Artículo

 

Información hidrológica, primer paso para diseñar una política local de pago por servicios ambientales

 

Hydrological information, the first step to design a local policy of payment for ecosystem services

 

Jorge Luis Chagoya Fuentes¹, Carlos Mallén Rivera², Morag Anne McDonald³, Francisco Jiménez Otarola⁴, Muhammad Akbar Ibrahim⁴, Lourdes Velázquez Fragoso⁵ y Francisco Becerra Luna⁶

 

¹ Fundación Pedro y Elena Hernández, A. C.

² Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en Conservación y Mejoramiento de Ecosistemas Forestales. INIFAP. Correo:mallen.carlos@inifap.gob.mx

³ Bangor University.

⁴ Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE).

⁵ Coordinación de Investigación, Innovación y Vinculación. INIFAP.

⁶ Sitio Experimental Pachuca. CIR-Centro. INIFAP.

 

Fecha de recepción:12 de septiembre de 2012
Fecha de aceptación: 10 de enero de 2015

 

Resumen

Los recursos hidrológicos tienen significativa importancia en países con problemas de escasez de agua, parte de los cuales se atribuyen a la inexistencia de una relación entre los proveedores de servicios ambientales y de los usuarios. Los esquemas de pago por servicios ambientales hidrológicos (PSAH) surgen como una estrategia para conectarlos. El desarrollo de este esquema debería garantizar que los usos de la tierra de protección generen el servicio que se va a vender correctamente. Este estudio determinó el comportamiento hidrológico de los usos del suelo ubicados en un área de recarga de la Sierra de Otontepec, que correspondieron a: regeneración de bosques secundarios (SRF), pastizales estrella africana (GWT), pasto estrella africana y terrenos con arbustos (GS); bosque perturbado de Quercus oleoides (QF) y pastizales naturales (NG). Los indicadores fueron: precipitación, escorrentía, cambios de humedad del suelo, evapotranspiración y percolación. Los saldos hidrológicos mostraron que la percolación fue mayor en GWT (1 608 mm), GS (1 744 mm) y NG (1 314 mm), que en SRF (1 19 mm) y QF (974 mm). Los resultados indican que la recarga de agua subterránea durante el período de estudio proporcionó servicios ambientales hidrológicos convenientes, aun cuando la demanda del suministro de agua corriente en las tierras bajas está en un nivel máximo. Lo anterior implica que el uso del agua debe ser regulado y distribuido de manera más eficiente, en lugar de basarse en el aumento de la disponibilidad.

Palabras clave: Balance hídrico, escorrentía, evapotranspiración, infiltración, percolación, servicios ambientales.

 

Abstract

Water resources have significant importance in countries with water scarcity. Part of this problem is attributed to the lack of relatedness between ecosystems service suppliers and users, and schemes of payment for hydrological ecosystem services (PHES) are emerging as a strategy to connect them. However, in the development of a scheme of PHES, one critical point is to find out if the protective land uses are adequately generating the service to sell. The aim of this study was to determine the hydrologic behaviour of land uses located in a hydrological recharge area of Sierra de Ocontepec. The land uses were secondary regeneration forest (SRF), African star grasslands (GWT), African star grasslands with shrubs (GS), disturbed Quercus oleoides forest (QF) and natural grasslands (NG). Indicators were precipitation, throughfall, runoff, soil moisture changes, evapotranspiration and percolation. Hydrological balances showed that percolation was higher in GWT (1 608 mm), GS (1 744 mm) and NG (1 314 mm), than in SRF (1 19 mm) and QF (974 mm). Results indicate that groundwater recharge during the study period generated adequate water shed services; however, the demand for piped water supply in the lowlands is at a maximum. This implies that the use of water should be regulated, more efficiently distributed, rather than relying on the increased availability.

Key words: Water balance, runoff, evapotranspiration, infiltration, percolation, environmental services.

 

Introducción

Los seres vivos dependen del agua para vivir y tener buena salud. Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) informa que alrededor de 80 por ciento de la población mundial vive en lugares donde el único líquido disponible es inseguro para el consumo (OMS, 201). Los problemas relacionados con el agua, tales como el uso excesivo, la escasez, la contaminación, las inundaciones y las sequías son un desafío cada vez más importante para el desarrollo sostenible, como lo reconoció la Organización de Naciones Unidas al declarar al periodo de 2005-2015 como "La década del agua para la vida" (FAO, 2007).

