Presión antrópica sobre cuencas de drenaje en ecosistemas frágilesvariaciones en las existencias (stock) de carbono orgánico asociadas a cambios morfológicos fluviales

  1. A. Halifa-Marín 1
  2. P. Pérez-Cutillas 2
  3. M. Almagro 3
  4. C. Boix-Fayos 1
  1. 1 Consejo Superior de Investigaciones Científicas
    info

    Consejo Superior de Investigaciones Científicas

    Madrid, España

    ROR https://ror.org/02gfc7t72

  2. 2 Universidad de Murcia
    info

    Universidad de Murcia

    Murcia, España

    ROR https://ror.org/03p3aeb86

  3. 3 Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea
    info

    Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea

    Lejona, España

    ROR https://ror.org/000xsnr85

Mostrar afiliaciones +
Revista:
Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters

ISSN: 0211-6820,  1697-9540

Año de publicación: 2019

Volumen: 45

Número: 1

Páginas: 245-269

Tipo: Artículo

DOI: 10.18172/CIG.3690 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openDialnet editor

Otras publicaciones en: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters

Resumen

Cambios antrópicos en el área de drenaje de cuencas hidrológicas determinan los procesos de erosión dominante y las fuentes de sedimento, movilizando ciertos reservorios (pools) de carbono. Además, estos cambios en el área de drenaje influyen en la dinámica sedimentaria con consecuencias en la morfología fluvial. Éstas, a su vez, pueden crear las condiciones para estabilizar carbono orgánico (CO) en los sedimentos por enterramiento, preservación de carbono, ralentización de la mineralización y colonización vegetal terrestre o acuática; causando todo ello un efecto importante en el sumidero o fuentes de carbono fluvial. Este trabajo explora el impacto de las alteraciones en el área de drenaje (reforestaciones, construcción de diques, abandono agrícola) en la morfología fluvial y en el sumidero de CO sedimentario, en una cuenca semiárida y de elevada erodibilidad. La aproximación metodológica combina el análisis cartográfico de los usos del suelo, la fotointerpretación geomorfológica del cauce y formas adyacentes en dos escenarios (1956 y 2016); y muestreos recientes de suelos y sedimentos para la determinación de las existencias (stock) de CO. La cobertura del suelo varió de un escenario principalmente agrario hacia un patrón forestal. Esa evolución alteró la dinámica sedimentológica de la cuenca que se tradujo en importantes cambios morfológicos en el cauce, disminuyendo la superficie de cauce activo (52%), incrementando la erosión lateral (77%) y las cárcavas adyacentes (11%), así como llanuras (31%) y abanicos aluviales (37%). Además, el cauce se revegetó ligeramente (16%). Todo ello propició un aumento del reservorio total de CO en los sedimentos fluviales (12%), ligeramente por encima del aumento del reservorio en los suelos de la cuenca (10%). La razón de las existencias (stock) de CO sedimentos/suelos fue >0.8, lo cual nos indica la gran capacidad de secuestro de carbono de los sedimentos, con existencias de CO por encima de los suelos agrícolas. Se constató que la dinámica geomorfológica fluvial juega un papel relevante en los flujos de CO, y en la capacidad de estabilizar sedimentos que generan sumideros de CO, en condiciones de estrechamiento del cauce activo y reverdecimiento del lecho. Estos procesos de secuestro de carbono en lechos secos y efímeros, tienen una gran relevancia para variados servicios ecosistémicos, y deberían ponerse en valor en la gestión de zonas sedimentarias fluviales.

€ Ver financiación

Información de financiación

Este estudio ha recibido apoyo financiero del proyecto DISECO (CGL2014-55405-R) del Plan Nacional de Ciencia del Ministerio de Economía y Competitividad de España. CBF recibió apoyo del programa Jiménez de la Espada 2017 y del proyecto DECADE (20917/pl/18) (Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia). MAB fue financiada por un contrato Juan de la Cierva-Incorporación (Ref: IJCI-2015-23500).

