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Introducción
Una de las opciones para mitigar el cambio climático es la captura y almacenamiento de carbono, por su alto potencial para reducir los gases de efecto invernadero de la atmósfera (Benea, 2017). El carbono es absorbido por la vegetación con la fotosíntesis y por el suelo de los ecosistemas por medio de la dinámica del carbono, que consta de los aportes de material vegetal muerto, su pérdida por mineralización y su acumulación por humificación; por lo tanto, este componente almacena la mayor cantidad del elemento (IPCC, 2015).
La importancia de la biomasa de las especies arbóreas en el almacenamiento de carbono ha sido reconocida desde hace varias décadas (Bohre et al., 2013); en este contexto, las plantaciones forestales son particularmente valiosas (Rasineni et al., 2011) y, más aún, cuando se incorporan taxa de rápido crecimiento (Norby et al., 2005).
Existe un potencial de absorción de carbono en la biomasa que podría preservar el carbono durante decenios en la madera. Además, la utilización de la biomasa con fines energéticos, a partir de los subproductos de desecho de la madera o de las cosechas, o de árboles cultivados destinados expresamente a ese fin podría originar una reducción de las emisiones netas de gases de efecto invernadero, si se reemplazara a los combustibles de origen fósil (IPCC, 2015).
México tiene una superficie con plantaciones forestales comerciales de 270 mil ha de las principales especies maderables, entre las cuales Gmelina arborea Roxb. ocupa 24 061 ha-1 (Conafor, 2014).
A nivel internacional se han desarrollado diversos estudios orientados a la estimación del carbono almacenado en plantaciones de G. arborea con el uso de ecuaciones alométricas. En la India, Bohre et al. (2013) calcularon el carbono acumulado a partir del diámetro normal (1.30 m) y la altura total como variables predictoras. En Colombia, Melo (2015) con modelos basados en procesos como la radiación fotosintéticamente activa; la temperatura; la disponibilidad de agua en el suelo, entre otros, estimó el carbono almacenado. En ese mismo país años después, Patiño et al. (2018) estimaron el carbono almacenado en función del diámetro normal (1.30 m) en una plantación de cinco años de edad. En México, Cámara et al. (2013) determinaron el carbono almacenado en plantaciones cuatro años de edad establecidas en Tabasco. Si bien, existen investigaciones que evalúan el carbono acumulado de G. arborea para algunas regiones, todavía falta evaluar el potencial de almacenamiento que representan las del Estado de México, con esta especie.
Por lo antes expuesto, el objetivo del estudio que se describe a continuación consistió en estimar el carbono acumulado a partir de variables dasométricas y ecuaciones alométricas en una plantación de Gmelina arborea Roxb. de diferentes edades, ubicada en Tlatlaya, Estado de México.
Materiales y Métodos
Área de estudio
El estudio se realizó en la plantación forestal comercial (PFC) de G. arborea localizada en el predio Las Piñas, municipio Tlatlaya, Estado de México (Figura 1). La región forma parte de la provincia fisiográfica Sierra Madre del Sur y de la subprovincia Depresión del Balsas (INEGI, 2009). Las coordenadas geográficas del área de interés son 18°22´ N y 100°04´ O; su altitud promedio es de 694 m y presenta una pendiente de 40 %.
Los árboles están plantados con un espaciamiento de 3.10 m × 3.10 m, que corresponde a una densidad de 1 040 árboles ha-1, en una superficie de ocho hectáreas, establecida en el año 2014. Los tipos de suelo en el lugar son Phaeozem (37.34 %), Regosol (34.5 %), Leptosol (10.1 %), Luvisol (10.1 %), Cambisol (6.5 %), Vertisol (0.76 %) y Fluvisol (0.31 %) (INEGI, 2009).
El clima es del tipo Aw1, cálido subhúmedo con lluvias en verano y humedad de 70.88 %; y del tipo Aw2, cálido subhúmedo con lluvias en verano, de humedad media (20.14 %), temperatura media anual de 18 °C a 28 °C y de precipitación anual 1 000 mm a 1 500 mm (INEGI, 2009).
