Les aigües continentals

Consideracions generals

Rius i conques hidrogràfiques dels Països Catalans. Les isolínies de cabal específic i els cabals d’entrada i sortida posen de relleu la disminució de les precipitacions de N a S, així com la influència del relleu i del rocam.

Maber, original de l’autor

Els sistemes aquàtics estan fortament acoblats als sistemes terrestres adjacents. L’organització de tot el sistema aquàtic depèn, en les seves característiques bàsiques, del sistema adjacent. Així, és diferent que un llac rebi les aigües d’un riu amb més sals o menys, i l’organització de la comunitat vegetal i animal d’un riu depèn molt de si aquest travessa terrenys forestats o no, etc. El que interessa és conèixer la resposta integrada de la conca com a ecosistema, més que no pas els seus elements aïllats. L’ús del sòl i la gestió dels recursos naturals que l’home fa no haurien de fer oblidar mai els estrets lligams que hi ha entre els ecosistemes terrestres i els aquàtics.

En els darrers anys hom ha fet molt d’èmfasi en l’estudi dels sistemes aquàtics amb relació als sistemes que els alimenten. Així, per als rius, els llacs i els embassaments dels Països Catalans, la unitat natural d’estudi hauria de ser la conca hidrogràfica, i per això, abans d’analitzar els sistemes que s’organitzen dins de les aigües continentals per separat, convé comprendre quins són els factors que regulen el balanç hídric i les característiques de les aigües que van a parar a les nostres aigües superficials, és a dir, analitzar el funcionament de la conca hidrogràfica. Després farem referència al grau de dependència que té cadascun dels sistemes aquàtics epicontinentals amb la conca.

Què és una conca hidrogràfica?

Si observem des de l’aire un territori que tingui un relleu apreciable, veurem que el paisatge és format per un mosaic de peces jerarquitzades: les conques hidrogràfiques. Aquest mosaic de conques i la xarxa associada de drenatge superficial s’han format al llarg del temps com a resposta a la necessitat d’evacuar l’aigua no consumida en l’evapo-transpiració. El resultat d’aquest modelat adaptatiu del paisatge és un sistema de dissipació d’energia, on l’aigua circula ja per nombroses conques petites de fort pendent i d’alta energia, ja per pocs rius grans, d’escàs pendent i de baixa energia.

Les conques poden tenir dimensions molt variables, des de poques hectàrees fins a mig continent, de la qual cosa depenen moltes de les seves propietats. En concret, característiques de la conca i del seu riu com són el cabal mitjà, l’amplada del llit o la longitud total dels llits de drenatge dintre de la conca augmenten la seva magnitud d’una manera prou regular a mesura que s’incrementa l’àrea d’aquesta. L’existència d’aquestes regularitats s’interpreta com el resultat del procés d’autoorganització d’un sistema obert que ha de ser funcional per transportar quantitats determinades d’aigua i de materials arrossegats. Atès que les propietats d’una conca depenen de les seves dimensions, és important especificar l’espai al qual ens referim. A les conques petites, amb clima, litologia, sòls i vegetació molt similars en tota la seva extensió, les característiques dels sistemes aquàtics adjacents (rius, llacs) es relacionen fortament amb tot el que passa a la conca. Als Països Catalans hi ha conques molt petites, com les del litoral o les que desemboquen en alguns dels llacs dels Pirineus, en les quals es poden entendre bé els processos que descriurem a continuació. Les conques grosses són, per força, heterogènies pel que fa al clima, la litologia, els sòls i la vegetació. Per exemple, a les conques del Ter, el Llobregat o l’Ebre, els processos de regulació són resultat d’una síntesi general, i això fa que el que passa a un tram del riu no pugui descriure’s només amb el que passa a la conca adjacent. Per aquesta raó ens centrarem en conques prou petites (menors de 500 hectàrees de superfície projectada) perquè sovint són força homogènies, de manera que el que succeixi a la conca pugui ser referit a un tipus específic d’ecosistema. Examinarem el paper d’aquestes petites conques com a unitats funcionals del paisatge i els seus efectes sobre els sistemes adjacents.

La conca hidrogràfica com a unitat ecològica

Les aigües d’escorrentia que, amb el pendent a favor, drenen les conques hidrogràfiques formen petits rierols de muntanya que es van unint formant rius cada vegada més grans; quan l’aigua troba alguna barrera, pot quedar retinguda i formar un llac. Els rius, els llacs i els embassaments són els sistemes aquàtics més representatius dels Països Catalans, juntament amb les basses i les llacunes litorals. L’organització d’aquests ecosistemes aquàtics depèn molt dels sistemes terrestres adjacents. L’aigua de pluja fa cap als rius després d’estar en contacte amb els materials de la conca: és per això que les característiques dels rius, els llacs i els embassaments que en reben les aigües depenen de la seva forma, de la seva naturalesa geològica, del clima i de la seva vegetació. La conca alta del riu de Besiberri, afluent de la Noguera Ribagorçana, pot il·lustrar aquesta dependència dels ecosistemes aquàtics del medi adjacent. En aquest cas, és una conca de clima fred, de substrat silici, poc forestada i amb pendents forts, i això condiciona les característiques físiques, químiques i biològiques tant del riu com de l’estany de Besiberri, que en rep les aigües. Així mateix, il·lustra el paper uniformitzador i moderador dels llacs sobre els rius aigües avall: tant el flux com les característiques del riu sota l’estany de Besiberri estan condicionats per la seva conca adjacent o potser encara més per les característiques de l’aigua adquirides en el llac.

Jordi Vidal.

