La redistribución hidráulica es un mecanismo pasivo por el cual el agua se transporta de suelos húmedos a suelos secos a través de redes subterráneas. [1] Se da en plantas vasculares que comúnmente tienen raíces tanto en suelos húmedos como secos, especialmente plantas con raíces pivotantes que crecen verticalmente hasta el nivel freático y raíces laterales que se encuentran cerca de la superficie. A fines de la década de 1980, hubo un movimiento para comprender el alcance total de estas redes subterráneas. [2] Desde entonces, se descubrió que las plantas vasculares reciben ayuda de redes de hongos que crecen en el sistema radicular para promover la redistribución del agua. [1] [3] [4]
Los períodos cálidos y secos, cuando el suelo superficial se seca hasta el punto de que las raíces laterales exudan el agua que contienen, provocarán la muerte de dichas raíces laterales a menos que se reponga el agua. De manera similar, en condiciones extremadamente húmedas, cuando las raíces laterales se inundan con aguas de inundación, la falta de oxígeno también provocará un peligro para las raíces. En las plantas que presentan redistribución hidráulica, existen vías de xilema desde las raíces pivotantes hasta las laterales, de modo que la ausencia o abundancia de agua en las laterales crea un potencial de presión análogo al de la atracción transpiratoria . En condiciones de sequía, el agua subterránea se absorbe a través de la raíz pivotante hasta las laterales y se exuda hacia el suelo superficial, reponiendo lo que se perdió. En condiciones de inundación, las raíces de las plantas realizan una función similar en la dirección opuesta.
Aunque a menudo se hace referencia a él como elevación hidráulica, se ha demostrado que el movimiento del agua por las raíces de las plantas se produce en cualquier dirección. [5] [6] [7] Este fenómeno se ha documentado en más de sesenta especies de plantas que abarcan una variedad de tipos de plantas (desde hierbas y pastos hasta arbustos y árboles) [8] [9] [10] y en una variedad de condiciones ambientales (desde el desierto de Kalahari hasta la selva amazónica). [8] [9] [11] [12]
El movimiento de esta agua se puede explicar mediante una teoría de transporte de agua a través de una planta. Esta teoría de transporte de agua bien establecida se llama teoría de cohesión-tensión . En resumen, explica que el movimiento del agua a través de la planta depende de tener una columna continua de agua, desde las hojas hasta las raíces. Luego, el agua es extraída desde las raíces hasta las hojas y se mueve a través del sistema vascular de la planta , todo ello facilitado por las diferencias en el potencial hídrico en las capas límite del suelo y la atmósfera . Por lo tanto, la fuerza impulsora para mover el agua a través de una planta es la fuerza cohesiva de las moléculas de agua y un gradiente de presión desde las raíces hasta las hojas. Esta teoría todavía se aplica cuando la capa límite con la atmósfera está cerrada, por ejemplo, cuando los estomas de la planta están cerrados o en plantas senescentes. [13] El gradiente de presión se desarrolla entre capas de suelo con diferentes potenciales hídricos, lo que hace que el agua se mueva por las raíces desde capas de suelo más húmedas a más secas de manera similar a cuando una planta está transpirando.
Se ha entendido que la elevación hidráulica ayuda a la planta huésped y a sus plantas vecinas en el transporte de agua y otros nutrientes vitales. [2] En ese momento, la elevación hidráulica se describía como el movimiento de agua y nutrientes del suelo desde un huésped vascularizado al suelo durante la noche principalmente. [2] Luego, después de estudios en la década de 2000, se tomó en consideración una palabra más integral donde describía un movimiento pasivo y bidireccional exhibido por las raíces de la planta y asistido además por redes micorrízicas . [2] [3] [14] Un estudio de 2015 describió luego una "transferencia directa de agua redistribuida hidráulicamente" entre el huésped y los hongos hacia el sistema de raíces circundante. [3] Como se mencionó, la redistribución hidráulica no solo transporta agua sino también nutrientes. [14] Los hongos con más probabilidades de formar redes de agua y nutrientes son las ectomicorrizas y las micorrizas arbusculares . [3]
La importancia ecológica del agua redistribuida hidráulicamente se está comprendiendo mejor a medida que este fenómeno se estudia más cuidadosamente. Se ha descubierto que la redistribución del agua por las raíces de las plantas influye en el riego de los cultivos, donde los esquemas de riego dejan una marcada heterogeneidad en la humedad del suelo. Este proceso de influencia también ayuda al éxito de las plántulas. [3] [4] Se ha demostrado que las raíces de las plantas suavizan u homogeneizan la humedad del suelo. Este tipo de suavizado de la humedad del suelo es importante para mantener la salud de las raíces de las plantas. Se ha demostrado que la redistribución del agua desde las capas húmedas profundas a las capas más secas y superficiales por parte de los árboles grandes aumenta la humedad disponible durante el día para satisfacer la demanda de transpiración.
Las implicaciones de la redistribución hidráulica parecen tener una influencia importante en los ecosistemas vegetales . El hecho de que las plantas redistribuyan o no el agua a través de las capas del suelo puede afectar a la dinámica de las poblaciones vegetales , como por ejemplo la facilitación de la presencia de especies vecinas. [15] El aumento de la humedad disponible del suelo durante el día también puede compensar las bajas tasas de transpiración debidas a la sequía ( véase también rizogénesis por sequía ) o aliviar la competencia por el agua entre especies vegetales competidoras. El agua redistribuida a las capas cercanas a la superficie también puede influir en la disponibilidad de nutrientes para las plantas. [16]
Debido a la importancia ecológica del agua redistribuida hidráulicamente, existe un esfuerzo continuo para continuar la categorización de las plantas que exhiben este comportamiento y adaptar este proceso fisiológico en modelos de superficie terrestre para mejorar las predicciones de los modelos.
Los métodos tradicionales para observar la redistribución hidráulica incluyen trazas de isótopos de deuterio, [7] [9] [12] [17] flujo de savia, [8] [11] [18] [19] y humedad del suelo. [6] [9] En un intento por caracterizar la magnitud del agua redistribuida, se han desarrollado numerosos modelos (tanto empíricos como teóricos). [20]