Efectos de la arbustización y la implantación de coníferas exóticas en la erosión y la calidad de los suelos en pastizales del oeste de Patagonia

Abstract

Los ecosistemas de pastizal han experimentado profundas modificaciones en su vegetación y suelos debido al uso antrópico. La ganadería extensiva sobre pastizales naturales se practica mayormente en tierras secas que son poco aptas para otros usos. La información disponible sobre los pastizales del ecotono estepa-bosque es escasa, siendo necesario profundizar en su conocimiento. El área donde se desarrolló este estudio corresponde al ecotono subhúmedo bosque-estepa (provincia fitogeográfica Patagónica), 800-600mm de precipitación media anual, con suelos de origen volcánico. La vegetación es principalmente compuesta por estepas de gramíneas dominadas por Festuca pallescens y por Pappostipa speciosa, y estepas arbustivo-graminosa dominada por Azorella prolifera, una especie potencialmente expansiva. Además, se observan matorrales de leñosas y plantaciones de Pinus ponderosa, promovidas como alternativa a la ganadería. El objetivo general de este estudio fue analizar la relación entre arbustización y erosión de suelos, en pastizales naturales con uso ganadero del área del ecotono bosque-estepa, evaluar los efectos de estos procesos en la calidad de los suelos y analizar los cambios en productividad del suelo asociados a la implantación de coníferas exóticas. Los sitios de estudio abarcaron distintas intensidades de uso ganadero histórico de un establecimiento ovino típico de la región. Se establecieron transectas permanentes de monitoreo de la vegetación, revisitadas anualmente. En 4 sitios se estudiaron los perfiles de suelo. En un sitio se instalaron clausuras y se realizaron intervenciones de rehabilitación (i.e. enramado y remoción de arbustos). En otros dos, con plantaciones de P. ponderosa en adyacencias del pastizal, se colectó suelo en macetas para cultivar F. pallescens bajo condiciones controladas en suelo del pastizal y del pinar. En todos se tomaron muestras de suelo de los parches de vegetación y del suelo desnudo para análisis. Se evaluaron los cambios en los suelos y la vegetación asociados a la intensidad de pastoreo. Se reconstruyó el gradiente histórico de pastoreo y se caracterizó la cobertura vegetal. Se tomaron muestras del suelo debajo de parches de pasto y arbustos y de espacios desnudos. También se midieron la altura de montículos bajo parche y el espesor de los horizontes. Se utilizaron análisis multivariados, pruebas inferenciales, regresiones simples y el índice de interacción relativa para medir el efecto del pastoreo histórico en la vegetación y el suelo. La intensidad del pastoreo favoreció el avance del arbusto A. prolifera y potenció la creación de islas de fertilidad. La cobertura de especies forrajeras disminuyó con la intensidad del pastoreo. Estos pastizales muestran una pérdida de receptividad de ovinos a lo largo del tiempo, y recientemente también existe un crecimiento de la ganadería bovina. Se estudiaron los cambios en la vegetación a lo largo de tres años asociados a este reemplazo y a las intensidades actuales de pastoreo; analizando además la influencia de variables climáticas en el pastizal. La información fue evaluada con estadística inferencial, regresiones múltiples y análisis de redundancia. Los cambios fueron controlados principalmente por la precipitación, aunque la intensidad de pastoreo y la especie animal tuvieron influencia decisiva en algunos casos. En áreas de pastizales arbustizados por uso antrópico, los ovinos pueden disminuir por consumo la magnitud de la arbustización. Los bovinos, en cambio, afectan los arbustos por el pisoteo. La exclusión del pastoreo promueve el aumento de cobertura de gramíneas forrajeras. La rehabilitación de un sistema degradado permite recuperar la producción de bienes y servicios. Se evaluaron los efectos de dos intervenciones de rehabilitación (corte de arbustos y apilamiento de ramas de coníferas exóticas), en relación con el efecto que tuvo aplicarlas con o sin clausura. Se monitoreó la vegetación durante cuatro años analizando el suelo al inicio y al final. Se utilizó estadística inferencial y análisis de curvas de respuesta principal y de trayectorias ecológicas para evaluar los cambios en la vegetación. Se evaluaron cambios en el suelo con análisis de componentes principales y pruebas inferenciales. El suelo desnudo disminuyó en todas las situaciones, a excepción de las que tuvieron pastoreo sin intervención. El mantillo generado por el corte de arbustos mantuvo alta cobertura durante todo el estudio. En los tratamientos pastoreados, las arbustivas ampliaron su cobertura respecto a las clausuras. En estas, las gramíneas perennes incrementaron su cobertura. El suelo tuvo cambios principalmente por el uso ganadero: las clausuras capturaron arenas que se perdieron en los tratamientos pastoreados. En las parcelas sin intervención y con pastoreo, la materia orgánica y la arcilla disminuyeron en interparches. Los suelos volcánicos de la región tienen alto potencial forestal, y se promueve la forestación con coníferas exóticas de rápido crecimiento en pastizales degradados. Se evaluó la productividad potencial del suelo en condiciones de cultivo controladas. Se seleccionaron dos sitios con plantaciones y áreas de pastizal. Se extrajo suelo para colocarlo en macetas donde se trasplantaron macollos de F. pallescens. Se midieron durante 25 meses el largo de hojas y se contaron los macollos. Se utilizaron curvas de respuesta principal para evaluar la variación de la productividad. Se realizaron análisis ANOVA y regresiones lineales de efectos mixtos con autocorrelación para determinar las variables del suelo con mayor influencia en la productividad. Únicamente el largo de hojas respondió a distintos tipos de suelo: los menores crecimientos correspondieron a suelos de pinos y los mayores a suelos de parches. La mayor parte de la variación fue predicha por tres variables del suelo (relación C:N, conductividad eléctrica y porcentaje de arena muy gruesa). Los suelos de las plantaciones tuvieron alta C:N por su bajo contenido de nitrógeno total. Además, tuvieron mayor proporción de arenas que los otros suelos por su capacidad de atrapar partículas y moderar procesos erosivos, lo que acarreó menor conductividad eléctrica y fertilidad. Las plantaciones produjeron modificaciones de los suelos que repercutieron en menor productividad potencial de las gramíneas. La ganadería sobre pastizales naturales es un modo tradicional de uso del suelo en la región y tanto la degradación del pastizal como el cambio de uso de la tierra pueden aparejar cambios inesperados. Este estudio muestra que el proceso de degradación autorreforzado también ocurre en pastizales subhúmedos. Este pastizal aún mantiene aptitud para sostener la productividad biológica e intervenciones de rehabilitación podrían moderar su degradación. Una mejor comprensión de los efectos del uso del pastizal contribuirá al sostenimiento de su importancia económica, social y ambiental.