Les conques són formades per l’acoblament d’ecosistemes terrestres (els vessants) i d’ecosistemes aquàtics (el riu o riera que drena la conca). En el paisatge, aquestes dues menes d’ecosistemes no es troben separades l’una de l’altra sinó que van estretament interrelacionades. La relació és però asimètrica, ja que els ecosistemes aquàtics, que es troben per definició aigües avall dels vessants de la seva conca, estan molt més influïts pels ecosistemes terrestres que aquests per aquells. Quasi tota l’aigua rebuda per la major part dels ecosistemes aquàtics continentals ha circulat prèviament pels ecosistemes terrestres de la conca. Això permet que aquests controlin en gran part la quantitat, la distribució temporal i la qualitat de l’aigua que rebran les rieres, els rius i els llacs. A més, els ecosistemes terrestres aporten a les rieres grans quantitats de matèria orgànica, en forma de restes vegetals (fulles, fruits, branques) i en forma dissolta. Aquesta matèria orgànica al·lòctona (que procedeix de l’exterior de l’ecosistema aquàtic) constitueix sovint la base energètica principal dels organismes de la riera. La dependència respecte als ecosistemes terrestres adjacents és màxima en els petits rierols de conques forestades, on l’ombra dels arbres riberencs en limita la fotosíntesi aquàtica i, per tant, hi dificulta l’existència de productors primaris. Aquests rierols són, doncs, ecosistemes heterotròfics, amb una xarxa tròfica organitzada totalment al voltant de la utilització de la matèria orgànica d’origen terrestre.

Balanç d’entrades i sortides

Les vies de circulació de l’aigua abans d’arribar a una riera són importants perquè estableixen la composició química, la càrrega de sediments i la rapidesa dels canvis de cabal. Les propietats hidrològiques dels vessants afecten, per tant, els lligams entre els ecosistemes terrestres i els aquàtics dins de la conca hidrogràfica. 1 precipitació sobre els vessants; 2 precipitació sobre les zones saturades; 3 precipitació sobre el llit de la riera; 4 infiltració en el sòl; 5 percolació profunda; 6 escorriment subterrani; 7 escorriment subsuperficial; 8 escorriment superficial d’Horton; 9 exfiltració o flux de retorn; 10 escorriment superficial en zones saturades.

Román Montull, original de l’autor.

Les conques poden ser extraordinàriament diverses, però tenen almenys en comú un fet bàsic: les travessa un flux d’aigua. En el cas que les divisòries superficials coincideixin sensiblement amb les d’aigües subterrànies, las carenes laterals i de capçalera constitueixen fronteres per al flux d’aigua i delimiten la conca respecte a les conques adjacents.

L’aigua que entra a la conca amb la precipitació pot sortir-ne de tres maneres: per evapo-transpiració, per drenatge superficial i per drenatge subterrani. Si triem conques que tinguin una roca mare impermeable, el drenatge subterrani és petit o nul, i tota l’aigua líquida que surt de la conca ho fa per la riera.

Es podria fer una comparació entre el funcionament d’una conca i un sistema més senzill, com un lisímetre. Un lisímetre és un recipient ple de sòl, amb plantes o sense, que té un forat a la part inferior. Els lisímetres són molt utilitzats en la ciència del sòl i en la fisiologia vegetal per a estudiar la dinàmica de l’aigua i dels nutrients minerals en el sòl i en les plantes de conreu. Si, per exemple, reguem el lisímetre, podrem mesurar la quantitat d’aigua que surt per baix, la que queda emmagatzemada al sòl i la que s’evapora; podem afegir una quantitat coneguda d’un element nutritiu (per exemple, nitrogen), analitzar el líquid efluent del lisímetre i sabrem així la proporció del nutrient que es perd i la que queda a disposició de les plantes. Doncs bé, les petites conques amb substrat rocós impermeable són lisímetres naturals gegants; amb un pluviòmetre o una xarxa de pluviòmetres es pot mesurar la quantitat d’aigua que entra a la conca per unitat de superfície. Com que el drenatge es recull a la riera, podem construir una estació d’aforament en el punt de la riera on definim la sortida de la conca, i mesurar el cabal de manera contínua amb un limnígraf. Si l’estació d’aforament és construïda de manera que no hi hagi fluxos que s’escapin, sabrem la quantitat d’aigua que s’exporta de la conca en cada moment o durant els períodes setmanals, mensuals, o anuals. Si, a més, mesurem l’evapo-transpiració coneixerem el balanç hídric de la conca com a ecosistema, i en podrem estudiar les pautes de resposta hidrològica davant de precipitacions individuals de diferents característiques.

Per altra banda, podem analitzar químicament l’aigua quan entra a la conca (pluja) i quan en surt (riera) i veure quins canvis en les concentracions de nutrients, contaminants o altres substàncies hi ha hagut durant el trànsit de l’aigua a través de la conca. Si sabem les concentracions mitjanes d’una substància en la pluja i en la riera, i sabem també els fluxos respectius d’aigua, podem calcular els fluxos d’entrada i de sortida d’aquesta substància per unitat de superfície de la conca. El més important és que podem utilitzar la composició química de l’aigua de la riera i la relació entre els fluxos d’entrada i sortida de cada element com a indicadors dels processos que han tingut lloc dintre de la conca.

La resposta hidrològica d’una conca depèn de les condicions antecedents d’humitat en els sòls. Si els sòls són secs, les zones saturades es troben restringides a les proximitats del llit de la riera. La resposta hidrològica a una precipitació és ràpida i curta, i la major part de l’aigua és retinguda en el sòl. Si el sòls són humits, la xarxa de drenatge s’estén i connecta àrees saturades que ocupen una proporció més gran de la conca. La resposta hidroògica és més gradual i més sostinguda, i, en conjunt, la conca drena molta més aigua.

Josep Nuet i Badia, original de l’autor.