Datos dasométricos
La toma de datos de campo se realizó en 2016 y 2017, a los 2.4, 2.6, 2.8 y 3 años de la plantación. Se utilizó un muestreo sistemático, mediante el cual se delimitaron ocho parcelas permanentes de muestreo, circulares con un radio de 11.28 m (400 m2) que en total formaron un área inventariada de 3 200 m2, que corresponden a una intensidad de muestreo de 4 %. En total, se obtuvo un inventario de 207 árboles, de los cuales se registraron datos de DAP a 1.3 m (d1.3) por medio de una forcípula Haglof Sweden ®, y la altura total con el hipsómetro Nikon Forestry Pro ®. Con esas variables se obtuvieron datos relativos al área basal y volumen fustal con la ecuación de cubicación de Rodríguez y Castañeda (2014) (Ecuación 1), además de la biomasa de fuste, biomasa de ramas, biomasa de follaje, biomasa aérea total, carbono en fuste, carbono en ramas, carbono en follaje y carbono total del árbol, para estimar el carbono acumulado en la parte aérea de la plantación a los 2.4, 2.6, 2.8 y 3.0 años.
Donde:
V = Volumen (m3)
D = Diámetro (m)
h = Altura total (m)
ff = Factor de forma (0.46)
Estimación de biomasa aérea (fuste y ramas) y carbono acumulado
Se cuantificó la biomasa con un muestreo no destructivo en los componentes de cada árbol de Gmelina que integran la plantación (fuste y ramas) (Ordóñez et al., 2001; López et al., 2016). Para la biomasa aérea se trabajó con las ecuaciones propuestas por Arias et al. (2011) para plantaciones de la misma especie en Costa Rica (Ecuaciones 2 y 3):
Donde:
d = Diámetro normal (cm)
B fuste = Biomasa de fuste (kg)
B ramas = Biomasa de ramas (kg)
Relación biomasa radical/biomasa total (R/T)
Fonseca et al. (2009) utilizaron el valor de 0.10 de Mac Dicken (1997), que es un valor conservador para estimar la biomasa de especies nativas en plantaciones y bosques secundarios en Costa Rica.
Factor de conversión (FC)
Factor de conversión de tonelada de biomasa (materia seca) a tonelada de carbono (tC). Es el porcentaje de carbono en masa que tiene la madera; carbono 50 %; oxígeno 41 %; hidrógeno 6 %; nitrógeno 1 % y cenizas 2 %, por lo que la cantidad de carbono por tonelada de biomasa (materia seca) se aproxima a 500 kg (50 %) (Norverto, 2006). Para el presente estudio se consideró el valor de 0.4, que coincide con lo referido para plantaciones jóvenes de Gmelina (entre 4 y 15 años) por Cubero y Rojas (1999) quienes calcularon un intervalo entre 0.32 y 0.4.
Análisis estadístico
Los datos fueron sometidos a un análisis de varianza (Anova) y comparación de medias de Tukey (<0.05) con el programa estadístico Statistica (Guisande et al., 2013) para determinar la diferencia estadística en la PFC de G. arborea a diferentes edades.
Resultados
Con base en los inventarios forestales realizados en diciembre de 2016, febrero, abril y junio de 2017, la PFC está establecida en una superficie de 8 ha, con las siguientes características:
Variables dasométricas
El análisis de varianza evidenció una alta diferencia significativa en las variables diámetro normal y altura total en las edades consideradas de la PFC, con una probabilidad (p<0.005). La comparación de medias de Tukey mostró que el diámetro de la plantación en las distintas edades fue estadísticamente diferente (Cuadro 1).
Cuadro 1 Comparación de medias de las variables dasométricas de Gmelina arborea Roxb. establecida en Tlatlaya, Estado de México.
| Edad (años) |
Diámetro normal (cm) |
Altura (m) |
Área basal (m2 ha-1) |
Volumen fustal (m3 ha-1) |
|---|---|---|---|---|
| 2.4 | 7.89 a | 5.68 a | 5.43 a | 15.09 a |
| 2.6 | 8.12 b | 5.80 b | 5.74 b | 16.31 b |
| 2.8 | 8.33 c | 5.92 c | 6.04 c | 17.54 c |
| 3.0 | 8.64 d | 6.22 d | 6.46 d | 19.63 d |
*Letras diferentes en las columnas indican diferencia significativa (p<0.05).
El incremento de diámetro normal en la PFC entre los 2.4 y los 3.0 años fue de 0.75 cm, con diferencia significativa (Cuadro 1).
La altura total del arbolado también presentó diferencias significativas en las edades de medición, con un incremento de 0.54 m (Cuadro 1).
Con respecto al área basal, además de las diferencias significativas en las edades, registró un incremento de 1.03 m2 ha-1 de los 2.4 a los 3.0 años de la plantación.
