CAPTURA DE CARBONO Y MODELOS ALOMÉTRICOS PARA ESTIMAR BIOMASA EN RODALES NATURALES DE Pinus oocarpa Schl. et Cham. EN CHIAPAS, MÉXICO
Carbon accumulation and allometric models to estimate biomass in natural stands of Pinus oocarpa Schl. et Cham. in Chiapas, Mexico
CAPTURA DE CARBONO Y MODELOS ALOMÉTRICOS PARA ESTIMAR BIOMASA EN RODALES NATURALES DE Pinus oocarpa Schl. et Cham. EN CHIAPAS, MÉXICO
Foresta Veracruzana, vol. 20, núm. 2, pp. 21-28, 2018
Recursos Genéticos Forestales
Resumen: El presente estudio evaluó el contenido de carbono en la biomasa aérea en tres rodales de Pinus oocarpa localizados en el municipio de Cintalapa, Motozintla y Las Margaritas, Chiapas, México. El carbono capturado por el rodal de Cintalapa fue 38.69 t ha-1 con una densidad de 420 árboles ha-1. Motozintla con 20.32 t ha-1 de carbono y con una densidad 63 árboles y Las Margaritas con una acumulación de 99.07 t ha-1 y 375 árboles ha-1. La población de Las Margaritas, por si sola, supera a las tasas de fijación de carbono hasta ahorita reportadas para la especie de Pinus oocarpa y otras especies. Por lo tanto, esta población se considera una muy buena opción para la venta de servicios ambientales en captura de carbono, lo cual ayudaría a evitar se sigan destruyendo los rodales naturales de esta especie. El modelo propuesto para estimar la biomasa total en kg en árboles de Pinus oocarpa fue de la forma LnY= -2.84335 + (2.60890 * Lndn). Los estimadores estadísticos permiten afirmar que las ecuaciones determinadas para estimar los valores de biomasa de Pinus oocarpa son adecuadas y confiables para usarse en condiciones similares y para la misma especie. Además de que se ajustaron a partir de datos, cuyo origen son de poblaciones representativas de la distribución natural de Pinus oocarpa en el estado de Chiapas.
Palabras clave: Biomasa, captura de carbono, modelos alométricas.
Abstract: The current study evaluated the content of carbon in the air biomass in three stands of Pinus oocarpa located in the district of Cintalapa, Motozintla and Las Margaritas, Chiapas, Mexico. The carbon captured by the stand of Cintalapa was 38.69 t ha-1 with a density of 420 trees ha-1. Motozintla with 20.32 t ha-1 of carbon and with a density 63 trees ha-1 and Las Margaritas accumulation of 99.07 t ha-1 with 375 trees ha-1. The population of Las Margaritas, for if alone, it overcomes to the rates of fixation of carbon until right now reported to the species of Pinus oocarpa and other species. Therefore, this population is considered a very good option for the sale of environmental services in capture of carbon, that which would help to be avoided continues destroying the natural stands of this species. The model proposed to estimate the biomass total in kg in trees of Pinus oocarpa was in the way LnY = -2.84335 + (2.60890 * Lndn). The statistical estimator allows affirming that the determined equations to estimate the values of biomass of Pinus oocarpa are appropriate and reliable to be used under similar conditions and for the same species. Further that was adjusted starting from data whose origin belongs to representative populations of the natural distribution of Pinus oocarpa in the state of Chiapas.
Keywords: Biomass, capture of carbon, alometric models.
Introducción
El calentamiento global está tomando gran importancia en el mundo, debido a un aumento en la concentración de los gases conocidos como efecto invernadero (GEI), el dióxido de carbono es el más preocupante debido a que representa el 71.5% del efecto invernadero (Deans et al., 1996; Rodríguez et al., 2006), como producto principal de la producción de combustibles fósiles y el cambio de uso del suelo (Masera, 2000;Ordoñez et al., 2001). México se ubica dentro de las 20 naciones con mayor emisión de CO2 (Masera, 2000). Por lo tanto, se deben aprovechar los servicios de captura de carbono que se llevan a cabo en el proceso de la fotosíntesis que realizan las plantas dentro de los ecosistemas naturales (Schlesinger, 1997), ya que estos actúan como secuestradores de carbono al fijar el CO2 al tejido vegetal, permitiendo equilibrar las concentraciones de este elemento en la atmósfera.