No obstant això, cal reconèixer que establir un balanç d’entrades i sortides d’elements en una conca no és sempre tan senzill com en el cas de l’aigua. Hi ha altres entrades d’elements, a més de les de la pluja, i altres sortides, a més de l’exportació de material dissolt per la riera. La deposició atmosfèrica d’elements pot tenir lloc per via seca quan no plou, sigui per sedimentació gravitatòria de pols, per impactació d’aerosols o per absorció de gasos; la fixació biològica que fan els procariotes lliures o els simbionts pot aportar nitrogen a l’ecosistema; les emissions de gasos de nitrogen i de sofre durant la desnitrificació i la descomposició de la matèria orgànica, les emissions de partícules per part de la vegetació, i l’erosió eòlica poden representar sortides netes d’elements, si els materials emesos no es redipositen sobre la mateixa conca; la riera pot exportar elements en forma particulada, com a material orgànic flotant (fulles, exúvies d’insectes, etc.), com a sediment orgànic o inorgànic en suspensió, o com a materials grollers arrossegats pel fons del llit. Hauríem de pensar, també, en les entrades pels processos de meteorització de les roques.

Alguns dels fluxos anteriors poden ser minoritaris en el balanç, però altres poden ser importants en alguns llocs i per certs elements; en aquest cas, hi ha tècniques per a mesurarlos, encara que de vegades subsisteixen problemes metodològics seriosos, i sempre cal un esforç considerable de mostreig per a cobrir la variabilitat espacial i temporal. En general, en llocs d’atmosfera relativament neta, situats no gaire a prop de la mar, en climes humits o subhumits, amb una bona cobertura vegetal, i amb litologies i geomorfologies que no deixin crear noves fonts de sediment, la principal entrada d’elements té lloc amb la pluja, i la principal sortida, en forma dissolta a la riera. En canvi, la importància de la deposició seca augmenta quan augmenten la contaminació atmosfèrica, la proximitat a la mar o l’aridesa del clima. D’altra banda, en llocs semiàrids, amb poc recobriment vegetal, amb litologies determinades o amb geomorfologies actives, l’exportació de material particulat per la riera i l’erosió eòlica són afavorides.

Conques experimentals

Hem vist que les petites conques impermeables, amb carenes ben definides i amb litologia, sòls i vegetació relativament homogenis poden ser molt útils per a estudiar la resposta hidrològica i biogeoquímica en unitats funcionals del paisatge. Un avantatge afegit és que en una zona de relleu madur hi ha nombroses conques petites de característiques similars. L’existència d’aquestes conques «replicades» permet que la recerca hi pugui ser experimental i no simplement observacional: podem manipular ecosistemes sencers i mesurar els efectes sobre els fluxos d’aigua, els sediments i els nutrients que surten de la conca.

Aquest enfocament té nombroses possibilitats. Des del punt de vista de l’ecologia bàsica, la comparació entre conques de control i conques tractades experimentalment és una aplicació clàssica del mètode científic que pot revelar els mecanismes que regulen el funcionament hidrològic i biogeoquímic dels ecosistemes no pertorbats. Des del punt de vista aplicat, l’experimentació amb conques permet d’avaluar els efectes de diferents pràctiques de gestió, com ara les tales forestals, la substitució d’espècies arbòries, la reforestació, els incendis prescrits, la construcció de pistes, etc., i de modificar-les per reduir-ne el possible impacte sobre la conca i sobre els ecosistemes aquàtics situats aigües avall. De fet, amb la tendència imperant a l’ecologia actual de veure les pertorbacions naturals com a part integral del funcionament i la dinàmica dels ecosistemes, la diferència entre aquest punt de vista bàsic i aplicat s’esvaeix perquè les pràctiques de gestió són casos particulars de pertorbacions.

Als Països Catalans, els estudis de petites conques són molt recents. Destaquen els realitzats a partir del 1981 en una conca de 55 ha d’alzinar sobre esquistos al barranc de l’Avic, a les muntanyes de Prades, amb la finalitat de determinar els balanços anuals d’entrada i sortida d’aigua i de nutrients. Igualment, al Montseny s’han estudiat dues conques, també sobre esquistos: una de 4,3 ha, coberta d’alzinar muntanyenc, i l’altra de 6,3 ha, coberta de landes de ginestell i bruguerola, amb la finalitat de conèixer la hidrologia i la biogeoquímica d’aquests ecosistemes.

El cas de les conques d’alzinar

El flux d’aigua

A la conca experimental del barranc de l’Avic (Prades), els resultats de cinc anys d’estudi donen un drenatge anual mitjà de 40 mm, amb una precipitació mitjana de 504 mm. A la conca d’alzinar muntanyenc del Montseny, anomenada TM9, en un any amb una precipitació de 873 mm, semblant a la precipitació mitjana d’aquesta localitat, el drenatge fou de 404 mm, deu vegades més gran que en els boscos més xèrics de Prades. Aquests darrers transformen en drenatge només el 8% de la precipitació anual, percentatge que puja al 46% al Montseny.

