INTRODUCCIÓN

Los páramos ofrecen gran variedad de servicios ecosistémicos que benefician a sus comunidades aledañas (^{Vásquez Cerón & Buitrago Castro, 2011}). Entre los más importantes está la capacidad de interceptación, de almacenamiento y de flujo del agua en las fuentes hídricas superficiales y subterráneas, que ayudan en la regulación del clima, la conservación de la biodiversidad y el abastecimiento de agua (^{Vásquez Cerón & Buitrago Castro, 2011}; ^{Rodríguez-Morales et al. 2019}); sin embargo, los páramos han sido deteriorados por el hombre, a través del tiempo, provocando que la prestación de servicios ecosistémicos se vea alterada (^{Pedrono et al. 2016}; ^{Said et al. 2019}).

El servicio más afectado en los páramos es quizás la provisión de agua, que se evidencia en la reducción de los niveles de las lagunas y de los caudales de los ríos que provienen de ellos (^{Cárdenas-Vargas & García-Valbuena, 2019}; ^{Ruíz Ordoñez et al. 2023}). Esta reducción podría estar relacionada con la pérdida de captación o interceptación de agua de los páramos, como puede estar ocurriendo en el páramo Pan de Azúcar, ubicado en el complejo Guantiva - La Rusia, departamento de Boyacá, Colombia (^{Morales et al. 2007}). En este páramo se encuentra la laguna Pan de Azúcar, cuya microcuenca de captación hídrica ha sido sometida a procesos de degradación por actividades antrópicas (^{Crespo et al. 2010}), que disminuye su capacidad de retención y de almacenamiento hídrico, afectando al municipio de Duitama - Boyacá, que se abastece del agua, que proviene de dicho páramo (^{Alcaldía municipal Duitama, 2016}).

Hace varias décadas la cobertura vegetal del páramo Pan de Azúcar estaba principalmente representada por especies leñosas de porte arbustivo que, junto con las especies de hábito herbáceo y rosetas, contribuyen en la estructura y la función del páramo (^{Valencia et al. 2013}); sin embargo, la disminución y la pérdida de leñosas arbustivas en algunos sectores, pudo provocar la reducción del principal mecanismo de captación de lluvia horizontal o niebla, ya que la vegetación, particularmente los arbustos y árboles, son considerados buenos colectores o interceptores de niebla (^{Fessehaye et al. 2014}).

Por esto, autores como ^{Estrela et al. (2019}) consideran la necesidad de crear y usar nuevas tecnologías que permitan suplir o aumentar la probabilidad de captación de agua de niebla y reducir la escasez de agua, a partir de fuentes alternativas y no convencionales (^{Fessehaye et al. 2014}). De acuerdo con ^{Cárdenas-Vargas & García-Valbuena (2019)}, en Colombia, se puede aprovechar el potencial para la recolección de agua de niebla en ubicaciones montañosas, para usos domésticos, agrícolas, comerciales o para proyectos de restauración ecológica y reforestación (^{Fessehaye et al. 2014}; ^{Estrela et al. 2019}).

Una de estas tecnologías para la captación de agua de niebla con sistemas pasivos son los captadores de niebla, estructuras artificiales que se instalan a determinadas altitudes para interceptar las partículas de agua que posee la neblina, a través de una malla de captación (^{Regalado & Ritter, 2016}; ^{Estrela et al. 2019}), por lo tanto, podría ser útil usarlas en sitios disturbados, donde se ha perdido la vegetación y con ella, la capacidad de captación de agua, así como para favorecer procesos de restauración ecológica en estas áreas, mediante el aumento de agua disponible para las plantas. Por esto, en este estudio, se planteó como objetivo, evaluar la captación de agua utilizando captadores de niebla en el páramo Pan de Azúcar, Duitama, Boyacá.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio: El páramo Pan de Azúcar está ubicado en el complejo de páramo Guantiva-La Rusia, que se localiza en el flanco occidental de la cordillera oriental, entre los 3.100 y 4.280 m s.n.m. En el área predominan chuscales entremezclados con pajonales y frailejonales-rosetales, que están fragmentados e intervenidos (^{Morales et al. 2007}). El páramo Pan de Azúcar es un páramo seco, con una precipitación media anual de 1128 mm, una temperatura promedio de 8 ºC, con dos periodos de lluvia de marzo a mayo y de septiembre a noviembre y dos periodos secos, de junio a agosto y de diciembre a febrero (^{Alcaldía municipal Duitama, 2012}; ²⁰¹⁶).

