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Revista mexicana de ciencias forestales
versión impresa ISSN 2007-1132
Rev. mex. de cienc. forestales vol.5 no.25 México sep./oct. 2014
Artículos
Distribución de Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et. Cham. y Pinus montezumae Lamb. ante el cambio climático
Distribution of Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et. Cham. and Pinus montezumae Lamb. in the face of climate change
Ramiro Pérez Miranda1, Francisco Moreno Sánchez1, Antonio González Hernández1 y Víctor Javier Arriola Padilla1
1Centro Nacional de investigación Disciplinaria en Conservación y Mejoramiento de Ecosistemas Forestales, INIFAP. Correo-e: perez.ramiro@inifap.gob.mx
Fecha de recepción:28 de noviembre de 2011;
Fecha de aceptación: 24 de julio de 2014.
Resumen
En este trabajo se presentan las posibles modificaciones en el paisaje como efecto del cambio climático; para ello, se determinaron los niveles de aptitud del terreno para las especies forestales Abies religiosa (oyamel) y Pinus montezumae (ocote blanco) en el Estado de México, mediante dos modelos de variación: GFDL 2.0 y HADGEM, con escenarios: A2 y B2, para los años 2030 y 2050. En el caso del oyamel se obtuvo más superficie apta con GFDL 2.0 para 2030 en A2, con aptitud alta y media de 1 220 y 1 687 ha; mientras que con HADGEM en B2, (789 y 1 395 ha). Para el ocote blanco la mayor aptitud se generó con GFDL 2.0 para 2030, con A2, (superior que HADGEM con 740 y 9 689 ha; situación parecida a B2, (alta y media superiores que en HADGEM, con 454 y 8 242 ha, respectivamente). La aptitud alta para A. religiosa y P. montezumae se reducirá a pequeñas áreas, localizadas en el norte de la entidad, y escasamente en la Sierra Nevada, como consecuencia de la disminución; en contraste, habrá amplias zonas con potencial medio, limitadas por la precipitación, la temperatura y la profundidad del suelo.
Palabras clave: Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham., aptitud de terreno, cambio climático, escenarios A2 y B2, Pinus montezumae Lamb., superficie potencial.
Abstract
Possible changes in the landscape are presented as effect of climate change; for that aptitude levels were determined terrain for religious forest species Abies (fir) and Pinus montezumae (white ocote) through two patterns of variation: 2.0 and GFDL HADGEM with scenarios: A2 and B2, for 2030 and 2050 in the State of Mexico. For most surface fir aptitude was obtained with 2.0 to 2030 GFDL A2 (with upper and middle of 1 220 and 1 687 has more than similar), while for HADGEM was in B2 (789 and 1 395 ha); in the case of white ocote greater extension was generated with GFDL 2.0 for 2030, A2 (HADGEM greater than 740 and 9 689 ha), similar to situation. B2 (upper and middle HADGEM higher than in 8 242 and 454 ha, respectively). The high ability of these species to these scenarios will be reduced to small areas located north of the state, and scarcely in the Sierra Nevada, as a result of the reduced capacity of the ground; in contrast, there will be wide median surface potential but limited rainfall, temperature and soil depth.
Key words: Abies religiosa (Kunth.) Schltdl. et Cham., suitability soil, climate change, A2 and B2 scenarios, Pinus montezumae Lamb., potential areas.
Introducción
El cambio climático (CC) es un fenómeno en el cual se altera el estado medio del clima o su variabilidad natural durante un periodo prolongado de tiempo (IPCC, 1998). Se considera que una de las consecuencias del CC es el aumento del estrés hídrico en los ecosistemas, provocado por el retraso de las lluvias en primavera, y la consecuente pérdida de humedad en el suelo (Magaña, 2010); sus efectos potenciales impactarán, principalmente, los sectores social, económico, ambiental y de la salud (IPCC, 2007).