Grassland ecosystems have undergone profound modifications in their vegetation and soils due to anthropogenic use. Extensive livestock farming on natural grasslands is mostly practised in drylands that are unsuitable for other uses. The area where this study was conducted corresponds to the sub-humid forest-steppe ecotone (Patagonian phytogeographic province), with an average annual precipitation of 800-600mm and volcanic soils. The vegetation is mainly composed of grass steppes dominated by Festuca pallescens and Pappostipa speciosa, and shrub-grass steppes dominated by Azorella prolifera, a species with expansive potential. Additionally, woody shrubs and Pinus ponderosa plantations, promoted as an alternative to livestock farming, are observed. The general objective of this study is to analyse the relationship between shrub encroachment and soil erosion in natural grasslands under livestock use in the forest-steppe ecotone area, evaluate the effects of these processes on soil quality, and analyse changes in soil productivity associated to the afforestation with exotic conifers. The study sites covered different historical intensities of livestock use typical of the region. We established permanent vegetation monitoring transects, which were revisited annually. Soil profiles were studied at four sites. At one site, we installed enclosures and carried out rehabilitation interventions (e.g., shrub clearing and branch stacking). At two other sites, with P. ponderosa plantations adjacent to grasslands, we collected soil in pots to cultivate F. pallescens under controlled conditions in grassland and pine soil. Soil samples were taken from vegetation patches and bare soil for analysis in all sites. Available information on the grasslands of the forest-steppe ecotone is limited, necessitating further research. Therefore, we evaluated changes in soils and vegetation associated with grazing intensity. We reconstructed the historical grazing gradient and characterized vegetation cover. Soil samples were taken under grass and shrub patches and bare spaces. We also measured mound height under patches and horizon thickness. Multivariate analysis, inferential tests, simple regressions, and the relative interaction index were used to measure the effect of historical grazing on vegetation and soil. Grazing intensity favoured the expansion of the shrub A. prolifera and promoted the creation of fertility islands. Forage species coverage decreased with grazing intensity. These grasslands show a decrease in sheep receptivity over time, and there is also a recent increase in cattle farming. We studied vegetation changes over three years associated with this replacement and current grazing intensities, also analysing the influence of climatic variables on the grassland. The information was evaluated with inferential statistics, multiple regressions, and redundancy analysis. Changes were primarily driven by precipitation, although grazing intensity and animal species had a decisive influence in some cases. In areas of anthropogenic shrub-encroached grasslands, sheep may decrease shrub encroachment through consumption. Cattle, on the other hand, affect shrubs through trampling. Grazing exclusion promotes vegetation growth. Rehabilitation of a degraded system allows the recovery of goods and services production. We evaluated the effects of two rehabilitation interventions (shrub cutting and conifer branches stacking) in relation to applying them with or without grazing enclosure. We monitored vegetation for four years, analysing soil at the beginning and end. Inferential statistics and principal response curves analysis and ecological trajectory were used to evaluate vegetation changes. Changes in soil were evaluated with principal component analysis and inferential tests. Bare soil decreased in all situations except those with grazing without intervention. Mulch generated by shrub cutting maintained high coverage throughout the study. In grazed treatments, shrub cover expanded compared to enclosures. In enclosures, perennial grasses increased their coverage. Soil changes were mainly due to livestock use: enclosures captured sands lost in grazed treatments. In untreated plots with grazing, organic matter and clay decreased in inter-patches. Volcanic soils in the region have high forestry potential, and afforestation with fast-growing exotic conifers in degraded grasslands is promoted. We evaluated the potential soil productivity under controlled cultivation conditions. We selected two sites with plantations and grassland areas. Soil was extracted for potting and F. pallescens tillers were transplanted. We measured leaf length for 25 months and counted tillers. Principal response curves were used to evaluate productivity variation. ANOVA and mixed-effects linear regressions with autocorrelation were performed to determine soil variables with the greatest influence on productivity. Only leaf length responded to different soil types: lower growth occurred in pine soils and higher in patch soils. Most of the variation was predicted by three soil variables (C:N ratio, electrical conductivity, and percentage of very coarse sand). Plantation soils had high C:N due to their low total nitrogen content. Additionally, they had a higher proportion of sand than other soils, which contributed to trapping particles and moderating erosive processes, resulting in lower electrical conductivity and fertility. Plantations led to soil modifications that resulted in lower potential grassland productivity. Livestock farming on natural grasslands is a traditional land use in the region, and both grassland degradation and land use change can entail unexpected changes. This study shows that the self-reinforcing degradation process also occurs in sub-humid grasslands. These grasslands still have the potential to sustain biological productivity, and rehabilitation interventions could mitigate their degradation. A better understanding of the effects of grassland use will contribute to sustaining its economic, social, and environmental importance.