Además, las poblaciones en crecimiento, el cambio climático global, la erosión del suelo, y las expectativas sociales son factores que han reducido la disponibilidad de agua potable fresca y limpia. Más de mil millones de personas en todo el mundo no tienen agua en cantidades suficientes para satisfacer los niveles mínimos de bienestar (Rosegrant et al., 2002; World Bank, 2004).

En México, el suministro de este servicio ha generado problemas importantes debido al aumento en la demanda, determinada por el crecimiento de la población (25.8 millones de habitantes en 1950 a 103.4 millones en 2005), y el ingreso per capita (1.9% anual) (Meadows et al., 2004; CNA, 2008). Los conflictos políticos entre los estados de Tamaulipas y Nuevo León, Guanajuato y Jalisco originados por la distribución limítrofe de agua de ríos ponen en evidencia lo anterior.

La Comisión Nacional del Agua (CNA) predice que, a partir del crecimiento de la población actual (1.02 % para el periodo 2000-2005) y la gestión del agua, la escasez será más crítica en los próximos años (CNA, 2010).

El estado de Veracruz, que se localiza en la vertiente del Golfo de México, se divide en tres regiones: norte, centro y sur. La región del norte tiene una precipitación media de 1 552 mm anuales y su tasa de evaporación superior a 70 % genera una presión media sobre la disponibilidad de agua de 10 a 20 %, la cual es un indicador que incluye la cantidad de agua disponible y utilizada, las condiciones climáticas y el tamaño de la población (4.94 millones de habitantes), de acuerdo a la clasificación de la FAO para el efecto (Fundación Gonzalo Río Arronte y Fundación Javier Barros Sierra, 2004; CNA, 2008).

Enfrentar la escasez de agua no es una tarea fácil debido a que el problema se origina no solo por la falta de protección de los servicios hidrológicos ecosistémicos, sino también por la extracción del agua, su transporte, almacenamiento, uso y contaminación (World Bank, 2004; CNA, 2006; UNESCO, 2006).

En este contexto, el programa de Pago por Servicios Ambientales Hidrológicos (PSAH) (FAO, 2004b) es una acción propuesta para proteger las áreas que generan el agua. En México dicha estrategia se diseñó para brindar incentivos económicos a los dueños de terrenos forestales para apoyar las prácticas de conservación y evitar cambios de uso de suelo (Conafor, 2009). En general, PSAH mejora la conservación de los bosques naturales (Pagiola et al., 2006); sin embargo, se basa en suposiciones hidrológicos "Causa-Efecto" y crea una situación que podría originar falsas expectativas y conflictos sociales (Landell-Mills y Porras, 2002; Kaimowitz, 2005; FAO, 2004b).

Aun cuando la información biofísica es necesaria para apoyar esquemas de PSAH (FAO, 2004a), son pocos los casos en que es intrínseca a la toma de decisiones (UNESCO, 2006). En consecuencia, la obtención de datos específicos del sitio se recomienda como un primer paso en la construcción de PSAH y de políticas locales (FAO, 2004b).

Al respecto, el objetivo del estudio que se describe a continuación fue determinar el comportamiento hidrológico de bosques naturales y pastizales localizados en el área de captura de las partes altas de las montañas de Otontepec, en el norte del estado de Veracruz.

 

Materiales y Métodos

Área de estudio

El estudio se llevó a cabo en el municipio Tepetzintla, en una cuenca ubicada en la Sierra de Otontepec, sobre una montaña volcánica aislada, entre 97°58'30'' y 97°48'00'' oeste y 21°19'19'' y 21°09'34'' norte (SDSMA, 2007).

El clima es A (w₂) tropical subhúmedo (clasificación de Köppen), con una estación seca de marzo a junio y una lluviosa de julio a febrero. La precipitación media en la zona es de alrededor de 1 552 mm año^-1 (CNA, 2008).

La altitud tiene un intervalo de 350 hasta 900 m. La geología está representada por rocas ígneas, basálticas, volcánicas y sedimentarias, todas ellas desde el período Mioceno (Inegi, 2010; SGM, 2004). La topografía es intrincada y reúne estructuras de cantos afilados, barrancos y procesos coluviales. Estudios previos sobre la génesis de la Sierra de Otontepec indican que la montaña se formó por procesos volcánicos (Robin, 1976). Su base, al igual que todo el valle costero, está a 220 msnm, y resultó del aumento de la placa tectónica continental en el período Oligoceno (35-23 millones de años). Los suelos son Inceptisoles y Alfisoles (FAO, 1990).

