La vegetación juega un papel vital en la regulación del porcentaje de precipitación que llega al suelo para nutrir los sistemas de raíces de las plantas tanto en el dosel como en el sotobosque, lo que en consecuencia apoya la supervivencia de todo el ecosistema forestal.
por Hannah Bird, Phys.org
El agua llega al suelo a través de múltiples mecanismos, incluido el flujo directo (agua que cae directamente a través del dosel) o el flujo del tallo (agua que fluye por los tallos y troncos), mientras que parte es interceptada por las hojas del dosel y no llega al nivel del suelo.
Una nueva investigación, publicada en Water Resources Research , se ha centrado en los puntos de fluidez, lugares donde se desprende el agua que fluye bajo las ramas. Estos se distinguen de las grandes gotas que caen de las hojas, conocidas como puntos de goteo.
Un punto de fluidez se forma cuando las gotas de lluvia, inicialmente interceptadas por las hojas o la mitad superior de la rama, fluyen hacia la parte inferior de las ramas, se fusionan con otras gotas para formar un riachuelo, pero caen antes de convertirse en parte del flujo del tallo.
El desprendimiento del riachuelo puede ocurrir cuando convergen múltiples ramas o cuando una sola rama cambia de ángulo, lo que lleva a un punto de fluidez. Estos son importantes ya que aumentan considerablemente el agua recibida desde el dosel hasta el suelo del bosque en puntos fijos, favoreciendo así una mejor infiltración de agua al suelo.
El volumen de agua recibido en los puntos de vertido se ve afectado por una serie de factores, como la estructura de las ramas, la superficie de las hojas (foliación) y el volumen de lluvia . Las gotas de agua más grandes que se producen en estos puntos tienen más energía cinética que la lluvia normal, lo que significa que crean hundimientos más pronunciados en el suelo al impactar, aumentando así la eficiencia de la infiltración.
Ashvanth Kunadi explica el diseño del experimento de simulación de lluvia. Crédito: Kunadi et al. 2024.
Al investigar los bosques de Banksia en Australia Occidental, Ashvanth Kunadi, Ph.D. Un investigador de la Universidad de Australia Occidental y sus colegas combinaron datos de campo con experimentos de simulación de lluvia para determinar el papel de los puntos de fluidez en los bosques que reciben precipitaciones limitadas, similares a las de otras regiones mediterráneas (veranos calurosos y secos e inviernos suaves y húmedos). De hecho, las características de este estudio también se han observado en higueras , hayas americanas y robles.
Al explicar que el interés inicial en el tema surgió mientras estaba sentado debajo de una higuera durante una lluvia, Ashvanth notó que el agua que fluía debajo de una rama se “desprendía continuamente en un cierto punto y el charco debajo de ese punto estaba creciendo”.
“Esto despertó mi interés. Hay escasez de agua en el suroeste de Australia Occidental, y dependemos en gran medida del agua subterránea. Si los árboles, en lugar de simplemente detener la lluvia, en realidad canalizaran más agua hacia el suelo debajo de ellos, entonces nuestra concepción de su El impacto cambiaría fundamentalmente”.
Al detallar más la importancia de esta investigación, Ashvanth continuó: “Yo diría que la cantidad y la distribución espacial de la lluvia que cae del cielo se altera fundamentalmente por la presencia de una copa de árbol. No tenemos una buena comprensión de 1) dónde irá un cierto volumen de agua y 2) por qué. Los puntos de fluidez son una puerta de entrada para comprender el flujo de agua en un árbol.
“Aparte de esa gran ambición, las áreas donde se concentran los flujos de lluvia (como en los puntos de vertido) 1) crean puntos de acceso biológico (el agua es una condición previa para la vida), 2) demarcan sitios de infiltración mejorada y más profunda, y 3) pueden representar un Una proporción significativa del flujo total de lluvia que llega al suelo (por lo tanto, si ignora el flujo, subestima la cantidad de agua que recibe su sistema y ese error se propaga más en el análisis)”.
El equipo colocó pluviómetros debajo de 16 puntos de fluidez sospechosos de las dos especies codominantes de bankia en los bosques: Banksia menziesii y Banksia attenuata, y otros seis debajo de ramas donde no se cumplían las condiciones para crear un punto de fluidez (prueba “negativa”), a lo largo de un período de dos años. Además, se estudiaron cinco ramas de Banksia menziesii (cuatro con puntos de fluidez sospechosos y uno “negativo”) en condiciones controladas en un sistema de simulación de lluvia.
