Importancia ecológica del régimen pulsátil del río Magdalena

Luis Carlos García Lozano, Claudia María Cardona Londoño
Fundación Neotrópicos, Medellín

Resumen

El conocimiento de los procesos ecológicos de los grandes ríos, tanto tropicales como holoárticos, está en estado de desarrollo. En la actualidad investigadores en las dos grandes regiones biogeográficas cuestionan el concepto del funcionamiento de los grandes ríos como ecosistemas sensu stricto y proponen esquemas que enfatizan los flujos tierra–río y la varibilidad de los procesos hidrológicos. Este trabajo intenta por una parte, hacer una síntesis de los diferentes enfoques conceptuales que articule los procesos hidrológicos, ecológicos y aún culturales. Por otra parte, propone elementos cuantitativos que permitan establecer comparaciones entre diferentes ríos, tramos y épocas de un mismo río. Finalamente, se compara el Magadalena con los ríos de la cuenca del Plata (Paraná, Paraguay y Uruguay), se establecen hipótesis, con algunos de los datos que las sustentan, sobre las implicaciones ecológicas de sus semejanzas y diferencias.

Introducción

En los dos últimos decenios se ha postulado un cuerpo conceptual y metodológico referido a los grandes ríos, particularmente en Sudamérica, útil para facilitar el entendimiento de sus procesos ecológicos (Sioli, 1975; Hill & Rai, 1982; Amoros, Bravard, Reygrobellet, Pautou & Roux, 1988 Junk, Bayley & Sparks, 1989; Lewis, Weibezahn, Saunders & Hamilton;1990). Existe en la actualidad consenso en que los grandes ríos no se pueden clasificar como ecosistemas en el sentido clásico, en los cuales los flujos internos de nutrientes, a través de cadenas interconectadas por procesos biológicos, son mucho mayores que los flujos que ingresan y salen del sistema. Por otra parte, la heterogeneidad espacial (anchura variable de una planicie aluvial, diferencias entre las áreas cubiertas por agua durante la sequía y la inundación) y temporal (variabilidad de la escorrentía anual y su distribución mensual, relativa impredecibilidad de las fluctuaciones de nivel en el río y en la planicie, particularmente desde el punto de vista de organismos de longevidad corta -plantas anuales, insectos, peces, anfibios, pequeños reptiles y mamíferos) hacen que el sistema no se pueda enmarcar dentro de esquemas tradicionales.

Para la cuenca amazónica Hill & Rai (1982), sostienen que los cuerpos de agua de las planicies aluviales tropicales y los ríos forman una unidad complementaria en la cual el intercambio de energía de la corriente y la biomasa del lago ocurre todo el año, en una especie de sistema contínuo, como consecuencia de su naturaleza léntica–lótica–lótica. Durante el primer período lótico la planicie reciben agua y nutrientes del río y de las interacciones ecosistema terrestre–lago. En el segundo período lótico el nivel del agua comienza a descender y la biomasa del plancton y de macrófitas acuáticas es arrastrada por el río.

Junk et al., también con investigaciones en la Amazonía, (1989) desarrollaron el concepto del pulso de inundación del río, que relaciona condiciones geomorfológicas, climatológicas e hidrológicas y explica la productividad e interacciones de la biota en estos ecosistemas. Los grandes ríos (Negro, Amazonas, Tocantins, etc.) y sus sistemas asociados presentan variaciones estacionales que permiten la distinción de tres períodos limnológicos: estiaje, inundación y descenso de las aguas.

Lewis et al. (1990) formularon el concepto complejo de ecosistemas (conformado por componentes en los que predominan los flujos internos -ecosistemas- enlazados por componentes de transporte) y lo aplicaron al Orinoco: bosques y sabanas sobre suelos diversos y con regímenes de precipitación variables que suministran nutrientes a las planicies aluviales vía el Orinoco y sus tributarios. No hay componente de transporte inverso entre los ríos y los componentes terrestres, pero si lo hay entre las planicies y los ríos.

Los ríos como un macrosistema fluvial

El término macrosistema fluvial, concepto semejante al de complejo de ecosistemas y que integra las ideas anteriores, fue acuñado en Argentina (Neiff, 1990, 1994 y referencias) para entender las interrelaciones entre los ecosistemas de la gran cuenca del Paraná y sus dos grandes arterias el Paraná y el Paraguay. El énfasis está en la dinámica del macrosistema: el contínuo temporal y carácter pulsátil de los flujos, la importancia de interacciones entre los elementos bióticos (organismos), abióticos (clima, hidrología y geomorfología) y culturales (asentamientos humanos, esquemas de utilización de recursos… ) y la multidireccionalidad de los flujos de transporte-desde y hacia la planicie aluvial y aguas abajo.