Com que ambdues conques són impermeables, podem prescindir del drenatge subterrani, i la diferència entre la precipitació i el drenatge anual ens mesura l’evapo-transpiració mitjana per a tota la conca. Veiem així que els alzinars de Prades i del Montseny evapotranspiren quantitats molt semblants d’aigua: 464 i 469 mm/any, respectivament, xifres no gaire diferents de les de molts boscos temperats. En el cas de TM9, on les dades es refereixen a un any, aquesta estimació de l’evapo-transpiració a partir del balanç hídric de la conca pot trobar-se afectada per possibles diferències entre les quantitats d’aigua emmagatzemades a la conca al principi i al final del període d’estudi; a Prades, fent la mitjana de cinc anys, aquest factor perd importància. També cal recordar que l’evapo-transpiració deduïda del balanç hídric inclou les pèrdues per intercepció (aigua que s’evapora directament des de les capçades i els troncs mullats, sense arribar al terra del bosc), que a l’alzinar de Prades representen 80 mm/any, el 18% de la precipitadó. Així, els alzinars de l’Avic i de TM9 evapo-transpiren quantitats similars, però ho fan per raons ben diferents. A Prades, la precipitació supera escassament els requeriments hídrics del bosc, i l’evapo-transpiració és limitada per la disponibilitat d’aigua. Això es veu clarament quan considerem els balanços hídrics dels anys individualment: en un any molt sec l’evapo-transpiració va ser de només 300 mm, i el drenatge, de 10 mm; en un any relativament plujós, l’evapo-transpiració va ser de 610 mm, i el drenatge, de 90 mm. És a dir, l’augment de pluviositat es destina majoritàriament a incrementar l’evapo-transpiració. Això és just el contrari del que passa als boscos on aquesta és limitada per la quantitat d’energia disponible per evaporar aigua, com passa en climes temperats freds amb precipitació abundant i ben distribuïda al llarg de l’any. En aquests casos, els augments de pluviositat es tradueixen sobretot en augments del drenatge, i l’evapo-transpiració és poc afectada perquè la vegetació ja transpira tota l’aigua que pot. A TM9, la situació és intermèdia entre els dos extrems que acabem de descriure; aquesta conca és molt obaga i rep molta menys radiació que la de l’Avic, de manera que l’evapo-transpiració és probablement limitada per l’energia durant l’hivern i per l’aigua durant l’estiu i altres períodes d’eixut.

Podem comparar el drenatge anual mesurat en aquestes petites conques d’alzinar amb el que es pot calcular a partir dels cabals específics mitjans dels rius grans dels Països Catalans. Cal reconèixer que aquests darrers cabals no són estrictament comparables als obtinguts en petites conques impermeables, perquè les conques de rius grans són molt heterogènies, contenen sovint àrees extenses de materials permeables, i els cabals sovint són minvats per les extraccions per a regadius o per a subministrament d’indústries i ciutats. No obstant això, el gradient N-S que s’observa en els rius catalans (de zones plujoses amb materials impermeables a zones més àrides sobre materials porosos) és tan marcat que la comparació dels cabals específics és il·lustrativa. Veiem que el drenatge superficial només supera els 900 mm/any a l’extrem NW dels Països Catalans (Vall d’Aran, Alta Ribagorça, parts altes dels dos Pallars), amb ecosistemes d’alta muntanya que reben precipitació abundosa i on l’evapo-transpiració és limitada per les baixes temperatures. A la Catalunya de clima mediterrani subhumit o de muntanya mitjana, el drenatge és generalment entre 100 i 450 mm/any. Al País Valencià, els valors baixen molt i la major part són entre 25 i 100 mm/any; una estació del riu Vinalopó, prop de l’extrem meridional del territori, té només 7 mm/any de drenatge mitjà.

El flux de nutrients

Balanços de nutrients en dues conques experimentals cobertes per alzinar sobre esquists. S’hi inclouen només les formes inorgàniques solubles de cada element. El flux d’entrada és la deposició global (precipitació + sedimentació gravitatòria); el flux de sortida és l’exportació dissolta en l’aigua de la riera. Les dades de Prades són les mitjanes de tres anys: 1982-83 i 1968-88 (excepte nitrogen i fòsfor, que corresponen al primer any), durant els quals plogueren una mitjana anual de 636 mm, i el drenatge fou de 61 mm. Al Montseny, les dades són d’un any (1984-85), amb 870 mm de precipitació i 404 mm de drenatge. Ambdues conques retenen nitrogen i fòsfor i exporten cations metàl·lics. L’exportació neta és dominada pel calci a Prades i pel sodi al Montseny.

Josep Nuet i Badia / Maria Rieradevall original de l’autor.

Els ecosistemes forestals no pertorbats, com els alzinars que comentem, exporten (perden) generalment molt pocs nutrients dissolts o particulats en les seves aigües de drenatge, sobretot d’aquells elements que sovint són limitants, com el nitrogen i el fòsfor. Aquest fet és ben remarcable si considerem que anualment circulen grans quantitats de nitrogen, fòsfor i altres elements per l’interior de l’ecosistema forestal. És a dir, els boscos utilitzen molt eficientment els nutrients, en el sentit que són capaços de reciclar-los repetidament amb unes pèrdues mínimes. Fins i tot, aquests alzinars i altres boscos perden per la riera menys nitrogen i fòsfor del que reben de la pluja. Com que no sembla que en aquestes conques les sortides no mesurades (per exemple, les emissions gasoses de nitrogen) siguin prou importants, cal concloure que el nitrogen i el fòsfor es van acumulant a la conca. Aquest és un resultat gairebé universal en les conques cobertes per boscos en creixement, els quals tenen una elevada demanda de nutrients per construir nova biomassa. Pràcticament tots els boscos dels Països Catalans cauen en aquesta categoria, atesa la manca de boscos madurs.

Des del punt de vista del bosc, la deposició atmosfèrica de nitrogen per la pluja representa una fertilització crònica, que si bé és força baixa no per això és insignificant: a la conca de TM9 del Montseny, la deposició atmosfèrica anual de nitrogen (sense comptar la deguda als aerosols ni a l’absorció de gasos ni la deposició de nitrogen orgànic, que no ha estat mesurada) equival al 44% del nitrogen acumulat en l’increment anual de la biomassa total del bosc. Des del punt de vista dels sistemes aquàtics receptors, el fet que els ecosistemes terrestres dels seus vessants retinguin gran part del nitrogen i del fòsfor provinents de l’atmosfera serveix per a reduir la càrrega de nutrients rebuda per rieres, rius i llacs. Per exemple, si els boscos del Montseny no «filtressin» el nitrogen de la pluja, l’aigua que surt de les conques després d’haver estat concentrada per l’evapo-transpiració hauria de tenir unes concentracions mitjanes de 61 µeq/l d’amoni i 48 µeq/l de nitrat, valors propis d’aigües eutròfiques; en realitat, les concentracions d’amoni i nitrat a les rieres del Montseny que drenen conques no pertorbades són negligibles.

