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INTRODUCCIÓN
El calentamiento global es uno de los problemas ambientales más graves, afecta los procesos atmosféricos y se manifiesta mediante variaciones climáticas. Este calentamiento es provocado por el aumento en la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) hacia la atmósfera y se ha incrementado durante los últimos siglos (Garreaud, 2011; Sánchez, 2008).
El dióxido de carbono (CO2) es el gas que más contribuye al calentamiento global. Una forma de mitigar sus efectos es almacenarlo en la biomasa y en el suelo a través de la acumulación de materia orgánica (Ávila et al., 2001). Mediante la fotosíntesis, la vegetación forestal absorbe CO2 durante su dinámica de crecimiento; es decir, fija el carbono para la composición de su estructura (tallos, ramas, hojas y raíces) y libera el oxígeno que proporciona un beneficio ambiental al planeta (SEMARNAT, 2001).
Los ecosistemas forestales tienen un potencial importante para almacenar dióxido de carbono y pueden ser utilizados como un medio alternativo para compensar las emisiones actuales y futuras (Ni et al., 2016; Stavins y Richards, 2005). La capacidad para almacenar carbono en forma de biomasa aérea varía en función de la composición florística, la edad y la densidad de población de cada estrato por comunidad vegetal (Fonseca-González, 2017; Schulze et al., 2000).
La información sobre la biomasa y el volumen de árboles es importante para determinar el papel que desempeñan los recursos forestales en el almacenamiento de carbono. La biomasa representa la cantidad potencial de carbono que puede ser liberado a la atmósfera, o conservado y fijado en una determinada superficie cuando los bosques son manejados para alcanzar los compromisos de mitigación de gases de efecto invernadero (Brown et al., 1996). El volumen de las existencias en formación en el bosque disponible para abastecimiento de madera constituye también un indicador importante sobre el potencial económico del bosque (FAO, 2004), de ahí la importancia de cuantificar el contenido de volumen, biomasa y carbono en los ecosistemas forestales.
Para determinar el volumen de carbono almacenado en los ecosistemas forestales es fundamental establecer adecuadamente el contenido de la biomasa existente de los bosques. La estimación del volumen y biomasa en los árboles requiere de un estudio destructivo (Brown et al., 1989), para luego proceder al ajuste de funciones o modelos que predicen el volumen y la biomasa del árbol en pie (Husch, 2001); sin embargo, para evitar el uso de métodos destructivos se han generado diversas ecuaciones de volumen, las cuales son útiles junto con los datos de inventarios forestales para definir las existencias reales actuales, así como los rasgos dasométricos de las especies que componen los bosques (Clutter et al., 1983).
De la misma forma, se han formulado ecuaciones de biomasa que junto con los datos de inventarios proporcionan información sobre el contenido de biomasa y cuando se multiplican por un factor proveen también los almacenes de carbono (Clark et al., 2001; Jenkins et al., 2001; Návar, 2010; Schroeder et al., 1997). Generalmente, los modelos de estimación de biomasa se ajustan para cada especie, aunque se han generado modelos que integran a varias especies, debido a la similitud en los patrones de crecimiento en determinados ambientes (Iglesias y Barchuk, 2010; Rodríguez-Laguna et al., 2007).
En México se han realizado diversos estudios que contemplan la estimación de volumen, biomasa y captura de carbono (Contreras y Návar, 2002; Corral et al., 1999; Jaramillo et al., 2003; Návar et al., 2005; Návar, 2009); por ejemplo, Pimienta et al. (2007) estimaron el contenido de biomasa y carbono de Pinus cooperi en Durango; así mismo, Nájera y Hernández (2009) determinaron la acumulación de biomasa en una localidad de Durango; sin embargo, estas investigaciones son específicas para algunas localidades y aún existen muchas áreas sin evaluar. Por lo anterior, el presente estudio tuvo como objetivo estimar el volumen, biomasa y contenido de carbono de especies arbóreas en un bosque templado del noroeste de México, ya que esta información es de gran importancia para la cuantificación del dióxido de carbono.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El presente estudio se realizó en el ejido La Victoria, en el municipio de Pueblo Nuevo, ubicado al suroeste del estado de Durango (oeste de México). Está enmarcado geográficamente entre los paralelos 23º 40’ 04” y 23º 47’ 54” de latitud norte y a una longitud de 105º 29’ 52” oeste (Figura 1).
