ESTADO DEL ARTE LAS PLANTACIONES FORESTALES Y EL AGUA

INFOR - FIA 2013 INSTITUTO FORESTAL

ESTADO DEL ARTE LAS PLANTACIONES FORESTALES Y EL AGUA

Paola Jofré1 Carlos Büchner Roberto Ipinza Carlos Bahamondez Santiago Barros Pablo García Jorge Cabrera

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Ingeniera Forestal. Dra. (c) Coordinadora Grupo de Investigación Agua. Sede Los Ríos, Instituto Forestal [email protected]

INSTITUTO FORESTAL

Instituto Forestal Sede Los Ríos Fundo Teja Norte s/n, Valdivia, Chile. Teléfono: (56- 63) 335200. Fax: (56- 63) 218968 www.infor.cl ISBN N° 978-956-318-088-6

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CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO

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1.- INTRODUCCIÓN

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2.- METODOLOGÍA 2.1.- Matriz de Marco Lógico 2.2.- Definición del Árbol del Problema

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3.- MARCO CONCEPTUAL 3.1.- Ciclo Hídrico. El Agua en el Ecosistema Terrestre 3.2.- Balance Hídrico. Entradas y Salidas del Sistema Hídrico 3.3.- Redistribución de las Precipitaciones. Influencia de la Vegetación en la Dinámica Hídrica

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4.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN INTERNACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN PLANTACIONES FORESTALES 4.1.- Algunos Estudios de Caso 4.2.- Algunos Resultados 4.3.- Conclusiones

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5.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN NACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN LAS PLANTACIONES FORESTALES 5.1.- Antecedentes 5.2.- Investigaciones Desarrolladas en Torno al Balance Hídrico 5.3.- Investigaciones Desarrolladas en Torno a la Influencia del Manejo en Plantaciones 5.4.- Investigaciones desarrolladas en Torno a la Eficiencia en el Consumo de Agua 5.5.- Desarrollo de Otras Investigaciones 5.6.- Líneas de Investigación Apoyadas por CONICYT

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6.- ANÁLISIS Y CURSOS DE ACCIÓN 6.1.- Análisis del Estado del Arte 6.2.- Cursos de Acción

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7.- RECONOCIMIENTOS

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8.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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APÉNDICE 1. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DE MARCO LÓGICO EN EL TEMA DE LA RELACIÓN AGUA PLANTACIONES DE EUCALIPTOS

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APENDICE 2. LISTADO DE INVESTIGACIONES ENCONTRADAS, RELACIONADAS CON EL TEMA AGUA Y PLANTACIONES EN CHILE

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RESUMEN EJECUTIVO

La opinión pública suele tener la percepción que las bajas disponibilidades de agua que se producen en algunas épocas en diferentes zonas rurales del país, se deberían al incremento de las plantaciones forestales y, en especial, de aquellas de eucaliptos. Teniendo presente que las plantaciones forestales en Chile son de gran importancia en el desarrollo económico, social y ambiental, es de indudable importancia abordar científicamente este tema, dado que son diversas las variables que inciden en las disponibilidades hídricas, como los recurrentes períodos de sequía que caracterizan al clima del país, los cultivos agrícolas y forestales, la vegetación natural, las demandas de otras actividades humanas y variaciones en los regímenes pluviométricos originadas en el cambio climático global que ya se estarían manifestando en el país. Toda cubierta vegetal requiere agua para su subsistencia, sea un bosque nativo, una plantación forestal o cualquier cultivo agrícola. Sabido es que una cubierta vegetal en mayor o menor medida protege los suelos y regula el ciclo hidrológico, previniendo así la erosión, las inundaciones ante eventos climáticos extremos y asegurando agua de mejor calidad, no obstante es insuficiente el conocimiento actual sobre consumo de agua, en particular de las formaciones boscosas, aunque estas no requieren de riego. El Instituto Forestal (INFOR), con el apoyo de la Fundación para la Innovación Agraria (FIA) y del Grupo Ambiental de Empresas Forestales agrupadas en la Corporación Chilena de la Madera (CORMA), han acordado analizar este tema, que se ha abordado en base a la metodología de la Matriz de Marco Lógico, con el fin de definir y plantear en la materia lineamientos de corto, mediano y largo plazo, bajo una perspectiva ecosistémica y multidisciplinaria. La hipótesis general de trabajo para enfrentar el tema es que la disminución de la oferta de agua superficial y subterránea tendría relación con las plantaciones forestales. La primera etapa abordada y motivo principal del presente trabajo es la conceptualización del problema, su análisis bajo la metodología indicada y la revisión del estado del arte en la bibliografía nacional e internacional disponible en distintas fuentes, respecto de la relación agua plantaciones forestales y, en especial, en lo referente a plantaciones de eucaliptos. De la revisión de estado del arte se concluye que la información disponible es insuficiente y muy variada en cuanto a especies en las plantaciones, variables de estado de estas, condiciones de suelo y clima donde se ubican, y metodologías utilizadas para medir diferentes variables en torno al consumo de agua que representan. La principal variable respuesta que se intenta usar es unidades de volumen de agua necesarias para la producción de unidades de volumen de madera, no obstante los resultados obtenidos por algunos trabajos son muy dispares respecto de estos montos y a menudo no resultan comparables por corresponder a especies, sitios, manejo y edades diferentes y a metodologías y periodos de evaluación disímiles.

