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Revista Chapingo serie ciencias forestales y del ambiente
On-line version ISSN 2007-4018Print version ISSN 2007-3828
Rev. Chapingo ser. cienc. for. ambient vol.27 n.3 Chapingo Sep./Dec. 2021 Epub Mar 04, 2024
https://doi.org/10.5154/r.rchscfa.2020.09.062
Artículos científicos
Potencial de crecimiento de Carapa guianensis (Aubl.) en Tumaco, Colombia
1Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria-AGROSAVIA, Centro de Investigación Obonuco. km 5, vía Pasto-Obonuco, Nariño, Colombia.
2Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria-AGROSAVIA, Centro de Investigación Nataima. km 9 vía Espinal, Ibagué, Tolima, Colombia.
3Smurfit Kappa Cartón de Colombia S. A. Calle 15 #18-109, Yumbo, Valle del Cauca, Colombia.
4Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria-AGROSAVIA, Centro de Investigación El Mira. km 38, vía Tumaco-Pasto, Nariño, Colombia.
Introducción:
La determinación del potencial de crecimiento y rendimiento de una especie forestal es requisito para la planificación de su manejo. Una de las especies forestales importantes para la región de Tumaco es Carapa guianensis (Aubl.), debido a su alto potencial maderero.
Objetivo:
Evaluar el potencial de crecimiento de la especie nativa C. guianensis (andiroba o tangare) en Tumaco, Colombia.
Materiales y métodos:
Se establecieron parcelas permanentes en las que se registraron variables dasométricas de 90 individuos coetáneos por 60 meses. Se calcularon los incrementos medios anuales y se ajustó una ecuación alométrica para estimar la altura a partir del diámetro a 1.30 m (DAP).
Resultados y discusión:
A los 60 meses de edad, los árboles de C. guianensis
presentaron supervivencia entre 70 y 87 %. El incremento medio anual en
diámetro y altura fue 2.9 cm∙año-1 y 2.3 m∙año-1,
respectivamente. Con el ajuste de modelos lineales y no lineales se obtuvo
la ecuación alométrica
Conclusión:
Con base en los incrementos medios anuales de crecimiento, y bajo las condiciones agroecológicas de la región, es probable que C. guianensis alcance la madurez a una edad temprana (antes de los 50 años).
Palabras clave: Alometría; andiroba; crecimiento diamétrico; estimación de altura; bosque tropical
Introduction:
Determining growth and yield potential of a forest species is a requirement for management planning. One of the important forest species for the Tumaco region is Carapa guianensis (Aubl.), due to its high timber potential.
Objective:
To evaluate the growth potential of the native species C. guianensis (andiroba or tangare) in Tumaco, Colombia.
Materials and methods:
Permanent plots were established in which tree measurement variables were recorded for 90 even-aged individuals for 60 months. Mean annual increments were estimated and an allometric equation was fitted to estimate height from the diameter at 1.30 m (DBH).
Results and discussion:
At 60 months of age, C. guianensis trees showed survival
between 70 and 87 %. Mean annual increase in diameter and height was 2.9
cm∙yr-1 and 2.3 cm∙yr-1, respectively. By fitting
linear and nonlinear models, we determine the following allometric equation
Conclusion:
Based on mean annual growth increments, and under the agroecological conditions of the region, C. guianensis is expected to reach maturity at an early age (before 50 years of age).
Key words: Allometry; andiroba; diameter growth; height estimation; tropical forest
Introducción
Los bosques tropicales están conformados por una gran diversidad de especies nativas que son fuente importante de servicios ecosistémicos y de productos forestales maderables y no maderables. Los estudios de estos bosques han sido de gran aporte para el sector forestal; sin embargo, los estudios en especies nativas son escasos, situación que evita la toma de decisiones acertadas sobre el uso de la especie a mayor escala en programas de reforestación (Abarca-Valverde, Meza-Picado, & Méndez-Gamboa, 2020) .