Los procesos físicos, químicos, biológicos y ecológicos fluviales siguen un patrón sinusoidal causado por las diferencias temporales en la velocidad y duración del flujo de agua y de materiales transportados (organismos, sólidos disueltos y suspendidos). Cada una de las ondulaciones está compuesta de valores positivos y negativos, respecto de la ordenada. Durante la porción positiva, fase de inundación o potamofase, los cuerpos de agua de la planicie (lagunas, paleocauces y meandros abandonados) se interconectan por el flujo del río y reciben de éste materiales y a su vez aportan al agua materia orgánica y minerales del suelo. La porción negativa, fase de sequía o limnofase, conlleva el flujo de materiales desde la planicie hacia el río y el aislamiento paulatino de los cuerpos de agua de la planicie y aún su extinsión temporal, hasta una nueva fase de inundación. El patrón de variabilidad de estas ondas en una secuencia temporal -en determinado punto y sección del río- conforman el régimen pulsátil.

Los regímenes hidrológicos de los grandes ríos (Paraguay, Paraná, Uruguay, Orinoco, Amazonas, Magdalena…) difieren en cuanto a la cantidad y calidad de los materiales en suspensión y en cuanto a la variabilidad intra- e interanual de sus caudales. Los valores típicos de caudal: medias mensuales y los rangos máximos y mínimos (ver figura 1 a. y 1b.) no son suficientes para entender los eventos desarrollados en sus planicies aluviales.

En las planicies aluviales el pulso, comportamiento cíclico e impredecibilidad relativa de caudales, niveles, transporte de sedimentos y nutrientes, etc., determina el funcionamiento e interrelaciones de los hábitats acuáticos –lóticos-lénticos del río, ciénagas, madreviejas y canales de conexión– y de los hábitats terrestres asociados -playones, islas y orillares (García & Dister, 1990; Neiff, 1990). Prácticamente todos los eventos ecológicos en la planicie aluvial están relacionados positiva o negativamente con la amplitud y regularidad del pulso. El transporte, depósito y exposición de sedimentos (Drago, 1990); la colonización, desarrollo y descomposición de vegetación herbácea anual y el desarrollo de vegetación leñosa; el consumo y mineralización de materia orgánica (Moreno, García &Márquez, 1987); la actividad de herbívoros y carnívoros; las migraciones de organismos, v. gr. peces y aves acuáticas, (Neiff, 1990, 1994) y aún la pesca (Kapetsky, et al. 1976 y Arias, 1977, Quirós, 1990) y otras actividades de explotación de recursos (siembras, cosechas, pastoreo, cacería) están afinadas a los pulsos hidrológicos del río (García & Dister, 1990).

La función FITRAS

El patrón cíclico del pulso no es fácil de describir puesto que en él intervienen múltiples variables tanto internas como exógenas. La función sinusoidal general

y = ƒ [a sin bx**n]

permite establecer cuales son los parámetros que caracterizan las fases de un pulso, donde:

y = niveles, caudales y variables asociadas (p.ej., concentraciones de nutrientes o sedimentos)

x = tiempo

a, b = coeficientes propios de cada macrosistema fluvial que determinan la intensidad (a) y amplitud (b) :n = exponente específico de cada macrosistema que determina la regularidad

Con este propósito Neiff (1990, 1994) definió la función FITRAS: acrónimo de los atributos frecuencia, intensidad, tensión, regularidad, amplitud y estacionalidad de un pulso, estos se representan esquemáticamente en la figura 2.

Figura 2. Representación esquemática de los atributos de la función FITRAS, con base en caudales medios mensuales (m3/s) en El Banco, río Magdalena*. Caudal de desborde = caudal medio mensual multianual = 4.240 m3/s. Adaptada de Neiff, 1990 y Neiff et al. 1994.
* Fuente: Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, Santafé de Bogotá, datos sin publicar, febrero de 1996

La ƒFITRAS en si misma, como resultado de la interacción de múltiples factores, es también una variable, i.e., cambia de un punto a otro de un mismo río y de una fecha a otra. Sin embargo en la medida en que los factores que las determinan se mueven entre rangos estadísticos, se pueden tipificar y por tanto comparar puntos o episodios distintos de uno o varios ríos; detectar la influencia de acciones antrópicas (represamiento, canalización de afluentes, obras de riego y drenaje), asociar sus atributos a eventos ecológicos (cambios en productividad, migraciones animales, fenología de eventos reproductivos, etc.) para diseñar esquemas óptimos de manejo de recursos, etc.