Esta configuración de simulación de lluvia resultó particularmente desafiante para mantener todas las variables, como revela Ashvanth: “Había muchas cosas de las que realizar un seguimiento: si el ángulo de la rama es estable, si la rama se balancea, si hay suficiente agua en el simulador de lluvia, si la presión constante, ¿he tomado fotografías y videos de fenómenos interesantes, he defoliado las hojas correctamente?
“Además de eso, las ramas no fueron diseñadas para ser cortadas del tronco, por lo que, si sale el sol, es mejor que la rama esté mojada o muerta. En consecuencia, aproximadamente entre las 8 am y las 10 pm solo estaría haciendo simulaciones de lluvia. … fue absolutamente una locura, pero valió la pena”.
Las hojas de Banksia tienen una gran superficie, alta rigidez y un ángulo que facilita la canalización del agua hacia los tallos, en lugar de gotear de las hojas. Descubrieron que la recolección de lluvia en los puntos de vertido era de 1,5 a 15 veces mayor que la lluvia circundante y la caída, y generalmente era mayor que el flujo del tallo.
A partir de los experimentos de simulación de lluvia, los científicos determinaron que una rama con una gran cobertura de hojas experimentaba un mayor flujo de agua en el punto de fluidez. Este flujo fue menos sensible a los cambios en el ángulo de la rama. Los flujos de una rama completamente foliada parecían insensibles al cambio de ángulo, pero cuando se eliminó un tercio de las hojas, la partición del agua entre el flujo del tallo y los puntos de fluidez se vio significativamente afectada por los cambios en el ángulo de la rama.
Si bien en este experimento no se encontró un ángulo de rama óptimo concluyente para el inicio del punto de fluidez, Ashvanth revela que este es un trabajo en curso para el equipo de investigación. “Uno de los puntos de prueba negativos, donde pensamos que no estaban presentes las condiciones necesarias, tuvo un cambio de ángulo de bifurcación realmente pequeño (~ <5°). Pero esto fue suficiente para causar un punto de fluidez. Sin embargo, eso no significa ningún Un cambio de 5° provocará un punto de fluidez.
“Actualmente estamos trabajando en otro artículo en el que hacemos experimentos idealizados para responder exactamente a esta pregunta. Hemos utilizado tuberías de PVC para eliminar la heterogeneidad presente en la superficie de las ramas naturales y luego hicimos correr agua sobre su superficie para ver qué sucede. Allí También hay mucho desarrollo teórico interesante allí, así que definitivamente mantente atento a eso”.
Al medir el contenido de agua del suelo directamente debajo de los puntos de vertido, el equipo de investigación encontró que entre el 20% y el 30% del volumen de lluvia estacional se infiltraba a una profundidad de 1 m aquí, en comparación con sólo el 5% en las áreas de prueba de control alejadas de los puntos de vertido. Esto hace que los puntos de vertido sean zonas importantes para la recarga y el almacenamiento de aguas subterráneas en el ecosistema forestal, aunque en el sitio de estudio se identificó un punto de vertido por ~30 m 2 , coincidiendo con la distribución de los árboles de Banksia, siendo un punto de vertido por árbol en promedio.
Este sitio de estudio en particular en Australia Occidental es importante ya que se encuentra sobre una importante fuente de agua subterránea que abastece a la población de Perth. Por lo tanto, la capacidad de los puntos de vertido para recargar potencialmente los suministros de agua subterránea en este sitio (y en otros a través de otros árboles a nivel mundial) es vital para apoyar la gestión de los recursos hídricos tanto para los bosques como para la humanidad.
“Como especie, nos esforzamos continuamente por comprendernos mejor a nosotros mismos y al mundo natural que nos rodea”, concluye Ashvanth.
“Conceptamos nuestra comprensión del mundo como sistemas, y estos sistemas son simplificaciones necesarias del mundo infinitamente complejo. Uno de estos sistemas es el ciclo del agua, y creemos que la interceptación es potencialmente la parte menos comprendida del ciclo del agua. Si podemos predecir y comprender el comportamiento del punto de fluidez, podemos acercarnos a descubrir el flujo de agua en los árboles para tener una mejor concepción del sistema de interceptación y, en última instancia, del ciclo del agua en la Tierra”.
Más información: Ashvath S. Kunadi et al, Introducción a los puntos de fluidez: características y significado hidrológico de un mecanismo de concentración de lluvia en un ecosistema boscoso con limitación de agua, Water Resources Research (2024). DOI: 10.1029/2023WR035458