La vegetación natural es el bosque tropical semideciduo, representado por Quercus oleoides Cham. & Schlecht. en las zonas altas (SGM, 2004). Con base en la gran cantidad de información disponible, se seleccionó una cuenca de 68 ha en las tierras altas de la Sierra de Otontepec.

La cuenca se divide en dos subzonas: las tierras altas y las tierras bajas. En las primeras, los usos de la tierra elegidos fueron los bosques de regeneración secundaria (SRF); pastizales de estrella africana (Cynodon nlemfuensis Vanderyst var. nlemfuensis) sin árboles (GWT); y los pastizales estrella africana (C. nlemfluensis) con arbustos de Conostegia xalapensis (Bonpl.) D. Don ex DC (GS). En las tierras bajas, los usos de la tierra correspondieron a bosques perturbados de Quercus oleoides (QF) y pastizales de Paspalum notatum Flügge sin árboles (NG). Las características de uso del suelo se determinaron con la metodología utilizada por Chacón et al. (2007).

Los SRF se localizan a 848 msnm con una pendiente de 40 % y una topografía compleja. Los propietarios de bosques indicaron que la vegetación primaria fue cortada y quemada en 1980, por una política gubernamental que promovía la conversión del bosque a la agricultura. El maíz fue cultivado durante dos años y después la tierra fue abandonada a la regeneración natural.

En el bosque se identifican tres estratos: árboles, arbustos y malezas, y el suelo está cubierto por una gruesa capa de hojarasca. El número de árboles por hectárea fue de 546 con un área basal de 745 m² ha^-1, la altura media del arbolado fue de 8.3 m, y el área total del dosel ocupado 12 212 m² ha^-1. Las especies más comunes fueron Heliocarpus donnell-smithii Rose ex Donn. Sm. (19 %); Persea spp. (16.2 %); Muntingia calabura L. (13.4 %); Inga spuria Humb. et Bonpl. ex Willd. (12.7 %) y Croton draco Schltdl. & Cham. (9.9 %). El número de arbustos por hectárea fue 2 133; las especies más comunes son Turpinia insignis (HBK) Tul. (23.9 %) y C. xalapensis (9.9 %).

El GWT se ubica a 825 msnm con una pendiente de 29 % y una topografía compleja. Los ganaderos revelaron que los pastizales tienen más de 30 años, a partir del momento en el que el bosque fue cortado, quemado y que se dispersaron semillas de pasto de Guinea (Panicum maximum Jacq.) para establecer pastizales. Sin embargo, este fue remplazado dentro de un lapso de 15 años por C. nlemfluensis. Los índices de agostadero fueron de 0.90 de Unidad Animal (UA) ha^-1, y tuvieron un sistema de manejo de rotación de pastoreo lento (30 días de pastoreo, 60 días de liberación).

El GS está en los 815 msnm con una pendiente de 55 % y topografía compleja. Los arbustos de C. xalapensis son comunes en las áreas forestales perturbadas, con troncos bien desarrollados, copas densas y no fueron pastoreados. El número de arbustos por hectárea en el sistema silvopastoril (SPS) fue de 516, y su área de dosel ocupó 3 637 m² (36.3 %). El control de arbustos se practica de forma manual sin el uso de agroquímicos. Las cargas fueron de 0.45 UA ha^-1, con el manejo del pastoreo rotacional lento.

El QF se localiza a los 715 msnm con una pendiente de 32 % y topografía compleja. Se caracteriza por reunir un promedio de 131 árboles por hectárea con altura promedio de 15.1 m, área basal de 277 m² ha^-1, y un solo estrato de dosel. Los propietarios de bosques señalaron que la edad de esta comunidad supera los 50 años y que los encinos representan un problema porque es difícil producirlos por abajo del dosel y su crecimiento es muy lento, pero su madera tiene una gran demanda en los mercados locales para postes de cercas, leña y escuadría. A partir de un corte adecuado o por los daños causados por el viento, se aprovecha la oportunidad para introducir los pastizales, y la regeneración secundaria se controla con agroquímicos.

Por último, NG se localiza a los 713 msnm con una pendiente de 36 % y topografía irregular. Los propietarios de pastizales mencionaron que esta hierba "aparece" cuando hay sobrepastoreo, y es muy difícil de erradicar. El pastizal estaba bajo pastoreo continuo por el ganado y los caballos. La carga animal se calculó en 1.5 UA ha^-1.