Para contribuir a la ampliación del conocimiento respecto al crecimiento y desarrollo de especies forestales nativas, esta investigación se enfocó en Carapa guianensis (Aubl.), una especie forestal nativa del bosque húmedo tropical que pertenece a la familia Meliaceae. Esta especie multipropósito tiene potencial de uso en arreglos agroforestales, en la producción de madera y, además, destaca porque de sus semillas se extrae óleo de forma artesanal o en escala industrial para fines farmacéuticos y cosmetológicos (Bacca, Zuluaga, Perez, Burbano, & Palacio, 2020).
La importancia ecológica y económica de C. guianensis invita a estudiar su desarrollo ex situ y a estimar la productividad de la especie. En este sentido, las medidas directas que reflejan la productividad son el incremento medio anual (IMA) y el incremento periódico anual (IPA), teniendo en cuenta el manejo específico y las condiciones ambientales históricas, por lo que la productividad futura de un sitio variará en función de estos factores.
Otra de las propiedades para determinar el potencial de crecimiento, a través del comportamiento, es la relación altura-diámetro. La altura es una variable de difícil medición en campo, por lo que es necesario implementar herramientas que permitan la estimación, usando los datos históricos colectados directamente en campo, y el análisis mediante el ajuste de modelos alométricos de crecimiento. En plantaciones forestales tropicales y en los bosques, la cobertura foliar es muy densa, ocasionando obstrucción visual para medir la altura de los árboles y, por consiguiente, hay sesgo en la información recolectada, aun con herramientas especializadas como el hipsómetro láser o LiDAR (Larjavaara & Muller-Landau, 2013).
La alometría es el estudio de la variación de las dimensiones anatómicas y fisiológicas en los seres vivos en tanto se correlacionan; esto permite aproximarse a la comprensión de los organismos como un todo y no como la suma de sus partes. La alometría estudia las relaciones de la variación de las magnitudes en los seres vivos, tanto su arquitectura corporal como las que puedan darse entre esta y las variables que cuantifican los procesos fisiológicos en un sentido amplio (Sanchez & Gutiérrez, 2020). En términos forestales, la alometría se aplica en modelos alométricos que, para este caso, establece una ecuación matemática que permite estimar una variable a partir de otra variable de fácil medición en campo; por ejemplo, predecir la altura a partir del diámetro a la altura del pecho (Mensah, Veldtman, & Seifert, 2017) .
Para muchas especies arbóreas de los trópicos, como C. guianensis, no existe información acerca de su crecimiento y rendimiento en la zona de estudio. Esto trae consigo un análisis económico inadecuado, evitando a su vez una administración apropiada para los bosques del trópico húmedo (Sharma & Breidenbach, 2015).
Dada la situación actual y previendo las demandas futuras de los bienes y servicios que C. guianensis provee en el municipio de Tumaco, Departamento de Nariño, Colombia, esta investigación tuvo como objetivo analizar el potencial de crecimiento de esta especie forestal nativa, a través de la caracterización de parámetros dasométricos y la modelación alométrica para la estimación de altura, durante la primera fase de desarrollo. Se espera que la información generada provea una herramienta que facilite la estimación de altura de manera rápida y eficiente sin el uso de herramientas complejas y costosas.
Materiales y métodos
Área de estudio
La investigación se realizó en el Centro de Investigación El Mira de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (AGROSAVIA), localizado a 1° 32´ 59" N y 78° 41´ 53" O, a una altitud de 16 m en el municipio de Tumaco (zona pacífica), Departamento de Nariño, Colombia. La zona se clasifica como bosque húmedo tropical (Holdridge, 1982). Según Reyes, Rodríguez, Peña, y Bastidas (2008), Tumaco posee un clima cálido húmedo con temperatura media de 25.7 °C, humedad relativa anual de 86 % y precipitación anual de 3 067 mm. El área tiene suelos potenciales para uso agropecuario y forestal; según los resultados de análisis de suelos realizados por el laboratorio de AGROSAVIA, el pH es 5.59 y la materia orgánica tiene un valor de 2.86 %. La topografía es relativamente plana y la clase estructural es franco arcillosa.
