Características de las costras físicas y biológicas del suelo con mayor influencia sobre la infiltración y la erosión en ecosistemas semiáridos

S. Chamizo; E. Rodríguez-Caballero; I. Miralles-Mellado; A. Afana; R. Lázaro; F. Domingo; A. Calvo-Cases; A. Sole-Benet; Y. Cantón

doi:10.3989/Pirineos.2010.165004

Autores/as

S. Chamizo Estación Experimental de Zonas Áridas, CSIC
E. Rodríguez-Caballero Departamento de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Almería
I. Miralles-Mellado Departamento de Geografía Física de la Universidad Católica de Louvain-la-Neuve
A. Afana Estación Experimental de Zonas Áridas, CSIC
R. Lázaro Estación Experimental de Zonas Áridas, CSIC
F. Domingo Estación Experimental de Zonas Áridas, CSIC - Departamento de Biología Vegetal y Ecología, Escuela Politécnica Superior, Universidad de Almería
A. Calvo-Cases Departamento de Geografía, Universidad de Valencia
A. Sole-Benet Estación Experimental de Zonas Áridas, CSIC
Y. Cantón Departamento de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Almería

DOI:

https://doi.org/10.3989/Pirineos.2010.165004

Palabras clave:

Costra física, costra biológica, escorrentía, erosión, semiárido

Resumen

Las costras físicas (CFS) y biológicas (CBS) del suelo ocupan una gran extensión en zonas áridas y semiáridas de todo el mundo. En estos medios, el encostramiento del suelo tiene una gran influencia sobre los procesos hidrológicos y erosivos. Los objetivos que se persiguen en este trabajo son: analizar las características de las costras que influyen en la infiltración y en la erosión e identificar cuáles de estas características tiene una mayor influencia sobre estos procesos. En dos áreas semiáridas representativas en la provincia de Almería se identificaron los principales tipos de costras físicas y biológicas. Para cada tipo de costra, se analizaron las características físicas y químicas de la propia costra y del material subyacente, así como su rugosidad, hidrofobia, resistencia a la penetración y cobertura de diferentes comunidades de organismos. Para analizar la influencia de las costras sobre la infiltración y la erosión, se llevaron a cabo simulaciones de lluvia en parcelas con la costra intacta y para examinar los efectos de las características del material subyacente a la costra, los experimentos de simulación de lluvia se realizaron tras retirar la costra. La respuesta hidrológica de las áreas encostradas estudiadas se ve afectada no solo por las características de la costra, sino también por las características del suelo sobre el que se desarrollan estas costras y especialmente por la pendiente que aparece como una variable altamente predictiva para la infiltración y la erosión. Entre las características del material subyacente, resalta la influencia de la textura, el contenido en carbono orgánico y la conductividad eléctrica, y entre las características de la costra, la cobertura y rugosidad son las variables más predictivas que explican las diferencias en las tasas de infiltración y erosión entre ambos sitios.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

Alexander, R.W. & Calvo-Cases, A., 1990. The Influence Of Lichens On Slope Processes In Some Spanish Badlands. In: Thornes, J.B. (Ed.): Vegetation And Erosion: Process And Environments, Wiley, Chichester, Uk, 385- 398.

Auzet, A.V., Kirkby, M.J. & Van Dijk, P., 2005. Surface Characterisation For Soil Erosion Forecasting. Catena, 62 (2): 77-78. doi:10.1016/j.catena.2005.05.009

Barahona, E., Fernández, J. & Mingorance, M.D., 2005. Determinación Rápida De Carbono Orgánico En Suelos Por Oxidación Vía Húmeda. Control De Degradación De Suelos, Coord. Por Raimundo Jiménez Ballesta, Ana María Alvárez González, Vol. 1, (Libro De Actas), Isbn 84-689-2620-5, 737- 741.

Barger, N.N., 2003. Biogeochemical Cycling And N Dynamics Of Biological Soil Crusts In A Semi-Arid Ecosystem. Ph.D. Thesis. Colorado State University, Fort Collins, Co.

