Ecohydrological relations in a wild cherry tree plantation for timber production

Abstract

Els diferents treballs presentats en aquesta tesi han permès aprofundir en diversos aspectes relacionats amb el maneig de plantacions de cirerer per a fusta de qualitat en un context mediterrani, així com en uns altres més purament relacionats amb processos hidrològics, fisiològics o ecològics i amb la metodologia utilitzada per la mesura d'aquests. En el primer capítol es van testar els efectes que poden tenir sobre la producció de fusta el tipus de sòl (argilenc amb escàs percentatge d'elements gruixuts, enfront de sorrenc amb elevat percentatge d'elements gruixuts), el reg per degoteig (reg enfront de no reg) i el llaurat del sòl (llaurat mecànic enfront de vegetació espontània). Els resultats van mostrar que tant el tipus de sòl com el reg van tenir efectes significatius, mentre que el llaurat de sòl no va suposar increments notables en el increment en el volum de fusta. L'extrapolació dels resultats a tot el torn de plantació va permetre establir que, si la tendència observada es manté, el torn de plantació pot ser massa elevat per al sòl de tipus sorrenc, mentre que s'aconseguiria una reducció del voltant de deu anys al aplicar el reg, independentment del tipus de sòl. D'altra banda, la valoració econòmica i ecològica dels resultats del llaurat del sòl va permetre establir una forta reducció dels costos associats i una alta diversitat de la vegetació herbàcia acompanyant, amb els beneficis associats que aquesta última podria portar amb si. En el següent capítol es va estudiar la partició de la pluja amb un disseny experimental d'alta resolució espacial i temporal (que va permetre estudiar els processos a diferents escales), i amb un seguiment de l'estructura forestal i el clima com a possibles factors explicatius. Mentre que certes pluges d'escassa magnitud van provocar elevades intercepcions de pluja, els resultats a escala global (acumulat per a tot el període d'estudi) van indicar una baixa capacitat d'intercepció de la plantació, amb el que això pot suposar en matèria de reg. Des del punt de vista metodològic, es va posar de manifest que deu pluviòmetres per mesurar la trascolaciò són suficients per recollir la variabilitat espacial d'aquesta variable a l'escala global. En el tercer i quart capítol així com en l'annex, es va avaluar la transpiració i la seva relació amb variables ambientals (evapotranspiraciò i contingut hídric del perfil de sòl) i estructurals de la vegetació, d'una banda, i diversos aspectes metodològics relacionats amb l'us de sensors de flux de saba per estimar la transpiració, per una altra. Com a resultats més importants, es va posar de manifest el control estomàtic de la transpiració per a rangs concrets de contingut hídric del sòl, així com de la utilitat de les podes per millorar l'eficiència en l'ús de l'aigua a escala de plantació (capítol 3). En relació als aspectes metodològics, es va confirmar que alguns mètodes àmpliament utilitzats en altres espècies per estimar l'àrea conductora no van ser vàlids per a l'espècie estudiada. D'altra banda, es van establir els perfils radials i azimutals de la densitat de flux de saba (capítol 4) i es va comprovar que no considerar la variació que l'àrea conductora té al llarg del període vegetatiu pot suposar importants errors en l'estimació de la transpiració (annex). Finalment, en el capítol cinc, gràcies a l'us d'isòtops estables de l'aigua, es va arribar a la conclusió que, encara que les arrels fines dels arbres es van presentar al llarg del tot el perfil de sòl (0-100 cm), l'extracció principal d'aigua en l'època vegetativa es va produir fonamentalment de les capes superficials, unes vegades a 25 cm de profunditat i unes altres a menor profunditat. Aquest patró d'extracció d'aigua, juntament amb el similar observat per a la vegetació herbàcia acompanyant, va semblar indicar una competència per l'ús de l'aigua entre els arbres i les herbàcies. D'altra banda, els resultats en el sòl de pitjor qualitat agronòmica (el de tipus sorrenc indicat en el primer paràgraf d'aquest resum), amb taxes transpiratives molt baixes en les condicions de no reg, van indicar que la tècnica isotòpica podria ser no adequada en aquestes condicions, on la mescla de les aigües del xilema i floema invalidaria l'assumpció inicial de la relació directa entre l'aigua de xilema i l'aigua del sòl.

