Post on 11-Oct-2018
LA EFICIENCIA DE USO DE LLUVIA EN ECOSISTEMAS SEMIÁRIDOS
Enrico A. Yepez
University of New Mexico
Los Alamos National Laboratory
Incertidumbre en la respuesta de los ecosistemas al cambio climático
Incertidumbre en la respuesta de los ecosistemas al cambio climático
Concentración atmosférica de CO2
www.usgcrp.govwww.ipcc.ch
Temperaturas globales
Tem
pera
tura
(ano
mal
ía) o
C
Promedio anual
Promedio 5 años
La relación entre la disponibilidad de lluvia y la producción del ecosistema
La relación entre la disponibilidad de lluvia y la producción del ecosistema
Pro
duct
ivid
ad p
rimar
ia (k
gm
-2añ
o-1 )
Precipitación (cm año-1)Lieth, 1975
La Eficiencia de Uso de Lluvia es un
parámetro útil para describir el nivel de
degradación de ecosistema
L e H o u e ro u e t a l. , (1 9 8 8 )
R a in -u s e e f f ic ie n c y (g m -2 m m -1 )0 .0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0
Num
ber o
f site
s (o
ut o
f 75)
0
2
4
6
8
1 0
1 2
E h le r in g e r 2 0 0 0
C u m m u la t iv e p re c ip ita t io n
Pro
duct
ivity
In c re a s in gd is tu rb a n c e
Eficiencia de Uso de Lluvia (g m-2 mm-1)`
a) Le Houerou et al., 1988. b) Ehleringer, 2000
Precipitación acumulada
Prod
uctiv
idad
No.
de
sitio
s pr
omed
iado
s
Aumento del
disturbio
a)
b)
Rumbo a la desertificación Rumbo a la desertificación
Resource availability in semiarid environmentsPr
ecip
i taci
ó n( m
md-1
)
Hu m
edad
de
l sue
lo(θ
v, %
)
Estación de crecimiento
AGO
25 cm
Disponibilidad de lluvia en ecosistemas semiáridosDisponibilidad de lluvia en ecosistemas semiáridos
Destino de la lluvia en el ecosistemaDestino de la lluvia en el ecosistema
En ecosistemas áridos la evaporación y la transpiración (ET) puede alcanzar hasta el 90% de la cantidad lluvia disponible
… pero la ET puede exceder la cantidad de lluvia disponible si las raíces accesan agua subterránea.
Lluvia
Intercepción/ evaporación
Escorrentía
Transpiración
Evaporación
Infiltración
Agua superficial
Agua Subterránea
Escurrimiento
foliar
Escurrimiento fustal
Respiración vegetal
Respiración del Ecosistema(CO2 flujo a la atm)
Componentes de la Productividad Neta del EcosistemaComponentes de la Productividad Neta del Ecosistema
Fotosíntesis(CO2 flujo al ecosistema)
raíces microbios
Respiración del suelo
= PNE
PNE = PP - Reco
PNE
Reco
PP
Chapin et al., 2002
El balance entre la productividad primaria (PP) y la Respiración (Reco) define la producción neta del
ecosistema (PNE)
El balance entre la productividad primaria (PP) y la Respiración (Reco) define la producción neta del
ecosistema (PNE)
Ganancia de carbono
Perdida de carbonoIn
terc
ambi
o de
car
bono
Invierno verano Inv.
Evapotranspiración
Evaporación del suelo Transpiración
Eficiencia de Uso de Agua del
Ecosistema
Productividad Neta del Ecosistema
Fotosíntesis Respiración (plantas y microbios)
Eco-hidrologíaEco-hidrología
PreguntasPreguntas
• ¿Cual es destino de la lluvia durante la estación de crecimiento?
•¿Como influencia la lluvia la actividad metabólica del ecosistema?
Bosque de mesquite
Cuenca del Rió San PedroCuenca del Rió San Pedro
Avance de la cobertura arbustiva
•Localización: Suroeste de EU
•Bio-región: Desierto Chihuahuense• Clima: Semiárido (360 mm lluvia total; 60% verano)
•Mesquite (Prosopis velutina)
Pastos perennes, C4 (Sporobolus wrightii)
•Mesquite (Prosopis velutina)
Pastos perennes, C4 (Sporobolus wrightii)
Agua subterránea
Agua del suelo
Intercambio de agua y carbono con micro-meteorología
Intercambio de agua y carbono con micro-meteorología
1
2
3
4
5
g
f
51 2 3 4
e
Pumph
in out
exhaust
b
1
2
3
4
5
c
1
2
3
4
5
d f l o w
a
a) Tubing b) Solenoids diverting flow to IRGA c) Solenoids returning flow to traps d) IRGA (Li-7000) e) Vapor traps f) Cold Bath (-90oC) g) Flow meters h) Diaphragm pump
From profile
Yepez et al., 2003 ag & for. met.