Barger, N. N., Herrick, J. E., Van Zee, J. & Belnap, J., 2006. Impacts Of Biological Soil Crust Disturbance And Composition On C And N Loss From Water Erosion. Biogeochemistry, 77 (2): 247-263. doi:10.1007/s10533-005-1424-7

Belnap, J., 2006. The Potential Roles Of Biological Soil Crusts In Dryland Hydrologic Cycles. Hydrological Processes, 20 (15): 3159-3178. doi:10.1002/hyp.6325

Belnap, J., Budel, B. & Lange, O.L., 2001. Biological Soil Crusts: Characteristics And Distribution. In: Belnap, J. & Lange, O.L. (Eds.): Biological Soil Crusts: Structure, Function And Management, Springer-Verlag, Berlin, 3-30.

Belnap, J., Phillips, S. L., Witwicki, D. L. & Miller, M. E., 2008. Visually Assessing The Level Of Development And Soil Surface Stability Of Cyanobacterially Dominated Biological Soil Crusts. Journal Of Arid Environments, 72 (7): 1257-1264. doi:10.1016/j.jaridenv.2008.02.019

Belnap, J., Welter, J.R., Grimm, N.B., Barger, N. & Ludwig, J.A., 2005. Linkages Between Microbial And Hydrologic Processes In Arid And Semiarid Watersheds. Ecology, 86 (2): 298-307. doi:10.1890/03-0567

Bouma, N. A. & Imeson, A. C., 2000. Investigation Of Relationships Between Measured Field Indicators And Erosion Processes On Badland Surfaces At Petrer, Spain. Catena, 40: 147–171. doi:10.1016/S0341-8162(99)00046-6

Calvo-Cases, A., Gisbert, B., Palau, E. & Romero, M., 1988. Un Simulador De Lluvia De Fácil Construcción. In: Sala, M. & Gallart, F. (Eds): Métodos Y Técnicas Para La Medición En El Campo De Procesos Geomorfológicos, Vol 1, Sociedad Española De Geomorfología, Zaragoza, 6–15.

Cantón, Y., Del Barrio, G., Solé-Benet, A. & Lázaro, R., 2004. Topographic Controls On The Spatial Distribution Of Ground Cover In A Semiarid Badlands Area. Catena, 55: 341-365. doi:10.1016/S0341-8162(03)00108-5

Cantón, Y., Domingo, F., Solé-Benet, A. & Puigdefábregas, J., 2001. Hydrological And Erosion Response Of A Badlands System In Semiarid Se Spain. Journal Of Hydrology, 252 (1-4): 65-84. doi:10.1016/S0022-1694(01)00450-4

Cantón, Y., Domingo, F., Solé-Benet, A. & Puigdefábregas, J., 2002. Influence Of Soil Surface Types On The Overall Runoff Of The Tabernas Badlands (Se Spain). Field Data And Model Approaches. Hydrological Processes, 16: 2621–2643. doi:10.1002/hyp.1052

Cantón, Y., Solé-Benet, A. & Lázaro, R., 2003. Soil-Geomorphology Relations In Gypsiferous Materials Of The Tabernas Desert (Almería, Se Spain). Geoderma, 115(3-4): 193-222. doi:10.1016/S0016-7061(03)00012-0

Chamizo, S., Cantón, Y., Lázaro, R., Solé-Benet, A. & Domingo, F., 2008. Soil Crusting Effects On Infiltration Under Extreme Rainfall In Semiarid Environments. Xii Biennal International Conference, Hydrological Extremes In Small Basins, 18-20 September, Cracow, Poland.

Debano, L.F., 1981. Water Repellent Soils: A State Of Art. Gen. Tech. Rpt. Psw-46. Berkeley, Ca: U.S. Department Of Agriculture, Forest Service, Pacific Southwest Forest And Range Experiment Station, 21 Pp.