Datos dasométricos
Los datos se obtuvieron en 11 inventarios realizados en tres parcelas permanentes de muestreo con forma rectangular, cada una con área de 1 080 m2. La frecuencia del registro fue semestral durante 60 meses comprendidos entre los años 2014 al 2019 en 90 individuos coetáneos por parcela, sembrados a una distancia de 6 x 6 m. Al total de árboles se midieron las variables dasométricas altura total (H, m), obtenida con clinómetro (SUUNTO TANDEM 360PC/360R); diámetro a la altura de 1.3 m (DAP, cm) sobre el nivel del suelo (Cancino, 2006) medido con cinta diamétrica; y supervivencia (%).
Determinación del incremento medio anual
El incremento medio anual del DAP (IMAD) y de la altura total (IMAH) se calculó mediante el cociente del valor actual mayor de la variable considerada y la edad a partir del tiempo cero. El valor resultante expresa la media del crecimiento total a cierta edad, indicando la medida anual del crecimiento para cualquier edad (Casal-Ángeles, Vásquez-García, Cetina-Alcalá, & Campos-Bolaños, 2016).
Análisis de datos
Modelación alométrica
Se ajustaron modelos alométricos lineales y no lineales utilizados comúnmente para modelar la relación funcional entre una variable de biomasa y variables predictoras de especies forestales, como lo son el DAP y la edad (Cuadro 1). Cada uno de los modelos se ajustó por medio del procedimiento PROC MIXED para modelos lineales mixtos del paquete estadístico SAS/STAT versión 9.4 (SAS Institute Inc., 2013). Debido a que se tomaron mediciones repetidas en el tiempo al mismo individuo, se evidenció dependencia entre las observaciones. Según Picard, Saint-André, y Henry (2012), la variabilidad de la altura tiende a aumentar a medida que el árbol incrementa en diámetro, lo que determina un efecto adverso sobre la homocedasticidad de los errores; por lo tanto, se ajustaron estructuras híbridas de correlación y de heterocedasticidad, tales como la autorregresiva de primer orden heterogénea (ARH 1), la compuesta simétrica heterogénea (CSH) y la Toeplitz heterogénea (TOEPH).
Modelo | Tipo | Estructura de covarianza | Ecuación |
---|---|---|---|
1 | Potencia linealizado | ARH 1 | ln H = β0 + β1 lnDBH |
2 | CSH | ||
3 | TOEPH | ||
4 | Potencia linealizado de doble entrada | ARH 1 | ln H = β0 + β1 ln(DBH2 Age) |
5 | CSH | ||
6 | TOEPH | ||
7 | Potencia polinomial linealizado | ARH 1 | ln H = β0 + β1 lnDBH + β2 (lnDBH)2 |
8 | CSH | ||
9 | TOEPH | ||
10 | Polinomial | ARH 1 | H = β0 + β1 DBH + β2 DBH2 |
11 | CSH | ||
12 | TOEPH | ||
13 | Múltiple | ARH 1 | H = β0 + β1 DBH + β2 Age |
14 | CSH | ||
15 | TOEPH | ||
16 | Lineal | ARH 1 | H = β0 + β1 DBH |
17 | CSH | ||
18 | TOEPH |
β0, β1 y β2 = parámetros de los modelos, DAP = diámetro del árbol a la altura del pecho (cm) medido a 1.3 m de la base, Edad = edad del árbol en meses, H = altura (m) desde la base hasta el ápice del individuo. Estructuras híbridas de correlación y de heterocedasticidad: autorregresiva de primer orden heterogénea (ARH 1), compuesta simétrica heterogénea (CSH) y Toeplitz heterogénea (TOEPH).