Sistema de captura de vapor y CO2 para análisis isotópico
Sistema de captura de vapor y CO2 para análisis isotópico
Los Isótopos estables:
•Documentan procesos•Integran procesos en tiempo y espacio•Indican presencia y magnitud•Trazan rutas de transporte de elementos
Uso de isótopos estables para la descripción del ciclo de agua en estudios ecológicos
Uso de isótopos estables para la descripción del ciclo de agua en estudios ecológicos
δ = [Rmuestra – Rstd ] / Rstd x 1000 (‰)
en donde:
R, es la proporción molar de isótopos pesados y ligeros
(e.j. 18O/16O o 2H/1H)
Porcentaje de abundancias naturales
Oxigeno 16O 99.759 vs. 18O 0.204
Hidrogeno 1H 99.985 vs. 2H 0.015
Notación isotópica:Notación isotópica:
Evaporación
Transpiración
1/[concentración]
Aire inicial
ATM
Transpiración
Transpiración
Evaporación
(‰)
δT
δE
Mezclas isotópicas de vapor y CO2 en el ecosistemaMezclas isotópicas de vapor y CO2 en el ecosistema
-35
δET
T/ET = (δET - δE)/(δT - δE)
“Keeling plot”
Respiración de árboles
δRP
Respiración
de suelo δRS
δ13C de
CO2
(‰)
Respiración de árboles
Respiración de suelo
-14
δReco
RP/Reco = (δReco- δRS) / (δRP - δRS)
Modificado de Scott et al., 2004
Inte
rcam
bio
de C
O2
(µm
olm
-2s-1
)Componentes del intercambio de CO2 en bosque
de mesquiteComponentes del intercambio de CO2 en bosque
de mesquite
Lluv
ia(m
m)
Jun Jul Ago Sep Oct Nov
Agua subterránea
Agua del suelo
PP
PNE
Composición isotópica de la respiraciónComposición isotópica de la respiración
Respiración de árboles (C3)
δ13C= -26 a -28 ‰
Respiración del suelo (C3-C4)
δ13C= -19 a -21 ‰
Lluvias
Secas
Mezcla de dióxido de carbono de la respiración en bosque de mesquite
Mezcla de dióxido de carbono de la respiración en bosque de mesquite
Williams et al., 2006 Hydrol. Proc.
δ13C respiración de planta
δ13C respiración de suelo
Modificado de Scott et al., 2004
Inte
rcam
bio
de C
O2
(µm
olm
-2s-1
)Componentes del intercambio de CO2 en bosque
de mesquiteComponentes del intercambio de CO2 en bosque
de mesquite
Lluv
ia(m
m)
Jun Jul Ago Sep Oct Nov
Agua subterránea
Agua del suelo
PP
PNE
Periodo seco Periodo húmedo
δTranspiración
δEvaporación
δTranspiración
δEvaporación
Mezcla isotópica de vapor de agua Mezcla isotópica de vapor de agua
T/ET = 0.95 T/ET = 0.65
Componentes de la evapotranspiración en bosques de mesquite
Componentes de la evapotranspiración en bosques de mesquite
Yepez et al., en prensa (ecosystems 2007)
Eficiencia de uso de agua en bosques de mesquite
Eficiencia de uso de agua en bosques de mesquite
Lluvias
Secas
Foto
sínt
esis
TranspiraciónYepez et al., en revisión (ecosystems)
Contribución del sotobosque a la ETContribución del sotobosque a la ETC
ober
tura
en
el s
otob
osqu
e
PastosHierbas
Junio Julio Agosto
Evap
otra
nspi
raci
ón
Agosto 14
EvaporaciónTranspiración sotobosqueTranspiración mesquite
Respiración del ecosistema influenciada por la humedad del suelo
Respiración del ecosistema influenciada por la humedad del suelo
Res
pira
ción
del
eco
sist
ema
(µm
olm
-2s-
1 )
Humedad del suelo
Lluvias
Secas
Efecto de la lluvia en la productividad del bosque de mesquite
Scott RL., en proceso
Acu
mul
ació
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e C
O2
(g C
m-2
)
Lluvia acumulada en verano(mm)
Parámetros eco-hidrológicos que determinan la eficiencia de uso de lluvia
Parámetros eco-hidrológicos que determinan la eficiencia de uso de lluvia
•La proporción de lluvia que circula en la transpiración
•La eficiencia de uso de agua de la vegetación (productividad primaria)
•Tiempo de residencia de agua superficial en el suelo (ej. controlada por la evaporación)