La vegetación característica son los herbazales con presencia de plantas de los géneros Agrostis y Calamagrostis; frailejonales con predominio de diferentes especies de Espeletia, arbustales con los géneros Weinmania, Polylepis, Hypericum, entre otros y una plantación forestal de Pinus patula. En este páramo se encuentra la laguna Pan de Azúcar, con coordenadas 5°55'23.39"N - 73° 1'55.80"O (Figura 1), donde nace el río Surba, la principal fuente de agua para el municipio de Duitama (^{Alcaldía municipal Duitama, 2016}).

Captadores de niebla: Se instalaron 60 captadores de tipo convencional, los cuales, constan de mallas planas bidimensionales, sostenidas con dos postes de madera de 3 m de altura, enterrados perpendicularmente al suelo. La malla fue de polisombra negra al 80 %, con un área de captación de 6 m², colocada a una altura de 70 cm del suelo; los postes fueron anclados mediante un sistema de tensores de guaya y pernos, con el fin de mantener la tensión de la red de captación. A los 24 captadores seleccionados aleatoriamente se les instaló en la base una canaleta en PVC de 4”, acoplada a una manguera que se conectó a dos recipientes de recolección, con una capacidad de 22.71 litros, cada uno (Figura 2).

Fase de campo: Los captadores de niebla fueron agrupados en dos conjuntos de 30, ubicados en las coordenadas 5°55'29.35"N - 73° 1'26.50"O y 5°55'43.96"N - 73°1'50.76"O, respectivamente (Figura 1), dispuestos en 20 puntos ubicados aleatoriamente, mediante una grilla de georreferenciación de celdas de 100 m². En cada punto georreferenciado, se instalaron grupos de 3 captadores de niebla ubicados en distintas posiciones (perpendicular y paralelo), a la dirección preponderante del viento. Los captadores fueron instalados en dos secciones ribereñas desprovistas de vegetación arbustiva, correspondientes a dos quebradas que alimentan la Laguna Pan de Azúcar. La dirección preponderante del viento se estableció mediante banderines instalados cerca de las dos zonas con captadores y a 3 m de altura, durante varios días se registró la dirección cada hora, entre las 9:00 y las 16:00 horas, mediante una rosa de los vientos, con referencia del norte geográfico.

Toma de datos: Se realizó cada quince días durante un año, entre el 17 de septiembre de 2020 y el 28 de septiembre de 2021, se registró el volumen de agua captada en periodos de 24 horas, a las 09:00 a.m. de cada día, para un total de 26 días de registros diarios. Las mediciones del volumen de agua se efectuaron mediante un recipiente aforado, con una capacidad de 12 L y una probeta aforada, con capacidad de 250 mL. La temperatura y la precipitación se registraron mediante un pluviómetro con datalogger, marca HOBO, modelo RG3-M y la humedad relativa, mediante un datalogger marca HOBO Pro v2 Temp/RH U23-001, programados para registrar los datos cada 5 minutos. Ambos equipos quedaron ubicados en las coordenadas 5°55'36.43"N y 73° 1'38.35"O, a una distancia menor de 500 m a los captadores de niebla.

Para complementar la información meteorológica se obtuvieron los datos de tres estaciones cercanas al lugar de estudio: la primera, denominada “ANTENA TV RUSIA LA”, ubicada a 3.650 m s.n.m (^{IDEAM, 2021}); la estación “GUANENTÁ”, ubicada a 3.945 m s.n.m. (^{PNN, 2021}) y la estación “ANDALUCIA”, a 3265 m s.n.m (^{IDEAM, 2021}). Estas tres estaciones estaban ubicadas a 6,8 km, 9 km y 3,8 km, respectivamente, de los equipos instalados en el páramo Pan de Azúcar.

Análisis de datos: Con los datos recolectados de precipitación y de temperatura se construyó el diagrama ombrotérmico, para los meses de estudio. Se hizo un gráfico de precipitación comparativo entre los datos registrados en el páramo Pan de Azúcar y las estaciones climatológicas consultadas. El volumen de agua recolectado se tomó para un área de captación de la malla de 6 m², pero se usó el volumen de agua captado en un área de 1 m², para poder hacer los análisis estadísticos. Se verificó previamente el supuesto de normalidad para los datos de volumen de agua captado, usando la prueba de Shapiro-Wilk y se aplicó una prueba de Friedman, para hallar diferencias significativas en la captación de agua diaria por los captadores perpendiculares y paralelos a la dirección preponderante del viento, durante los meses de estudio. Los análisis se realizaron en Rstudio versión 4.1.1 (^{R Core Team, 2021}), usando los paquetes ggplot2 versión 3.3.2 (^{Wickham, 2016}) y dplyr (^{Wickham et al. 2021}), para la realización de figuras y el paquete stats (^{R Core Team, 2021}), para los análisis estadísticos.