El volumen fustal exhibió diferencias significativas (p≤ 0.00), con una probabilidad de (p< 0.05) en el análisis de varianza. La prueba de comparación de medias de Tukey, indicó diferencia estadística significativa en las edades y un incremento de 4.55 m3 ha-1.
Biomasa de fuste, ramas, raíz y total
La biomasa de fuste tuvo diferencias significativas en las edades de medición; este componente representa 72.10 %, 72.41 %, 72.67 % y 73 % de la biomasa a los 2.4, 2.6, 2.8 y 3.0 años, respectivamente; además mostró un incremento de 2.85 t ha-1 (Cuadro 2).
Cuadro 2 Comparación de las medias de la biomasa de fuste, ramas, raíz y total de Gmelina arborea Roxb. establecida en Tlatlaya, Estado de México.
| Edad (años) |
Biomasa fuste (t ha-1) |
Biomasa ramas (t ha-1) |
Biomasa aérea (t ha-1) |
Biomasa raíz (t ha-1) |
Biomasa total (t ha-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.4 | 12.32 a | 3.21 a | 15.53 a | 1.55 a | 17.09 a |
| 2.6 | 13.19 b | 3.37 b | 16.56 b | 1.66 b | 18.21 a |
| 2.8 | 14.00 c | 3.51 c | 17.51 c | 1.75 c | 19.27 c |
| 3.0 | 15.17 d | 3.72 d | 18.89 d | 1.89 d | 20.78 d |
*Letras diferentes en las columnas indican diferencia significativa (p<0.05).
La biomasa de ramas registró diferencias significativas en las distintas edades, lo cual representa 18.81 %, 18.50 %, 18.24 % y 17.91 % de biomasa a los 2.4, 2.6, 2.8 y 3.0 años respectivamente (Cuadro 2).
La biomasa de raíz, que constituyó 9.09% de la biomasa total del arbolado, también registró diferencias significativas (Cuadro 2).
En general, los componentes de la biomasa total (fuste, ramas y raíz) evidenciaron una distribución similar en las diferentes edades estudiadas (Figura 2).
Carbono de fuste, ramas, raíz y total
El resultado de la prueba de medias de Tukey para el carbono acumulado en los componentes del arbolado (fuste, ramas, aéreo y total) en las cuatro edades de medición presentó diferencias significativas, a excepción del carbono acumulado en la raíz a los 2.6 y 2.8 años, que no demostró diferencias significativas (Cuadro 3). El fuste reunió 73.86 % de carbono acumulado en las distintas edades, seguido por las ramas con 18.71 % y la raíz que acumuló carbono en menor proporción (7.43 %). Se observó que la acumulación de carbono en los componentes (fuste, ramas y raíz) exhibió una distribución similar en las diferentes edades de medición de los árboles de G. arborea (Figura 3).
Cuadro 3 Comparación de medias de carbono acumulado total, en fuste, ramas y raíz de Gmelina arborea Roxb. establecida en Tlatlaya, Estado de México.
| Edad (años) |
Fuste (t ha-1) |
Ramas (t ha-1) |
Aéreo (t ha-1) |
Raíz (t ha-1) |
Total (t ha-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.4 | 4.93 a | 1.29 a | 6.21 a | 0.16 b | 6.37 a |
| 2.6 | 5.28 b | 1.35 b | 6.62 b | 0.66 a | 7.29 b |
| 2.8 | 5.60 c | 1.41 c | 7.01 c | 0.70 a | 7.71 c |
| 3.0 | 6.07 d | 1.49 d | 7.56 d | 0.76 c | 8.31 d |
*Letras diferentes en las columnas señalan diferencia significativa (p< 0.05).
Discusión
Con base en los resultados se estimó que los árboles G. arborea de la PFC presentaron un incremento en diámetro normal de 0.75 cm y un incremento en altura de 0.54 m, en un período de seis meses, con diferencias significativas; la altura total fue de 6.22 m y el DAP promedio de 8.64 cm a los 3.0 años, con una densidad de 1 040 árboles ha-1; Cámara et al. (2013) describieron una altura total de 5.96 m y un DAP promedio de 11.04 cm en una plantación de G. arborea de cuatro años, a una densidad de 906 árboles ha-1, establecida a 20 msnm en el estado de Tabasco; concluyeron que la altura total y el DAP influyeron en la cantidad de biomasa y de carbono acumulado en el arbolado. Estos resultados difieren de los obtenidos para G. arborea establecida a 694 m; Jiménez (2016) recomienda hacer el primer aclareo en plantaciones de dicha especie bajo una intensidad de 50 al 25 % a los tres o cuatro años, e indica que el objetivo es favorecer a los árboles más vigorosos, con buena forma, los cuales se dejarán para la cosecha final a la edad de 10 a 12 años con una densidad de 277 a 416 árboles ha-1, respectivamente.