Diseño del estudio

A partir de la variabilidad de las fuentes en el área de recarga, como la geología, el grado de la pendiente, el uso del suelo, los procesos coluviales y el tipo del suelo, la cuenca se dividió en tierras altas y bajas; dentro de cada una de ellas, se seleccionaron varios usos del suelo, los cuales se consideraron en forma individual, como caso de estudio. Las tierras altas correspondieron a SRF (24 años), GWT (> 30 años) y GS (> 30 años). Las tierras bajas, a QF (> 50 años) y NG (> 15 años).

Las variables medidas fueron densidad aparente, lluvia, escurrimiento, infiltración, escorrentía superficial y cambios en la humedad del suelo. Las variables calculadas fueron evapotranspiración, intercepción del dosel y percolación. El balance hidrológico por uso del suelo se estimó mediante la siguiente fórmula, adaptada de Pilbeam et al. (1995):

R = ET + I + P + R*+∆S         (1)

Donde:

R = Precipitación (mm)

R* = escorrentía (mm)

ET = Evapotranspiración (mm)

I = Intercepción por el dosel* (mm)

P = percolación (mm)

∆S = Cambio en el almacenamiento de agua en el perfil del suelo (mm)

*En la regeneración secundaria del bosque y del bosque de Quercus oleoides.

 

Precipitación y percolación

Se utilizaron tres pluviómetros rústicos hechos con envases reciclados de plástico rígido y un pluviómetro estándar (HOBO® Rain Gauge Data Logger – RG3), los cuales se colocaron en las inmediaciones de los usos de suelo seleccionados. En el caso de QF y SRF, el escurrimiento se midió cerca de las parcelas de escorrentía con ocho pluviómetros horizontales de 1 m de longitud (Ford y Deans, 1978; Bruijnzeel, 1990; Pilbeam et al., 1995; Wallace et al., 1995; Ward y Elliot, 1995; Hafkenscheid, 2000).

 

Escurrimiento

Se estableció una parcela de escorrentía a la mitad de la pendiente de cada tipo de uso de suelo, cuyas dimensiones fueron de 10 x 20 m (pendiente abajo) (McDonald et al., 2002). Para estabilizar el suelo después de la parcela de escorrentía, se instalaron parcelas con un año de antelación, entre mayo y julio de 2006; y de agosto de 2007 a julio de 2010 se registraron los escurrimientos.

Los pastizales sin árboles y los pastizales con arbustos fueron pastoreados durante todo el año en la misma proporción y al mismo tiempo de rotación que los agricultores utilizan, con el fin de conservar el sistema de manejo existente.

Las parcelas de escorrentía instaladas en este tipo de uso de suelo se siniestraban con frecuencia debido al ganado, pero se reparaban de inmediato. Con el fin de detener el efecto de la lluvia por dentro o por fuera de cada una de ellas, se les delimitó con láminas de zinc, que se clavaron en el suelo a 7.5 cm de profundidad y sobresalientes por encima del suelo a 7.5 cm de altura. Cada parcela se drenó hacia una esquina donde había tubería de desagüe de 10 cm de diámetro. El tubo de drenaje estaba conectado a una serie de tambores de plástico especialmente adaptados y calibrados; las zanjas que conectaban a los tambores estaban cubiertas, para evitar la entrada directa de luvia (Acharya et al., 2007; Acharya et al., 2008).

El 25 de septiembre de 2006 se registró una tormenta con una precipitación de 200 mm en 24 horas; por ello se diseñó un sistema de recolección multi-ranura con tres tambores. El primero tenía una capacidad de 250 L y a través del mismo se pasaba una octava parte del líquido para el próximo tambor. La capacidad del segundo era 1 600 L y conducía un décimo de la ecorrentía para el tercer tambor, cuya capacidad era de 20 000 L. El sistema se diseñó para registrar un máximo de 21 850 L o 10 mm de escurrimiento por tormenta (Acharya et al., 2007; Acharya et al., 2008).

Infiltración

Las tasas de infiltración se midieron utilizando el método del anillo doble (Anderson e Ingram, 1993; Ward y Elliot, 1995) en las zonas vecinas a las parcelas de escorrentía, cuando el suelo estaba a capacidad de campo (temporada de lluvias: julio - diciembre). Fueron seleccionados al azar cinco sitios, y la tasa de infiltración se calculó en cada uso de la tierra con la ecuación Kostiakow:

I = atb

Donde:

I = Infiltración acumulada t = Tiempo acumulado (a) y (b) = Parámetros del suelo (Henríquez y Cabalceta, 1999)

La prueba de infiltración (GS), se desarrolló bajo el dosel de arbustos y en áreas abiertas (cuatro pruebas en cada área).