Los modelos de circulación general (MCG) describen el comportamiento y las interacciones entre los componentes del sistema climático a nivel global (Sellers y McGuffie, 1987; Trenberth, 1992), y permiten estimar la temperatura en la superficie terrestre en relación con los cuerpos de agua y la orografía continental (McGuffie et al., 1998); en la atmósfera se evalúan los vientos, la humedad, las nubes, así como la concentración de gases, y sus variaciones temporales y altitudinales; en el caso de los océanos, las corrientes marinas, la temperatura, la salinidad y las fluctuaciones en el tiempo y espacio. Las proyecciones de CC emplean distintos contextos de emisión de gases de efecto invernadero (GEI) con el fin de calcular las concentraciones globales y el forzante radiativo; con estos parámetros se modela el incremento de temperatura en una gama de posibles condiciones para los próximos 100 años, que incluyen variables como el crecimiento demográfico y el económico (Conde et al., 2008).
La distribución geográfica de las especies está determinada por el clima, que influye en el establecimiento y el desarrollo de los individuos (Pearson y Dawson, 2003; Gray, 2005; Lomolino et al., 2005), lo que incide en los patrones de estructura y productividad de la vegetación (Maslin, 2004) y, por lo tanto, en la composición y biología de los seres vivos (Gitay et al., 2002; Rosenzweig et al., 2007).
La comunidad científica tiene sumo interés en conocer las probables modificaciones en la distribución de los ecosistemas forestales, ya que esto es fundamental para la definición de estrategias de manejo eficientes para disminuir la vulnerabilidad y el riesgo de las plantaciones, lo cual es indispensable para tomar acciones de mitigación y adaptación, como la sustitución de taxones y la modificación de prácticas silvícolas en cada región (IPCC, 2007; Magaña, 2010; Lindner et al., 2000).
Los estudios de CC a nivel mundial han proyectado un desplazamiento geográfico de las áreas óptimas para las plantaciones forestales, es por ello que la selección de los sitios para esta actividad debe tomar en cuenta a ese fenómeno, con el fin de asegurar la obtención de los productos esperados (Cervi et al., 2006). Iverson y Prasad (2002) evaluaron 76 especies con modelos de escenarios climáticos en el este de Estados Unidos de América, y en sus resultados hubo gran variación en cuanto la distribución (hacia el norte) de los hábitats considerados, desde más de 20 hasta 200 km, en función de los puntos de ocurrencia actuales. El hábitat potencial sería superior (mayor a 10 %) para 43 especies y disminuiría (menor a 10 %) para 31.
En México se han realizado varios trabajos sobre los efectos del CC en la distribución de distintos taxa, se ha estimado que Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl. en 2090 cambiará de zona geográfica, debido a que las condiciones de precipitación y temperatura se modificarán (Sáenz et al., 2006); el cedro rojo, en 2050 se localizará en las laderas con exposición este de la Sierra Madre Oriental, en altitudes superiores a las actuales (Gómez et al., 2007); los géneros Abies y Pinus estarán restringidos a la región de la Sierra Norte de Oaxaca, y habrá mayor abundancia de plantas herbáceas o matorrales xerófilos (Gómez et al., 2008). Se calcula que para Quercus peduncularis Née, Q. laeta Liebm., Pinus ayacahuite C. Ehrenb., P. chihuahuana Engelm., P. durangensis Martínez y P. hartwegii Lindl. el territorio potencialmente apto disminuirá aproximadamente 30 % (Arriaga et al., 2001).
La superficie potencial apta para el desarrollo del A. religiosa a nivel nacional, de acuerdo a Gómez et al. (2011), tendrá con el escenario B2 para el 2050 una reducción de 80 % con los modelos de circulación de la atmósfera Had y ECHAM, y de 60 % con el GFDL, todas con respecto a 500 mil hectáreas de la extensión potencial actual. La distribución actual en escenarios de cambio climático del P. montezumae según Arriaga y Gómez (2004) presentaría una disminución de 10.59 %.
En general, las investigaciones sugieren un aumento en los climas cálidos húmedos y secos, mientras que serán más sensibles e incluso, con tendencia a desaparecer los templados fríos y semicálidos: por el incremento de temperatura. Se estima que en el futuro habrá más vegetación tropical seca, muy seca y espinosa (Villers y Trejo, 2004); en consecuencia, la aptitud del terreno será a menor para las especies vegetales nativas, por lo cual se afectará su tamaño poblacional, capacidad de dispersión, migración y adaptación (Walther et al., 2002; Martínez et al., 2004). También, se prevé que exista alteración en la dinámica, la frecuencia y la agresividad de los incendios, así como en la ocurrencia de plagas y enfermedades, y todo lo anterior podría derivar en la mortandad de bosques y selvas (Villers y Trejo, 1997; Villers y Trejo, 1998).