Financiadores

Referencias bibliográficas

  • Beck, H., Salvini, G., Schellekens, J., Brujinzeel, S., de Jeu, R. 2009. Hydrological impacts of land cover change in the Dragonja catchment (Slovenia). SPIE7472, 205, 01-07. https://doi. org/10.1117/12.830533.
  • Beguería, S., López-Moreno, J., Gómez-Villar, A., Rubio, v: Lana-Renault, N., García-Ruiz, J. 2006. Fluvial adjustments to soil erosion and plant cover changes in the Central Spanish Pyrenees. Geografiska Annaler 88 A (3), 177-186. https://doi.org/10.1111/j.1468-0459.2006.00293.x.
  • Berhe, A.A., Harden, J.W., Torn, M.S., Kleber, M., Burton, S.D., Harte, J. 2012. Persistence of soil organic matter in eroding versus depositional landform positions. Journal of Geophysical Research Biogeosciences 117, 1-16. https://doi.org/10.1029/2011JG001790.
  • Boix-Fayos, C., Barbera, G.G., López-Bermúdez, F., Castillo, V.M. 2007. Effects of check dams, reforestation and land-use changes on river channel morphology: Case study of the Rogativa catchment (Murcia, Spain). Geomorphology 91 (1-2), 103-123. https://doi.org/10.1016/j. geomorph.2007.02.003.
  • Boix-Fayos, C., de Vente, J., Martínez-Mena, M., Barberá, G.G., Castillo, V. 2008. The impact of land-use changes and check-dams on catchment sediment yield. Hydrological Processes 22 (25), 4922-4935. https://doi.org/10.1002/hyp.7115.
  • Boix-Fayos, C., de Vente, J., Albaladejo, J., Martínez-Mena, M. 2009. Soil carbon erosion and stock as affected by land use changes at the catchment scale in Mediterranean ecosystems. Agriculture, Ecosystems & Environment 133, 75-85. https://doi.org/10.1016/j. agee.2009.05.013.
  • Boix-Fayos, C., Nadeu, E., Quiñonero, J.M., Martínez-Mena, M., Almagro, M., de Vente, J. 2015. Sediment flow paths and associated organic carbón dynamics across a Mediterranean catchment. Hydrology and Earth System Sciences 19, 1209-1223. https://doi.org/10.5194/ hess-19-1209-2015.
  • Boix-Fayos, C., Martínez-Mena, M., Pérez-Cutillas, P., de Vente, J., G. Barberá, G., Mosch, W., Navarro Cano, J.A., Gaspar, L., Navas, A. 2017. Carbon redistribution by erosion processes in an intensively disturbed catchment. Catena 149, 799-809. https://doi.org/10.1016/j. catena.2016.08.003.
  • Casado, A., Peiry, J.L., Campo, A.M. 2016. Geomorphic and vegetation changes in a meandring dryland river regulated by a large dam, Sauce Grande River, Argentina. Geomrphology 268, 21-34. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.05.036.
  • Castillo, V.M., Mosch, W.M., Conesa, C., Barberá, G.G., Navarro, J.A., López Bermúdez, F. 2007. Effectiveness and geomorphological impacts of check dams for soil erosion control in a semiarid Mediterranean catchment: El Cárcavo (Murcia, Spain). Catena 70, 416-427. https://doi.org/10.1016/j.catena.2006.11.009.
  • Chappell, A., Webb, N.P., Viscarra Rossel, R.A., Bui, E. 2014. Australian net (1950s-1990) soil organic carbon erosion: implications for CO2 emission and land-atmosphere modelling. Biogeosciences 11, 5235-5244. https://doi.org/10.5194/bg-11-5235-2014.
  • Devesa-Rey, R., Barral, M.T. 2012. Allochthonous versus autochthonous naturally occurring organic matter in the Anllo´ns river bed sediments (Spain). Environmental Earth Sciences 66, 773-782. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1286-3.
  • De Vente, J., Boix-Fayos, C., Blas-Larrosa, J., González-Barberá, G., Castillo, V. 2007. Restauración Hidrológico-Forestal: Efectos sobre el ciclo hidrológico. Cuenca Hidrográfica del Río Segura. Informe sobre la clasificación de usos de suelo, LAI y profundidad de raíces. CEBAS-CSIS, Murcia.