De Ploey, J., 1980. Some Field Measurements And Experimental Data On Wind-Blown Sands. In: Boodt, M. & Gabriels, D. (Eds): Assessment Of Erosion, Wiley, New York, 541–552.

Eldridge, D.J., 1998. Trampling Of Microphytic Crusts On Calcareous Soils, And Its Impact On Erosion Under Rain-Impacted Flow. Catena, 33: 221-239. doi:10.1016/S0341-8162(98)00075-7

Eldridge, D.J., 2003. Biological Soil Crusts And Water Relations In Australian Deserts. In: Belnap, J. & Lange, O.L. (Eds.): Biological Soil Crusts: Structure, Function, And Management, Springer-Verlag, Berlin, 315–325.

Eldridge, D.J. & Greene, R.S.B., 1994. Assessment Of Sediment Yield By Splash Erosion On A Semi-Arid Soil With Varying Cryptogam Cover. Journal Of Arid Environments, 26 (3): 221-232. doi:10.1006/jare.1994.1025

Eldridge, D.J. & Kinnell, P.I.A, 1997. Assessment Of Erosion Rates From Microphyte Dominated Calcareous Soils Under Rain-Impacted Flow. Australian Journal Of Soil Research, 35 (3): 475-489. doi:10.1071/S96072

Eldridge, D.J., Zaady, E. & Shachak, M., 2000. Infiltration Through Three Contrasting Biological Soil Crusts In Patterned Landscapes In The Negev, Israel. Catena, 40: 323–336. doi:10.1016/S0341-8162(00)00082-5

Fox, D.M., Le Bissionais, Y. & Quéntin, P., 1998. The Implications Of Spatial Variability In Surface Seal Hydraulic Resistance For Infiltration In A Mound And Depression Microtopography. Catena, 32 (2): 101-114. doi:10.1016/S0341-8162(98)00043-5

Garcia-Pichel, F. & Belnap, J., 2001. Small Scale Environments And Distribution Of Biological Soil Crusts. In: Belnap, J. & Lange, O.L. (Eds): Biological Soil Crusts: Structure, Function, And Management, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 193–202.

Gee, G.W. & Bauder, J.W., 1986. Particle-Size Analysis. In: American Society Of Agronomy-Soil Science Society Of America. Methods Of Soil Analysis, Part.1. Physical And Mineralogical Methods- Agronomy Monograph, 9 (2nd. Edition): 383-411.

Greene R.S.B., Chartres, C.J. & Hodgkinson, K.C., 1990. The Effects Of Fire On The Soil In A Degraded Semiarid Woodland. I. Cryptogam Cover And Physical And Micromorphological Properties. Australian Journal Of Soil Research, 28: 755-777. doi:10.1071/SR9900755

Kidron, G.J., 2007. Millimeter-Scale Microrelief Affecting Runoff Yield Over Microbiotic Crust In The Negev Desert. Catena, 70: 266–273. doi:10.1016/j.catena.2006.08.010

Kidron, G.J., Yaalon, D.H. & Vonshak, A., 1999. Two Causes For Runoff Initiation On Microbiotic Crusts: Hydrophobicity And Pore Clogging. Soil Science, 164: 18-27. doi:10.1097/00010694-199901000-00004

Kidron, G.J. & Yair, A., 2001. Runoff-Induced Sediment Yield Over Dune Slopes In The Negev Desert. 1: Quantity And Variability. Earth Surface Processes And Landforms, 26: 461-474. doi:10.1002/esp.191

Kirkby, M., Bracken, L. & Reaney, S., 2002. The Influence Of Land Use, Soils And Topography On The Delivery Of Hillslope Runoff To Channels In Se Spain. Earth Surface Processes And Landforms, 27: 1459-1473. doi:10.1002/esp.441

Kleverlaan, K., 1989. Neogene History Of The Tabernas Basin (Se Spain) And Its Tortonian Submarine Fan Development. Geologie En Mijnbouw, 68: 421-432.