Los ecosistemas forestales son un reservorio considerable de carbono y contienen más del 80% del carbono global de la superficie. Sin embargo, cuando los bosques están maduros no ocurre asimilación neta de carbono, debido a que se encuentran saturados (Masera et al., 2001). En México, los bosques de coníferas y latifoliadas ocupan el 15.4% del territorio nacional. En el estado de Chiapas, la superficie forestal de bosques latifoliados incluyendo las coníferas representa 1 117 248 ha, la de selvas 2175 948 ha (SARH-SFF, 1994).
En el país ya se han realizado diversos estudios para determinar la biomasa y carbono almacenado en rodales naturales, tales como Aguilar (2009) y Mora (2010) en Pinus greggii; Díaz et al. (2007) en un bosque de Tlaxcala de Pinus patula Schl. et Cham.; Pimienta et al. (2007) en Pinus cooperi Blanco en Durango, México; Rodríguez et al. (2006) en las especies principales del bosque de niebla en la reserva de la Biosfera El Cielo, Tamaulipas; Méndez et al. (2005) en Pinus cooperi var. ornelasi Mtz. y P. leiophylla Schl. y Cham. en El Salto, Durango; Fragoso (2003) en un bosque natural en el predio “Cerro Grande” municipio de Tancítaro, Michoacán; Zamora (2003) en un bosque de pino del ejido “La Majada” Municipio de Peribán, Michoacán; Acosta et al. (2002) en seis especies en los bosques mesófilos de montaña de la Sierra Norte de Oaxaca; Acosta et al. (2001) en 26 ecosistemas forestales y agrícolas naturales en la región Mazateca, Mixe y Cuicateca en Oaxaca; Ordóñez et al. (2001) en el bosque templado de Nuevo San Juan, Michoacán; Castellanos et al. (1996) en un rodal natural de Pinus patula Schl. et Cham., en la región de Chignahuapan-Zacatlán, Puebla.
Sin embargo, pocos estudios sobre captura de carbono se han realizado en el estado de Chiapas; además, Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl. es uno de los pinos más comunes de México y Centroamérica. Esta especie alberga amplia variación por la diversidad de ambientes en los que crece de manera natural, desde el noroeste de México hasta el centro de Nicaragua (Dvorak y Donahue, 1993). Es una de las coníferas más utilizadas en Chiapas para el establecimiento de plantaciones (Gutiérrez et al., 2010). Por lo tanto, es de vital importancia estudiar la captura de carbono en esta especie.
El objetivo del presente estudio fue evaluar la cantidad de carbono contenido y desarrollar modelos alométricos para estimar la biomasa aérea en rodales naturales de Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl. localizados en el estado de Chiapas, México.
Material y métodos
La evaluación de captura de carbono se llevó a cabo en tres rodales naturales puros de Pinus oocarpa ubicadas en los municipios de Motozintla, Las Margaritas y Cintalapa en el estado de Chiapas (tabla 1).
Para realizar la estimación de la captura de carbono en los rodales de Pinus oocarpa del presente estudio, se establecieron en cada rodal 10 sitios de muestreo al azar con un área de 1 000 m2. A cada árbol se le midió diámetro de copa, diámetro normal (a 1.3 m de altura), altura total, altura de fuste limpio y grosor de corteza, y se determinó la rectitud de fuste.
El volumen de fuste de los árboles fue calculado utilizando la siguiente formula (Pardé y Bouchon, 1994 y Philip; 1994):
Dónde:
V = volumen en m3.
ab = Área Basal en m2.
π/4 = constante 0.7853.
d = diámetro normal en m.
h = altura en m
cf = coeficiente de forma (0.5).
La biomasa de los fustes de los arboles fue calculada multiplicando el volumen en m3 de cada individuo por el valor de la densidad de la madera. Los valores de densidad de la madera fueron tomados del estudio realizado por Gutiérrez et al. (2010) en Pinus oocarpa en Las Margaritas (0.53 g cm-3), en Motozintla (0.47 g cm-3) y en Cintalapa (0.61 g cm-3).
La biomasa de los componentes de ramas y follaje fue estimado mediante los modelos ajustados por González (2008) para Pinus oocarpa en el Municipio de Coapilla del estado de Chiapas.
Para estimar la biomasa en ramas se utilizó la ecuación 1 y para calcular la biomasa de follaje por árbol se utilizó la ecuación 2.
(1)
(2)Dónde:
Log (Br) = Logaritmo base 10 de la biomasa de ramas por árbol.
Log (Bfo) = Logaritmo base 10 de la biomasa de follaje por árbol.
Log (dap) = Logaritmo base 10 del diámetro normal.
Log (dcopa) = Logaritmo base 10 del diámetro de copa.