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En términos generales, diferentes autores en distintos países indican que entre las principales variables que intervienen en la relación agua-plantaciones forestales están los montos de precipitación anual, la especie, las variables de estado del rodal, las características de los suelos, la topografía y la proporción y distribución de la superficie plantada en una cuenca determinada. Entre las variables de estado del rodal están principalmente la edad, la densidad y el manejo (raleos, podas). Las condiciones de sitio (clima y suelo) no son modificables, por tanto solo quedan disponibles herramientas de ordenación territorial y de silvicultura para el manejo de una cuenca en función del ciclo hidrológico local. En regiones de Chile y en diferentes regiones del mundo en donde las plantaciones forestales han adquirido gran importancia, tanto en términos económicos como sociales y ambientales, en muchos casos los recursos hídricos pueden ser críticos y generar conflictos de intereses entre distintas actividades humanas. El cambio climático global que se avecina en tanto, no haría sino agravar este tipo de situaciones, razón por la que el sector forestal debe abordar el tema con aquellas herramientas técnicas que le sean propias. Sin embargo, el actual nivel de conocimientos sobre la relación agua-plantaciones forestales no permite un enfoque técnicamente fundado, en términos de ordenamiento territorial y manejo silvícola apropiado, ante situaciones en la que no solo se requiere optimizar el manejo forestal sino también el de los recursos hídricos asociados. Surge así claramente la necesidad de iniciar estudios científicos de largo plazo, conducentes a determinar los requerimientos hídricos de las plantaciones forestales en sus diferentes zonas de crecimiento en el país, trabajos que exigirían una red de parcelas experimentales de monitoreo, suficiente para cubrir las diversas condiciones de sitio en las se practican estos cultivos forestales, en las cuales se determinen los requerimientos de las especies más usadas en función de sus alternativas de manejo silvícola.

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1.- INTRODUCCIÓN

La forestación con especies exóticas de rápido crecimiento es un proceso que se inició en Chile a comienzos del siglo pasado y constituye hoy un componente característico del paisaje rural en el país. Posteriormente, la necesidad de incorporar a la economía extensas superficies de suelos que presentaban elevados niveles de erosión y una política pública estable de fomento a la forestación, que además hace obligatoria la reforestación, generaron un aumento considerable de las plantaciones forestales en los últimos 40 años. Las plantaciones en Chile abarcan 2,4 millones de hectáreas a diciembre del año 2011, corresponden al 3,1 % de la superficie nacional (INFOR, 2012) y se distribuyen entre los 29° 57` LS (Región Coquimbo) y 45° 24` LS (Región de Aysén), zona que dada su amplitud latitudinal posee condiciones de clima y suelo muy variadas. En relación al clima, estas plantaciones están establecidas en condiciones de precipitación que oscila entre 200 y 3.500 mm anuales, con una distribución temporal de periodos estivales de altas temperaturas y bajas precipitaciones correspondientes a un clima mediterráneo. El Banco Mundial (2011), en su informe sobre el Diagnóstico de la Gestión de los Recursos Hídricos en Chile, indica que se hace necesario mejorar la red de monitoreo y sistema de información y hace hincapié en que, pese a que hay una gran cantidad de datos, estudios e informes para el sector del agua disponibles, hay deficiencias en la cobertura, calidad y accesibilidad de la información. La información en aspectos institucionales no es fácilmente accesible y se realizan relativamente pocos estudios de los aspectos económicos, incluyendo análisis de las opciones de política. El interés sobre este tema, si bien ha estado presente desde hace mucho tiempo en la discusión nacional, finalmente se materializa en el año 2012, cuando a través de reuniones de coordinación público-privadas, el equipo de investigación INFOR inicia trabajos con el GAEF (Grupo Ambiental de Empresas Forestales, que coordina CORMA y que agrupa a las principales empresas forestales del país). En estas reuniones se ha discutido sobre el árbol del problema que relaciona las plantaciones y el agua, determinando además el árbol de medio y fines, bajo la metodología de la Matriz de Marco Lógico. La primera tarea en el avance para enfrentar el tema ha sido la revisión del estado del arte de la investigación en Chile en la materia y, a través de un Convenio de Colaboración entre INFOR y FIA, se ha financiado esta primera actividad, que tiene como meta final formular un proyecto para un Programa Cooperativo de Monitoreo de Microcuencas en plantaciones de eucaliptos en primera instancia. El propósito de este informe es analizar el trabajo y los avances en investigación realizada en Chile sobre las relaciones entre las plantaciones forestales a gran escala y su relación con el ciclo del agua, analizando los posibles impactos, las principales líneas de investigación y la localización geográfica de los ensayos más importantes. El informe tiene un enfoque referencial para una

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futura propuesta de investigación a nivel nacional en relación a las plantaciones y el agua, en el ámbito del monitoreo, y toma como referencia un período de estudio a partir de los años 80 del siglo pasado. Con el objetivo de entender los conceptos, estudios y resultados de las investigaciones y proyectos realizados en Chile a la fecha, se elabora este marco teórico en función de las líneas de investigación encontradas principalmente en las bases de datos de universidades, en revistas científicas y bibliotecas de instituciones, y de fondos de investigación a nivel nacional. Las líneas de investigación, que en primera instancia correspondía solo a eucaliptos, se debieron ampliar a plantaciones forestales, dado que durante la búsqueda de información quedó en evidencia que los estudios no solo se realizan en eucaliptos sino que abarcan también plantaciones de Pinus radiata. Estas líneas buscan determinar el balance hídrico en plantaciones forestales, principalmente de pino (Pinus radiata) y eucalipto (Eucalyptus spp.), de distintos nieles de cobertura del suelo, y definir su eficiencia en el uso de agua. Sumado a esto, se hace mención de otras líneas de investigación en torno al agua, orientadas a variables de modelación, variaciones en el tiempo, calidad y gestión integrada, que pueden apoyar y orientar nuevas líneas de investigación. Se espera que con este aporte sobre el estado del arte en la materia sea posible, en el mediano plazo, llegar a realizar una clasificación de los rodales desde el punto de vista de su funcionalidad y de sus efectos sobre el sistema natural, para llegar finalmente a plantear propuestas de monitoreo que influyan sobre el manejo de las plantaciones si es necesario, como se plantea finalmente, en el análisis del informe y de los lineamientos o cursos de acción futura en relación a los recursos agua y ecosistemas forestales de plantaciones.