Validación de supuestos
La dependencia de los errores se trató con la modelación de las estructuras de correlación ya mencionadas. Los supuestos de los modelos ajustados se validaron visualmente a través del diagnóstico de la homocedasticidad y la normalidad de los errores estundentizados. La homogeneidad de varianzas se evaluó con un gráfico de dispersión de los residuales y los valores ajustados del modelo. La normalidad de los errores se comprobó con el gráfico cuantil-cuantil mediante la observación de los residuales, a través de la distribución normal estándar teórica.
Evaluación del desempeño de los modelos
Los mejores modelos se seleccionaron a través de las medidas de bondad de ajuste, como lo son el criterio de Akaike (AIC) y el criterio bayesiano de Schwarz (BIC), y tres medidas de desempeño predictivo como el error medio absoluto (MAE), la raíz cuadrada del error cuadrático medio (RCME) y la eficiencia (Cuadro 2).
Parámetros estadísticos | Ecuación |
---|---|
Criterio de Akaike | AIC = -2logL + 2p |
Criterio de Bayesiano de Schwarz | BIC = -2logL + plogn |
Error medio absoluto |
|
Raíz cuadrada del error cuadrático medio |
|
Eficiencia |
|
L = valor máximo de la función de verosimilitud; p =
número de parámetros del modelo, Yi = i-ésima
observación de la respuesta,
Selección del mejor modelo
El mejor modelo se seleccionó teniendo en cuenta la asignación de un mayor peso a los criterios de desempeño predictivo, respecto a los de bondad de ajuste. En cuanto al desempeño predictivo, la eficiencia es mejor entre más cercana sea a 1, mientras que los valores bajos de MAE y RCME son los mejores. Igualmente, con respecto a la bondad de ajuste, el modelo es mejor entre menores sean los criterios de AIC y BIC.
Resultados y discusión
De acuerdo con el Cuadro 3, a los 60 meses de edad, los árboles presentaron supervivencia entre 70 y 87 %. La variable altura tuvo valores entre 11.16 m y 12.72 m, mientras que el DAP varió entre14.37 cm y 16.62 cm. El coeficiente de variación mostró mayor dispersión relativa de los datos en el DAP.
Parcela | Supervivencia (%) | Variable | Media | DE | EE | CV (%) |
---|---|---|---|---|---|---|
P1 | 70 | Altura (m) | 12.72 | 1.51 | 0.33 | 11.86 |
DAP (cm) | 15.34 | 3.3 | 0.72 | 21.52 | ||
P2 | 70 | Altura (m) | 11.16 | 2.22 | 0.49 | 19.92 |
DAP (cm) | 14.37 | 3.56 | 0.78 | 24.76 | ||
P3 | 87 | Altura (m) | 12.22 | 2.22 | 0.43 | 18.14 |
DAP (cm) | 16.62 | 3.98 | 0.78 | 23.96 |
DAP: diámetro a la altura del pecho (1.30 m), DE: desviación estándar; EE: error estándar; CV: coeficiente de variación.
Incremento medio anual del crecimiento de Carapa guianensis
Para un periodo de evaluación de cinco años (60 meses), el IMAD fue 2.9 cm∙año-1, mientras que el IMAH fue 2.3 m∙año-1. En promedio, los individuos obtuvieron un diámetro de 15.53 ± 3.72 cm y una altura de 12.04 ± 2.10 m. Estos resultados fueron mayores que los reportados en otros estudios para la especie. En un bosque de C. guianensis, en proceso de restauración, ubicado en la cuenca del río Guacha en Colombia, el IMAD fue de 0.62 cm∙año-1 (Cárdenas, 2014). En una plantación de seis años en Requena, Perú, se obtuvo un IMAD de 0.6 cm∙año-1 y un IMAH de 0.95 m∙año-1 (Dávila, 2003). Por su parte, Suatunce, Diazl, y García (2009) registraron un IMAD de 1.42 cm∙año-1 y un IMAH de 1.13 m∙año-1 en una plantación de cinco años en la represa Quevedo, Ecuador. Tonini, Arco-Verde, y Sá (2005) estimaron un IMAD de 1.5 cm∙año-1 y un IMAH de 1.3 m∙año-1 para una plantación de siete años en Roraima, Venezuela. Igualmente, en bosques de algunos países de Centroamérica se ha obtenido un IMAD de 0.2 a 0.5 cm∙año-1 y con tratamientos silviculturales de liberación han incrementado de 0.6 a 0.7 cm∙año-1; mientras que las plantaciones de tres a nueve años en Costa Rica han tenido un IMAD de 1.4 a 1.5 cm∙año-1 e IMAH de 1.2 a 1.4 m∙año-1 (Cordero & Boshier, 2003).