La Biomasa total se estimó sumando los tres componentes de biomasa: fuste, ramas y follaje.
Ecuación (3)Dónde:
Bt = Biomasa total.
Bft = Biomasa del fuste total.
Br = Biomasa ramas.
Bf = Biomasa del follaje.
La concentración de carbono en la biomasa de los árboles por rodal fue calculada con el método propuesto por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, 1994), desarrollado para estimar el contenido de carbono en rodales naturales considerando el volumen real por hectárea y la superficie de los rodales.
El contenido de carbono almacenado en la biomasa aérea total de los árboles se estimó multiplicando la biomasa total de cada árbol por el factor de contenido de carbono para coníferas 0.50 (valor citado en los inventarios de gases de efecto invernadero, sector forestal para México, IPCC, 2001).
Debido a la poca o nula información existente sobre modelos de predicción de biomasa para Pinus oocarpa, se evaluaron diez ecuaciones alométricas para la estimación de la biomasa total (tabla 2). Se empleó el método propuesto por Brown et al. (1989), el cual consiste en ecuaciones matemáticas, ya que se cuenta con los datos básicos (dn, altura total y densidad básica de la madera), para aplicar la ecuación de estimación de biomasa más precisa.
La selección y prueba de los modelos de biomasa total del árbol fueron ejecutados con el paquete estadístico Statistical Analisis System® (SAS) versión 9.1 (SAS Institute, 1999). Primeramente se analizó cada modelo con los datos de los 219 árboles de la muestra. Se analizó la gráfica de los residuales estudentizados y todos aquellos datos que salieran de los límites establecidos se eliminaron de la base de datos, hasta que mostraran una distribución uniforme en los residuales. Los parámetros del modelo definitivo se estimaron mediante el procedimiento REG del paquete estadístico SAS (SAS Institute, 1999).
La elección entre los modelos se fundamentó en los siguientes criterios: a) el valor mínimo del cuadrado medio del error (C.M.E.), b) el valor máximo del coeficiente de determinación (R2), c) análisis de los residuales estudentizados (r-Student), d) análisis de normalidad con la prueba de Shapiro-Wilk, e) el valor mínimo de los predichos residuales de la sumatoria de cuadrados (PRESS), y f) la simplicidad del modelo.
Resultados
El carbono capturado por el rodal de Cintalapa fue 38.69 t ha-1 con una densidad de 420 árboles ha-1. Motozintla con 20.32 t ha-1 de carbono y con una densidad 63 árboles y Las Margaritas acumulación de 99.07 t ha-1 con 375 árboles ha-1.
En cuanto a la producción de biomasa, al igual que en la captura de carbono fue el mismo patrón. El rodal de Las Margaritas (198.15 t ha-1) presento una mayor producción de biomasa que Cintalapa y Motozintla con 77.39 y 40.65 t ha-1, respectivamente. Los valores máximos de carbono y biomasa, así como, la desviación estándar se presentan en la tabla 3.
La baja producción de biomasa y captura de carbono en el rodal de Motozintla se atribuye a la baja densidad de los árboles. En cambio, para el rodal de Cintalapa a pesar de haber presentado los valores más altos de densidad de la madera (Gutiérrez et al., 2010), se atribuye a la baja densidad arbórea y a la productividad del rodal, ya que la producción de biomasa y la capacidad de almacenamiento de carbono por las plantas es determinada por las zonas de vida, los sitios, las especies y la etapa de desarrollo en la que se encuentre, por una parte, y por otra el uso de la tierra, el manejo y el grado de intervención que se le de a los ecosistemas (Anderson y Spencer, 1991).
En promedio los rodales estudiados para Pinus oocarpa fijaron 52.70 t ha-1 de carbono y 105.40 t ha-1 de biomasa. Los resultados aquí encontrados son menores en los encontrados por González (2008) para la misma especie en un estudio realizado en Chiapas, con valores de 142.23 t ha-1 de biomasa y 74.25 t ha-1 de carbono. Pero mayores a los encontrados por Alberto y Elvir (2005), también para Pinus oocarpa en Cabañas, Honduras con un total de biomasa aérea acumulado de 57.13 t ha-1 y 29.59 t ha-1 de carbono acumulado.