Los estudios sobre proyecciones de CC proveen elementos para el diseño de políticas en el sector forestal de adaptación y mitigación ante el cambio climático; de acuerdo con Magaña et al. (1997) la comparación entre las condiciones actuales y las potenciales faculta la identificación y cuantificación del grado de vulnerabilidad de un territorio y la distribución adversa y reducida de la superficie adecuada para el desarrollo de las especies. En este contexto, el objetivo del presente trabajo fue determinar los niveles de aptitud potencial de Abies religiosa (Kunth.) Schltdl. et Cham. (oyamel) y Pinus montezumae Lamb. (ocote blanco) bajo dos modelos de escenarios de cambio climático en el Estado de México.
Su importancia radica, fundamentalmente, en que el Estado de México posee 48 % de bosques (del total de su superficie territorial de 22 487.67 km2). Con especies más comunes del género Pinus, Abies y Quercus (Probosque, 2014). Los bosques de Pinus montezumae y Abies religiosa en la entidad son para el aprovechamiento de madera. Los principales usos para el primer taxon son para fabricación de muebles, estructuras, celulosa, cajas de empaque, durmientes, postes, duelas, cercas, chapa, triplay y extracción de resina; y para el segundo, la manufactura de cajas, puertas, marcos, techos interiores y de postes para la instalación de cableado eléctrico (Conabio-Pronare, 2006). Trabajos de escenarios de la distribución de cambio climático de esas especies no existen a la escala propuesta, por ello la importancia de llevarse a cabo.
Materiales y Métodos
Área de estudio
El Estado de México se sitúa entre las coordenadas 18° 21' 29" a 20° 17' 20" latitud norte y 98° 35' 50" a 100° 36' 34" longitud oeste (Figura 1) y tiene una extensión territorial de 22 499.95 km2 (INEGI, 2007).
Figura 1. Localización del área de estudio.
Los tipos de suelo de mayor cobertura en el estado son Feozem y Andosol con 45 %; Cambisoles, Luvisoles, Regosoles y Vertisoles con 37 %; Fluvisoles, Gleysol mólico, Histosol éutrico, Ranker y Rendzina, 5.6 % y otros, con 12.4 %. Las texturas predominantes son media y fina (85 % de la superficie) (INEGI, 2007) y el rango altitudinal inicia en los 200 m (al sur) y termina en los 5 500 m en el este. La entidad se divide en dos provincias fisiográficas: el Eje Neovolcánico y la Sierra Madre del Sur, las cinco elevaciones principales son el volcán Popocatépetl (5 500 msnm), volcán Iztaccíhuatl (5 200 msnm), Nevado de Toluca o volcán Xinantécatl (4 680msnm), cerro el Mirador (4 120 msnm) y cerro Telapón (4 060 msnm). Los climas más importantes son: Templado Subhúmedo (Cw), Templado Semifrío Húmedo (Co(w2)), Templado subhúmedo (Cw), Cálido Subhúmedo (Aw); Semiárido Templado (BS1 k) y Frío (E(T)CHw) (INEGI, 2007). Respecto a las regiones hidrológicas se localizan la Lerma–Santiago (23.75 % del territorio), Balsas (41.86 %) y Pánuco (34.39 %) (INEGI, 2007).
En el Estado de México hay 609 000 ha forestales, de las cuales 560 000 están cubiertas por bosque templado, de ellas 282 802 están cubiertas por coníferas: Abies religiosa (oyamel), Pinus montezumae (ocote blanco), P. leiophylla Schiede et Deppe (pino chino), Quercus rugosa Née (encino quebracho) y Q. mexicana Humb. et Bonpl. (encino laurelillo) son los taxa más representativos (INEGI, 2008a).