La superioridad de desarrollo encontrada en el municipio de Tumaco probablemente se debe a las condiciones agroecológicas, a la rigurosidad en la selección de árboles para la obtención de semillas de calidad y a las labores silviculturales; sin embargo, los esfuerzos de domesticación deben seguir encaminados a la generación de herramientas que permitan disminuir aún más el turno de corta y preservar los individuos establecidos en plantación forestal. En este sentido, Tonini et al. (2005) afirman que una especie con crecimiento diamétrico mayor de 1 cm∙año-1, bajo plantación forestal, puede considerarse con mejor incremento que la especie en bosque natural. Asimismo, McLean et al. (2011) afirman que los árboles del género Carapa sembrados en plantación presentan mayor flexibilidad como respuesta a la influencia del viento en el fuste, en comparación con árboles presentes en los bosques naturales.
Con relación al tiempo de aprovechamiento, según un estudio dendroecológico hecho en Nicaragua, la edad de turno del C. guianensis está estimada entre los 70 a 122 años, edad en la que se presume puede alcanzar el diámetro mínimo de corta (DMC) para la zona (40 cm) (Paguada, 2015). Por otra parte, en Costa Rica, Cordero y Boshier (2003) estimaron que la especie puede alcanzar ese diámetro a una edad de 50 años, teniendo en cuenta sus condiciones ambientales. No obstante, Bauch y Dünisch (2000) encontraron que los árboles de esta especie pueden aprovecharse en fases tempranas y pueden tener un buen uso, pues la especie produce madera madura a una edad muy temprana con un buen carácter decorativo por el color en el duramen y con una alta durabilidad natural. Con base en los resultados obtenidos hasta el momento en este estudio (IMAD = 2.9 cm∙año-1 y IMAH = 2.3 m∙año-1), y bajo las condiciones agroecológicas de la región, es probable que C. guianensis alcance su madurez a una edad temprana.
Modelo alométrico altura-DAP
El Cuadro 4 indica que los modelos alométricos no lineales (M4, M6, M7 y M8) presentaron buenos ajustes en comparación con los lineales. La ecuación de potencia polinomial linealizada se seleccionó por mejor desempeño; posteriormente, con la validación de los supuestos, el modelo M8 fue el más adecuado estadísticamente, tal como se observa en la Figura 1.