Els ecosistemes forestals no alterats perden només quantitats moderades de nutrients en les aigües de drenatge gràcies en bona part a la regulació biòtica de l’exportació dissolta i particulada de materials. Entre els processos o les característiques que s’han identificat com a més significatius en aquesta regulació biòtica hi ha: l’evapo-transpiració, que redueix el flux d’aigua disponible per transportar materials (i ja hem vist que els boscos mediterranis poden evapo-transpirar més del 90% de la precipitació rebuda); la presència d’una capa de virosta, que dissipa l’energia cinètica de les gotes de pluja, i d’uns horitzons superficials del sòl que, a causa de l’activitat biològica, tenen taxes altes d’infiltració (tant a Prades com al Montseny, la hidrologia de la conca és dominada pels fluxos subsuperficials d’aigua, els quals no erosionen els vessants); l’absorció de nutrients pels microorganismes del sòl i per la vegetació, que pren nutrients de la solució del sòl i en dificulta l’exportació; i la formació de barreres de restes orgàniques d’origen terrestre al llit de rierols i rieres, que regulen el flux d’aigua i afavoreixen la retenció de nutrients, tant dissolts com particulats.

Les pertorbacions afecten en grau divers les propietats anteriors i, per això, les pèrdues de nutrients i la producció de sediments solen augmentar. Les pràctiques forestals intensives poden tenir aquests efectes, sobretot si destrueixen la capa de virosta i compacten el sòl. A més, a conseqüència de l’augment de cabals després de la tala, les barreres orgàniques del llit de la riera poden ser arrossegades, i pot accelerar-se l’erosió de les ribes. Igualment, les conques que tenen un ús agrícola o urbà-industrial, encara que només sigui en una petita part de la seva superfície, experimenten pèrdues elevades de nutrients procedents dels fertilitzants, dels residus animals o dels abocaments d’aigües residuals. Les pautes d’ús del sòl dins la conca tenen, per tant, una gran influència sobre els ecosistemes aquàtics receptors, i per això diem que el funcionament dels sistemes aquàtics depèn de la conca.

La capacitat de regulació de les conques es pot veure en els efectes sobre algunes característiques, com el pH. Així, en les conques d’alzinar, l’acidesa que incideix per la precipitació ja ha estat totalment neutralitzada quan l’aigua surt de la conca. Al Montseny el pH mitjà ponderat de la pluja és de 4,7, mentre que el pH mitjà de la riera de la conca TM9 és de 7,4. Si l’acidesa de la pluja no fos neutralitzada pels ecosistemes terrestres de la conca, la riera rebria una aigua de pH 4,7 (o pH 4,4 si considerem l’efecte de l’evapotranspiració), la qual cosa en modificaria dràsticament l’ecologia.

Podem fer-nos una idea de quins són els processos que actuen en el sistema vegetació-sòlroca per generar aquesta neutralització, si ens fixem en els balanços d’entrades i sortides dels principals cations metàl·lics: sodi, calci i magnesi. Tant a Prades com al Montseny, els tres cations tenen un balanç negatiu: les sortides superen les entrades. Si acceptem que les entrades no mesurades d’aquests elements no són importants, hem de concloure que hi ha una font interna a la conca que els allibera. En un bosc no pertorbat en creixement, es desenvolupen dos processos que poden subministrar cations solubles en quantitats apreciables: la meteorització dels minerals i l’intercanvi catiònic en el sòl. Tots dos processos poden ser simultàniament responsables de la neutralització de l’acidesa, perquè ambdós consumeixen un equivalent de protons per cada equivalent de cations alliberats a la solució del sòl. A la conca TM9, el sodi és el catió que té una exportació neta més gran i, al mateix temps, la quantitat de sodi intercanviable en el sòl és relativament petita. En aquest cas, sembla que el principal procés consumidor de protons i alliberador de cations seria la meteorització química dels silicats. A la conca de l’Avic, a les muntanyes de Prades, el principal catió exportat és el calci; no s’han trobat carbonats ni en el sòl ni en la roca d’aquesta conca, i la concentració de calci a la roca és extremament baixa. En aquestes condicions, l’alliberament de calci es produiria no sols per la meteorització sinó també per l’intercanvi catiònic. Això implica que la reserva de calci intercanviable en el sòl aniria disminuint amb el temps, però, com que el complex d’intercanvi de l’Avic és saturat amb calci, això no seria perceptible si no era a molt llarg termini.

La quantitat de cations alliberats per una conca, i per tant la capacitat d’aquesta per neutralitzar acidesa, es pot expressar amb un sol valor: la taxa de denudació catiónica, que és la suma dels equivalents de cations exportats anualment de la conca per unitat de superfície, un cop descomptades les entrades atmosfèriques. Amb les dades disponibles d’un any d’estudi de les conques, la denudació catiònica a la conca TM9 és de 1,3 keq/ha·any, i la de l’Avic, 1,8 keq/ha any. Tot i que aquesta darrera xifra podria ser una sobreestimació perquè es refereix a un any en què el drenatge fou el doble de la mitjana anual, ambdós alzinars semblen tenir taxes altes de denudació catiònica, si les comparem amb el valor mitjà de 0,7 keq/ha·any que s’obté en conques de boscos temperats i boreals sobre roques silicatades. Els boscos mediterranis poden tenir una denudació catiònica activa, sempre que tinguin un drenatge mínim i la roca mare no sigui particularment resistent, pel fet que la temperatura mitjana és relativament elevada, que els sòls es troben suficientment humits durant bastants mesos de l’any i, potser, perquè l’activitat biològica en el sòl és alta i genera una quantitat abundant d’àcid carbònic, el qual pot accelerar la meteorització i l’intercanvi catiònic.