Densidad aparente

El método de la bolsa abierta se utilizó para determinar la densidad aparente del suelo, debido al alto contenido y tamaño de las rocas y grava (USDA, 1999). Veinte muestras replicadas se tomaron en cada uso del suelo, excepto los pastizales y arbustos (GS) donde se obtuvieron 15 muestras cada una bajo el dosel y en áreas abiertas.

Evapotranspiración y drenaje

Debido a la pedregosidad de los suelos, no fue posible colocar sensores verticales de humedad del suelo ECH2O - Decagon^©. Por lo tanto, se excavaron calicatas y los sensores ECH2O - Decagon^©se instalaron horizontalmente en un pequeño agujero en el muro del hoyo a tres profundidades: 15, 45 y 75 cm. Cada orificio se llenó cuidadosamente después del análisis. La humedad del suelo se midió cada 2 h y la información se almacenó en un record de datos ECH2O Decagon^©. Los cambios en el perfil de humedad del suelo se calcularon cada 24 h. La evapotranspiración y la percolación se determinaron a partir de los cambios en el contenido de humedad del suelo con las siguientes ecuaciones (Klaij y Vachaud, 1992):

Estación seca (de marzo a junio)

ET = Som (t) - Som (t + Dt)

Temporada de lluvias (de julio a febrero)

ET = Pr - R - I + Som (t) - Som (t + Δt) - K (θa) Δt

Percolación

P = Srm (t) - Srm (t + Δt)

Donde:

ET = Evapotranspiración

Som (t) = Agua almacenada en el perfil del suelo desde la superficie o a la máxima m profundidad de la raíz en un lapso de tiempo Δt

Pr = Precipitación

R = Escorrentía

I = Intercepción del dosel

K(θ_a) Δt = Conductividad hidráulica no saturada

Srm (t) = Humedad almacenada en la capa de la profundidad máxima de enraizamiento m a la profundidad máxima de las mediciones de humedad del suelo r en un tiempo Δt

Medición de flujo de manantiales

En la base de la zona de recarga (RA) se ubicaron los usos del suelo en estudio; se reconoció la presencia de manantiales que abastecen a las comunidades de las tierras bajas. Mediante la construcción de infraestructura rústica se midió su flujo de julio de 2006 a mayo de 2010. El flujo se registró en L seg^-3 o m seg^-1, y se calculó el flujo volumétrico medido por el tiempo que se tarda en liberar una cantidad precisa de agua (Villon, 2002) con la siguiente fórmula:

Q = V/t

Donde:

Q = Caudal de agua base (L seg^-1)

V = Volumen de agua (L)

t = Tiempo (segundos)

Análisis estadísticos

Los resultados de densidad y velocidad de infiltración a granel fueron analizados por una t-test y se utilizó el software InfoStat Versión 1 (InfoStat, 2004).

 

Resultados y Discusión

Características del suelo

La zona de trabajo de campo se localiza en las tierras altas de montaña a 700-850 msnm, y las descripciones de perfiles de suelos se hicieron de acuerdo a la metodología de FAO (1990). El resumen de las descripciones de los perfiles de suelo, densidad aparente y pruebas de infiltración de doble anillo se muestran en los cuadros 1a y 1b.

Cuadro 1a. Descripción del perfil del suelo, densidad aparente y tasa de infiltración en los tres usos de suelo localizados en la parte alta de la zona de recarga hídrica Sierra de Otontepec, Norte de Veracruz, 2008.
Table 1a. Description of the soil profile, bulk density and infiltration rate in the three land uses located in the highlands of the water recharge zone of Sierra de Otontepec, North of Veracruz, 2008.

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Letras distintas indican diferencia estadística (p<0.050).
Different letters are equivalent to a satistical difference (p<0.050).

Cuadro 1b. Descripción del perfil del suelo, densidad aparente, tasa de infiltración en los tres usos de suelo localizados en la parte baja de la zona de recarga hídrica. Sierra de Otontepec, Norte de Veracruz, 2008.
Table 1b. Description of the soil profile, bulk density and infiltration rate in the three land uses located in the lowlands of the water recharge zone of Sierra de Otontepec, North of Veracruz, 2008.

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Letras distintas indican diferencia estadística (p<0.050).
Different letters are equivalent to a satistical difference (p<0.050).