  • Doetterl, S., Six, J., Van Wesemael, B., Van Oost, K. 2012. Carbon cycling in eroding landscapes: Geomorphic controls on soil organic C pool composition and C stabilization. Global Change Biology 18, 2218-2232. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2012.02680.x.
  • Doetterl, S., Berhe, A., Nadeu, E., Wang, Z., Sommer, M., Fiener, P. 2016. Erosion, deposition and soil carbon: A review of process-level controls, experimental tools and models to address C cycling in dynamic landscapes. Earth-Science Reviews 154, 102-122. https://doi. org/10.1016/j.earscirev.2015.12.005.
  • Egoh, B.N., Drakou, E.G., Dunbar, M.B., Maes, J., Willemen, L., 2012. Indicators for mapping ecosystem services: A Review. EUR 25456 EN. Publication Office of the European Union, Luxembourg JRC73016. https://doi.org/10.2788/41823.
  • Elliott, K.J., Caldwell, P.V., Brantley, S.T., Miniat, C.F., Vose, J.M., Swank, W.T. 2017. Water yield following forest-grass-forest transitions. Hidrology and Earth System Sciences 21, 981-997. https://doi.org/10.5194/hess-21-981-2017.
  • Gallart, F., Llorens, P. 2009. Catchment management under environmental change: impact of land cover change on water resources. Water Internacional 28 (3), 334-340. https://doi. org/10.1080/02508060308691707.
  • García-Ruíz, J.M., Lopéz-Moreno, J.I., Vicente-Serrano, S.M., Lasanta-Martínez, T., Beguería, S. 2011. Mediterranean water resources in a global change scenario. Earth-Science Reviews 105, 121-139. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011.01.006.
  • García-Ruíz, J.M., Lana-Renault, N. 2011. Hydrological and erosive consequences of farmland abandonment in Europe, with special reference to the Mediterranean region – A review. Agriculture, Ecosystems & Environment 140, 317-338. https://doi.org/10.1016/j. agee.2011.01.003.
  • Gómez-Villar, A., Martínez-Castroviejo, R. 1991. Channel degradation as a response to erosion control Works: a case study. In: M. Sala M, J.L. Rubio, J.M. García-Ruíz(Eds.), Soil Erosion Studies in Spain. Geoforma Ediciones, Logroño, pp. 109-122.
  • Halifa-Marín, A., Pérez-Cutillas, P., Almagro-Bonmatí, M., Martínez-Mena, M., Boix-Fayos, C. (2019). Dinámica geomorfológica y cambios de usos del suelo: impacto en los reservorios de suelos y sedimentos. Bosque 40 (1), 3-16.
  • Haregeweyn, N., Poesen, J., Deckers, J., Nyssen, J., Hayle, M., Govers, G, Verstraeten, G., Moeyersons, J. 2008. Sediment-bound nutrient export from micro-dam catchments in Northern Ethiopia. Land Degradation & Development 19, 136-152. https://doi.org/10.1002/ldr.830.
  • Helldén, U., Tottrup, C. 2008. Regional desertification: A global synthesis. Global and Planetary Change 64, 169-176. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2008.10.006.
  • Hoffmann, T.; Mudd, S.M., van Oost, K.; Verstraeten, G., Erkens, G., Lang, A., Middelkoop, H., Boyle, J., Kaplan, J.O., Willenbring, J., Aalto, R. 2013. Short communication: Humans and the missing C-sink: erosion and burial of soil carbon through time. Earth Surface Dynamics 1, 45-52. https://doi.org/10.5194/esurf-1-45-2013.
  • Keesstra, S.D., Van Huissteden, J., Vandenberghe, J., Van Dam, O., de Gier, J., Pleizier, I.D. 2005. Evolution of the morphology of the river Dragonja (SW Slovenia) due to land-use changes. Geomorphology 69, 191-207. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2005.01.004.