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2.- METODOLOGÍA

2.1.- Matriz de Marco Lógico La metodología de Matriz de Marco Lógico es una herramienta que permite facilitar el proceso de conceptualización, diseño, ejecución y evaluación de proyectos. El objetivo de esta metodología se centra en los objetivos, en los grupos de interés y en facilitar la participación de estos. Se trata de un conjunto de conceptos interdependientes que describe, de modo operativo y en forma de matriz, los aspectos más importantes de una intervención, facilitando el seguimiento y la evaluación de cada fase del tema. Esta metodología permite estructurar los contenidos de la intervención y ayuda a sistematizar la experiencia, teniendo como base los objetivos, los resultados y las actividades de una intervención, además de las relaciones causales, después de analizar los problemas, los objetivos (medios y fines) y las posibilidades o alternativas de solución.

2.2.- Definición del Árbol del Problema La relación entre el ecosistema forestal y la disponibilidad de agua ha sido motivo de discusión por largo tiempo. En este caso, el árbol del problema es construido gráficamente e identifica el problema, sus causas y efectos (Figura 1) (Apéndice 1). Al utilizar la metodología del Árbol del Problema para describir el tema como tal, se debe hacer el planteamiento siempre en negativo, sin que esto signifique un juicio de valor sino parte del método. Es así que, después de algunas jornadas de discusión y análisis de las componentes de este árbol, se logró definir el problema como tal, identificado como la “Disminución de la oferta de agua superficial y subterránea y su relación con ecosistemas forestales”, para este problema se identificaron los efectos y causas asociadas. Bajo esta metodología se sustenta la construcción del marco conceptual y estado del arte de la investigación hídrica forestal en Chile. Si bien existe una amplia gama de investigaciones realizadas en el país, esta no está sistematizada, es sesgada y no permite una comparación objetiva entre los estimadores usados. La búsqueda de información permitirá dilucidar estos aspectos y, especialmente, consolidar la información existente y analizarla en profundidad, dando la posibilidad de ampliar la búsqueda e incrementar la base de datos. Más antecedentes respecto del árbol del problema y del árbol de medios y fines en Apéndice 1.

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EFECTOS Disminución fertilidad del suelo

Aumento de la Pobreza

Disminución capacidad retención de agua del suelo

Aceleración Procesos de Erosión Cambio Otro uso del suelo

Población cambia de especie o no planta

Opinión pública desinformada

Conflicto por uso y acceso al agua

Incertidumbre del efecto de las plantaciones en la disponibilidad del agua

Prácticas Productivas Forestales inadecuadas (Plantaciones-Bosque Nativo)

Aumento demanda de agua Malas técnicas manejo cursos de agua

Malas técnicas silvícolas

Malas técnicas construcción de caminos

No existe evidencia científica que relacione las plantaciones con el agotamiento de agua

Prácticas Productivas Agrícolas inadecuadas Inadecuada selección del tipo de cultivo agrícola

CAUSAS Figura 1 ÁRBOL DEL PROBLEMA

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Disminución de la rentabilidad/Costo de oportunidad de otros servicios ecosistémicos

DISMINUCIÓN DE LA OFERTA DE AGUA SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEA Y SU RELACIÓN CON ECOSISTEMAS FORESTALES

Concentración y crecimiento de la población Ruralidad de subsistencia

Disminución de la producción agrícola

Pérdida vegetación boscosa

Conflicto de intereses entre sectores (agrícolaganadero y forestal)

PROBLEMA

Escasa Normativa /Aspectos legales

Aumento de la frontera agrícola

Inapropiadas prácticas de habilitación

Sin manejo cursos de agua

Información científica disponible, no está sistematizada

No hay estudios científicos estandarizados y comparables a escala espacial importante

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3.- MARCO CONCEPTUAL La hidrología, en su sentido más amplio, se define como la parte de las ciencias naturales que estudian las aguas, también algunos autores indican que es la ciencia que trata del agua en la tierra, su incidencia, circulación y distribución, sus propiedades físicas y químicas y sus relaciones con el medio (Martínez y Navarro, 1996). Según estos antecedentes, se deduce que el objetivo principal es el estudio del Ciclo del Agua y sus transformaciones en los diferentes medios (océanos, relieve terrestre, atmósfera, subsuelo, entre otros). Cuando el estudio del agua se centra en un medio en particular, aparecen distintas disciplinas, entre ellas la hidrología forestal que centra su área de estudio en los bosques. La hidrología forestal trata de las relaciones entre el agua, el suelo, la morfología del territorio y la vegetación, dentro de una unidad de estudio denominada cuenca, resaltando el papel de la cubierta vegetal y, específicamente, del bosque como regulador y controlador en los procesos que se producen en dicha unidad. Así, el estudio del agua permite conocer cómo es su movimiento en el ecosistema terrestre, conocido como el ciclo hidrológico y cuyas interacciones se reflejan en el balance hídrico y la redistribución de las precipitaciones.