Es importante destacar que la zona de recarga del agua subterránea es de lava basáltica alcalina extrusiva (Robin, 1976), y que, durante el proceso de enfriamiento de este material, las fisuras profundas se desarrollan en la roca, situación que favorece su erosión y la porosidad y, por lo tanto, la infiltración del agua. Es probable, entonces, que el lecho de roca del subsuelo en el área de trabajo de campo sea porosa y permeable, lo que podría impedir la saturación del suelo y generar un rápido drenaje (Smith, 2004; UNESCO, 2006). De hecho, los acuíferos de basalto tienden a generar baja escorrentía en eventos de precipitación, ya sea en las tormentas de invierno de larga duración de baja intensidad, o las tormentas de verano de alta intensidad y corta duración (Stephenson y Zuzel, 1981). Además, el escurrimiento subterráneo es común en suelos volcánicos con pendientes pronunciadas y procesos coluviales (Weiler et al., 2005).

Los resultados de la densidad aparente indican que los suelos bajo pastizales sin árboles mostraron diferencia estadística (p <0.050) en comparación con los suelos bajo bosques o pastizales y arbustos (1.18d, 1.17c, 0.97a, 0.99b y 0.99b g cm^-3 para GWT, NG, SRF, QF y GS, respectivamente), mismos que siguen una tendencia similar a los obtenidos por McGinty et al. (1979), Weerts (1991), Yates et al. (2000) y Taddese et al. (2002).

Los datos de infiltración indican diferencia estadística (p <0.050) entre los pastizales sin árboles y los bosques con pastizales y arbustos (0.99c, 0.56c, 1.15a, 14.1a, 7.82b cm h^-1 para GWT, NG, SRF, GS, y QF, respectivamente) (Cuadro 2). Dicho comportamiento se acerca a los datos de Yates et al. (2000), Schultz et al. (2004) y Zimmermann et al. (2006). Las grandes diferencias entre SRF, GS, QF y GWT, NG responden, probablemente, a un mayor porcentaje de rocas a lo largo del perfil del suelo (Farvolden, 1963), y la presencia de raíces profundas de los árboles y los arbustos (Bergkamp, 1998).

Cuadro 2. Capacidad de infiltración (cm h^-1) a dos profundidades (0-5 cm y 45-50 cm) en una zona de recarga localizada en la Sierra de Otontepec, al norte del estado de Veracruz, México.
Table 2. Infiltration capacity (cm h^-1) at two depths (0-5 cm and 45-50 cm) in a recharge zone area located in the Sierra Otontepec, Northern Veracruz state, Mexico.

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Fuente: Sandoval (2010).
Source: Sandoval (2010).

Precipitación

La lluvia se registró a partir de junio de 2006 hasta julio de 2010. La precipitación anual total se calculó desde junio y hasta mayo del siguiente año, con el objetivo de seguir el ciclo natural de la lluvia. Los registros fueron: 1 617 mm en 2006-2007, 1989mm de 2007 a 2008,1641mm de 2008 a 2009 y 1458 de 2009-2010 y su distribución se muestra a continuación (Figura 1).

Figura 1. Distribución de la lluvia durante el periodo 2006-2010 en una zona de recarga de La Sierra de Otontepec, norte de Veracruz, México.
Figure 1. Rainfall distribution during four periods (since 2006 Sierra Otontepec, Northern of Veracruz, Mexico.

Históricamente (1971 - 2000) la precipitación media en la zona de estudio es de1 675 mm (CNA, 2008). Sin embargo, en 2007 el impacto de los huracanes Dean (22 de agosto de 2007, de Saffir / Simpson clase 2, lluvia total de: 301 mm en 25 h, y tasa máxima de lluvia: 450 mm h^-1) y "Lorenzo" (27 de septiembre de 2007, de Saffir / Simpson clase 1, lluvia total: 182 mm en 26 h y tasa máxima de lluvia: 180 mm h^-1) y las tormentas tropicales Número 28 (9 de febrero de 2007), lluvia total: 69 mm en 22 h, y máxima velocidad: 140 mm h^-1) y Número 29 (3 de septiembre de 2007), lluvia total: 102 mm en 14 h, y máxima intensidad de lluvia: 120 mm h^-1) generaron una precipitación irregular, pues la temporada se caracterizó por altas precipitaciones en agosto y septiembre de 2007.

Humedad del suelo

Las modificaciones anuales de humedad del suelo fueron calculadas de agosto a julio de 2007 a 2010. Los diferentes usos del suelo exhiben un rendimiento similar de este parámetro. Por ejemplo, a los 15 cm de profundidad hubo mayor variabilidad que la registrada a los 45 y 75 cm, posiblemente debido al comportamiento de absorción y evaporación causado por las raíces. El valor más estable se observó a los 75 cm, lo que pudiera responder a que rara vez dichas estructuras llegaban tan abajo.