Los diferentes trabajos presentados en esta tesis han permitido profundizar en diversos aspectos relacionados con el manejo de plantaciones de cerezo para madera de calidad en un contexto mediterráneo, así como en otros más puramente relacionados con procesos hidrológicos, fisiológicos ó ecológicos y con la metodología utilizada para el monitoreo de éstos. En el primer capítulo se testaron los efectos que pueden tener sobre la producción de madera el tipo de suelo (arcilloso con escaso porcentaje de elementos gruesos frente a arenoso con porcentaje elevado de elementos gruesos), el riego por goteo (riego frente a no riego) y el laboreo del suelo (laboreo mecánico frente a vegetación espontánea). Los resultados mostraron que tanto el tipo de suelo como el riego tuvieron efectos significativos, mientras que el laboreo no supuso incrementos notables en el volumen maderable. La extrapolación de los resultados a todo el turno de plantación permitió establecer que, si la tendencia observada se mantiene, el turno de plantación puede ser demasiado elevado para el suelo de tipo arenoso con porcentaje elevado de elementos gruesos, mientras que se lograría una reducción de alrededor de diez años al aplicar el riego, independientemente del tipo de suelo. Por otra parte, la valoración económica y ecológica de los resultados del laboreo del suelo permitió establecer una fuerte reducción de los costes asociados y una alta diversidad de la vegetación herbácea acompañante, con los beneficios asociados que esta última puede traer consigo. En el segundo capítulo se estudió la partición de la lluvia con un diseño experimental de alta resolución espacial y temporal, además de un seguimiento de la estructura forestal y las variables meteorológicas como posibles factores explicativos de la variabilidad espacio-temporal. Mientras que ciertas lluvias de escasa magnitud provocaron elevadas pérdidas por interceptación, los resultados para todo el periodo de estudio indicaron una baja capacidad de interceptación de la plantación, con lo que ello puede implicar en materia de riego. Desde el punto de vista metodológico, se puso de manifiesto que diez pluviómetros son suficientes para recoger la variabilidad espacial de la trascolación a escala de parcela. En el tercer y cuarto capítulos, así como en el anejo, se evaluó la transpiración y su relación con las variables ambientales (evapotranspiración y contenido hídrico del perfil de suelo) y estructurales de la vegetación. Así mismo, se analizaron diversos aspectos metodológicos relacionados con el empleo de sensores de flujo de savia para estimar la transpiración. Como resultados más destacables se puso de manifiesto el control estomático de la transpiración para rangos concretos de contenido hídrico del suelo, así como de la utilidad de las podas para mejorar la eficiencia en el uso del agua a escala de plantación (capítulo 3). En lo que se refiere a los aspectos metodológicos, se confirmó que algunos métodos ampliamente utilizados en otras especies para estimar el área conductora, no fueron válidos para la especie estudiada. Por otro lado, se establecieron los perfiles radiales y azimutales de la densidad de flujo de savia (capítulo 4) y se comprobó que no considerar la variación a lo largo del período vegetativo del área conductora puede suponer importantes errores en la estimación de la transpiración (anejo). Por último, en el capítulo cinco, gracias al empleo de isótopos estables del agua, se llegó a la conclusión de que, aunque las raíces finas de los árboles se localizaron a lo largo del todo el perfil de suelo (0-100 cm), la extracción de agua durante el período vegetativo se produjo principalmente de las capas más superficiales, unas veces a 25 cm de profundidad y otras a menor profundidad. Este patrón de extracción de agua, junto con un patrón similar observado para la vegetación herbácea acompañante, pareció indicar una competencia por el uso del agua entre los árboles y las herbáceas. Finalmente, las tasas transpirativas tan bajas obtenidas en condiciones de no riego en los árboles situados en el suelo de peor calidad agronómica (el de tipo arenoso indicado en el primer párrafo de este resumen), indicaron que la técnica isotópica podría ser no adecuada en dichas condiciones, ya que una posible mezcla de las aguas del xilema y floema, en estas condiciones de estrés severo, invalidaría la asunción inicial del método de una relación directa entre el agua del xilema y el agua del suelo.

All different works presented in this thesis have allowed a further study of some of the main aspects related to the management of wild cherry tree plantations for timber production under Mediterranean climatic conditions. Moreover, key hydrological, physiological and ecological processes have been monitored and the methodology used for that purpose tested. Within the first chapter, the potential effects of soil type (clay-loam texture with negligible presence of gravels versus sandy-loam texture with high proportion of gravels), irrigation (drip irrigation versus rainfed conditions) and soil tillage (soil tillage versus spontaneous herbaceous plants leaved to grow) on timber volume were tested. Results showed that both soil type and irrigation had significant effects on the timber volume increase, whereas soil tillage did not. Extrapolation of these results to the future allowed setting that, if the observed tendency is maintained, the rotation length will be too high for the sandy soil, whereas a reduction of ten years in the rotation length will be obtained if irrigation is applied, regardless the soil type. On the other hand, the economic and ecological assessment of soil tillage results allowed establishing a strong reduction of the associated costs and high herbaceous vegetation diversity, with the potential related benefits the latter could imply. In the following chapter rainfall partitioning was studied by using an experimental design of high spatial and temporal resolution, together with the monitoring of forest structure and climate variables as potential driving factors. While certain rainfall events of low magnitude caused high interception losses, results at global scale (the accumulated value for the whole study period) indicated a low rainfall interception capacity for the plantation. From a methodological point of view, it was showed that ten tipping buckets were sufficient to collect the spatial variability of throughfall at the global scale. Within chapters three and four and in the annex, stand transpiration and its dependency with environmental (evapotranspiration and soil water content) and forest structural variables were assessed in one hand, and in the other, certain methodological aspects related to the use of sap flow sensors were evaluated. As for the most relevant results, the linear relationship between transpiration and soil water content, and the ability of branch pruning to improve the water use efficiency at stand scale, are highlighted (chapter 3). With regards to methodological aspects, it was confirmed that some methods widely used in other species to estimate the sapwood area were not suitable for the specie under study. In addition, radial and azimuthal profiles of the sap flux density were defined (chapter 4), and it was confirmed that the non consideration of the variation of the sapwood area along the vegetative period may cause relevant errors in the transpiration estimates (annex). Finally, in chapter five, thanks to the use of stable water isotopes, it could be concluded that, even though fine tree roots were observed all through the soil profile (0-100 cm), the root water extraction during the vegetative period was mainly obtained from soil superficial layers, sometimes from 25 cm depth, and some other times from more superficial depths. This water uptake pattern for wild cherry tree, together with that similar one observed in the spontaneous vegetation, is likely to be an indication of water use competence between trees and herbaceous plants. On the other hand, results from the lowest agronomic quality soil (that of sandy texture indicated in the first paragraph of this summary), with very low tree transpiration rates under rainfed conditions, seemed to indicate that water isotopes technique can be inadequate for such conditions, where the mixture of xylem and phloem waters may invalidate the assumption of a direct linkage between xylem and soil waters.