Modelo | Coeficientes | Criterios de selección | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
β0 | β1 | β2 | AIC | BIC | MAE | RCME | Eficiencia (%) | |
M1 | 0.078 | 0.804 | -891.1 | -863.4 | 0.14 | 0.17 | 91.53 | |
M2 | -0.292 | 0.915 | -719.3 | -691.7 | 0.2 | 0.24 | 83.43 | |
M3 | 0.506 | 0.586 | -936.2 | -887.8 | 0.21 | 0.26 | 81.37 | |
M4 | -0.867 | 0.34 | -1 069.00 | -1 041.30 | 0.11 | 0.14 | 94.52 | |
M5 | -1.126 | 0.366 | -949.2 | -921.5 | 0.13 | 0.17 | 91.87 | |
M6 | -0.923 | 0.346 | -1081.1 | -1 032.70 | 0.11 | 0.14 | 94.37 | |
M7 | 0.544 | 0.227 | 0.163 | -984.7 | -957 | 0.12 | 0.16 | 92.9 |
M8 | 0.227 | 0.428 | 0.138 | -826.2 | -798.6 | 0.12 | 0.15 | 93.62 |
M9 | 0.682 | 0.185 | 0.143 | -1 008.00 | -959.6 | 0.16 | 0.2 | 88.91 |
M10 | 0.606 | 0.458 | 0.002 ns | 1 151.60 | 1 179.20 | 1.57 | 2.15 | 62.92 |
M11 | 0.421 | 0.462 | 0.002 ns | 1 229.30 | 1 256.90 | 1.73 | 2.27 | 58.89 |
M12 | 0.433 | 0.456 | 0.001 ns | 1 109.50 | 1 157.90 | 1.79 | 2.35 | 55.89 |
M13 | -0.242 | 0.379 | 0.084 | 996.5 | 1 024.20 | 0.71 | 1.02 | 91.63 |
M14 | -0.247 | 0.449 | 0.051 | 1 180.50 | 1 208.20 | 0.94 | 1.36 | 85.19 |
M15 | -0.296 | 0.381 | 0.085 | 985.7 | 1 034.10 | 0.71 | 1.02 | 91.68 |
M16 | 0.566 | 0.477 | 1 141.60 | 1 169.20 | 1.62 | 2.23 | 60.33 | |
M17 | 0.348 | 0.481 | 1 219.00 | 1 246.70 | 1.8 | 2.35 | 55.72 | |
M18 | 0.376 | 0.472 | 1 098.50 | 1 146.80 | 1.84 | 2.41 | 53.73 |
ns: coeficiente no significativo (P < 0.05); AIC: criterio de Akaike; BIC: criterio bayesiano de Schwarz, MAE: error medio absoluto, RCME: raíz cuadrada del error cuadrático medio.
Algunas investigaciones han evaluado ecuaciones alométricas para predecir la altura con un porcentaje alto de confianza (Ahmadi, Alavi, Kouchaksaraei, & Aertsen, 2013; Barbosa, Ramírez-Narváez, Fearnside, Villacorta, & Carvalho, 2019), en las cuales se obtuvieron resultados similares a los del presente estudio; además, indican que este tipo de ecuaciones no lineales son las que mejor se ajustan para especies forestales nativas a escala regional, donde las condiciones ambientales del sitio juegan un papel importante.
La ecuación alométrica seleccionada explica mejor la relación diámetro-altura
de acuerdo con las condiciones ambientales del municipio de Tumaco y puede
ser aplicable en otras regiones con condiciones agroecológicas similares
durante la edad temprana (60 meses). Con relación a esto, la dinámica del
sitio donde se toman los registros de crecimiento es diferente y específica
para cada región, por lo que una sola ecuación no puede responder a esta
relación a nivel general (Mensah et al.,
2018; Misir, 2010);
además, existe influencia de variables ambientales, del manejo
silvicultural, la densidad de plantación y la fertilización (Sharma & Breidenbach, 2015). Por lo
tanto, a partir del modelo 8, se obtuvo la ecuación
Conclusiones
En el municipio de Tumaco, Colombia, la especie Carapa guianensis presentó crecimiento diamétrico rápido comparado con otras regiones bajo diferentes condiciones naturales, donde puede tardar más de 50 años para obtener un diámetro mínimo aprovechable de 40 cm. El modelo alométrico obtenido para C. guianesis genera una herramienta para la toma de decisiones en edades tempranas, debido a su nivel de precisión para predecir la altura en función del diámetro, siempre y cuando su aplicación se de en condiciones agroambientales similares a la región de Tumaco.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria-AGROSAVIA que, a través de los recursos del Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural de Colombia, logró financiar esta investigación. Al equipo de profesionales de apoyo del Centro de Investigación El Mira que participaron en la toma y registro de datos.
REFERENCIAS
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Recibido: 30 de Septiembre de 2020; Aprobado: 09 de Julio de 2021