Además, en todos los casos y en todas las profundidades, el exceso de humedad drena durante un tiempo corto (24 h), incluso después de tormentas intensas. Esto significa que los suelos estudiados mostraron una extraordinaria capacidad para el transporte de agua a través del perfil del suelo, independientemente del uso de la tierra. La Figura 2 muestra el comportamiento de la humedad del suelo durante el fenómeno meteorológico más fuerte registrado en el tiempo de estudio (el huracán Dean, clase de Saffir/Simpson 2).

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Figura 2. Comportamiento de la humedad del suelo en cinco usos del suelo localizados en una zona de recarga durante el impacto del durante el huracán Dean (22 de agosto 2007).
Figure 2. Soil moisture behavior in five land uses located in a recharge zone during the impact of the Hurricane Dean (August 22^th, 2007).

 

Balances hídricos

La información registrada y calculada se utilizó para estimar los balances hídricos de cada uso del suelo para tres períodos (agosto 2007 a julio 2008, agosto 2008 a julio 2009 y agosto 2009 a julio 2010) (Cuadro 3).

Cuadro 3. Balance hídrico en cinco tipos de uso de suelo durante tres periodos* en la Sierra de Otontepec, norte de Veracruz, México.
Table 3. Hydrological balance in five land uses during three periods* in Sierra de Otontepec, Northern Veracruz, Mexico.

*12 meses de agosto a julio; * = año "Niño" (año seco); ** = año "Niña" (año lluvioso).
"Niño" year (dry year); ** = "Niña" year (wet year).

Los balances hidrológicos indican que el escurrimiento fue escaso en todos los usos de la tierra, 26, 12, 63, 17, y 18 mm para la SRF, GS, GWT, NG, y QF, respectivamente. Esta tendencia es similar a los resultados en Oaxaca, México de Martínez y López (2001), y en las Montañas Azules de Jamaica de McDonald et al. (2002). Esto se debe, probablemente, a la interacción entre la cobertura del suelo, las raíces de la vegetación, la microtopografía, las características del suelo y la presencia de macroporos en él (Bergkamp, 1998; Scherrer y Naef, 2003; Weiler y Naef, 2003). La evapotranspiración total expresada en los tres años fue mayor en QF, SRF y NG, deGSyGWT,i.e.,1716,1384,1723,1166y1283mm, respectivamente. Estos datos son similares a lo registrado por Carbon et al. (1982); Hodnett et al. (1995), Jipp et al. (1998), Waterloo et al. (1999), Calder (2007) y Calder et al. (2007).

Por último, los datos de balance mostraron que los bosques y pastizales nativos se extienden en terrenos con menos agua que los pastizales introducidos (1 707, 2 486, 2 401, 3 270 y 3 518 mm por QF, SRF, NG, GWT y GS, respectivamente). Lo anterior coincide con las cifras consignadas por Bosch y Hewlett (1982), Carbon et al. (1982), Bruijnzeel (1990), Waterloo et al. (1999), Kaimowitz (2005), Van der Salm et al. (2006) y Calder et al. (2007).

Medición de flujo de los manantiales

Los manantiales que abastecen a las comunidades se identificaron a 650 msnm. Sus caudales medios al final de la estación seca (mayo) fueron 4.52, 4.74, 4.05 y 4.8 L segundo^-1 en 2006-2007, 2007-2008, 2008-2009, 2009-2010. Cuando se dividieron estos flujos entre la población total (2 072 habitantes) cada ciudadano recibió entre 160 y 200 L hab^-1 día^-1(Cuadro 4).

Cuadro 4. Medición del flujo de manantiales al final de la estación seca (mayo) durante cuatro periodos (2006-2007, 2007-2008, 2008-2009 y 2009-2010) en la Sierra de Otontepec, norte de Veracruz, México.
Table 4. Springs flow measurement at the end of the dry season (May) during four periods (2006–2007, 2007–2008, 2008–2009 and 2009–2010) in Sierra de Otontepec, Northern Veracruz, Mexico.

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Sin embargo, esta cantidad es inferior a los 250 L hab^-1 día^-1 mencionado por la Ley del Agua en México, para cumplir con los requisitos básicos domésticos (CNA, 2008). La Figura 3 muestra mediciones de primavera durante cuatro períodos (de junio a mayo de cada uno), para 2006-2007 se obtuvo 1 617 mm, en 2007-2008 1 989 mm, en 2008-2009 1 641 mm y finalmente en 2009-2010 1 458 mm. En esta gráfica es claro que los flujos de manantiales al final de la estación seca (mayo) fueron similares en los cuatro períodos, pero la cantidad de lluvia (mm) registrada en estos lapsos fue diferente.