Selección de especies
Se escogieron A. religiosa (oyamel o abeto) y P. montezumae (ocote blanco), que tienen gran importancia socioeconómica en la entidad, sus requerimientos agroecológicos se obtuvieron de la literatura (Sistema de Información de Reforestación (SIRE) (Conabio-Pronare, 2006) (Cuadro 1).
Cuadro 1. Requerimientos agroecológicos de las especies estudiadas.
Determinación de la aptitud actual
Se generó la cartografía digital en función de los requerimientos altitudinales, climáticos (precipitación anual total y temperatura media anual) y edáficos (pH, textura y profundidad del suelo). Los datos referentes a la altitud se obtuvieron del modelo digital de elevación (MED) (INEGI, 2014), con una resolución de 50 m; los de clima, de la base de datos del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) actualizada al 2003, con un error de 27 y 33 mm para la precipitación y de 0.5 a 0.8 °C para la temperatura (Díaz, 2007); las edáficas a partir de las cartas edafológicas de INEGI (escala 1:50 000 1:250 000) y la base de datos del INIFAP elaborada para zonas agrícolas del estado con registros cada 1 000 m (González et al., 2006). Se utilizó el método de inverso a la distancia al cuadrado (IDW2) con 10 puntos vecinos más cercanos. La cartografía se elaboró con ARCGIS 9.3™ (ESRI, 2009), con la proyección UTM y datum WGS84.
Cartografía digital para la evaluación de aptitud con Cambio Climático
Los estudios de cambio climático utilizan distintos modelos de clima y escenarios de emisiones, reflejan el intervalo de incertidumbre que causan las distintas suposiciones en cuanto a liberación de GEI, por ello se considera no solo este parámetro, sino también las modificaciones tecnológicas, demográficas y el crecimiento económico, en función de este último existen dos tipos de escenarios: A (alto) y B (moderado); A1 y B1 suponen una globalización con economías convergentes en su desarrollo; A2 y B2 únicamente toman en cuenta el desarrollo en el ámbito local (Conde et al., 2008).
Con el fin de generar los escenarios de cambio cimático se utilizaron los MCG de la Atmósfera GFDL 2.0 (estadounidense) y HADGEM (inglés) con una resolución espacial de 10 x 10 km y escenarios A2 y B2, para los años 2030 y 2050. La selección se basó en que son muy recomendados para México, ya que representan bien el territorio nacional (Conde et al., 2008). Los datos mensuales de temperatura y precipitación se interpolaron mediante el IDW2 con ocho puntos más cercanos en el SIG Arc Map™ 9.3 (ESRI, 2009). Se obtuvieron coberturas mensuales por variable, escenario, periodo y modelo, a los cuales se les aplicaron operaciones de álgebra booleana, para estimar la precipitación total anual y la temperatura media anual.
Reglas de restricción
En la definición de la categoría "no apto" se consideró la existencia de espacios urbanos, los cuerpos de agua, las zonas agrícolas y el tipo de suelo Litosol. Los tres primeros correspondieron a la Serie III Uso de Suelo y Vegetación (INEGI, 2005) escala 1:250 000 y el último a la carta edafológica digitalizada INIFAP - Conabio (1995), escala 1: 250 000.
Cartografía de aptitud forestal
Se reclasificaron los valores de las coberturas digitales de cada variable, con base en los requerimientos agroecológicos de las especies evaluadas, para ello se utilizaron dos categorías: apto (1) y no apto (0), además se aplicaron las reglas de restricción. La altitud, la temperatura media anual, la precipitación total anual, así como el pH, la textura y la profundidad del suelo fueron procesados en Arc Map™ 9.3 (ESRI, 2009), mediante el método de lógica booleana. Cada una de las coberturas de aptitud potenciales actual y con escenarios de cambio climático resultantes, se asignaron en tres clases: alta, media y no apta.
Resultados y Discusión
Aptitud actual potencial de Abies religiosa
Cubre 166 289.35 ha en el Estado de México y representa 58.79 % de la superficie forestal de coníferas de la entidad (INEGI, 2008b); 101 390.30 ha (35.85 %) se cataloga con aptitud alta, y 64 8 99.05 ha (22.94 %) como media (Figura 2).