La función ƒFITRAS está caracterizada por dos tipos de atributos:

• espaciales (intensidad y tensión) que determinan la magnitud normal y máxima del pulso en la planicie,
• temporales, relacionados con el comportamiento histórico de los atributos espaciales (frecuencia, recurrencia y estacionalidad).

ƒFITRAS típicas del Magdalena y del sistema Paraná

En la tabla 1. se presentan los atributos de la ƒFITRAS tal como están definidos por Neiff (op. cit.) y los algoritmos sugeridos por este estudio para su medición. Estos se aplicaron al Magdalena y a los tres grandes ríos del sistema Paraná (Paraguay, Paraná y Uruguay) dentro de las condiciones que se explican a continuación:

Tabla 1. Atributos de la función FITRAS				'	'	'
	medición (este estudio)
definición (Neiff: 1990, 1994)	algoritmo	límites
		inferior	superior
Frecuencia: número de veces que ocurre un fenómeno determinado dentro de un período de tiempo (ej. inundaciones de 8 m en el hidrómetro de Corrientes a lo largo de un siglo).	sequía: [número de años en período con caudal medio anual < nivel (o caudal) de desborde o nivel (caudal) medio multianual del período]/longitud del período inundación: [número de años en período con caudal medio anual > caudal de desborde o caudal medio multianual del período]/longitud del período]	→ 0 → 1	→ 0→ 1
Intensidad: magnitud alcanzada por una fase de inundación o de sequía. Se mide generalmente por el valor alcanzado en el hidrómetro más próximo, o en términos de caudal.	sequía: 1 - [caudal mínimo medio mensual de años secos÷caudal de desborde o medio mensual multianual] inundación: [nivel (o caudal) máximo medio mensual de años húmedos/nivel (o caudal) de desborde o medio mensual multianual]	→ 0 →1	→ 1→ ∞
Tensión: valor de la desviación típica desde las medias máximas o desde las medias mínimas en una curva de fluctuación hidrométrica del río. Se la define también como la envolvente de fluctuación y permite establecer la variabilidad en la magnitud de los eventos de inundación y sequía. Se expresa generalmente en valores hidrométricos o en caudal.	tensión = intensidad máxima sequía: 1 -[nivel (o caudal) mínimo mensual histórico / nivel (o caudal) de desborde o medio mensual multianual] inundación: [caudal máximo mensual histórico / nivel (o caudal) de desborde o medio mensual multianual]	→ 0 →1	→ 1→ ∞
Recurrencia: corresponde a la probabilidad estadística de un evento de inundación o sequía de magnitud determinada, dentro de una centuria o de un milenio. Está dada por valores de frecuencia relativa.	sequía: 1 - [probabilidad de excedencia de niveles (o caudales) medios multianuales de años secos] inundación: [probabilidad de excedencia de caudales medios multianuales de años húmedos]	→ 0→ 1	→ 0 → 1
Amplitud: también expresada como duración es el período de tiempo que permanece el río en una fase de inundación o sequía de determinada magnitud.	sequía: [número de meses continuos con nivel (o caudal) medio mensual < nivel (o caudal) de desborde o nivel (o caudal) medio multianual]/ 12 inundación: [número de meses continuos con nivel (o caudal) medio mensual > nivel (o caudal) de desborde o nivel (o caudal) medio multianual]/ 12	→ 0→ 1	→ 0 → 1
Estacionalidad: se refiere a la frecuencia estacional en que ocurren las fases de sequías o inundaciones. Los organismos, excepto el hombre, tienen ajustes de sus ciclos de vida (fertilidad, reproducción, crecimiento) a la época en que ocurren los eventos hidrológicos.	sequía e inundación: basada en concepto de regularidad temporal, (Obrdlik & García Lozano, 1992) S = 1 - [ Rreal / Rmax] Rreal = -∑pilogpi donde: S = estacionalidad Rreal = regularidad temporal medida Rmax = log [longitud de serie en años] pi = [número de veces en período que evento tiene valor extremo en mes i-ésimo] ÷ período	→ 0	→ 1

