Density-Dependent Ecohydrological Effects of Piñon–Juniper Woody Canopy Cover on Soil Microclimate and Potential Soil Evaporation

Abstract

Many rangeland processes are driven by microclimate and associated ecohydrological dynamics. Most rangelands occur in drylands where evapotranspiration normally dominates the water budget. In these water-limited environments plants can influence abiotic and biotic processes by modifying microclimate factors such as soil temperature and potential soil evaporation. Previous studies have assessed spatial variation in microclimate and associated ecohydrological attributes within an ecosystem (e.g., under vs. between woody canopies) or across ecosystems (e.g., with differing amounts of woody canopy cover), but generally lacking are assessments accounting systematically for both, particularly for evergreen woody plants. Building on recently quantified trends in near-ground solar radiation associated with a piñon–juniper gradient spanning 5% to 65% woody canopy cover, we evaluated trends in soil temperature and associated estimates of potential soil evaporation as a function of amount of woody canopy cover for sites overall and for associated canopy vs. intercanopy locations. Quantified soil temperature trends decreased linearly with increasing woody canopy cover for intercanopy as well as canopy patches, indicating the coalescing influence of individual canopies on their neighboring areas. Notably, intercanopy locations within high-density (65%) woody canopy cover could be as much as ∼10°C cooler than intercanopy locations within low-density (5%) cover. Corresponding potential soil evaporation rates in intercanopies within high-density woody canopy cover was less than half that for intercanopies within low density. Our results highlight ecohydrological consequences of density-dependent shading by evergreen woody plants on soil temperature and potential soil evaporation and enable managers to rapidly estimate and compare approximate site microclimates after assessing amounts of woody canopy cover. Such predictions of microclimate have general utility for improving management of rangelands because they are a fundamental driver of many key processes, whether related to understory forage and herbaceous species or to wildlife habitat quality for game or nongame species. Muchos procesos en los pastizales están definidos por microclimas y sus dinámicas ecohidrológicas asociadas. Muchos pastizales se localizan en zonas áridas donde la evapotranspiracio‘n normalmente es el flujo dominante del balance hídrico. En estos ambientes donde el agua es escasa, las plantas pueden influenciar procesos ecológicos, bióticos y abióticos, mediante la modificación de factores micro-climáticos, como temperatura del suelo el potencial de evaporación desde la superficie. Estudios previos han definido que la variación en microclimas y los atributos asociados con la eco-hidrología dentro de los ecosistemas (por ejemplo debajo del dosel vs. en espacios entre el dosel aé de dos árboles) o a través de los ecosistemas (por ejemplo con diferentes cantidades de cobertura de dosel). Sin embargo, se carece generalmente de la determinación sistemática de ambos, particularmente para las plantas arbustivas siempre verdes. Basándose en tendencias cuantificadas recientemente para la radiación solar cerca de suelo en un gradiente de pino-junípero abarcando una cubierta de 5% a 65% de cobertura de dosel, se evaluaron las tendencias en la temperatura del suelo y se desarrollaron estimaciones asociadas con el potencial de evaporación de suelo en función de la cantidad de cubierta arbórea tanto para sitios en general (en función de la cobertura), como para aquellos asociados con la cubierta contra sitios ubicados entre los árboles (no directamente debajo de las copas). Las temperaturas del suelo cuantificadas tendieron a decrecer linealmente con el incremento en la cobertura arbórea en los espacios entre árboles, asícomo los espacios cubiertos por los árboles, indicando la relación entre la influencia de las copas individuals sobre sus a‘reas vecinas. Notablemente, los espacios entre árboles dentro de lugares con altas densidades (65%) de cubierta arbórea pueden ser hasta 10uC más fríos que los espacios entre árboles dentro de una densidad baja de cobertura aérea (5%). Con respecto al potencial de las tasas de evaporación en los espacios entre árboles en las áreas con niveles altos de cubierta de dosel, resultó siendo menos de la mitad de la que ocurriría en espacios igualetne abiertos, pero localizados en zonas con baja cobertura de dosel arbóreo. Nuestros resultados resaltan los efectos eco-hidrológicos de la sombra producida por los árboles sobre la temperatura del suelo y el potencial de evaporación del suelo, y que dependen de la cantidad y densidad de árboles en el paisaje. Estos resultados permiten a los manejadores una rápida estimación y comparación del microclima en diversos sitios, después de determinar la cantidad de cubierta arbórea. Tales predicciones de microclimas tienen una utilidad general para mejorar el manejo de pastizales porque son fundamentales para muchos procesos esenciales, si se relacionan con pastos que se encuentran debajo de la cobertura arbórea, asícomo con las especies herbáceas o para la calidad del habitad de la vida silvestre de especies cinegéticas y no cinegéticas.