Knapen, A., Poesen, J., Galindo-Morales, P., De Baets, S. & Pals, A., 2007. Effects Of Microbiotic Crusts Under Cropland In Temperate Environments On Soil Erodibility During Concentrated Flow. Earth Surface Processes And Landforms, 32: 1884-1901. doi:10.1002/esp.1504

Lado, M., Paz, A. & Ben-Hur, M., 2004. Organic Matter And Aggregate Size Interactions In Infiltration, Seal Formation, And Soil Loss. Soil Science Society Of America Journal, 68: 935-942.

Lark, R.M., Bishop, T.F.A. & Webster, R., 2007. Using Expert Knowledge With Control Of False Discovery Rate To Select Regressors For Prediction Of Soil Properties. Geoderma, 138 (1-2): 65-78. doi:10.1016/j.geoderma.2006.10.015

Lázaro, R., Alexander, R.W. & Puigdefabregas, J., 2000. Cover Distribution Patterns Of Lichens, Annuals And Shrubs In The Tabernas Desert, Almería, España. In: Alexander, R.W. & Millington, A.C. (Eds.): Vegetation Mapping: From Patch To Planet, Wiley, Chichester, 19-39.

Lázaro, R., Cantón, Y., Solé-Benet, A., Bevan, J., Alexander, R., Sancho, L.G. & Puigdefabregas, J., 2008. The Influence Of Competition Between Lichen Colonization And Erosion On The Evolution Of Soil Surfaces In The Tabernas Badlands (Se Spain) And Its Landscape Effects. Geomorphology, 102: 252-266. doi:10.1016/j.geomorph.2008.05.005

Lázaro, R. & Rey, J.M., 1990. Sobre El Clima De La Provincia De Almería (Se Ibérico): Primer Ensayo De Cartografía Automática De Medias Anuales De Temperatura Y Precipitación. Suelo Y Planta, 61-68.

Lázaro, R., Rodrigo, F.S., Gutiérrez, L., Domingo, F. & Puigdefábregas, J., 2001. Analysis Of A 30-Year Rainfall Record (1967–1997) In Semi-Arid Se Spain For Implications On Vegetation. Journal Of Arid Environments, 48: 373-395. doi:10.1006/jare.2000.0755

Le Bissionais, Y., Cerdan, O., Lecomte, V., Benkhadra, H., Sourchére, V. & Martin, P., 2005. Variability Of Soil Surface Characteristics Influencing Runoff And Interrill Erosion. Catena, 62 (2-3): 111- 124. doi:10.1016/j.catena.2005.05.001

Loeppert, R.H. & Suarez, D.L., 1996. Carbonate And Gypsum. In: Sparks, D.L. (Ed.): Methods Of Soil Analysis. Part 3, Chemical Methods, Sssa-Asa, Madison, Wi, 437-474.

Maestre, F.T., Huesca, M., Zaady, E., Bautista, S. & Cortina, J., 2002. Infiltration, Penetration Resistance And Microphytic Crust Composition In Contrasted Microsites Within A Mediterranean Semi-Arid Steppe. Soil Biology & Biochemistry, 34: 895-898. doi:10.1016/S0038-0717(02)00021-4

Martínez-Mena, M., Williams, A. G., Ternan, J. L. & Fitzjohn, C., 1998. Role Of Antecedent Soil Water Content On Aggregates Stability In A Semi-Arid Environment. Soil & Tillage Research, 48: 71-80. doi:10.1016/S0167-1987(98)00131-7

Miralles, I., Ortega, R., Almendros, G., Sánchez-Marañón, M. & Soriano, M., 2009. Soil Quality And Organic Carbon Ratios In Mountain Agroecosystems Of South-East Spain. Geoderma, 150: 120-128. doi:10.1016/j.geoderma.2009.01.011

Miralles, I., Cantón, Y. & Solé-Benet, A. (Submitted To Sssaj). Macroporosity Of Crusted Soils As An Indicator Of Soil Quality. Application In A Semiarid Badlands Ecosystem.