El ejido La Victoria se encuentra ubicado en la provincia fisiográfica de la Sierra Madre Occidental, específicamente en las subprovincias de Gran Meseta y Cañones Duranguenses, y Mesetas y Cañadas del Sur; los suelos del predio son de tipo cambisol, regosol y litosol con textura predominantemente de gruesa a media. La vegetación en la mayor parte del predio está formada por bosques de pino-encino, con distintas condiciones de productividad.
Recopilación y análisis de la información
Los datos dasométricos para el estudio provinieron de nueve parcelas cuadrangulares de 2500 m2 (50 × 50 m) permanentes de muestreo establecidas en otoño de 2008, obtenidas bajo la metodología desarrollada por Corral-Rivas et al. (2009). La base de datos se construyó a partir de la información de 1294 árboles muestreados a los que se les midió el diámetro normal, la altura total y se registró la especie de cada individuo.
Para cada una de las especies se determinó su volumen individual mediante la ecuación de Shumacher y Hall sugerida por Contreras y Návar (1997, Com. Pers.)1, la cual se utiliza para estimar el volumen de las principales especies arbóreas en la Sierra Madre Occidental (Cuadro 1).
Cuadro 1 Ecuaciones para estimar el volumen rollo total árbol para las especies de pinos y hojosas de la Sierra Madre Occidental.
| Especie | Ecuación |
|---|---|
| Juniperus deppeana Steud. | V = 0.00024698*(DN1.6254)*(H0.8550) |
| Pinus ayacahuite Ehrenb. ex Schltdl. | V = 0.00024698*(DN1.6254)*(H0.8550) |
| Pinus cooperi C.E. Blanco. | V = 0.00004010*(DN1.9515)*(H0.9786) |
| Pinus durangensis Martínez. | V = 0.00001771*(DN2.1441)*(H1.0383) |
| Pinus leiophylla Schiede ex Schltdl. & Cham. | V = 0.00006815*(DN1.8346)*(H0.9319) |
| Pinus teocote Schiede ex Schltdl. & Cham. | V = 0.00035377*(DN1.4896)*(H0.8052) |
| Quercus crassifolia Bonpl. | V = 0.00024732*(DN1.6169)*(H1.0941) |
| Quercus sideroxyla Bonpl. | V = 0.00024732*(DN1.6169)*(H1.0941) |
| Otras hojosas (Arbutus bicolor S. González, A. madrensis S. González y A. xalapensis Kunth). | V = 0.00024732*(DN1.6169)*(H1.0941) |
V: volumen (m3 ha-1), DN: diámetro normal (m), H: altura total (m).
Para cada una de las especies se determinó la biomasa total árbol mediante las ecuaciones alométricas generadas por diferentes autores (Cuadro 2).
Cuadro 2 Ecuaciones para estimar la biomasa para diferentes especies de pinos y hojosas de la Sierra Madre Occidental.
| Especie | Ecuación | Autor |
|---|---|---|
| Juniperus deppeana † | B = Exp(-1.6469)*(DN2.1255) | Rodríguez-Laguna et al. (2007) |
| Pinus ayacahuite | B = Exp(-3.066)*(DN2.646) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Pinus cooperi | B = Exp(-1.922)*(DN2.321) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Pinus durangensis | B = Exp(-2.108)*(D2.373) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Pinus leiophylla | B = Exp(-3.549)*(DN2.787) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Pinus teocote | B = Exp(-3.182)*(DN2.702) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Quercus crassifolia | B = (0.283)*[(DN2)*H0.807] | Ayala-López et al. (2001) |
| Quercus sideroxyla | B = Exp(-2.592)*(DN2.585) | Návar-Cháidez (2010a) |
| Otras hojosas (Arbutus bicolor, A. madrensis y A. xalapensis) | B = 0.3764*(DN2-2.3146)*(DN-1.9106) | Aguilar-Hernández et al. (2016, Com. Pers.)2 |
†Corresponde a Juniperus flaccida, B: biomasa (t ha-1); DN: diámetro (m), Exp: coeficiente e (base del logaritmo natural), H: altura total.
2Aguilar-Hernández L., R. García-Martínez, A. Gómez-Miraflor y O. Martínez-Gómez (2016) Estimación de biomasa mediante la generación de una ecuación alométrica para madroño (Arbutus xalapensis). In: IV Congreso Internacional y XVIII Congreso Nacional de Ciencias Agronómicas. Chapingo, Estado de México, México. pp:529-530.