3.1.- Ciclo Hidrológico. El Agua en el Ecosistema Terrestre El agua es un elemento clave de la biósfera, es un componente fundamental para los seres vivos y es un factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas y de los servicios derivados de estos y del agua. Este vital elemento tiene gran importancia en el funcionamiento como soporte de ecosistema (Lundqvist, 2000), físico, químico y biológico (Falkenmark y Folke, 2002). Constituye el eje en torno al cual gira el manejo y la gestión de las cuencas hidrográficas y, dentro de ellas, de los distintos usos productivos, incluido el uso silvícola. Esta fase conceptual se centra en mejorar la comprensión de las interacciones entre el ciclo del agua y las plantaciones forestales. El agua es un elemento fundamental del ecosistema y de la sociedad como bien común (Gerten et al. 2004). La función ecológica del agua radica fundamentalmente en el mantenimiento de los ecosistemas que le son propios y en constituir el vehículo de transporte de nutrientes, sedimentos y vida, como un bien común cuyo uso debe conciliarse con el desarrollo sostenible de las actividades humanas en el territorio. La sociedad necesita comprender lo que sucede con el agua en su ambiente, dado que es cada vez más habitual que en distintos periodos de tiempo y lugares existan momentos de superávit o déficit, con sus respectivos impactos adversos sobre la sociedad o los ecosistemas frágiles, frente a los cuales se deben desarrollar estrategias de acción que permitan protegerlos (Ward y Trimble, 2003).

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El agua existe en la Tierra en tres estados; sólido (hielo, nieve), líquido y gaseoso (vapor de agua). Océanos, ríos, nubes y lluvia están en constante cambio. Sin embargo, al tratarse de un ciclo, la cantidad total de agua en el planeta no cambia. Así, la circulación y conservación de agua en la Tierra se denomina Ciclo Hidrológico, o ciclo del agua (Figura 2).

Figura 2 Ciclo Hidrológico

El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde la superficie del océano, por acción de la radiación solar. A medida que se eleva, el aire humedecido baja su temperatura, transformándose el vapor en agua (condensación). Posteriormente, las gotas se unen formando las nubes y si en la atmósfera se producen bajas de temperatura el agua precipita como nieve o granizo, mientras que si existe mayor temperatura caerán gotas de lluvia. Una parte del agua que llega a la superficie terrestre es aprovechada por los seres vivos, otra parte escurre por el terreno hasta llegar a un río, un lago o al océano. A este fenómeno se le conoce como escorrentía. Otro porcentaje del agua se filtra a través del suelo (percolación), formando capas de agua subterránea, conocidas como acuíferos. Finalmente, toda esta agua volverá nuevamente a la atmósfera, debido principalmente a la evaporación. Conocer el ciclo hidrológico a nivel local (cuenca) (Figura 3) y todo lo que sucede en la integración de los distintos usos de suelo, no solamente forestal, permitirá determinar el balance en una cuenca forestal (Martínez y Navarro, 1996).

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Figura 3 Las precipitaciones y el derretimiento de la nieve generan el escurrimiento del agua dando origen a ríos y aportando agua a otros ecosistemas en zonas más bajas

Los componentes del ciclo hidrológico son:

Donde:

P = In + If + Es + Ev

P: Precipitación total (mm). Precipitación meteorológica horizontal (niebla, escarcha, otros) y/o vertical (lluvia, granizo, nieve) en un periodo de tiempo. In: Intercepción (mm). Fracción de la precipitación vertical que no llega al suelo sino que queda almacenada en la vegetación y se evapora nuevamente. If: Infiltración (mm). Es la cantidad de agua o parte de la precipitación que se infiltra en el suelo y que depende de las características del mismo. Es: Escorrentía (mm). Cantidad de agua o parte de la precipitación que escurre por la superficie del terreno. Ev: Evapotranspiración real (mm). Es la parte de agua evaporada directamente del suelo o de una masa libre de agua más la tomada del suelo por vegetales y transpirada a la atmósfera.

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3.2.- Balance Hídrico. Entradas y Salidas del Sistema Hídrico El balance hídrico, es el equilibrio de todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo en un intervalo de tiempo determinado. Balance Hídrico = ∑entradas - ∑salidas Las entradas y salidas del sistema comprenden los siguientes elementos: Entradas: Precipitación, aguas subterráneas, desplazamientos de una cuenca a otra. Salidas: Evapotranspiración, evaporación, infiltración profunda que abastece a acuíferos, salidas a otras cuencas, salidas por consumo humano y/o industrial, salidas de una cuenca a otro receptor o al mar. Martínez y Navarro (1996) define este concepto basado en el principio de conservación de masas y conocido como la Ecuación de Continuidad, donde la diferencia entre las entradas y salidas establece la variación del volumen de agua almacenado en un intervalo de tiempo determinado. Otra definición lo considera como un proceso de contabilidad que se basa en el principio de conservación de masas. La idea central aplicada a cualquier sistema hidrológico es que la suma de todos los elementos de flujo puede ser igual a cero cuando los aportes y las pérdidas de agua se dan en signos opuestos y equivalentes (Lee, 1980). De manera detallada, algunos elementos del balance se describen a continuación: -

Precipitación: Corresponde al elemento de mayor influencia en los distintos usos productivos en un territorio. Esta entrada de agua se puede expresar como precipitación directa, resultante de los diferentes eventos lluviosos, o como precipitación oculta, que resulta del efecto de la captación de neblina. Una vez que la lluvia alcanza la parte superior del dosel se ponen en funcionamiento varias rutas a través de las cuales el agua alcanza varios compartimentos del sistema hasta su disposición final en los ríos o en los depósitos subterráneos. El agua que ingresa al ecosistema obedece a los períodos de lluvia asociada a la posición geográfica, a la circulación de las masas de nubes, a los vientos, a las características de la precipitación, las temperaturas, la estructura de la vegetación y el manejo del bosque, entre otros factores (Huber y Oyarzún, 1984). Las interrelaciones del bosque con los flujos de agua se inician en el momento en que la lluvia alcanza las copas de los árboles, tomando diferentes caminos en el sistema, dependiendo de los factores señalados anteriormente (Figura 4).