1. Los caudales (volúmenes de agua por unidad de tiempo) están correlacionados con los niveles hidrométricos en un punto determinado, pero la relación no es lineal, depende de las características geométricas y físicas del canal. Para el cálculo de la amplitud, en particular de los eventos de inundación, y para el efecto de ciertas extrapolaciones ecológicas en ambientes terrestres, sería preferible estimar los parámetros de ƒFITRAS con base en niveles hidrométricos; aunque los caudales disminuyan, los niveles en la planicie pueden permanecer altos, así que los caudales siempre estarán subestimando la duración de los eventos de inundación. Sin embargo, no se cuenta con información de niveles ni con las curvas de correlación, por tanto los cálculos se realizaron con base en caudales. Esta deficiencia también limita las comparaciones espaciales (de un río con otro y de tramps diferentes de un mismo río) en atención a las diferencias en los canales.
2. Se seleccionaron las estaciones hidrológicas de Corrientes (río Paraná), Puerto Bermejo (río Paraguay) y Paso de los Libres (río Uruguay) por contar con períodos de registro de caudales relativamente largos (> 80 años) y estar ubicadas aproximadamente a la misma altitud. Paso de los Libres (aguas arriba de la represa Salto Grande) no es una estación propia de llanura aluvial; aunque no se cuenta con datos adecuados en otras estaciones en el río Uruguay, los datos de ésta se consideran representativos de la situación en la planicie baja del río. Para el Magdalena se seleccionaron cuatro estaciones; Arrancaplumas un poco aguas arriba del inicio de la planice aluvial del río y tres en la planicie aluvial misma (El Banco, antes de la depresión momposina, Tacamocho a la salida de ésta y Calamar donde se inicia el delta). Ninguna estación en el Magdalena cuenta con registros tan largos como los del sistema del Plata; Arrancaplumas y Calamar, las más antiguas, apenas superan los 60 años. El Banco y Tacamocho tienen registros inferiores a 25 años.
3. Para un mismo río las dos fases del pulso (limnofase y potamofase) difieren en varios de los atributos,

por tanto se estimaron para cada río las ƒFITRAS de años secos (predominantemente de limnofase) y de años húmedos (predominantemente de potamofase).

1. La mejor diferenciación entre años secos y húmedos se establece con caudal (o nivel) de desborde del río hacia la planicie, pero este dato sólo se tiene para la estación de Corrientes (río Paraná). La diferenciación de las dos fases se estableció con base en los caudales medios, ligeramente inferiores a los de desborde. En una planicie los intercambios de agua río-planicie pueden ocurrir en los dos sentidos, a cualquier nivel, dependiendo de la altura relativa entre las dos láminas de agua. Sin embargo, los caudales específicos (volúmenes por unidad de tiempo y de área de escurrimiento) en los tramos con planicie aluvial de los ríos del sistema Paraná son mucho menores que los de las cuencas altas, de tal manera que los intercambios serán predominantemente en aguas altas, del río a la planicie y viceversa en aguas bajas. Este no es el caso del Magdalena, en el cual el tramo medio (entre las estaciones Arrancaplumas y El Banco) tiene un caudal específico mayor que la cuenca alta, así que los intercambios río–planicie pueden ocurrir en cualquier dirección y en cualquier época.
2. Análisis hidrológicos realizados para un proyecto de protección contra las inundaciones en la parte argentina de los ríos de la cuenca del Plata1 han coincidido en distinguir dos épocas en el presente siglo, la primera hasta ca. 1960, con inundaciones poco frecuentes y sequías prolongadas y la segunda, posterior a dicha fecha, con eventos de inundación más prolongados, intensos y frecuentes. Aunque son varias las posibles causas de estas diferencias un factor importante es la frecuencia e intensidad de fenómenos de El Niño, los cuales tambien se supone afectan el comportameinto de las lluvias en la cuenca del Magdalena. Por esta razón se calcularon ƒFITRAS para cada río en los dos períodos.
   Es posible analizar el conjunto de datos dentro de una escala temporal diferente, esto es, considerar la recurrencia, amplitud e intensidad de macro-pulsos alternos de quinquenios o decenios secos y húmedos; sin embargo los datos no parecen ser suficientes para este análisis.
3. La regularidad temporal (Obrdlik & García Lozano, 1992) hace referencia a la probabilidad de que un evento ocurra en cualquier mes, su complemento es la estacionalidad, i.e., la probabilidad de que el evento esté restringido a un mes particular. En el caso de ƒFITRAS se tomó como evento la ocurrencia en un mes dado de valores extremos (sequía o inundación).

