BMM en el extremo inferior del area de distribucion de este tipo de bosque.

    Asi como comparar los resultados con los datos publicados para la reserva la Cortadura, sitio ubicado cerca del limite superior (2170 m de altitud). Adicionalmente, tomando en cuenta que la densidad de plantas lenosas de sotobosque y arboles pequenos es elevada en el Santuario, el EC se analizo a detalle, ya que existen estudios que han mostrado que este grupo de vegetación genera un alto porcentaje de EC a nivel de parcela.

    Se realizaron dos campañas de monitoreo representativas de las temporadas de secas y lluvias. La P se midió en una estación meteorológica cercana y en un claro del bosque. En la estación meteorológica se midió también radiación solar entrante, temperatura, humedad relativa, presión atmosférica, velocidad del viento y visibilidad. Se utilizaron los datos de visibilidad para determinar la presencia, duracion y densidad de la niebla. Para la caracterización del dosel y de la estructura de la vegetación se realizó un levantamiento en campo y se utilizo información de estudios previos. El EF se midió en dos parcelas de monitoreo con 20 pluviometros manuales. El volumen de EC se midio en una muestra representativa de árboles y arbustos, y se utilizó para estimar el EC por unidad de área y el cociente de canalización. La Ip se determinó como la diferencia entre P y la lluvia neta.

    Para evaluar si hubo evidencia de I/, se examinaron las diferencias en la Ip relativa (% de P) entre eventos de lluvia con y sin niebla. La capacidad de almacenamiento del dosel (Cm) se estimó empleando el modelo de interceptación de Liu (2001) para tormentas individuales.

    En el Santuario se registraron 1788 mm de P durante el año de estudio, con una distribución marcadamente estacional. En la temporada de secas se registraron un total de 21 eventos de niebla, los cuales tendieron a ser cortos (duración media de 3.1 hrs) y poco densos (visibilidad media de 328 m). Considerando las dos campañas de monitoreo, el promedio de la lluvia neta relativa fue 85 % de P. El EF contribuyo en promedio con 96 % de la lluvia neta y el EC con 4 %. Los arboles pequeños y las leñosas de sotobosque presentaron una capacidad significativamente más alta de canalizar el agua hacia sus tallos con respecto a su área basal (cocientes de canalización de 28.8 ± 4.3 y 20.2 ± 3.9 (SE), respectivamente), en comparación con los árboles de gran tamaño (cociente de canalización de 1.6 ± 0.5). Y esto, combinado con su alta densidad de individuos, dio como resultado que la vegetación leñosa del sotobosque generara 70 % del EC total, mientras que los árboles pequeños aportaron 11 % y los arboles del dosel superior aportaron 19 %. En el Santuario no se observaron diferencias estadisticamente significativas en la Ip relativa entre intervalos de monitoreo con y sin niebla, lo cual sugiere que la aportación de agua por Iy fue despreciable. La /p media relativa para las dos campañas de monitoreo fue 15 %. Durante la temporada de secas se estimo una Ip acumulada de 30.7 18.0 mm (22 % de P), mientras que durante la temporada de lluvias fue de 43.4 ± 67.3 mm (9% de P). El tamaño medio de los eventos de lluvia fue tres veces mas bajo en la temporada seca que en la temporada de lluvias. Mientras que Cm presento un valor de 1 mm durante ambas temporadas, sin embargo se observo una fuerte incertidumbre ( 0.3 mm desviación estandar) en la estimación.

    Aunque en el Santuario el ingreso de agua por I fue despreciable, en la Cortadura se estimó en 8 % de P durante la temporada seca. La evaporación posterior a los eventos de lluvia domino el proceso de Ip en ambos limites del gradiente altitudinal. Por lo tanto, los principales factores que determinaron la variación en Ip fueron el tamaño medio de los eventos de lluvia y Cm. El valor de Cm en la Cortadura (2.8 y 3.9 mm para las temporadas seca y lluvias, respectivamente) fue alrededor de 3-4 veces más alta que en el Santuario, y se debió tanto a diferencias en el indice de área foliar como en la carga de epifitas. Durante la temporada de lluvias, el tamano medio de los eventos de lluvia fue similar en los extremos del gradiente altitudinal, pero debido a que Cm fue mucho menor en el Santuario, la Ip en este sitio fue la mitad que en la Cortadura. En contraste, en la temporada seca el tamaño medio de los eventos de lluvia en el Santuario fue la mitad que en la Cortadura, dando como resultado que la Ip relativa fuera similar tanto en el Santuario como en la Cortadura. Considerando el promedio de las dos campañas, el EF relativo fue equivalente en ambos limites del gradiente altitudinal (81 % de P para los dos sitios). Por lo tanto, las diferencias en la particion de la lluvia neta entre el Santuario y la Cortadura estuvieron definidas principalmente por EC y reflejaron la densidad de la vegetación de sotobosque debido al grado de perturbación de estos bosques.