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Precipitación

Evaporada en Trayecto Nube - Suelo Absorbida por la Vegetación y Transpirada

Interceptada por la Vegetación y Evaporada Evaporada desde la Superficie del Suelo

Infiltrada y Almacenada en la Zona de las Raíces

Infiltrada y Percolada al Subsuelo

(Fuente: Adaptado de Jeldres, 2000)

Figura 4 DISTINTAS RUTAS QUE PUEDE TOMAR LA PRECIPITACIÓN DURANTE SU TRAYECTO

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Intercepción: Se trata del proceso donde la lluvia es atrapada y retenida por el follaje y ramas, pudiendo evaporarse o escurrir al suelo. La primera vía se manifiesta en el proceso de intercepción, por el cual una fracción de agua es retenida temporalmente por la superficie de las hojas, para luego evaporarse, escurrir nuevamente por troncos y ramas (precipitación fustal), o caer nuevamente a la superficie del suelo desde el dosel del bosque (precipitación interna). La remoción del dosel puede tener importantes efectos sobre la hidrología de un ecosistema, a veces afectando el nivel freático en áreas donde existen altas precipitaciones anuales, o reduciendo el drenaje, el escurrimiento y erosión en zonas semiáridas con escasas precipitaciones (Ruprecht et al., 1991). Debido a su gran tamaño, su compleja arquitectura, su amplia superficie que permite interceptar la lluvia y afectar sobre los componentes hídricos, los bosques influyen sobre la hidrología de los ecosistemas terrestres. La transpiración y la evaporación del dosel son las principales vías para la pérdida de agua de los ecosistemas forestales. Jones y Grant (1996) proponen que los árboles son los “ingenieros” del ecosistema, es decir, individuos que ejercen un fuerte control sobre los procesos y funciones del sistema, creando condiciones de hábitat esencial (por ejemplo, microclima) para otras especies (Figura 5). La remoción de árboles puede provocar la saturación de agua en ciertos tipos de suelos, debido a la disminución de la evapotranspiración.

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Figura 5 POSIBLES IMPACTOS DE LA COSECHA FORESTAL, QUE PUEDE GENERAR MODIFICACIONES EN LA CALIDAD DEL AGUA EN LA ZONA DE INFLUENCIA SEGÚN INTENSIDAD DE LAS LLUVIAS Y LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS

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Infiltración: Corresponde al proceso de movimiento del agua líquida que entra al suelo, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y capilares (Lee, 1980). Los factores que afectan a esta variable son elementos relacionados con las características del suelo (textura, estructura, porosidad), la vegetación y las características de las precipitaciones. Dentro de estos factores, la porosidad es el factor más influyente del proceso, la que se puede ver reducida por la compactación, alteraciones mecánicas, reducción de la cubierta vegetal protectora y destrucción de los agregados del suelo (Lee, 1980; Martínez y Navarro, 1996). Sin descontar la influencia necesaria de los factores climáticos y geomorfológicos, tanto la infiltración como la escorrentía dependen básicamente de las características internas del suelo, tanto a nivel de sus propiedades físicas, biológicas y mineralógicas, como de su morfología general. Cuando el agua en el suelo se mueve en profundidad, el movimiento se conoce como percolación y es afectado por factores como la textura, estructura, contenido de raíces, contenido de humedad, humedad de saturación, aire atrapado, compactación y temperatura del suelo (Aparicio, 2001; Kimmnis, 1997; Martínez y Navarro, 1996).

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Escorrentía: Es el agua que escurre sobre la superficie del suelo y que se produce cuando la precipitación es alta y sobrepasa la capacidad de infiltración de este, alimenta en forma inmediata los cursos de agua (López y Blanco, 1978). Este escurrimiento superficial presenta dos externalidades negativas; es el responsable de iniciar el proceso de erosión en el suelo por acción de la fuerza del agua y constituye una fuente de pérdida de agua, ya que no forma parte del agua retenida en el suelo, sino que aporta al caudal de la red hídrica, aguas abajo.

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Dentro de los factores que regulan la escorrentía se encuentra el suelo, como elemento fundamental, y donde texturas más gruesas, como en suelos arenosos, presentan un mayor potencial de infiltración debido al mayor porcentaje de poros gruesos (Honorato, 1993). La cubierta vegetal es otro de los factores que incide en la generación de escorrentía, ya que la precipitación que llega al suelo depende en gran medida del tipo, estructura y densidad de la cubierta vegetal (Iroumé y Huber, 2000). Si bien disminuye la cantidad de agua que llega al suelo y su energía cinética, también aumenta la posibilidad de infiltración, disminuyendo la generación de escorrentía. Con respecto a la precipitación, su intensidad deberá ser mayor que la velocidad de infiltración para producir un flujo de escorrentía. Otros factores, como la fauna presente en el suelo, ayudan a oxigenar y mejorar la estructura del suelo, mezclando las fracciones minerales y orgánicas. La orientación del terreno también tiene un grado de influencia, ya que exposiciones norte (Hemisferio sur) son más cálidas, lo que deriva en tasas superiores de oxidación y descomposición de la materia orgánica, favoreciendo la generación de escorrentía (Martínez y Navarro, 1996). Aparte del suelo y sus características, como la textura, la porosidad, la estructura, el material parental, entre otras, el bosque también puede afectar los cambios en la profundidad del nivel freático, e incluso interviene directamente en la forma en que se distribuye el agua en los distintos compartimentos del sistema y en la cantidad de agua que deja en forma de corriente fluvial. En eventos extremos de precipitación se generan procesos dinámicos de escorrentía con movimiento de las aguas superficiales y arrastre de suelo y nutrientes, con el consecuente daño al suelo y su productividad. Las mejores condiciones se dan cuando la mayoría del agua de precipitación entra a ser constituyente del suelo (Figura 6).