  • Kondolf, G.M., Piégay, H., Landon, N. 2002. Channel response to increased and decrease bedload supply from land use change: contrasts between two catchments. Geomorphology 45, 35-51. https://doi.org/10.1016/S0169-555X(01)00188-X.
  • Lal, R., Griffin, M., Apt, J., Lave, L., Morgan, M.G. 2004. Ecology: Managing Soil Carbon. Science 304, 393. https://doi.org/10.1126/science.1093079.
  • Lal, R., Negassa, W., Lorenz, K. 2015. Carbon sequestration in soil. Current Opinion in Environmental Sustainability 15, 79-86. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2015.09.002.
  • Lesschen, J.P., Cammeraat, L.H., Nieman, T. 2008. Erosion and terrace failure due to agricultural land abandonment in a semi-arid environment. Earth Surface Processes and Landforms 33, 1574-1584. https://doi.org/10.1002/esp.1676.
  • Lopez-Bermúdez, F., Romero Diaz, M.A. 1992. Génesis y consecuencias erosivas de las lluvias de alta intensidad en la región mediterránea. Cuadernos de Investigación Geográfica 18-19, 7-28.
  • Martínez-Mena, M., Almagro, M., García-Franco, N., de Vente, J., García, E., Boix Fayos, C. (2018). Fluvial sedimentary deposits as carbon sinks: organic carbon pools and stabilization mechanisms in a Mediterranean catchment. Biogeosciences Discussions. https://doi. org/10.5194/bg-2018-414.
  • Muñoz-Rojas, M., Jordán, A., Zavala, L.M., De la Rosa, D., Abd-Elmabod, S.K., Anaya-Romero, M. 2012. Organic carbon stocks in Mediterranean soil types under different land uses. Solid Earth 3, 375-386. https://doi.org/10.5194/se-3-375-2012.
  • Nadeu, E., de Vente, J., Martínez-Mena, M., Boix-Fayos, C. 2011. Exploring particle size distribution and organic carbon reservorirs mobilized by different erosion processes at the catchment scale. Journal of Soils and Sediments 11, 667-678. https://doi.org/10.1007/s11368-011-0348-1.
  • Nadeu, E., Berhe, A.A., De Vente, J., Boix-Fayos, C. 2012. Erosion, deposition and replacement of soil organic carbon in Mediterranean catchments: a geomorphological, isotopic and land use change approach. Biogeosciences 9, 1099-1111. https://doi.org/10.5194/bg-9-1099-2012.
  • Nadeu, E., Van Oost, K., Boix-Fayos, C., de Vente, J. 2014. Importance of land use patterns for erosion-induced carbon fluxes in a Mediterranean catchment. Agriculture, Ecosystems & Environment 189, 181-189. https://doi.org/10.1016/j.agee.2014.03.040.
  • Nadeu, E., Quiñonero-Rubio, J.M., de Vente, J., Boix-Fayos, C. 2015. The influence of catchment morphology, lithology and land use on soil organic carbon export in a Mediterranean mountain region. Catena 126, 117-125. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.11.006.
  • Pérez-Cutillas, P., Cataldo, M.F., Zema, D.A., de Vente, J., Boix-Fayos, C. 2018. Efectos de la revegetación a escala de cuenca sobre el caudal y la evapotranspiración en ambiente mediterráneo. Cuenca del Taibilla (SE de España). Bosque 39 (1), 119-129. https://doi. org/10.4067/S0717-92002018000100011.
  • Piégay, H., Walling, D.E., Landon, N., Quinping, H., Liébault, F., Petiot, R. 2004. Contemporary changes in sediment yield in a mountain basin due to afforestation (the upper Drôme in France). Catena 55, 183-212. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(03)00118-8.
  • Quiñonero-Rubio, J.M., Boix-Fayos, C., de Vente, J. 2013. Development and application of a multi-factorial sediment connectivity index at the catchment scale. Cuadernos de Investigación Geografica 39 (2), 203-233. https://doi.org/10.18172/cig.1988.