Para determinar el contenido de carbono se multiplicó el valor de la biomasa por el factor 0.5. Este factor representa la concentración de carbono promedio para coníferas y hojosas (Díaz et al., 2007; Hamburg, 2000), valor citado en los inventarios de gases de efecto invernadero, sector forestal para México (IPCC, 2005).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Especies registradas y su distribución
Se registraron 11 especies arbóreas, pertenecientes a cuatro géneros y cuatro familias. La familia más representativa fue Pinaceae con cinco especies, seguida de las familias Ericaceae y Fagaceae con tres y dos especies cada una. Estas tres familias incluyeron tres géneros y 10 especies, lo que constituye 90.78 % de la vegetación registrada en las nueve parcelas de muestreo (Cuadro 3). Esta información coincide con diversos estudios en los que se ha reportado a la familia Pinaceae como la más representativa en este tipo de bosque de la Sierra Madre Occidental (Aragón-Piña et al., 2010; González-Elizondo et al., 1993; Márquez-Linares y González-Elizondo, 1998).
Cuadro 3 Nombre científico y familia de las especies registradas en el área de estudio.
| Nombre científico | Familia |
|---|---|
| Arbutus bicolor S. González | Ericaceae |
| Arbutus madrensis S. González | Ericaceae |
| Arbutus xalapensis Kunth | Ericaceae |
| Juniperus deppeana Steud. | Cupressaceae |
| Pinus ayacahuite Ehrenb. ex Schltdl. | Pinaceae |
| Pinus cooperi C. E. Blanco | Pinaceae |
| Pinus durangensis Martínez | Pinaceae |
| Pinus leiophylla Schiede ex Schltdl. & Cham. | Pinaceae |
| Pinus teocote Schied. ex Schltdl. & Cham. | Pinaceae |
| Quercus crassifolia Bonpl. | Fagaceae |
| Quercus sideroxyla Bonpl. | Fagaceae |
La masa arbórea estudiada presentó un total de 574 árboles ha-1. La especie Pinus cooperi se presentó en todos los sitios de muestreo y obtuvo la mayor abundancia con 190 árboles ha-1 (33.10 %), seguida de P. durangensis y Quercus sideroxyla con 145 (25.26 %) y 104 (18.11 %) árboles ha-1, respectivamente; estas especies se presentaron en casi todos los sitios de muestreo (excepto en el 1 y 8). La especie que menor cantidad de árboles presentó fue Q. crassifolia, con cuatro árboles ha-1 (0.69 %) y sólo se registró en el sitio 7 (Cuadro 4). Valenzuela y Granados (2009) reportaron a P. durangensis como la especie más abundante en los bosques templados de Durango; de la misma forma, P. durangensis junto con Q. sideroxyla han sido reportadas como algunas de las especies más frecuentes en la Sierra Madre Occidental (Silva-Flores et al., 2014).
Cuadro 4 Número de árboles por hectárea por especie en los sitios de muestreo.
| Especie | Sitios | Total | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| Pinus cooperi | 36 | 1 | 10 | 4 | 6 | 4 | 1 | 40 | 88 | 190 |
| Pinus durangensis | 0 | 24 | 70 | 6 | 8 | 19 | 15 | 0 | 3 | 145 |
| Quercus sideroxyla | 0 | 32 | 13 | 24 | 5 | 16 | 2 | 0 | 12 | 104 |
| Juniperus deppeana | 4 | 1 | 0 | 6 | 10 | 6 | 0 | 23 | 2 | 52 |
| Pinus ayacahuite | 0 | 6 | 4 | 2 | 4 | 14 | 0 | 0 | 2 | 32 |
| Pinus teocote | 0 | 1 | 10 | 3 | 2 | 8 | 0 | 0 | 2 | 26 |
| Otras hojosas | 0 | 1 | 4 | 5 | 0 | 2 | 3 | 0 | 1 | 16 |
| Pinus leiophylla | 0 | 4 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| Quercus crassifolia | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 0 | 0 | 4 |
| Total | 40 | 70 | 111 | 50 | 36 | 69 | 25 | 63 | 110 | 574 |
Dimensiones de los árboles
La altura de las especies encontradas en el área de estudio osciló entre 2.5 y 38.8 m, con un promedio de 11.7 m; sin embargo, la mayoría de las especies se encuentra en un rango de altura de 7.5 a 25 m. El sitio 5 presentó la mayor variabilidad de alturas, mientras que 50 % de los individuos del sitio 7 presentó las mayores alturas en comparación con los demás sitios; sin embargo, los sitios 4 y 6 presentaron el mayor número de valores atípicos (Figura 2a). Las especies P. cooperi y P. durangensis registraron valores atípicos, superiores a 20 m, pero P. durangensis presentó la mayor variabilidad de alturas y la mayor parte de sus individuos tendieron a ser altos.