En el Cuadro 2 se indica la distribución potencial actual de las zonas con aptitud alta y media para A. religiosa, las cuales se localizan en las partes altas de los sistemas montañosos. El terreno que tuvo aptitud alta cumplió con todos los requerimientos ambientales evaluados. Por el contrario, la aptitud media estuvo limitada, principalmente, por la altitud, precipitación y pH.
Cuadro 2. Distribución potencial actual de Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham. en los sistemas montañosos del Estado de México.
Los resultados bajo escenarios de cambio climático mostraron una disminución de la superficie adecuada para el establecimiento de A. religiosa, con respecto al terreno forestal de coníferas en el estado (INEGI, 2008b) (Cuadro 3).
Cuadro 3. Aptitud del terreno para el desarrollo de Abies religiosa (Kunth.) Schltdl. et Cham. ante escenarios de cambio climático en el Estado de México.
Aptitudes de terreno para Abies religiosa entre escenarios de cambio climático para cada periodo y modelo.
Con el modelo GFDL 2.0 el escenario A2 tuvo mejores resultados que el B2, excepto en el caso de la aptitud media para 2050, donde B2 fue superior por 2 % (3 625 ha). Aquellas proyecciones en las que A2 tuvo valores más altos que B2 fueron: para 2030 las áreas con aptitud alta (por 24 % u 819 ha) y las zonas con aptitud media (455 ha); para 2050 únicamente la aptitud alta (30 % o 1 529 ha).
El HADGEM mostró la misma tendencia (A2 mayor que B2) para 2030, tanto en el caso de la superficie con aptitud alta (18 % o 388 ha) como la de aptitud media (163 ha), y para 2050 solo la aptitud alta (25 % o 612 ha), ya que B2 fue más elevada que A2 para la aptitud media (3 % o 5 376 ha).
La reducción de la superficie potencial para el oyamel ante escenarios de cambio climático, en función de los niveles de aptitud potenciales hacia 2030 (Figura 3), para la aptitud alta fue importante con ambos modelos (más de 97 %); no obstante, el GFDL 2.0 evidenció una disminución menor de la predicha con HADGEM (variación mínima). En el caso de la aptitud media del terreno hubo un incremento superior a 33 %, también en este caso GFDL 2.0 fue ligeramente mejor. La proyección hacia 2050 redujo sustancialmente las zonas con aptitud alta (> 96 %), con la misma tendencia del GDFL 2.0 que en 2030, la cual consiste en una mínima diferencia (a la baja), en comparación con el HADGEM; la aptitud media tuvo un crecimiento (mínimo) con el HADGEM, mientras que GDFL 2.0 proyecta uno mayor (hasta 28.40 con el escenario B2).
Aptitud de terreno actual potencial para el desarrollo de Pinus montezumae
El ocote blanco actualmente se distribuye en una superficie de 350 096 ha dentro del Estado de México, equivalente a 70.31 % de la extensión forestal de coníferas en la entidad (INEGI, 2008b), de estas, 70 258.21 ha son de aptitud alta (24.84 %) y 128 612.19 ha de aptitud media (45.47 %) (Figura 4).
Las áreas que tienen aptitud alta y media para el desarrollo de P. montezumae se ubican en los sistemas montañosos del Estado de México (Cuadro 4). La categoría de aptitud alta es más pequeña que la zona con aptitud media, esta última presenta limitaciones por altitud y temperatura.
Cuadro 4. Distribución potencial actual de Pinus montezumae Lamb. en el Estado de México.
Los resultados de aptitud bajo escenarios de cambio climático evidenciaron una disminución importante en la aptitud del terreno para P. montezumae, en contraste con la superficie forestal de coníferas (INEGI, 2008b) (Cuadro 5).
Cuadro 5. Aptitud de terreno para el desarrollo de Pinus montezumae Lamb. ante escenarios de cambio climático en el Estado de México.
Aptitudes de terreno para el desarrollo de Pinus montezumae entre escenarios de cambio climático para cada periodo y modelo
En general, con el modelo GDFL 2.0 el escenario A2 tuvo mejores resultados que con el B2, excepto en el caso de la aptitud media para 2050, donde B2 fue superior por 12 % (6 490 ha). Aquellas proyecciones en las que A2 registró valores más altos correspondieron a 2030: las de aptiitud alta (32.09 % o 538 ha) y media (2.68 % o 2 574 ha); para 2050, solamente, la aptitud alta (12.0 % o 121 ha).