Para diferenciar el agua recolectada proveniente de neblina en los colectores se usó el modelo geométrico propuesto por ^{Domínguez et al. (2017)}; ²⁰¹⁹). Para ello, se utilizaron los volúmenes de agua captados cada 24 horas. El modelo se basa en que la intensidad y la dirección de la lluvia captada por un pluviómetro y el colector de neblina es la misma y ocurre si ambos dispositivos están ubicados cerca. Además, se asume que la intercepción de neblina se produce sobre la proyección perpendicular a la dirección del viento de la malla del colector. A continuación, se explica el modelo aplicado a los datos registrados en el páramo Pan de Azúcar:

Se halla el diámetro promedio de una gota de lluvia (RD) (ecuación 1):

RF_v es igual a la precipitación diaria medida por el pluviómetro, donde RD y RF_v están dadas en mm y mm t^-1 (t=tiempo del registro de precipitación), respectivamente. Para este estudio, se utilizó la precipitación registrada por el pluviómetro cada 24 horas. La velocidad de caída de la gota (UD) dada en ms^-1, se estimó a partir de RD (ecuación 2):

El ángulo de inclinación de la lluvia (γ), se calculó a partir de la ecuación 3:

Donde, U es la velocidad del viento, para el páramo Pan de Azúcar fue de 2,5ms^-1 (^{Meteoblue, 2021}), RF_a es la magnitud de la lluvia real que tiene una inclinación y se puede estimar con una relación trigonométrica a partir de la ecuación 4:

Dadas las suposiciones anteriores de los dos dispositivos, el volumen captado por el colector de niebla correspondiente a la lluvia real (VR_a) (ecuación 5):

Donde, S_r es la proyección de la superficie del colector perpendicular a la dirección de RF_a de los colectores bidimensionales usados en el páramo Pan de Azúcar; S_r se halló usando la figura geométrica del perímetro de un cuadrado que corresponde a la sumatoria de todos sus lados; para el caso de los análisis, se hizo para el área de captación de 1 m² del captador de niebla. Finalmente, la magnitud de la intercepción de neblina dada en unidades de mmdía^-1, captada por el colector (NI), está dada por la ecuación 6:

Donde, VFt corresponde al volumen captado por los colectores de niebla, se usó el promedio del volumen de agua captado diariamente durante los 26 días de registro. Fe es un coeficiente de corrección aplicado a la medición de la lluvia en el colector, que corresponde a la pendiente de un modelo de regresión lineal, que relaciona la precipitación medida por el pluviómetro; el cálculo del coeficiente Fe en el páramo Pan de Azúcar, se construyó de una regresión lineal, usando los datos de precipitación diarios de todo el tiempo de estudio (n=353). S_v es la proyección de la superficie del colector perpendicular a la dirección del viento; para los colectores del páramo Pan de Azúcar, S_v fue estimado con las mismas relaciones trigonométricas utilizadas para obtener S_r (^{Domínguez et al. 2019}) y fue constante para todo el periodo de estudio.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Comportamiento de las variables ambientales. Se observó que no existe un déficit hídrico del páramo Pan de Azúcar durante el año de estudio, ya que la precipitación no estuvo por debajo de la temperatura en ninguno de los meses de registro, incluso, en el mes de enero, que registró una precipitación por debajo de los 80 mm (Figura 3a). La precipitación mensual osciló entre 51 y 1198 mm, en noviembre se registró el valor máximo y enero el valor mínimo; otros valores altos de precipitación se registraron en abril, mayo y agosto: 935, 831 y 794 mm, respectivamente (Figura 3a). La temperatura media mensual osciló entre los 6 y 8 °C, siendo diciembre, enero y febrero los que registraron temperaturas cercanas a los 8 °C y la temperatura más baja se dio en julio, con 6,6 °C (Figura 3a). Según el diagrama ombrotérmico, el régimen de lluvias en el páramo Pan de Azúcar es bimodal con mayores precipitaciones entre marzo-mayo y octubre-noviembre, lo que coincide con el régimen del complejo Guantiva - la Rusia, con mayores lluvias de abril-mayo y octubre-noviembre (^{Martínez-O. et al. 2019}).