Al comparar la captura de carbono estimada para Pinus oocarpa (52.70 t ha-1) con otros estudios se observa que es similar a la encontrada por Pimienta et al. (2007), en Pinus cooperi Blanco con 51.12 t ha-1. El bosque de niebla en la reserva de la Biosfera El Cielo, Tamaulipas presenta ligeramente mayor carbono almacenado 56.7 t ha-1(Rodríguez et al., 2006), que los rodales de P. oocarpa estudiados. Sin embargo, los valores encontrados son mayores a los reportados por Pacheco et al. (2007), Aguilar (2009) y Mora (2010) los cuales son del orden de 17.90 t ha-1, 15.03 t ha-1 y de 12.12 t ha-1, respectivamente en Pinus greggii. Estas diferencias pueden ser debido a la especie, morfología, crecimiento, condiciones físicas y biológicas del área de estudio.
Es importante mencionar que la población de Las Margaritas, por si sola, supera a las tasas de fijación de carbono hasta ahorita reportadas para la especie de Pinus oocarpa y otras especies. Por lo tanto, esta población se considera una muy buena opción para la venta de servicios ambientales en captura de carbono. Lo cual ayudaría a evitar se sigan destruyendo los rodales naturales de esta especie.
Para la estimación de la biomasa seca en Pinus oocarpa fueron considerados diámetros de 8.2 a 50.2 cm y alturas totales de 4.0 a 25.7 m. En el análisis de los diez modelos se detectaron que los modelos 3 y 8 fueron los que mejor ajuste presentaron (tabla 4).
Sin embargo, el modelo que mejor se ajustó a la biomasa total para Pinus oocarpa fue el 8, dado que presentó buenos estadísticos (R2= 0.998; C.M.E.= 0.002 y los valores más bajos de PRESS= 0.59. Además, los residuales estudentizados presentaron una buena distribución (figura 1 y 2).
Figura 1.
Relación diámetro normal y altura total con la biomasa total observada y estimada con el modelo 8 para Pinus oocarpa en el estado de Chiapas, México.
Figura 2.
Distribución de los residuales del modelo 8 para Pinus oocarpa en el estado de Chiapas, México.
Sin embargo, se considera mejor para fines prácticos el modelo número 3, ya que solo se utiliza la variable de diámetro normal para poder estimar la Biomasa seca total. Además, por sus bajos valores del C.M.E., en PRESS, bajo coeficiente, altamente significativo (P < 0.05), altos valores del R2 y sin mencionar que los residuales estudentizados presentaron una buena distribución, dichos valores son cercanos a los del modelo 8 que es más complejo (figura 3 y 4).
El modelo propuesto para estimar la biomasa total en kg en árboles de Pinus oocarpa es de la forma LnY= -2.84335 + (2.60890 * Lndn). La tendencia del modelo explica en un 97% de la variabilidad de los datos, lo cual se debe a la relación directa que existe entre el diámetro normal con el volumen, el cual es la base para la estimación de biomasa aérea. El nivel de desarrollo de los árboles individuales se ve reflejado tanto en altura como en diámetro, lo que influye directamente en la ganancia de biomasa. La influencia del incremento del diámetro tiene una relación positiva con respecto al incremento de la biomasa siguiendo una tendencia de crecimiento de tipo ascendente, en la cual se da una ganancia en biomasa a medida que el diámetro normal y al altura aumentan (Arreaga, 2002).
Los estimadores estadísticos permiten afirmar que las ecuaciones determinadas para estimar los valores de biomasa de Pinus oocarpa son adecuadas y confiables para usarse en condiciones similares y para la misma especie. Además de que se ajustaron a partir de datos, cuyo origen son de poblaciones representativas de la distribución natural de Pinus oocarpa en el estado de Chiapas.
Figura 3.
Relación diámetro normal y altura total con la biomasa total observada y estimada con el modelo 3 para Pinus oocarpa en el estado de Chiapas, México.
Figura 4.
Distribución de los residuales del modelo 3 para Pinus oocarpa en el estado de Chiapas, México.
Conclusiones
La captura de carbono y producción de biomasa mostraron diferencias, siendo mayor el rodal de Las Margaritas. El rodal de Las Margaritas es una buena alternativa para el inicio de un programa para la venta servicios ambientales. El modelo propuesto LnY= -2.84335 + (2.60890 * Lndn) es el más simple y con buen ajuste para estimar la biomasa total en kg y explica en un 97% de la variabilidad de los datos. Los valores de biomasa y carbono estimados en este trabajo permiten contar con valores de referencia para bosques de Pinus oocarpa Schiede etSchltdl. en la captura de CO2. Los estimadores estadísticos permiten afirmar que las ecuaciones determinadas para estimar los valores de biomasa de Pinus oocarpa son adecuadas y confiables para usarse en condiciones similares y para la misma especie.
Literatura Citada
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