Comparison of two methodologies used to estimate erosion rates in Mediterranean ecosystems: 137Cs and exposed tree roots

Abstract

The 137Cs deposited in soil and exposed tree roots have been widely applied to estimate medium-term soil erosion rates. However, comparative studies between these methods are scarce. For this purpose, three hillsides in two Mediterranean dehesas (rangeland with disperse tree cover) were selected. Regarding the 137Cs technique, a reference site close to the study areas and with similar altitude and rainfall was selected. In order to reduce uncertainties related to the use of point soil profiles, all those collected in an area were combined to form a representative composite profile. The total inventory was 2790 ± 50 Bq/m2, and the relaxation coefficient indicated it was an undisturbed soil. The radiocaesium inventory in the study areas was 14–23% lower than in the reference area. The erosion rates for 137Cs were in the range 20.9–38.1 t ha− 1 y− 1. The exposed root technique was applied to holm oak trees (age about 90 years), and the erosion rates were in the range 22–34 t ha− 1 y− 1. The ratio between exposed root and 137Cs techniques was 1.02 ± 0.11 (S.D.) within the range 0.89–1.2. Both methods produced very similar results equally with respect to the mean erosion rate as well as the relative difference between the hillslope sections, i.e. displaying the same spatial variation in the study areas. As the accounting time for these two techniques is different, 50 and 90 y for 137Cs and exposed roots respectively, results suggest that no change in mid-term erosion rates was implied for these areas for almost a century. The use of 137Cs and exposed roots methodology for the determination of mean erosion rates can be reproduced in other ecosystems, but a careful selection of the reference site for 137Cs is essential.

El 137Cs depositado en el suelo y en las raíces expuestas de los árboles se ha aplicado ampliamente para estimar las tasas de erosión del suelo a medio plazo. Sin embargo, los estudios comparativos entre estos métodos son escasos. Para ello, se seleccionaron tres laderas en dos dehesas mediterráneas (pastizales con cubierta arbórea dispersa). En cuanto a la técnica del 137Cs, se seleccionó un lugar de referencia cercano a las zonas de estudio y con una altitud y pluviometría similares. Para reducir las incertidumbres relacionadas con el uso de perfiles de suelo puntuales, se combinaron todos los recogidos en una zona para formar un perfil compuesto representativo. El inventario total era de 2790 ± 50 Bq/m2, y el coeficiente de relajación indicaba que se trataba de un suelo inalterado. El inventario de radiocaesio en las zonas de estudio era entre un 14 y un 23% inferior al de la zona de referencia. Las tasas de erosión para 137Cs estaban en el rango 20,9-38,1 t ha- 1 y- 1. La técnica de raíz expuesta se aplicó a encinas (edad aproximada 90 años), y las tasas de erosión se situaron en el rango 22-34 t ha- 1 y- 1. La relación entre las técnicas de raíz expuesta y 137Cs fue de 1,02 ± 0,11 (S.D.) dentro del rango 0,89-1,2. Ambos métodos produjeron resultados muy similares tanto con respecto a la tasa de erosión media como a la diferencia relativa entre las secciones de ladera, es decir, mostrando la misma variación espacial en las áreas de estudio. Dado que el tiempo de contabilización de estas dos técnicas es diferente, 50 y 90 y para 137Cs y raíces expuestas respectivamente, los resultados sugieren que no hubo cambios en las tasas de erosión media para estas áreas durante casi un siglo. El uso de la metodología del 137Cs y de las raíces expuestas para la determinación de las tasas medias de erosión puede reproducirse en otros ecosistemas, pero es esencial una cuidadosa selección del lugar de referencia para el 137Cs.