Uso del suelo y efectos del cambio climático en el flujo de los ríos y las cargas de nutrientes en una cuenca templada: un estudio de simulación
Autores: Ayele, Gebiaw T.; Yu, Bofu; Hamilton, David P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Uso del suelo y efectos del cambio climático en el flujo de los ríos y las cargas de nutrientes en una cuenca templada: un estudio de simulación
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Ciencias medioambientales generales
Palabras clave
Clima
Cambios en el uso del suelo
Calidad del agua
Cargas de nutrientes
Reforestación
Cambio climático
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los cambios en el clima y el uso del suelo impactan la hidrología de la cuenca y la calidad del agua (QA), sin embargo, pocos estudios han investigado la cantidad de cambios en el uso del suelo necesarios para cumplir con objetivos específicos de QA bajo proyecciones climáticas futuras. El objetivo de este estudio fue determinar las respuestas del caudal y la carga de nutrientes a futuros cambios en el uso del suelo (CUS) y escenarios de cambio climático. Hipotetizamos que (1) un aumento en la cobertura forestal disminuiría las cargas de nutrientes, (2) el cambio climático, con temperaturas más altas y tormentas más intensas, llevaría a un aumento en el caudal y las cargas de nutrientes, y (3) el CUS podría moderar los posibles aumentos en la carga de nutrientes asociados con el cambio climático. Probamos estas hipótesis con la Herramienta de Evaluación de Suelos y Agua (SWAT), que se aplicó a una cuenca lacustre en Nueva Zelanda, donde se emplean estrategias de CUS con reforestación para abordar los objetivos de QA del lago. El modelo fue calibrado de 2002 a 2005 y validado de 2006 a 2010 utilizando caudales medidos (Q) y concentraciones de nitrógeno total (NT), fósforo total (PT), nitrato (NO3-N) y amonio (NH4-N) de tres arroyos en la cuenca. El rendimiento del modelo en los arroyos monitoreados se evaluó utilizando el coeficiente de determinación (R2) y métricas de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE) para proporcionar una base para las proyecciones del modelo. Los escenarios futuros incorporaron CUS y cambio climático (CC) basados en la Ruta de Concentración Representativa 8.5 y se compararon con el caudal base y los indicadores de QA. De acuerdo con nuestras hipótesis, se predijo que las cargas de Q, NT y PT disminuirían con la reforestación. Específicamente, la reforestación de 1.32 km2 en una de las subcuencas de arroyos monitoreados (subcuenca 3), o el 8.8% del área total de la cuenca del lago, resultaría en reducciones del 11.9, 26.2 y 17.7% en las cargas anuales promedio modeladas de Q, NT y PT, respectivamente. Además, al comparar simulaciones basadas en el clima base y proyectado, se observaron reducciones del 13.6, 22.8 y 19.5% para las cargas de Q, NT y PT, respectivamente. Notablemente, la implementación combinada de CUS y CC disminuyó aún más las cargas de Q, NT y PT en un 20.2, 36.7 y 28.5%, respectivamente. Este estudio proporciona valiosos conocimientos sobre la utilización de estrategias de CUS para mitigar las cargas de nutrientes en lagos que enfrentan desafíos de calidad del agua, y nuestros hallazgos podrían servir como un prototipo para otras cuencas lacustres que están experimentando CUS. Contrario a nuestras hipótesis iniciales, encontramos que las precipitaciones y temperaturas más altas no resultaron en un aumento del caudal y la carga de nutrientes.
Descripción
Los cambios en el clima y el uso del suelo impactan la hidrología de la cuenca y la calidad del agua (QA), sin embargo, pocos estudios han investigado la cantidad de cambios en el uso del suelo necesarios para cumplir con objetivos específicos de QA bajo proyecciones climáticas futuras. El objetivo de este estudio fue determinar las respuestas del caudal y la carga de nutrientes a futuros cambios en el uso del suelo (CUS) y escenarios de cambio climático. Hipotetizamos que (1) un aumento en la cobertura forestal disminuiría las cargas de nutrientes, (2) el cambio climático, con temperaturas más altas y tormentas más intensas, llevaría a un aumento en el caudal y las cargas de nutrientes, y (3) el CUS podría moderar los posibles aumentos en la carga de nutrientes asociados con el cambio climático. Probamos estas hipótesis con la Herramienta de Evaluación de Suelos y Agua (SWAT), que se aplicó a una cuenca lacustre en Nueva Zelanda, donde se emplean estrategias de CUS con reforestación para abordar los objetivos de QA del lago. El modelo fue calibrado de 2002 a 2005 y validado de 2006 a 2010 utilizando caudales medidos (Q) y concentraciones de nitrógeno total (NT), fósforo total (PT), nitrato (NO3-N) y amonio (NH4-N) de tres arroyos en la cuenca. El rendimiento del modelo en los arroyos monitoreados se evaluó utilizando el coeficiente de determinación (R2) y métricas de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE) para proporcionar una base para las proyecciones del modelo. Los escenarios futuros incorporaron CUS y cambio climático (CC) basados en la Ruta de Concentración Representativa 8.5 y se compararon con el caudal base y los indicadores de QA. De acuerdo con nuestras hipótesis, se predijo que las cargas de Q, NT y PT disminuirían con la reforestación. Específicamente, la reforestación de 1.32 km2 en una de las subcuencas de arroyos monitoreados (subcuenca 3), o el 8.8% del área total de la cuenca del lago, resultaría en reducciones del 11.9, 26.2 y 17.7% en las cargas anuales promedio modeladas de Q, NT y PT, respectivamente. Además, al comparar simulaciones basadas en el clima base y proyectado, se observaron reducciones del 13.6, 22.8 y 19.5% para las cargas de Q, NT y PT, respectivamente. Notablemente, la implementación combinada de CUS y CC disminuyó aún más las cargas de Q, NT y PT en un 20.2, 36.7 y 28.5%, respectivamente. Este estudio proporciona valiosos conocimientos sobre la utilización de estrategias de CUS para mitigar las cargas de nutrientes en lagos que enfrentan desafíos de calidad del agua, y nuestros hallazgos podrían servir como un prototipo para otras cuencas lacustres que están experimentando CUS. Contrario a nuestras hipótesis iniciales, encontramos que las precipitaciones y temperaturas más altas no resultaron en un aumento del caudal y la carga de nutrientes.