  • Quiñonero-Rubio, J.M., Nadeu, E., Boix-Fayos, C., de Vente, J. 2016. Evaluation of the effectiveness of forest restoration and check-dams to reduce catchment sediment yield. Land Degradation & Development 27, 1018-1031. https://doi.org/10.1002/ldr.2331.
  • Ran, L., Lu, X.X., Xin. 2014. Erosion-induced massive organic carbon burial and carbon emission in the Yellow River basin, China. Biogeosciences 11, 945-959. https://doi.org/10.5194/bg-11-945-2014.
  • Rull, V. 2018. El Antropoceno. CSIC y Catarata. ISBN 978-84-00-10314-9, 143 pp.
  • Salmi, T., Maatta, A., Anttila, P., Airola, T.R., Amnell, T. 2002. Detecting Trends of Annual Values of Atmospheric Pollutants by the Mann-Kendal Test and Sen’s Slope Estimates—The Excel Template Application MAKESENS; User Manual; Air Quality, Finish Meteorological Institute: Helsinki, Finland, 35 pp.
  • Sandercock, P.J., Hooke, J.M., Mant, J.M., 2007. Vegetation in dryland river channels and its interaction with fluvial processes. Progress in Physical Geography 31 (2), 107-129. https://doi.org/10.1177/0309133307076106.
  • Sandercock, P.J., Hooke, J. M. 2011. Vegetation effects on sediment connectivity and processes in an ephemeral channel in SE Spain. Journal of Arid Environments 75, 239-254. https://doi. org/10.1016/j.jaridenv.2010.10.005.
  • Sanz-Cobena, A., Lassaletta, L., Garnier, J., Smith, P. 2017. Mitigation and quantification of greenhouse gas emissions in Mediterranean cropping systems. Agriculture, Ecosystems & Environment 238, 1-4. https://doi.org/10.1016/j.agee.2016.12.032.
  • Simon, A., Darby, S.E. 2002. Effectiveness of grade-control structures in reducing erosion along incised river channels: the case of Hotophia Creek, Mississippi. Geomorphology 42, 229-254. https://doi.org/10.1016/S0169-555X(01)00088-5.
  • Stott, T., Mount, N. 2004. Plantation forestry impacts on sediment yields and downstream channel dynamics in the UK: a review. Progress in Physical Geography 28, 197-240. https://doi. org/10.1191/0309133304pp410ra.
  • Sum-Kim, G., Lim, C.H., Jin-Kim, S., Lee, J., Son, Y., Lee, W.K. 2017. Effect of National-Scale afforestation on forest water supply and soil loss in South Korea, 1971-2010. Sustainability 9 1017, 1-18. https://doi.org/10.3390/su9061017.
  • Vadell, E., de-Miguel, S., Pernán, J. 2016. Large-scale reforestation and afforestation policy in Spain: a historical review of its underlying ecological, socioeconomic and political dynamics. Land Use Policy 55, 37-48. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2016.03.017.
  • Vanacker, V., Molina, A., Govers, G., Poesen, J., Dercon, G., Deckers, S. 2005. River channel response to short-term human-induced change in landscape connectivity in Andean ecosystems. Geomorphology 72, 340-355. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2005.05.013.
  • Wei, X., Qiu, L., Shao, M., Zhang, X., Gale, W. 2012. The accumulation of organic carbon in mineral soils by afforestation of abandoned farmland. PLoS ONE 7 (3), e32054. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0032054.
  • Zhang Y., Peña-Arancibia, JL. McVicar, TR., Chiew, FHS., Vaze, J., Liu, C., Lu, X., Zheng, H., Wang, Y., Liu, YY., Miralles, DG., Pan, M. 2016. Multi-decadal trends in global terrestrial evapotranspiration and its components. Scientific Reports 6. https://doi.org/10.1038/srep19124.
Fuente de los datos: Dialnet