    Esta investigacion permitio comparar distintos procesos del balance hidrico del dosel humedo en los extremos de la franja de distribucion del BMM, en donde no solo hay un gradiente altitudinal en las condiciones climaticas, sino también hay variación en las condiciones de perturbación a que estan sujetos los bosques.

  • English

    Tropical montane cloud forests (TMCF) owe their distinctive eco-hydrological functioning to the frequent presence of fog, large amounts of rainfall (P) and low evaporative losses. To understand how these characteristics converge to define the hydrological importance of TMCF, a first step is to analyze the wet-canopy processes of rainfall interception (Ip), net rainfall partitioning into throughfall (Tf) and stemflow (Sf), and fog interception (I). In addition, while it is obvious that the main drivers of the aforementioned processes change with altitude, very little research has been done on analyzing the variation in wet-canopy water fluxes along the elevational gradient of TMCF. The cloud forest in central Veracruz, Mexico, occurs within the altitudinal range of 1200 to 2550 m asl, along which weather conditions change considerably, i.e. between the lower and upper limits, annual P increases from 1500 to 3250 mm and mean annual temperature decreases from 19 to 14 C, respectively. The vegetation is very heterogeneous and shows no altitudinal patterns in height, density and basal area per unit area. However, understory vegetation shows greater density in disturbed sites. The objective of this study was to analyze Ip, net rainfall partitioning into Tf and Sf, and If in the Santuario del Bosque de Niebla (el Santuario) natural reserve (1300 m asl), which is one of the few remnants in the lower part of the TMCF belt, as well as to compare the results with previously published data for the la Cortadura reserve (2170 m asl), a site located near the upper altitudinal limit of this forest.

    In addition, due to the high density of woody understory plants and small trees in el Santuario, and since other studies have shown that these vegetation groups may account for the majority of Sf at the plot level, a detailed study of Sf was conducted.

    Two sampling campaigns were conducted during the wet and dry seasons, respectively. P was measured at a nearby meteorological station and in a forest clearing. Measurements at the meteorological station also included incoming solar radiation, temperature, relative humidity, atmospheric pressure, wind speed and visibility. The visibility data were used to obtain presence, duration and density of the fog. The vegetation structure was characterized using data from a field survey and information from previous studies. Tf was measured using 20 roving manual gauges. Sf volumes were measured on a representative sample of trees and shrubs, and subsequently used to derive Sf per unit area and stemflow funneling ratios. I, was determined as the difference between P and net rainfall. The occurrence of If was evaluated by examining differences in the relative /p (% of P) between rain events with and without fog. Canopy storage capacity (Cm) was calculated using the Liu (2001) interception model for individual storms.

    During the study year, P in el Santuario was 1788 mm and showed a marked seasonal pattern. Only 21 fog events were recorded during the dry season, and these events were relatively short in duration (3.1 hrs on average) and of low density (mean visibility of 328 m). On average, net rainfall was 85 % of P during the two sampling campaigns. Tf contributed with 96 % to net rainfall and Sf with 4 %. Small trees and woody understory vegetation had a significantly higher capacity to funnel water from their crowns to their stems (stemflow funneling ratio of 28.8 ± 4.3 and 20.2 ± 3.9 (SE), respectively) than large trees (stemflow funneling ratio of 1.6 0.5). And this, combined with their high density, made that woody understory vegetation contributed 70 % of the total Sf, while small trees contributed 11 % and upper canopy trees 19 %. No statistically significant differences were found between the relative Ip of sampling intervals with and without fog, suggesting that contributions from / were negligible in el Santuario. Total /p was 30.7 ± 18.0 mm (22% of P) for the dry season campaign and 43.4 ± 67.3 mm (9% of P) for the wet season campaign. The average size of rainfall events was three times smaller during the dry season than during the wet season. Cm was estimated at 1 mm for both seasons, but the uncertainty in these estimates was high (± 0.3 mm standard deviation).

    While Iy was negligible in el Santuario, it was estimated at 8% of dry season P in la Cortadura. Post-event evaporation of intercepted water stored in the canopy dominated the Ip process at both the lower and upper altitudinal limits. Hence, differences in Ip were primarily due to differences in the average size of rainfall events and Cm. The Cm of the forest at la Cortadura (2.8 and 3.9 mm for the dry and wet seasons, respectively) was about 3-4 times higher than in el Santuario, and this difference was attributed to differences in leaf area index and epiphyte load. During the wet season, average event size was similar at both altitudes, but since Cm was much smaller in el Santuario, relative Ip at this site was about half that at la Cortadura. In contrast, during the dry season, the average event size at el Santuario was about half that at la Cortadura, resulting in similar relative Ip at both sites.

    Considering average for the two seasons, relative Tf was equivalent in both limits of the altitudinal gradient (81% of P for each site). Therefore, differences in net rainfall partition between Sanctuary and the Cortadura are mainly determined by differences in Sf and reflect disturbance degree in these forests.

    This research allowed comparisons to be made between wet-canopy processes at both ends of the altitudinal TMCF gradient, between which not only climatic conditions vary, but also the degree of forest disturbance.