Con el modelo HADGEM para 2030 la diferencia entre A2 y B2 para aptitud alta del terreno fue de 27.0 % (251 ha) y para la media de 1.0 % (1 128 ha). La aptitud alta en el periodo de 2050 evidenció que A2 fue superior que B2 por 7.0 % (42 ha) y para la aptitud media, B2 fue mayor que A2 con 20.0 % (105 380 ha).
La reducción de la superficie potencial para el pino ante escenarios de cambio climático, en función de los niveles de aptitud potenciales hacia 2030 (Figura 5), resultó importante con ambos modelos; en el caso de la aptitud alta se calculó en más de 97 % (con GFDL 2.0 fue ligeramente mejor) para la aptitud media del terreno también se proyecta una pérdida, no menor a 25.41 %. En ambos casos, el GDFL 2.0 generó afectaciones de dimensiones más pequeñas. Para 2050 se observó la misma tendencia, una reducción sustancial del terreno con aptitud alta; una tendencia similar se registró para 2030, con respecto a la superficie potencial actual del estado (poco mayor a 98 %). El modelo GDFL 2.0 tuvo una mínima diferencia, en relación con el HADGEM. La aptitud media tuvo una menor afectación, sin embargo, fue poco mayor a 48.72 %.
Las tendencias del cambio climático en el Estado de México apuntan a que habrá aumentos de precipitación y temperatura, lo cual coincide con lo señalado por Arriaga y Gómez (2004), quienes indican que dicho fenómeno afectará a los bosques de clima templado, específicamente, a las coníferas y los encinos.
De acuerdo con los resultados de la distribución potencial ante escenarios de CC, las tierras con aptitud alta para el desarrollo de Abies religiosa se reducen a pequeños sitios localizados en las secciones norte y se reducen a pequeños sitios localizados en las secciones norte y este de la Sierra Nevada; en el caso de la aptitud media, esta cubre una superficie mayor, pero limitada por el aumento de las precipitaciones. Los resultados del presente estudio coinciden con lo citado por Gómez et al. (2011), autores que estiman una pérdida con el modelo GFDL 2.0.
En el caso de Pinus montezumae, la aptitud alta también se reduce, con respecto a la superficie actual; localizadas en la Sierra Nevada y en el noroeste del estado. La aptitud media presenta un cambio sustancial por las modificaciones en el patrón de la precipitación; resultados similares consignan Arriaga y Gómez (2004).
De acuerdo con Maslin (2004), el incremento en la precipitación y la temperatura generará alteraciones en el suelo (pH, textura y fertilidad) que modificarán la distribución de las especies, con la consecuente perturbación en la estructura y productividad de los ecosistemas forestales. Por lo anterior, la desaparición de las condiciones ambientales propicias para el crecimiento de A. religiosa y P. montezumae en el estado constituyen una amenaza para sus poblaciones, en particular, por el incremento térmico que modificará los límites de su distribución originando un desplazamiento hacia el norte, fundamentalmente, porque son especies intolerantes a las altas temperaturas (Arriaga y Gómez, 2004).
En general, la distribución potencial de A. religiosa y P. montezumae bajo escenarios de cambio climático con los modelos HADGEM y GFDL 2.0 muestran tendencias similares, en cuanto a reducción del terreno para los años 2030 y 2050. Asimismo corresponden con las registradas por Gómez et al. (2011), quienes indican que el modelo GFDL 2.0 ofrece un panorama potencial menos dramático de las condiciones ambientales futuras, debido a que es menos restrictivo que el HADGEM.
Conclusiones
La distribución espacial de A. religiosa y P. montezumae en el Estado de México bajo escenarios de cambio climático en 2030 y 2050 tiende a reducirse en cuanto al área de aptitud y la más afectada es P. montezumae. La aptitud del terreno de las dos especies evaluadas se concentrará en áreas reducidas de la región norte de la entidad y, de manera escasa, en la Sierra Nevada.
Referencias
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