Figura 6 ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL GENERADO POR LAS PRECIPITACIONES O POR AGUA PROVENIENTE DE AFLORAMIENTOS SUBTERRÁNEOS

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3.3.- Redistribución de las Precipitaciones. Influencia de la Vegetación en la Dinámica Hídrica El papel de los bosques en el ciclo hidrológico ha estado en discusión desde hace mucho tiempo (Andreassian, 2004). En general, los estudios relacionados con el impacto de los bosques sobre los flujos de agua se han realizado principalmente en Estados Unidos y Europa (Hornbeck et al., 1993; Robinson et al., 2003). Algunos autores (Leonard, 1965; Aussenac y Boulangeat, 1980; Donoso, 1994) concluyen que el aporte de agua a partir de las precipitaciones, depende principalmente de las características de la cubierta vegetal, que permiten la entrada de esta, su aumento o disminución y su distribución en el sistema. La redistribución de estas precipitaciones se inicia al entrar en contacto con la cubierta vegetal, produciéndose un cambio en los montos, intensidad y lugar que el agua alcanza el suelo (Huber y Oyarzún, 1992). Se divide en distintos elementos, como la intercepción, el escurrimiento fustal y la precipitación directa (Donoso, 1981; Crockford y Johnson, 1983; Pacheco, 2001). Crockford y Johnson (1983) definen la redistribución de la precipitación como un proceso complejo, que involucra un amplio rango de características vegetales (tamaño, edad, estructura física, interacción inter e intraespecífica, y variaciones estacionales en el hábito de crecimiento), como también características de las precipitaciones (intensidad, duración y ángulo de contacto con la vegetación) (Figura 7).

Figura 7 REDISTRIBUCIÓN DE LAS PRECIPITACIONES

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Otro aspecto a considerar es la masa radicular que influye en la retención de agua y nutrientes en el suelo, la que se ve afectada muchas veces por las condiciones de compactación del suelo (O’Loughlin y Nambiar, 2001). Algunas investigaciones realizadas en torno a la redistribución de las precipitaciones se describen a continuación: -

Pérdidas de agua por intercepción: El agua retenida en el follaje y ramas, principalmente, puede ingresar al sistema o bien evaporarse y comenzar de nuevo su ciclo hidrológico (Martínez y Navarro, 1996; Brady, 2000, Iroumé y Huber, 2000). Por otro lado, el agua interceptada por las copas de los árboles provoca una redistribución desigual en el suelo forestal. Dentro de los factores que intervienen en este ciclo de intercepción resaltan las características de la vegetación; densidad, cobertura de las copas de los árboles, ángulo de las ramas en el fuste, estructura del dosel, características de los fustes y su corteza. Se debe considerar además la influencia de las características de las precipitaciones, la duración, frecuencia, intensidad y cantidad (Huber y Oyarzún, 1990; Oyarzún y Huber, 1999; Huber y Trecaman, 2000; Crockford y Richardson, 2000). Otros factores que influyen en la pérdida de agua por intercepción son las condiciones meteorológicas al comenzar los eventos de precipitaciones. La velocidad del viento durante y después de los eventos de lluvia y la temperatura y humedad del aire son también variables que afectan directamente las pérdidas de agua por intercepción (Huber y Oyarzún, 1984; Crockford y Richardson, 2000).

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Precipitación directa: La precipitación que llega al suelo a través de los claros del dosel, sumada a los aportes de la fracción que gotea desde las hojas, fustes y ramas de los árboles al interior del bosque, se denomina precipitación directa (Lee, 1980; Crockford y Richardson, 2000; Iroumé y Huber, 2000; Bonan, 2002; Davie, 2003) y dentro de los componentes del balance hídrico y redistribución de las precipitaciones es la principal variable que aporta agua al suelo, asumiendo una gran importancia en el ecosistema forestal (Almizry, 1997; Hot, 1998; Huber e Iroumé, 2001; Little, 2002). Los factores que inciden en la precipitación directa obedecen principalmente a la magnitud y frecuencia de las precipitaciones, a la acción del viento que también presenta un grado de influencia dado que sus efectos producen un aumento de los aportes de la precipitación directa. Se suman a esto las características de la vegetación presente en el lugar, que cumplen un rol igualmente importante en la cuantificación, destacando la estructura, densidad, estado de desarrollo, fenología, y tamaño de copas, entre otros factores (Viville et al., 1993; Thimonier, 1998; Crockford y Richardson, 2000). Considerando variables de árbol individual, surgen elementos estructurales que tienen relación con la precipitación directa y que pueden participar produciendo algún grado de cambio direccional del flujo de agua en el árbol, antes de producirse el escurrimiento fustal, ayudando o no al efecto del goteo desde las hojas y ramas.

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Escurrimiento fustal: Este escurrimiento se origina cuando la precipitación es interceptada por las copas de los árboles, una fracción del agua acumulada en el follaje, desciende por las ramas y el fuste de los árboles hasta llegar al suelo (Martínez y Navarro, 1996; Crockford y Richardson, 2000; Huber y Trecaman, 2000). Este aporte de agua al suelo es de gran importancia, ya que al descender a la base del árbol se transforma en aporte para el consumo de cada individuo (Huber y Oyarzún 1983 y 1990), especialmente en períodos del año de menores precipitaciones. En esta área, algunos autores señalan que al ser una entrada de agua localizada puede presentar un grado de influencia en el crecimiento y distribución espacial de las raíces (Cantú Silva y Okumuram, 1996; Steinbuck, 2002). El flujo de agua que se produce influye significativamente en la generación de escorrentía, en la reserva subsuperficial, en la distribución de la vegetación del sotobosque y en la humedad del suelo (Levia y Frost, 2003). Los factores que influyen en el escurrimiento fustal tienen relación con las características propias de los árboles, tales como el ángulo de inserción de ramas en el fuste, el tamaño del árbol, la altura desde la base a la copa, la estructura de las copas, el espesor y la forma de la corteza (Figura 8) (Crockford y Richardson, 2000; Steinbuck, 2002).