De las cuatro estaciones meteorológicas consultadas, solo la precipitación de Guanenta tuvo un comportamiento similar al registrado en Pan de Azúcar, con valores mensuales por arriba de los 550 mm, de marzo a mayo y noviembre, y bajas precipitaciones, de diciembre a febrero (Figura 3b). A pesar de la cercanía de las otras dos estaciones “ANTENA TV RUSIA LA” y “ANDALUCIA” al área de estudio, las precipitaciones difieren mucho; para estas dos estaciones, la precipitación osciló entre los 35 y los 200 mm, con valores máximos de marzo a mayo y de octubre a noviembre (Figura 3b). ^{Martínez-O. et al. (2019)} indican que para el complejo Guantiva - La Rusia las precipitaciones fluctúan entre 700 y 3.000 mm anuales y la temperatura oscila entre 12 y 30 °C.

En el páramo Pan de Azúcar, se registró un total de 6.528 mm durante el año de estudio, clasificándolo como un páramo pluvial, según la clasificación pluviométrica propuesta por ^{Díaz-Granados Ortiz et al. (2005)}; no obstante, Pan de Azúcar se ha reportado, quizá de manera equivocada, pues no se tiene registro histórico de su clima, como páramo seco (^{Alcaldía municipal Duitama, 2012}), por su posición geográfica en la vertiente occidental de la cordillera oriental (^{Vásquez Cerón & Buitrago Castro, 2011}); sin embargo, los resultados de este estudio indican que la precipitación es mayor, probablemente, influenciado por su cercanía al Santuario de Flora y Fauna Guanentá Alto Río Fonce (^{IAVH, 2017}), que está regulado por las lluvias orogénicas provenientes del valle del Magdalena y los vientos locales de Santander, que presenta un régimen húmedo (^{Morales et al. 2007}). Además, es posible que la precipitación registrada para este estudio también esté influenciada por el fenómeno de la niña, que registró un excedente de precipitación del 120-160 % para la provincia Tundama del departamento de Boyacá, durante el 2020 e inicios de 2021 (^{IDEAM, 2020}).

Cuantificación de la intercepción mensual de los captadores de niebla. Los rendimientos diarios fueron mayores en marzo, con un promedio de 1,73 Lm^-2dia^-1 de los captadores paralelos y 1,25 Lm^-2dia^-1 de los captadores perpendiculares, con valores máximos por arriba de los 6 Lm^-2dia^-1. La mayoría de los meses registraron promedios por debajo de 1,5 Lm^-2dia^-1, aunque se observan algunos datos atípicos en noviembre, por arriba de los 2 Lm^-2dia^-1, en captadores perpendiculares (Figura 4a). La prueba de Friedman mostró que no hay diferencias significativas (p-valor = 0,52) en la captación de agua por los captadores perpendiculares y paralelos durante los meses de estudio; sin embargo, los valores de agua recolectados fueron bajos, con promedios entre los 0 y 0,5 Lm^-2dia^-1, similares a los promedios registrados por ^{Tan et al. (2019}).

Para los 26 días de registros diarios del páramo Pan de Azúcar, la precipitación diaria fue menor a 10 mm en la mayoría de los días. La máxima precipitación fue de 69 mm registrada el 16 de marzo del 2021, mientras que en los días de octubre, enero y septiembre fue de 0 mm. Otros días que tuvieron precipitaciones por arriba de los 30 mm fueron el 20 de noviembre y 29 de diciembre del 2020 (Figura 4b). El día 16 de marzo del 2021, se registró el mayor volumen de agua diario, con un promedio de 4,4 Lm^-2dia^-1, con valores máximos que llegaron a los 7,5 Lm^-2dia^-1. En general, en la mayoría de los días se captaron menos de 1,5 Lm^-2dia^-1, aunque tres captadores pudieron recoger más de 2Lm^-2dia^-1 el 19 de noviembre del 2020 (Figura 4C).

Respecto a otros estudios realizados en Colombia, ^{García-Ubaque et al. (2013)} registraron un promedio de agua de 7,21 Lm^-2día^-1 en mallas de 6 m², en el municipio de San Antonio-Cundinamarca o ^{Molina & Escobar (2008)}, quienes obtuvieron valores diarios entre los 1,3 y 4,8 Lm^-2día^-1. ^{Cárdenas-Vargas & García-Valbuena (2019)}, comparando tres tipos de captadores, registraron promedios entre los 0,97 y 1,94 Lm^-2día^-1. Estos resultados muestran una mayor captación de agua en estas zonas de estudio.