Figura 2 Distribución de la altura por sitio (a) y distribución de la altura por especie (b). J.d.: Juniperus deppeana, P.a.: Pinus ayacahuite, P.c.: P. cooperi, P.d.: Pinus durangensis, P.l.: Pinus leiophylla, P.t.: Pinus teocote, Q.c.: Quercus crassifolia, Q.s.: Quercu sideroxyla, O.h.: otras hojosas.
Los individuos de la especie Juniperus deppeana presentaron las alturas más bajas. Las especies con el promedio de altura más alto fue Q. crassifolia con 16.84 m, seguida de P. durangensis con 15.84 m, P. teocote con 13.74 m, P. ayacahuite con 12.48 y P. leiophylla con 10.46 m. Las demás especies presentaron una altura menor a 10 m (Figura 2a). En un estudio para la construcción de curvas dinámicas de índice de sitio para P. cooperi Blanco se encontró que la altura media fue de 20.5 m, con un máximo de 30.0 y un mínimo de 10.3 m (Vargas-Larreta et al., 2010). Otro estudio reporta una altura promedio de 9.4 m en un área con individuos en etapa de regeneración (Montes de Oca-Cano et al., 2009).
El diámetro de los árboles registrados osciló entre 6.5 y 60 cm, con un promedio de 19.4 cm. En el sitio 5 se registró la mayor variabilidad, mientras que el en el sitio 7 el 50 % de los árboles presentó los mayores diámetros. En todos los sitios se presentaron datos atípicos; sin embargo, en los sitios 5 y 7 se registraron valores de hasta 81.3 cm (Figura 3a). Las especies Q. crassifolia y P. durangensis presentaron la mayor variabilidad de diámetros; no obstante, las especies P. durangensis y P. cooperi presentaron el 50 % de los individuos con el mayor diámetro. Más del 50 % de los árboles de J. deppeana y P. leiophylla presentaron diámetros menores al promedio (Figura 3b).
Figura 3 Distribución de diámetro por sitio (a) y distribución del diámetro por especie (b). J.d.: Juniperus deppeana, P.a.: Pinus ayacahuite, P.c.: Pinus cooperi, P.d.: Pinus durangensis, P.l.: Pinus leiophylla, P.t.: Pinus teocote, Q.c.: Quercus crassifolia, Q.s.: Quercus sideroxyla, O.h.: otras hojosas.
En un estudio para la construcción de curvas dinámicas de índice de sitio para P. cooperi se encontró que el diámetro medio es de 19.1 cm, con máximo de 30.0 y mínimo de 5.8 cm (Vargas-Larreta et al., 2010); otro estudio reportó un diámetro promedio de 3.6 cm en un área en etapa de regeneración (Montes de Oca-Cano et al., 2009). El diámetro normal y altura total de los árboles son de gran importancia como variables predictoras para estimar el carbono en la parte aérea de los bosques (Pacheco et al., 2007).
Biomasa arbórea
El área estudiada presentó un volumen total de 207.36 m3 ha-1, donde la especie P. durangensis obtuvo el mayor volumen con 68 m3 ha-1 (33 %), seguida por Q. sideroxyla con 54 m3 ha-1 (26 %) y P. cooperi con 44 m3 ha-1 (21 %). La especie P. leiophylla presentó el menor volumen con 0.6 m3 ha-1 (0.3 %) (Figura 4). Estas existencias son altas en comparación con los 115 m3 ha-1 registradas por Návar (2010b) para los bosques de templados del estado de Nuevo León, México. Según Návar-Cháidez y González-Elizondo (2009), la productividad o incremento en volumen aumenta con el índice de mezcla de pinos y encinos y por el aumento en la densidad.
Figura 4 Volumen por especie. J.d.: Juniperus deppeana, P.a.: Pinus ayacahuite, P.c.: Pinus cooperi, P.d.: Pinus durangensis, P.l.: Pinus leiophylla, P.t.: Pinus teocote, Q.c.: Quercus crassifolia, Q.s.: Quercus sideroxyla, O.h.: otras hojosas.