Ndiaye, B., Esteves, M., Vandervaere, J.P., Lapetite, J.M. & Vauclim, M., 2005. Effect Of Rainfall And Tillage Direction On The Evolution Of Surface Crusts, Soil Hydraulic Properties And Runoff Generation For A Sandy Loam Soil. Journal Of Hydrology, 307 (1-4): 294-311. doi:10.1016/j.jhydrol.2004.10.016

Richards, L.A., 1945. Pressure-Membrana Apparatus And Use. Agricultural Engineering, 28: 451-454.

Roberts, F.J. & Carbon, B.A., 1972. Water Repellence In Sandy Soils Of South-Western Australia. Australian Journal Of Soil Research, 10: 35-42. doi:10.1071/SR9720035

Romkens, M.J.M., Prassad, S.N. & Whisle, F.D., 1990. Surface Sealing And Infiltration. In: Anderson, M.G. & Burt, I.P. (Eds): Process Studies In Hillslope Hydrology, Wiley, New York, 127-172.

Solé-Benet, A., Calvo, A., Cerdá, A., Lázaro, R., Pini, R., & Barbero, J., 1997. Influences Of Micro-Relief Patterns And Plant Cover On Runoff Related Processes In Badlands From Tabernas (Se Spain). Catena, 31(1-2): 23-38. doi:10.1016/S0341-8162(97)00032-5

Souza-Egipsy, V., Ascaso, C. & Sancho, L.G., 2002. Water Distribution Within Terricolous Lichens Revealed By Scanning Electron Microscopy And Its Relevance In Soil Crust Ecology. Mycological Research, 106 (11): 1367-1374. doi:10.1017/S0953756202006731

Sumner, M.E., & Miller, W.P., 1996. Cation Exchange Capacity And Exchange Coefficients. In: Sparks, D.L. (Ed.): Methods Of Soil Analysis. Part, Chemical Methods, Sssa-Asa, Madison. Wi: 1201-1229.

Tchoupopnou, E., 1989. Experimental Studies Of Rainsplash Erosion From Soil Mycrophytic Crusts On Utah Rangelands. M.Sc. Thesis, Utah, State University.

Thomas, A.D. & Dougill, A.J., 2006. Distribution And Characteristics Of Cyanobacterial Soil Crusts In The Molopo Basin, South Africa. Journal Of Arid Environments, 64: 270-283. doi:10.1016/j.jaridenv.2005.04.011

Van Schaik, N.L.M.B., 2009. Spatial Variability Of Infiltration Patterns Related To Site Characteristics In A Semi-Arid Watershed. Catena, 78: 36-47. doi:10.1016/j.catena.2009.02.017

Veste, M., 2005. The Importance Of Biological Soil Crusts For Rehabilitation Of Degraded Arid And Semi-Arid Ecosystems. Science Of Soil And Water Conservation, 3: 42-47.

Warren, S.D., 2003. Synopsis: Influence Of Biological Soil Crusts On Arid Land Hydrology And Soil Stability. In: Belnap, J. & Lange, O.L. (Eds.): Biological Soil Crusts: Structure, Function, And Management, Springer-Verlag, Berlin, 349-360.

Walkley, A.J. & Black, I.A., 1934. Estimation Of Soil Organic Carbon By The Chromic Acid Titration Method. Soil Science, 37, 29. doi:10.1097/00010694-193401000-00003

Yair, A., 2003. Effects Of Biological Soil Crusts On Water Redistribution In The Negev Desert, Israel: A Case Study In Longitudinal Dunes. In: Belnap, J. & Lange, O.L. (Eds.): Biological Soil Crusts: Structure, Function, And Management, Springer-Verlag, Berlin, 303-314.

Yair, A., 2008. Effects Of Surface Runoff And Subsurface Flow On The Spatial Variability Of Water Resources In Longitudinal Dunes. In: Veste, M. (Ed.): Arid Dune Ecosystems–The Nizzana Sands In The Negev Desert, Ecol. Stud., 200. Springer, Berlin, 251-269.