En el caso de otros países de África, Medio Oriente, Asia y la Costa Oeste de Estados Unidos, los promedios oscilaron entre los 2,4 y 20 Lm^-2día^-1(^{Abdul-Wahab et al. 2007}; ^{Domen et al. 2014}; ^{Gandhidasan & Abualhamayel, 2012}; ^{Marzol & Sánchez-Megía, 2008}). Para Latinoamérica, ^{Tan et al. (2019}) hicieron una revisión de varios estudios y encontraron promedios que oscilaban entre los 0,1 y 25 Lm^-2día^-1; no obstante, los resultados obtenidos de estos estudios se basan en distintas metodologías usadas en el cálculo del agua proveniente de la neblina, como los modelos matemáticos propuestos por ^{Domínguez et al. (2017}; ²⁰¹⁹) o ^{Imteaz et al. (2011}) o la importancia de la estacionalidad y variables climáticas en los distintos sitios de estudio (^{Montecinos et al. 2018}; ^{Regalado & Ritter, 2019}) o, simplemente, la forma en tomar los datos. Con toda esta variedad de metodologías, no se cuenta aún con un método estándar para cuantificar la interceptación de niebla por los captadores (^{García-Ubaque et al. 2013}) y su implementación presenta ciertas limitaciones (^{Fessehaye et al. 2014}).

Cuantificación del agua proveniente de la niebla. Se usó el modelo geométrico descrito como una primera aproximación a la separación de la neblina de la lluvia; se encontró que el promedio de la intensidad de interceptación de niebla de los captadores osciló entre los 0,02 y 1,77 mmdía^-1, siendo el 16 de marzo del 2021 el que registró este último valor. De los 26 días, 12 días registraron valores cercanos a los 0 mmdía^-1, tres días presentaron registros por arriba de los 0,4 mmdía^-1 y los demás días oscilaron entre los 0,1 y 0,3 mmdía^-1 (Figura 4D). Estos valores son bajos comparados con los registrados por ^{Echeverría et al. (2020}), donde obtuvieron valores de los 3,4 a los 7,9 mmdía^-1, en captadores cilíndricos y bidimensionales, con diferente coeficiente de sombra de la malla en la Isla de San Cristóbal- Galápagos; sin embargo, las variables climáticas de los dos ecosistemas difieren bastante, ya que San Cristóbal se encuentra a 600 m s.n.m. y registró un máximo de 72 mm diarios de precipitación y temperaturas de 18,2°C (^{Echeverría et al. 2020}).

Muchos son los factores climáticos y metodológicos que pueden incidir sobre la captación de agua de niebla, por esta razón, algunos autores, como ^{Figueira et al. (2013}), consideran que la cuantificación con precisión, tanto de la cantidad de agua que proviene de la lluvia como de la interceptación de nubes es extremadamente difícil, aunque la importancia hidrológica de la niebla para muchos ecosistemas costeros y montañosos es bien conocida. No existe aún una estandarización en la medición de la captación de agua por neblina, se deben mejorar las metodologías y las mediciones que tengan en cuenta las eficiencias de los atrapanieblas, mencionadas por ^{Azeem et al. (2020}), ^{Carvajal et al. (2020}) y ^{Holmes et al. (2015}): 1) La eficiencia aerodinámica que está determinada por la manera en que la niebla interactúa con la red y el tamaño del poro; 2) La eficiencia de deposición determinada por la forma en que las gotas son conducidas a través de la red hacia la canaleta; 3) La eficiencia de drenado que depende de la proporción de agua que llega a la canaleta y al recipiente de almacenamiento.

Este trabajo evidenció que los captadores interceptaron un bajo volumen de agua en comparación con otros estudios, debido a que el diseño de los captadores, probablemente, no fue el más eficaz, al ignorar las posibles pérdidas de agua que pueden llegar a suceder de las tres eficiencias nombradas por ^{Jarimi et al. (2020)}: pérdidas de agua por el bajo contenido de agua líquida en la niebla (eficiencia aerodinámica), la alta velocidad del viento que reintroduce al flujo de aire las micro-gotas que chocan con la malla y no llegan a la canaleta (efectividad de captura) y el tamaño de la canaleta que lleva a la pérdida de agua antes de ser almacenada (efectividad de drenado).

El modelo geométrico utilizado para separar el agua de lluvia y de niebla interceptada por las mallas, fue usado por primera vez para sistemas de páramo en este estudio, por lo que se considera necesario mejorar y desarrollar su implementación en la medición de las eficiencias nombradas anteriormente, en sistemas de alta montaña

El clima en el páramo Pan de Azúcar no está claramente definido porque no se ha instalado una estación climática permanente, de manera que los datos de este estudio contradicen todo lo publicado y muestran que se trataría de un páramo pluvial que puede estar afectado por el fenómeno de la niña, ocurrido en el periodo de mediciones climáticas de este estudio.