Figura 8 LA CUBIERTA VEGETAL ES UNO DE LOS FACTORES IMPORTANTES QUE INCIDE EN EL COMPORTAMIENTO DEL BALANCE HÍDRICO EN LOS ECOSISTEMAS FORESTALES

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Precipitación neta: Corresponde a la sumatoria de la cantidad total de agua que llega al suelo, considerando tanto los aportes de la precipitación directa como del escurrimiento fustal (Xiao et al., 2000). El factor que regula la precipitación neta es la precipitación directa, ya que en términos de volumen de agua realiza el mayor aporte (Oyarzún et al., 1985).

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4.- AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN INTERNACIONAL DEL CICLO HIDROLÓGICO EN PLANTACIONES FORESTALES Existe una cantidad de estudios internacionales que se han enfocado en los efectos de las plantaciones en el balance hídrico, bajo una gran variedad de climas. La competencia por los recursos hídricos se ha convertido en un problema mayor en muchos países, en donde las distintas actividades productivas deben cuantificar el uso del agua por sector, y en este contexto las plantaciones forestales han sido un centro importante de atención.

4.1.- Algunos Estudios de Casos En Argentina, por ejemplo, Licata et al. (2007) cuantificaron el consumo de agua de plantaciones de pino ponderosa (Pinus ponderosa), comparándolos con bosques nativos en la Patagonia de dicho país, esto ya que la especie representa más de un tercio de las plantaciones locales. En el estudio, dado que la especie posee tasas de crecimiento mucho mayores que las de los cipreses nativos, se pronosticaba que el consumo de agua de la especie introducida sería mucho mayor que los árboles nativos. Tras la comparación de distintas densidades de establecimiento en plantaciones y bosque nativo, los autores concluyeron que las plantaciones comerciales consumen 64 y 33 % más agua que los rodales de bosque nativo, a densidades de establecimiento alta y media, respectivamente. En China, país con la mayor área plantada con especies forestales, dada la falta de estudios relacionados con el impacto de las plantaciones comerciales en el ciclo hidrológico, Sun et al. (2006) estudiaron las posibles reducciones de escorrentía por las plantaciones en este país. Tras la aplicación de modelos hidrológicos, los autores estimaron que la reducción de la escorrentía varió entre 30 y 50 %. Sin embargo, estos autores aclaran que en general la forestación de cuencas en China abarca solo una fracción de éstas, por lo que la aplicabilidad real de los modelos es limitada. En Nueva Zelanda se han realizado numerosos estudios de conversión de bosque nativo y pastizales a plantaciones comerciales, cuantificando los efectos de dicho cambio de uso de la tierra. Entre los estudios más relevantes de dicho país resalta el realizado por Fahey y Jackson (1997), quienes evaluaron resultados de largo plazo en ambas conversiones. Para el primer caso (bosque nativo a plantaciones), pese a que se observaron diferencias significativas durante los primeros años en comparación con la cuenca control, los efectos hidrológicos de las plantaciones se observaron hasta que los pinos alcanzaron ocho años de edad, sin registrar diferencias posteriores entre las nuevas plantaciones y el bosque nativo. Sin embargo, los autores reportaron diferencias hidrológicas negativas en el largo plazo de 27 % en cuencas forestadas sobre pastizales. En Portugal, Pereira de Almeida y Riekerk (1990) evaluaron el balance hídrico de plantaciones de Eucalyptus globulus y de bosque nativo (Quercus suber), bajo la metodología de cuencas pareadas, documentando la ausencia de diferencias significativas en la evapotranspiración en el largo plazo.

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En Sudáfrica, Dye y Versfield (2007) realizaron una revisión de los estudios nacionales enfocados en los efectos de las plantaciones sobre el balance hídrico. Con más de 1,5 millones de hectáreas de plantaciones, el país depende fuertemente del sector forestal para satisfacer sus necesidades de madera, por lo que el tema es de importancia y han establecido cuencas experimentales para estudiar la hidrología de las plantaciones desde 1935, y concluyen resaltando la necesidad de establecer un sistema nacional de manejo de recursos hídricos, así como de designar áreas destinadas a la producción de agua para usos nacionales. En Estados Unidos se han desarrollado numerosos estudios en la materia. En Carolina del Norte, por ejemplo, Sun et al. (2010) evaluaron el balance hídrico de cuencas forestadas con plantaciones coetáneas de Pinus taeda (Loblolly Pine), cada cuenca con árboles de distintas edades, registrándose efectos más adversos en la medida que los árboles envejecen. Ferraz et al. (2012) evaluaron el consumo de agua de distintos tipos de plantaciones en Brasil, bajo distintas condiciones climáticas, concluyendo que las plantaciones utilizan más agua en sectores donde la disponibilidad de ésta es mayor. Finalmente, tal vez el país donde se ha desarrollado la mayor parte de los estudios sobre los efectos de las plantaciones en la hidrología de cuencas es Australia y de estos deriva la mayoría de las conclusiones en cuanto al impacto de las plantaciones en los recursos hídricos. Al igual que en Chile, la competencia por el agua ha desarrollado algunos conflictos de interés entre las distintas actividades en dicho país.