La taxa de denudació catiònica mesura la susceptibilitat del paisatge davant de l’erosió química. En tots aquells llocs on predomina el flux subsuperficial d’aigua i on les ribes de les rieres són relativament estables, l’erosió particulada és petita i la denudació catiònica és el component principal de la denudació continental. Per altra banda, la taxa de denudació catiònica indica la capacitat de la conca de produir aigües més o menys mineralitzades, la qual cosa afecta els organismes aquàtics. La denudació catiònica és, per tant, un altre exemple de la integració que s’estableix entre els ecosistemes terrestres i els aquàtics, i de la conveniència d’utilitzar petites conques homogènies per analitzar la funcionalitat del paisatge.

Les aigües continentals com a ecosistemes

Hom pot parlar de la conca hidrogràfica com una unitat ecològica perquè és un sistema clarament delimitable (A), que recull les aigües que concorren en un mateix riu i permet comprendre’n els cicles i els fluxos que hi intervenen, com per exemple el de nutrients (fletxes vermelles). Els cicles poden ser governats pels organismes, com en el cas dels arbres, que agafen els nutrients del sòl (B), o pels factors externs, que creen les condicions necessàries per als canvis cíclics, com en el cas de l’embassament (C): el cicle hivern/estiu provoca la barreja (C’) o l’estratificació (C") de l’aigua i, per tant, la presència de nutrients a tota la columna o preferentment al fons; el transport cap al fons es fa en forma particulada orgànica, és a dir, organismes que en morir i ser consumits pels bacteris poden provocar la manca d’oxigen prop del fons. Aquestes unitats fàcilment delimitables (l’arbre, l’embassament) estan connectades per fluxos, siguin subsuperficials als vessants del bosc, siguin els grans col·lectors que són els rius. En aquests (D), el que domina és el transport horitzontal. El canvi anual també és important en els processos que es donen dins del riu (D’): a la tardor s’hi acumulen moltes fulles en un moment en què la temperatura comença a baixar; a l’hivern la temperatura pot ser molt baixa i. per això, tot i la presència de llum, la producció no és alta; a la primavera augmenta la temperatura i disminueix la llum prop del llit del riu. Els processos que tenen lloc dins del riu (producció, respiració) depenen de factors que li són externs (existència de cobertura arbòria, facilitat de descomposició de les fulles, règim de crescudes, temperatura, etc.).

Maria Rieradevall, original de l’autor

Hem vist fins ara com els processos a escala de la conca regulen les característiques de les aigües que les drenen. La quantitat d’aigua, el pH, la quantitat i la qualitat de cations i els elements nutritius minerals (nitrogen, fòsfor) que porta la riera depenen dels processos que s’esdevenen a la conca. Però hi ha processos que es desenvolupen dins de l’ecosistema aquàtic que poden modificar d’una manera notable l’estructura i el funcionament de la comunitat fins a fer que aquests siguin molt més importants que no els originats a la conca.

És clar que les característiques físico-químiques que tenen les nostres aigües depenen tant dels ambients que les envolten com dels processos que es desenvolupen al seu interior. Així, les característiques de l’aigua d’un riu són relacionades amb l’aigua que ve de més amunt i la que s’hi pugui afegir pels afluents; però totes les mesures fetes en un punt determinat d’un riu són efímeres, perquè l’aigua flueix ràpidament cap avall. En canvi, si l’aigua va a parar en un llac o en un embassament, resta retinguda allà un cert temps.

El temps de residència de l’aigua en un d’aquests sistemes és molt important ja que configura les condicions de vida per a la majoria dels organismes i les transformacions del seu quimisme per processos de precipitació i d’evaporació. És el temps que tarda com a mitjana una molècula d’aigua a entrar en un dipòsit i sortir-ne, per exemple, de la cua a la presa d’un embassament. Com més gran sigui el dipòsit o, com menys aigua hi entri, més llarg tendirà a ser el temps de residència. Així una molècula d’aigua roman, com a temps mitjà, 1,5 anys a l’estany de Banyoles, mentre que a l’embassament de Boadella hi és aproximadament un any i al de Flix unes poques hores. Només si el temps de residència és d’uns quants mesos o d’un any, els processos limnològics del mateix sistema es poden considerar importants. En aquests casos, les característiques de l’aigua i les comunitats que s’hi desenvolupen depenen més del mateix dipòsit (sistema) que no pas de l’ambient que l’envolta. És quan podem començar a parlar del funcionament individual d’un ecosistema aquàtic.

Un llac o un embassament poden considerarse ecosistemes amb un funcionament i una organització molt més independent de la seva conca que no pas el riu, especialment a les seves parts altes, de manera que, en aquest cas, hom l’ha de considerar com a part integrant de l’ecosistema terrestre adjacent. Les condicions generades per l’estanyada de les aigües, quan la fondària és suficient, donen lloc a una organització particular de l’ecosistema aquàtic, amb la diferenciació de dues capes d’aigua de característiques ben diferents: la superior més calenta o epilímnion i la inferior més freda o hipolímnion, separades per una zona de canvi tèrmic ràpid, la termoclina. Aquest gradient tèrmic és generat per l’escalfament diferencial de les aigües de superfície, que s’escalfen més de pressa que les del fons. Això és possible per la baixa conductivitat tèrmica de la molècula d’aigua i l’escalfament ràpid de l’aire a l’estiu. La formació i el trencament de la termoclina és un esdeveniment clau per a la limnologia dels llacs, dels embassaments i de les basses. A les nostres latituds té un ritme de formació i destrucció anual. Part important de tots els capítols que tractin de llacs i embassaments serà dedicat a explicar aquesta formació i les seves peculiaritats en cada sistema.