La tabla 2. lista los parámetros hidrológicos requeridos para el cálculo de las las ƒFITRAS típicas de las dos fases del pulso hidrológico (limnofase y potamofase) de los ríos Magdalena, Paraguay, Paraná y Uruguay, para tres épocas (todo el período de registros, antes y después de 1960).

Los resultados de la tabla 3. muestran claras diferencias en las ƒFITRAS de los cuatro ríos y entre las fases de sequía e inundación de cada uno.

[Tabla3.]

En el Paraná, las sequías son más frecuentes, tienden a ocurrir en la misma época del año, así sucedió en especial en el período 1904-1960, y duran más que en los otros dos ríos, pero son menos intensas.

Por el contrario, en el río Uruguay la frecuencia, recurrencia y duración de los eventos secos es menor pero sus intensidades son mayores, cercanas al extremo histórico.

El río Paraguay, como reflejo del efecto regulador del Pantanal presenta sequías moderadas con recurrencias muy bajas.

Las fases de inundación son más frecuentes en el período 1961-1994 en los tres ríos que en el período anterior a 1960; aunque en el Paraná en este período predominaron las fases de sequía. También para los tres ríos las intensidades de potamofase son mayores que las de limnofase, especialmente en el Uruguay. El Paraguay, de nuevo, es moderado en este aspecto.

Los eventos de sequía e inundación tienden a ser poco estacionales, i.e., se pueden presentar en cualquier mes, en especial las inundaciones.

En síntesis, una caracterización de las ƒFITRAS, permite definir los ríos así:

1. Paraguay: Eventos de sequía e inundación moderados (intensidades medias, cercanas a las las tensiones, en particular las de inundación), aproximadamente iguales en frecuencia (con predominio de las inundaciones en el período reciente), duración baja de ambos eventos y recurrencias bajas.
2. Paraná: Con la planicie más desarrollada de los tres ríos, muestra una predominancia de las sequías, con intensidad y tensiones bajas y de una duración cercana a los seis meses. Sus inundaciones son poco frecuentes, pero intensas, pueden ocurrir en cualquier mes y de acuerdo con los caudales, son de corta duración, alrededor de tres meses.
3. Uruguay: Presenta los mayores contrastes entre las dos fases. Sequías e inundaciones frecuentes, intensas, de duración media (4 a 5 meses) y recurrentes.

¿Cuáles son las implicaciones de la variabilidad de los atributos de ƒFITRAS sobre las características estructurales y dinámicas de los hábitats de la planicie aluvial? A pesar de los varios estudios adelantados en la cuenca del Paraná, se está muy lejos de tener claridad sobre este aspecto. Los cálculos presentados hasta ahora y las generalizaciones derivadas sólo hacen referencia a uno de los elementos del pulso, la cantidad de agua. Claramente que los materiales disueltos y en suspensión transportados por ésta y otras propiedades físicas y químicas (temperatura, conductividad eléctrica, oxígeno y carbono orgánico disuelto, etc.) también son sujeto de análisis mediante el concepto de régimen pulsátil aquí detallado.

La tabla 4. sintetiza los principales tipos de eventos geomorfológicos, ecológicos y culturales asociados a los atributos de ƒFITRAS en los ríos del sistema Paraná, para los cuales existe algún tipo de documentación.

La asociación de un tipo de evento a uno de los atributos particulares no está en todo los casos especificada por el autor, es más bien la interpretación de los autores. La mención de un evento de ninguna manera quiere decir que estos sean los únicos factores responsables o que exista una relación causal.

Por otra parte, se debe enfatizar que muchos de los eventos citados como asociados a una fase son sólo una parte de un fenómeno cuyo complemento ocurre en la otra fase. Los procesos ecológicos requieren de la alternancia estacional de fases de sequía y de inundación de amplitudes e intensidades determinadas, es decir del régimen pulsátil.

Las inundaciones y en menor grado las sequías, son problemas eminentemente humanos ya que la estructura de los ecosistemas inundables y la biota en sus diferentes niveles de integración, están ajustados mediante mecanismos de selección adaptativa que han operado en forma contínua durante períodos muy largos. La inundación es la malla de procesos biológicos, sociales, económicos, políticos y culturales que parten del desborde anormal de las aguas sobre un territorio. Esta situación puede resultar dañina por su magnitud, por su amplitud, por lo inesperado de su ocurrencia pero también por la incoherencia del funcionamiento de la sociedad humana antes, durante y posterior a la misma.

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