4.2.- Algunos Resultados Se podría continuar describiendo estudios desarrollados en otros países, para indicar algunos ejemplos de los efectos del establecimiento de plantaciones forestales en los recursos hídricos de una cuenca. Sin embargo, considerando más de 250 estudios en base a cuencas experimentales, se puede decir que dichos efectos siguen algunos patrones generales (Zhang et al., 2003 y 2006; Fullagar et al., 2006; Pratt Water, 2004; Stirzaker et al., 2002; Vanclay, 2009):

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Los efectos de las plantaciones en los recursos hídricos dependen de la proporción de la cuenca que se reforeste. Así, forestaciones equivalentes a 20% o menos del área de la cuenca no han mostrado un efecto significativo sobre los recursos hídricos.

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Pese a que los efectos de las plantaciones dependen de las características topográficas, geológicas y edáficas de la cuenca y de la distribución de las precipitaciones, se sabe que las plantaciones forestales no afectan el ciclo hidrológico en cuencas ubicadas en climas de precipitaciones menores (< 500 mm/año), como se indica en la Figura 9. Para climas más húmedos (>500 mm/año), los efectos de las plantaciones son mayores en la medida que se incrementa la precipitación anual, esto tras establecer plantaciones en pastizales.

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En general, al reemplazar bosque nativo por plantaciones, los estudios indican que no existen diferencias significativas en el balance hídrico de ambos usos, excepto durante los primeros años de crecimiento de los nuevos árboles establecidos.

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Se han documentado cambios en los flujos superficiales al talar plantaciones, siendo dichos cambios mayores en especies del género Pinus en comparación con las de Eucalyptus.

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Las plantaciones pueden afectar los niveles freáticos de una cuenca, pese a que el acuífero podría recargarse con tormentas mayores en lugar de contribuir a la escorrentía superficial. En este sentido, la variabilidad de los resultados es tal que se puede decir que cada caso es distinto, pues depende netamente de la hidrogeología de la cuenca en cuestión. En forma similar, los días de cero flujo pueden incrementarse a causa del establecimiento de las plantaciones, es decir, que las plantaciones definitivamente han mostrado una disminución de los flujos superficiales. En resumen, el impacto de las plantaciones sobre las aguas subterráneas se relaciona con el área plantada, la profundidad de las napas y las prácticas de manejo forestal.

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Dado que la edad de las plantaciones influye en el ciclo hidrológico de una cuenca y que los eucaliptos en general se emplean en rotaciones cortas para producción de pulpa y menores a aquellas que se les da a los pinos, se considera que estos últimos tienen un mayor impacto sobre los recursos hídricos.

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Si las plantaciones se establecen donde había pastizales (Figura 9), el consumo extra de agua por parte de estas (reducción de escorrentía) es marginal para precipitaciones en torno a los 500 mm, habría una reducción de escorrentía de unos 200 mm bajo precipitaciones de 1.000 mm y de unos 300 mm bajo precipitaciones de 1.500 mm (Zhang et al., 2003. cit. por Keenan et al., 2006) (Figura 9). Los mismos autores señalan que en al caso de Australia gran parte de las nuevas plantaciones serán efectuadas en climas cuyas precipitaciones anuales se encuentran entre 600 y 800 mm, dadas la disponibilidad y costo de los suelos.

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Sin embargo, a lo largo de la rotación de la plantación el uso varía según edad y actividades de manejo forestal. Normalmente, las plantaciones son raleadas dos o tres veces durante su rotación y, en general, se dice que estas reducciones de cobertura disminuyen el consumo en un 30 % en el caso de pinos, por lo que una plantación de pino consumiría en promedio el 70 % de su consumo máximo.

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La posición de las plantaciones en la cuenca y el diseño de plantación pueden influir fuertemente en la disponibilidad de agua para otros fines (Figura 10). Los estudios indican que los efectos se minimizan al plantar lejos de las quebradas y cursos de agua, por ejemplo en las zonas más altas de las cuencas. Adicionalmente, plantar en sentido de las curvas de nivel puede significar un mayor consumo de agua, en comparación con plantaciones establecidas en forma perpendicular a las curvas de nivel. Cuando el recurso agua es crítico, la preparación de suelos se puede efectuar en curvas de nivel, favoreciendo el prendimiento y desarrollo inicial de la plantación, pero la alineación de la plantación se puede hacer en hileras perpendiculares a estas. Además, se ha demostrado que plantaciones establecidas en bloque afectan en un menor grado la

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hidrología de cuencas. De hecho, se ha demostrado que la práctica más acertada es un multiuso de la propiedad, en donde el dueño de la tierra destina solo una porción de su terreno al uso forestal y el resto a otras actividades. 1200

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(Fuente: Zhang et al., 2003)

Figura 9 USO MÁXIMO DE AGUA DE PLANTACIONES EN BASE A MÁS DE 250 ESTUDIOS REALIZADOS EN DISTINTOS PAÍSES. DATOS BASADOS EN CONVERSIÓN DE PASTIZALES A PLANTACIONES 80 70 60 50 40 30 20 10 0

(Fuente: Vertessy et al., 2003).

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Figura 10 ESCORRENTÍA SEGÚN PROPORCIÓN DE LA CUENCA CON PLANTACIONES Y UBICACIÓN DE ESTAS

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En la Figura 10 se grafica la experiencia australiana en materia de proporción de la cuenca cubierta por plantaciones, la ubicación de estas en la parte alta o baja de la cuenca y los efectos sobre la escorrentía. Por ejemplo, con un 80 % de cobertura, la diferencia entre plantaciones en los sectores más altos o más bajos de la cuenca es una escorrentía de 10 mm anuales para las plantaciones en sectores bajos, y cercana a 30 mm anuales para aquellas plantaciones establecidas en los sectores más altos, y el mismo ejemplo, para un 40 % de cobertura, daría una diferencia de escorrentía de 15 a 55 mm, respectivamente.

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En general, se concluye que los efectos de las plantaciones son menores cuando: Se establecen las plantaciones en zonas más secas (