La termoclina també és un gradient de densitats (picnoclina) i, per això, fa de veritable barrera física entre les aigües de l’epilímnion i les de l’hipolímnion, especialment per a la difusió de gasos i substàncies dissoltes. Aquest efecte de barrera és fonamental per al funcionament dels ecosistemes aquàtics. Hi ha altres gradients de densitat, com la presència de fang en suspensió (cosa que s’observa a l’estany de Banyoles, o als embassaments) o de capes d’aigua salada en el fons (la Massona, els aiguamolls de l’Empordà, la part baixa de l’Ebre), que també tenen molta importància en la comprensió del funcionament dels ecosistemes aquàtics dels Països Catalans perquè separen les masses d’aigua en dues capes que queden amb un funcionament relativament individualitzat fins que es tornen a barrejar. L’organització dels llacs i dels embassaments, per això, es fa en sentit vertical. Molts dels materials de les parts superiors se sedimenten al fons. Per exemple, les algues que viuen a la superfície cauen cap al fons, on es mineralitzen; és a dir, es destrueixen per l’acció bacteriana o dels animals, i així retornen al medi els elements nutritius que havien absorbit a la superfície. Però aquests elements nutritius no poden retornar a la superfície fins que no hi hagi una barreja de les aigües: cal el trencament de la termoclina o picnoclina. En el cas de la termoclina, a les nostres latituds, això s’esdevé a la tardor. Aquest retorn a la zona de llum dels nutrients és, doncs, absolutament dependent dels factors físico-químics externs que promouen la barreja i és el fet diferencial principal respecte del funcionament dels ecosistemes terrestres, on el retorn és assegurat per les rels. El llac o l’embassament funciona durant uns mesos (tardor, hivern i part de la primavera) com un dipòsit barrejat on els materials poden circular lliurement. Una altra part de l’any, el dipòsit es divideix en dues parts, la superfície i el fons, on tenen lloc dos processos diferents però complementaris: a la superfície es fa l’absorció dels nutrients pel fitoplàncton, perquè hi ha llum, i al fons hi ha la mineralització d’aquests nutrients. Això explica les característiques ben diferents que poden tenir les aigües de l’epilímnion i de l’hipolímnion a l’estiu.

El grau de diferenciació entre l’epilímnion i l’hipolímnion depèn, però, de cada llac. A la superfície, la llum abundant i la temperatura més alta permeten el procés de producció. Les algues hi poden créixer per la presència de llum; que n’hi creixin més o menys és condicionat per la quantitat de sals nutritives (especialment, nitrogen i fòsfor) que tingui l’aigua, cosa que pot dependre del que passa a la conca. Així, distingim entre llacs i embassaments oligotròfics, amb poca producció perquè hi ha poques sals nutritives, i llacs i embassaments eutròfics, rics en nutrients i en plàncton. Les plantes que proliferen en els llacs suspeses en l’aigua (fitoplàncton) o les que viuen sobre les pedres dels rius (perifíton) o els macròfits que es troben a les vores dels llacs o als rius, també necessiten aquells nutrients. En els ecosistemes aquàtics, el potassi (de vegades element clau en certs cultius) no hi és mai escàs ja que, pel rentatge de les roques, l’aigua n’està relativament enriquida respecte al sòl. Però si el nitrogen i el fòsfor són relativament escassos a l’aigua, els vegetals que se n’alimenten tenen un creixement i una proliferació lents en condicions normals. Això dóna un aspecte transparent i net a l’aigua (oligotròfia).

En el cas dels rius, l’element més important és el flux i el transport d’aigua. Per això, es fa molt necessari comprendre què passa a la conca més o menys propera. El model dels rius és més proper a un quemostat amb un volum petit i un flux ràpid; per això és més important el que passa a les parets del quemostat (les pedres del riu) que no pas a l’aigua circulant. L’organització i l’adaptació al corrent és el que predomina. Per això, qualsevol modificació en el contingut del flux pot generar una modificació ràpida en el contingut de les parets (pedres), cosa que explica la dependència de la conca més o menys propera al lloc on es genera el flux. Pel que fa als nutrients, en els rius el nitrogen i el fòsfor circulen també amb l’aigua, per la qual cosa poden ser captats per les algues que recobreixen les pedres del riu; si aquestes algues són arrossegades pel corrent, els nutrients es mouen riu avall; però també poden tornar al riu en forma dissolta. El nutrient es mou aigües avall com en una espiral. Per això, mentre que en els llacs i els embassaments parlem de cicles de nutrients, en el cas del riu ens referim a l’espiral de nutrients.

Certs canvis de les característiques de les aigües continentals són relacionats amb l’acció de l’home, de manera que no cal tenir-los en compte a l’hora de caracteritzar els nostres sistemes d’aigües continentals o per a comprendre’n el funcionament. Aquests canvis són de tota mena: construccions d’embassaments, alteracions del traçat dels rius, desforestació, i, especialment, canvis en la qualitat de les aigües, que coneixem amb el nom genèric de contaminació, i és la causa que molts torrents i rius de capçalera, i la part mitjana i final de gairebé tots els rius dels Països Catalans estiguin en un estat avançat de degradació. En el cas de les llacunes, les basses, els embassaments i els llacs, el canvi de les característiques de les aigües degut a l’ús que n’ha fet l’home produeix en la majoria dels casos un símptoma molt clar i uns efectes molt evidents d’allò que coneixem com a eutrofització, que és conseqüència dels processos de precipitació i sedimentació que es donen en aquestes aigües. En aquestes condicions, les sals que serveixen de nutrició per a les algues es troben en concentracions molt baixes. Però el fòsfor que l’home utilitza (per exemple, en contenen els detergents, per evitar l’efecte de la calç sobre els sabons) va a parar a les aigües i quan arriba als nostres llacs i embassaments, juntament amb el nitrogen procedent de la descomposició de la matèria orgànica, fa que les plantes en suspensió en l’aigua (el fitoplàncton) ja no tinguin limitades les possibilitats de creixement. Les aigües es tornen verdoses i perden la seva transparència. Aquest és el procés d’eutrofització i els llacs que el pateixen se’n diuen eutròfics.