Figura 3. Flujo volumétrico del manantial durante cuatro periodos (de junio a mayo cada uno) en la Sierra de Otontepec, norte de Veracruz, México.
Figure 3. Hydrological balance measured during four periods (June to May) in Sierra de Otontepec, Northern Veracruz, Mexico.

Esta información da lugar a varias preguntas acerca de la cantidad de lluvia y la percolación del agua para recargar el acuífero; por ejemplo: ¿cuánta percolación se necesita para saturar con el subsuelo en la zona de recarga? Si los bosques de regeneración secundaria registran menos percolación que los pastizales, ¿esta cantidad impacta en el flujo de los manantiales? o ¿es suficiente para recargar el acuífero? Además, si el flujo de base del mes de mayo es de alrededor de 5 L segundo^-1 significa que la cantidad total de agua liberada en un año, únicamente a partir del flujo de base, es de alrededor de 158 000 000 L. Si el área de recarga cuenta con 68 hectáreas, matemáticamente, se necesitan 230 mm año^-1 por percolación para apoyar el flujo base. El exceso de agua filtrada es liberado por los flujos máximos durante las tormentas. En este caso, la geología del acuífero regula la cantidad de agua liberada después de las tormentas y mantiene el flujo base durante los próximos meses.

 

Conclusiones

Los datos hidrológicos presentados conducen a información necesaria para la construcción de un esquema local del PSAH en la cuenca de captación en la que se realizó el estudio. No es factible proponer un aumento en el caudal de base del acuífero y cambiar pastizales por bosques, pues los usos de suelo ubicados en la zona de recarga del agua subterránea durante el período de trabajo generan servicios ambientales hidrológicos satisfactorios. Se propone que la conservación de los bosques debe ser apoyada, pero no como el ecosistema en el que se infiltra más agua, sino como el uso del suelo más cercano a mantener buenos y estables servicios hidrológicos en el largo plazo.

La gestión de los pastizales es más vulnerable a los cambios rápidos en respuesta a las modificaciones en la situación socioeconómica de los agricultores. Los resultados hidrológicos indican que el suministro de agua corriente a los usuarios del agua de las tierras bajas está en su máximo nivel. Esto implica que el aprovechamiento del vital líquido debe ser regulado y distribuido de manera más eficiente, en lugar de basarse en el aumento de la disponibilidad.

La aplicación de una política PSAH local es parte de un plan más complejo para enfrentar el problema de abastecimiento de agua informado por las comunidades. Esta estrategia debe tener en cuenta varias acciones como la protección de la zona de recarga de aguas subterráneas, la construcción de infraestructura hidráulica eficiente, la mejora de la organización local y el control del crecimiento demográfico.

 

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

 

Contribución por autor

Jorge Luis Chagoya Fuentes: ejecución de la investigación, captura de datos y análisis estadístico; Carlos Mallén Rivera: conceptualización, estructuración, corrección y edición del manuscrito; Morag A. McDonald: formulación, planeación y desarrollo de la investigación; Francisco Jiménez Otarola: formulación, planeación y desarrollo de la investigación; Muhammad Akbar Ibrahim: análisis estadístico, ajuste de los modelos probados; Lourdes Velázquez-Fragoso: análisis de resultados, revisión del manuscrito e incorporación de correcciones; Francisco Becerra-Luna: revisión técnica del texto y análisis biblográfico.

 

Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento al PhD. Sampurno Bruijnzeedl, al PhD. Andreas Nieuwenhuyse, al M. Sc. Ney Ríos y al cuerpo de apoyo de la Unidad de Ganadería y Manejo Ambiental del CATIE, Costa Rica, por su invaluable asesoría. A los miembros de la School of the Environment and Natural Resources de Bangor University, Reino Unido de la Gran Bretaña, por su orientación. Al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (NIFAP), al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), a la Fundación Produce de Veracruz y a la Comisión Nacional Forestal (Conafor) por su apoyo financiero, que fue fundamental. Al Ing. Jesús Zenil Méndez, Presidente Municipal de Tepetzintla, por su visión para enfrentar un problema político bajo un punto de vista científico. Y, finalmente, a los señores Alberto de la Cruz y Loreto de la Cruz por su ayuda en el trabajo de campo y en la captura de datos. El artículo se enmarca en el proyecto Valoración y optimización de los esquemas del pago de servicios ambientales en ecosistemas forestales de México (Fondos Fiscales INIFAP).

 

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