Con relación a la biomasa, se presentó un total de 130.28 Mg ha-1 de las cuáles 45 Mg ha-1 (35 %) correspondieron a P. durangensis, 38 Mg ha-1 (29 %) a P. cooperi y 27 Mg ha-1 (20 %) a Q. sideroxyla. P. leiophylla presentó el menor contenido de biomasa con 0.4 Mg ha-1 (0.3 %) (Figura 5). Nájera y Hernández (2009) encontraron que la acumulación anual de la biomasa aérea para la región de El Salto, Durango es de 4 Mg ha-1 año-1. Návar (2009) estimó las reservas de carbono para bosques del noroeste de México y encontró que el contenido de biomasa en la zona centro sur de la Sierra Madre Occidental del estado de Durango era de 130 Mg ha-1, valor similar al registrado en este estudio. Este valor es alto en comparación con la densidad de biomasa aérea promedio para los bosques templados del estado de Nuevo León y los bosques tropicales secos de Sinaloa, México, donde se reportan valores de 74.16 y 73 Mg ha-1, respectivamente (Návar, 2009; Návar, 2010b). Jaramillo et al. (2003) también registraron valores bajos, de 94 a 124 Mg ha-1 para un bosque tropical del centro de México; sin embargo, la densidad de biomasa reportada para bosques tropicales es mayor, con valores de 225 Mg ha-1 para la Península de Yucatán y 265 Mg ha-1 para Veracruz (Cairns et al., 2000).
Acumulación de carbono
Con relación al carbono, se estimó un total de 65.14 Mg ha-1 de las cuales 22 Mg ha-1 (35 %) correspondieron a P. durangensis, 19 Mg ha-1 (29 %) a P. cooperi y 13 Mg ha-1 (20 %) a Q. sideroxyla. P. leiophylla presentó menor cantidad de carbono con 0.2 Mg ha-1 (0.3 %) (Figura 6). Silva-Arredondo y Návar-Cháidez, (2009) reportaron que P. durangensis es una de las especies con mayor concentración de carbono. La diferencia en los valores obtenidos del contenido de carbono promedio para los géneros Pinus y Quercus concuerda con lo descrito en la literatura, donde se reporta que el contenido de carbono en coníferas es más alto que en latifoliadas (Gracia et al., 2004; Silva-Arredondo y Návar-Cháidez, 2009). Esta información es similar a la registrada por Návar (2009), quien menciona que utilizando el factor de carbono de 0.50, los bosques templados de Durango tienen 65 Mg ha-1 y los bosques tropicales secos del estado de Sinaloa 36.5 Mg ha-1, información obtenida al utilizar los datos del inventario forestal para estimar las reservas de biomasa y carbono para bosques templados de Durango y Chihuahua y bosques tropicales secos de Sinaloa, México.
Figura 6 Contenido de carbono por especie. J.d.: Juniperus deppeana, P.a.: Pinus ayacahuite, P.c.: Pinus cooperi, P.d.: Pinus durangensis, P.l.: Pinus leiophylla, P.t.: Pinus teocote, Q.c.: Quercus crassifolia, Q.s.: Quercus sideroxyla, O.h.: otras hojosas.
El área basal resultó ser la mejor variable indicadora del contenido de carbono en el área de estudio, ya que, como se puede observar en la Figura 7, conforme aumenta el área basal aumenta el valor del carbono (tendencia lineal), con un coeficiente de determinación de R2 = 0.924. Para otras variables, como el diámetro cuadrático y número de individuos, el valor resultó ser bajo (R2 < 0 .16). Lo anterior es muy similar a lo obtenido por Acosta-Mireles et al. (2009), quienes además mencionan que el área basal es un indicador de la densidad, y mientras mayor densidad muestre un rodal, su cantidad de biomasa y carbono se incrementa.
CONCLUSIONES
Las especies de las familias Pinaceae y Fagaceae son las más frecuentes y abundantes en los bosques de clima templado-frío de Durango. Estas especies presentan las alturas y diámetros de mayores dimensiones; por consiguiente, son las que en conjunto proveen mayores existencias reales de volumen. Mediante la aplicación de ecuaciones alométricas es posible estimar el volumen, biomasa y carbono de estos bosques. La biomasa y carbono acumulado en las especies arbóreas del área de estudio son similares a lo registrado en otras zonas de la Sierra Madre Occidental, pero mayores en comparación con lo registrado en otras regiones de México. Las especies con mayor volumen, biomasa y carbono acumulado fueron Pinus durangensis, P. cooperi y Quercus sideroxyla. El área estudiada tiene un elevado potencial de producción de biomasa y de captura de carbono.