Tipologia de les aigües continentals segons la mineralització

Distribució dels principals sistemes aquàtics epicontinentals dels Països Catalans i de les isolínies de conductivitat damunt d’un mapa geològic simplificat, i esquema de la composició iònica mitjana dels quatre grans grups d’ambients representats (escala logarítmica). En el mapa s’han indicat únicament els principals estanys pirinencs (els requadres assenyalen nuclis d’estanys) i en el cas dels embassaments, s’han separat diversos grups segons el volum màxim d’aigua que poden emmagatzemar. Pel que fa a la xarxa de rius, noteu la relació dels valors de conductivitat amb les característiques del substrat, bé que hi intervenen també altres factors (per exemple, l’augment de salinitat del Llobregat al seu pas per Súria i Cardona). A l’esquema (a dalt, a l’esquerra), la mineralització mínima dels estanys pirinencs correspon a una dominancia de les sals bicarbonatades càldques, mentre que la dels llacs càrstics, considerablement més gran, és dominada pels sulfats; la composició iònica corresponent als embassaments és. en mitjana, similar a la típica de les aigües dolces amb dominància bicarbonato-calcico-magnèsica; a les llacunes litorals el sodi i el clor dominen la composició iònica.

Carto-Tec, original de N. Prat, amb dades pròpies i de G. Moyà i G. Ramon i F.A. Comín.

Així com resulta fàcil caracteritzar les aigües marines per la seva composició química (que imposa unes condicions ambientals força precises als organismes que hi habiten), és molt difícil fer-ho en les aigües dolçes. En efecte, tot i que es pot fer una composició mitjana de l’aigua dolça típica i que això ens dóna una idea clara de la diferència mitjana que hi ha entre els dos ambients aquàtics en aquest aspecte, també es cert que les aigües epicontinentals difereixen molt segons l’ambient.

Precisament els Països Catalans són un bon exemple d’aquestes desviacions ja que la varietat d’ambients i condicions que s’hi donen permeten expressar molt clarament aquesta diferència. El valor de la conductivitat elèctrica, que és proporcional a la quantitat total de sals en dissolució que té l’aigua, és un bon indicador d’aquestes diferències i va augmentant clarament des de les parts més altes dels rius fins a les parts més baixes, amb valors màxims prop de la mar. Tot i això, la conductivitat no ens explica quines són les sals que hi ha en dissolució.

Les sals presents en les aigües continentals poden tenir un origen divers. En alguns casos provenen de la concentració de les mateixes sals de la mar com passa en algunes llacunes costaneres i a les salines. En d’altres, les sals provenen de la dissolució de les roques que formen el substrat litològic de la zona. En aquest darrer cas, se suposa que, en els llocs on el substrat és preferentment format de roques poc solubles (granits, pissarres), les sals presents en forma soluble a l’aigua seran escasses. En canvi, en aquelles zones on la solubilitat de la roca és gran (calcàries, guixos) tindrem aigües més salades.

Aquesta relació resulta evident en observar alhora un mapa litològic del conjunt del territori i els valors de la conductivitat de les aigües de rius, llacs, embassaments i basses i llacunes del país. Un mapa d’aquest tipus posa de relleu no sols aquestes relacions sinó també d’altres. Així, en certs indrets observem valors de conductivitat molt més grans que els de l’aigua de mar. Són llocs de concentració de sals per destil·lació: salines, llacunes litorals en certes èpoques o condicions, o bé basses o llacunes endorreiques (l’aigua no té una sortida natural i es concentra i s’evapora en un llac o bassa interior). Aquests ambients són extraordinàriament interessants per la seva fauna, de vegades antiquíssima i amb adaptacions peculiars per viure en aquests ambients tan salats. També destaca en un mapa d’aquestes característiques el fet que la part final de tots els nostres rius té uns valors més alts que no pas les parts altes, cosa deguda a la simple acumulació de sals en el sentit del flux. Però en alguns casos els valors de conductivitat de l’aigua són molt alts i en d’altres es veuen certs canvis molt sobtats, com, per exemple, al Llobregat. Aquests valors elevats o canvis sobtats s’originen, la majoria, per l’ús que l’home fa de les aigües: la contaminació, en un sentit molt ampli. D’aquesta manera el valor de la conductivitat ens informa, fins i tot, de possibles pertorbacions en la qualitat de l’aigua, tot i que no basta per a veure l’abast i les característiques més concretes de la pol·lució.

Els ambients aquàtics dels Països Catalans

Tenint en compte el temps de residència de l’aigua, és a dir, les característiques de dipòsit o de pas d’aigua (llac o riu) i també les seves dimensions (llac, embassament o bassa) i les seves característiques de salinitat respecte a l’aigua de mar (llacunes costaneres més o menys salades), parlarem de les aigües continentals en diferents parts. En la primera tractem dels rius, d’aigües que s’escolen ràpidament, amb un sentit d’organització horitzontal característic i amb comunitats que depenen més del que passa a la conca contigua que no pas al mateix riu. Els llacs, amb un volum considerable i amb una organització vertical preponderant, els separem en estanys de muntanya (els dels Pirineus) i llacs càrstics, per la diferenciació clara que hi ha en el seu origen, població i funcionament. Els tolls i les petites basses que semblen poc importants, però que són d’una varietat i complexitat ecològica considerables, faran un altre capítol. Els embassaments, híbrids entre llacs i rius, però amb característiques pròpies i d’una gran importància en el progrés de la limnologia a casa nostra, són tractats en una altra part, com també els sistemes costaners, marcats per la influència marina i per la de l’home des de temps històrics.