Catchment based hydrology under post farmland abandonment scenarios

Abstract

[EN] Vegetation expansion following farmland abandonment is a complex process that depends on multiple natural and human-induced factors, resulting in differences in the evolution of land cover on former cultivated fields, with various environmental implications. To assess the complexity of the hydrogeomorphological consequences of farmland abandonment, the Instituto Pirenaico de Ecología (CSIC) and the University of La Rioja monitored three small catchments, representative of different post land abandonment scenarios, in the Pyrenees and Iberian Range respectively. In the Pyrenees, a fourth small catchment, covered by natural forest, was monitored as a reference for an undisturbed environment. This study describes the evolution of land use in the abandoned catchments and examines its implications on catchment hydrological connectivity. It also analyses the hydrological responses of the three abandoned scenarios to similar rainfall events, and compares them to that of natural forested areas. .Vegetation tended to increase in the three catchments, but there were important differences in the characteristics of the current land cover. Arnás, the catchment left to a process of natural revegetation, contained a mosaic of shrubs (64%) and forest (27%) at different stages of succession, largely conditioned by the topography and soil properties. Araguás_afforestation was extensively afforested in the 1960s, with 75% of this catchment currently covered by forest, most of it planted artificially. In Munilla, occupied by terraced fields, vegetation recovery was partly restrained by the introduction of cattle, and 80% of the catchment was covered by sparse shrubs. Land abandonment resulted in a general reduction in computed hydrological connectivity in the three studied catchments, except in localized areas close to the main channel, new forest roads and trails, and upstream of terrace wall collapses, all areas of increased hydrological connectivity. The decrease in hydrological connectivity was much lower in Munilla, characterized by an absence of dense vegetation and still dominated by a terraced topography. The hydrological responses of the catchments to similar rainfall events differed significantly, showing the influence of not only vegetation cover but of the properties of soil remaining after previous agricultural activities. Significant storm-flow discharge was observed in Arnás, even under dry conditions, with high peakflows and fast responses. Lower streamflow response was observed in Araguás_Afforestation under dry conditions; however, once the soils were wet the hydrological response was notable and was characterized by high peakflow. The response under afforested trees differed greatly from that of a catchment covered by natural forest, with the latter characterized by gentler hydrographs. The hydrological response in Munilla was the lowest, with long response times and recessions, associated with the thick soils of the terraced fields. These results demonstrated the large variability of post land abandonment scenarios and associated hydrological implications, and highlighted the need to consider these differences to reduce future uncertainties in forecasting water resources and soil conservation.

[ES] El aumento de la vegetación tras el abandono de tierras es un proceso complejo que depende tanto de factores naturales como antropogénicos. Esto implica que la evolución de la cubierta vegetal no es siempre igual, lo cual conlleva consecuencias ambientales diversas. Con el fin de evaluar la complejidad de las consecuencias hidrogeomorfológicas del abandono de tierras, el Instituto Pirenaico de Ecología (CSIC) y la Universidad de La Rioja monitorizaron tres pequeñas cuencas representativas de diferentes escenarios post abandono en el Pirineo y en el Sistema Ibérico. Asimismo, se monitorizó una pequeña cuenca cubierta por bosque en el Pirineo, representativa de un ambiente que no ha sido alterado. En este estudio se describe la evolución de los usos del suelo en las cuencas abandonadas y se examinan sus implicaciones en la conectividad hidrológica. También se analizan las respuestas del caudal de los tres ambientes abandonados ante eventos pluviométricos similares y se comparan con las de un ambiente forestal. La vegetación aumentó en las tres cuencas pero se observaron diferencias importantes en las características actuales de la cubierta del suelo. Arnás, la cuenca sometida a un proceso de revegetación natural, constituye un mosaico de matorrales (64%) y bosques (27%) que se encuentran en diferentes estadios en la sucesión vegetal en función de la topografía y las características de los suelos. Araguás_Repoblación fue reforestada en los años 1960 y el 75% de su superficie está actualmente cubierto por bosque, la mayoría de repoblación. En Munilla, ocupada por terrazas de cultivo, el crecimiento de la vegetación se ha visto limitado por la introducción de ganado en régimen extensivo y el 80% de su superficie se encuentra ocupado por matorral disperso. El abandono de tierras conllevó una disminución generalizada de la conectividad hidrológica a escala de cuenca, excepto en zonas muy localizadas próximas a los cauces y a nuevas pistas forestales así como aguas arriba de los derrumbamientos en los bancales abandonados, que presentaron un incremento en los valores de conectividad. No obstante, este descenso en la conectividad hidrológica fue mucho menor en Munilla, caracterizada por una ausencia de vegetación densa y dominada todavía por una topografía aterrazada. La respuesta del caudal generada por eventos pluviométricos similares fue muy diferente en cada una de estas cuencas, evidenciando la importancia que tiene tanto la vegetación como unos suelos que todavía poseen características heredadas de un pasado agrícola. La respuesta hidrológica en Arnás fue intensa, incluso en condiciones secas, con picos de caudal elevados y tiempos de respuesta cortos. En condiciones secas, la respuesta del caudal en Araguás_repoblación fue de menor magnitud; no obstante, en condiciones húmedas, la cuenca registró una respuesta notable y caracterizada por un pico de caudal elevado. La respuesta hidrológica del ambiente repoblado fue muy diferente a la de un bosque natural, con hidrogramas de crecida mucho más suaves. Munilla registró la respuesta de caudal más limitada y ésta estuvo caracterizada por tiempos de respuesta lentos y curvas de recesión largas, asociados a la presencia de terrazas de cultivo con suelos profundos. Estos resultados ponen en evidencia la gran variabilidad de escenarios fruto del abandono de tierras y resalta la necesidad de considerar estas diferencias a la hora de reducir la incertidumbre en las predicciones futuras sobre la disponibilidad de los recursos hídricos y la conservación del suelo.