The role of vegetation covers on soil wetting processes at rainfall event scale in scattered tree woodland of Mediterranean climate

Abstract

Se reconoce que el agua del suelo es el factor clave que controla la organización y el funcionamiento de los ecosistemas de las tierras secas. Sin embargo, a pesar de su gran importancia en procesos ecohidrológicos así como en aplicaciones de modelización, la mayoría de los estudios se centran en escalas de tiempo diarias o más largas, mientras que su dinámica en escalas de tiempo más cortas es muy poco conocida. El principal objetivo de este trabajo fue determinar el papel de las cubiertas vegetales (pastos y copas de árboles) en la respuesta hidrológica del suelo mediante mediciones con alta resolución temporal en bosques de roble siempreverde de clima mediterráneo. Para ello, se midió el contenido de agua del suelo con sensores capacitivos instalados en el perfil del suelo a diferentes profundidades registrando continuamente con una alta resolución temporal. Se monitorearon tres áreas de estudio durante dos años y medio hidrológicos. Los resultados obtenidos revelaron que las cantidades de agua de lluvia que llegan al suelo pueden ser modificadas temporalmente por las cubiertas de acuerdo con las propiedades de la precipitación y las condiciones antecedentes (de seco a húmedo) antes del episodio de lluvia. Las cantidades de lluvia que desencadenaron una respuesta hidrológica positiva del suelo disminuyeron a medida que los estados iniciales se volvieron más secos, acentuándose más debajo de las copas de los árboles. La frecuencia de los ciclos de rehumidificación y los estados antecedentes parecen ser tan importantes o incluso más que la duración o la cantidad de precipitación. Por lo tanto, el papel de la vegetación fue más decisivo en condiciones ambientales más secas, donde los eventos inferiores a 6 mm y 2 mm nunca provocaron una respuesta hidrológica del suelo ni debajo de la copa de los árboles ni en los pastizales, respectivamente. Esto es importante porque las condiciones iniciales eran independientes de la estacionalidad y porque más de la mitad de todos los eventos de lluvia registraron cantidades menores a 5 mm. Si los cambios en los patrones de precipitación se traducen en condiciones más secas, el predominio de tales situaciones podría tener importantes consecuencias ecohidrológicas en los ecosistemas semiáridos.

Soil water is recognized as the key factor that controls the organization and functioning of dryland ecosystems. However, in spite of its great importance in ecohydrological processes as well as in modelling applications, most of the studies focus on daily or longer timescales, while its dynamics at shorter timescales are very little known. The main objective of this work was to determine the role of vegetation covers (grassland and tree canopy) in the soil hydrological response using measurements with high temporal resolution in evergreen oak woodland with Mediterranean climate. For this, soil water content was measured with capacitive sensors installed in the soil profile at different depths registering continuously with a high time resolution. Three study areas were monitored for two and half hydrological years. Results obtained revealed that rainwater amounts reaching the soil may temporarily be modified by covers according to precipitation properties and antecedent conditions (from dry to wet) before the rain episode. Rainfall amounts triggering a positive soil hydrological response decreased as initial states became drier, being more accentuated below tree canopies. The frequency of re-wetting cycles and the antecedent states seem to be as important or even more than either the duration or the precipitation amount. Therefore, the role of vegetation was more decisive under drier environmental conditions, where events lower than 6mm and 2mm never caused soil hydrological response either below tree canopy or grassland, respectively. This is important because initial conditions were independent of seasonality and because more than half of all rainfall events registered amounts smaller than 5mm. If changes on precipitation patterns turn out in drier conditions, the predominance of such situations could have important ecohydrological consequences in semiarid ecosystems.