La biomasa del componente fuste fue de 72.54 %, el de ramas 18.37 % y de la raíz 9.09 % en la plantación en las diferentes edades evaluadas, valores que concuerdan con los datos de Emanuelli y Milla (2014), quienes indicaron que el componente fuste aporta de 55 a 70 %, y el de las hojas entre 10-37 %. La distribución de biomasa por componentes en el arbolado de G. arborea coincide con lo citado por López et al. (2016), autores que obtuvieron un promedio de 70.20 % en el componente fuste y 29.83 % en ramas, y registran diferencias estadísticas significativas en plantaciones de Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müell. Arg. de diferentes edades y establecidas en Tabasco, México.
El carbono acumulado en los componentes del arbolado de la plantación de G. arborea a los tres años fue de 6.07 t ha-1 en el fuste, 1.49 t ha-1 en las ramas, 0.76 t ha-1 en las raíces y 8.31 t ha-1 de carbono total acumulado; este resultado es inferior al de Cámara et al. (2013), quienes determinaron que el carbono almacenado es de 15.54 t ha-1 en plantaciones de G. arborea de cuatro años, con una densidad de 906 árboles ha-1 en Tabasco; asimismo difiere con lo consignado por Melo (2015), quien estimó con ecuaciones alométricas y modelos basados en procesos (radiación fotosintéticamente activa, temperatura, disponibilidad de agua en el suelo, etcétera) que la plantación forestal de G. arborea con una densidad de arbolado de 1 100 árboles ha-1 de seis años establecida en Colombia a una altitud de 595 m almacena 24.39 t ha-1; Patiño et al. (2018) calcularon la captura de carbono en la biomasa de G. arborea en una plantación colombiana, a una altitud de 250 m, con una densidad de 1 111 árboles ha-1; su variable predictora fue el DAP en el ajuste de ecuaciones alométricas y determinaron que a la edad de cinco años, el carbono almacenado es de 41.6 t ha-1.
Se han realizado diversas investigaciones tendientes a estimar el carbono acumulado mediante el ajuste de ecuaciones alométricas para diferentes especies, de entre los que destacan lo realizado por Díaz et al. (2007), autores que ajustaron una ecuación de dos parámetros, en la cual emplearon como variable predictora el diámetro normal para estimar carbono en Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham., concluyeron que el carbono almacenado en los componentes del arbolado se distribuye en el fuste con 78.82 %, y en el componente ramas y follaje con 16.11 %; dicha distribución de es similar a lo obtenido en la plantación de G. arbórea estudiada, pues el fuste almacena 73.86 % y el follaje 18.71 %.
Cámara et al. (2013) trabajaron con ecuaciones para cuantificar el carbono almacenado en plantaciones de Eucalyptus europhylla S. T. Blake localizadas en Tabasco, de cuatro años, con una densidad de 954 árboles ha-1, y en sabana de Quercus oleoides Schltdl. et Cham con una densidad de 258 árboles ha-1; determinaron que el carbono almacenado es de 14.75 t ha-1 y de 68.29 t ha-1, respectivamente.
Las características edafoclimáticas del área de estudio son algunos de los factores que condicionan la capacidad de almacenar carbono. G. arborea establecida en Tlatlaya, Estado de México a una altitud de 694 m, con una pendiente de 40 %, y con una densidad de 1 040 árboles ha-1, cuyo suelo dominante es Phaeozem y la precipitación promedio de 1 000 mm.
Douterlungne et al. (2013) registran que los mejores predictores son el DAP y el diámetro de la base en el ajuste de ecuaciones para estimar biomasa y carbono en plantaciones con fines de restauración de Guazuma ulmifolia Lam., Trichospermum mexicanum (DC.) Baill., Inga vera Wild. y Ochroma pyramidale (Cav. ex Lam) Urb., con densidades de 1 600 árboles ha-1 establecidas en Chiapas. Concluyen que las plantaciones de T. mexicanum y G. ulmifolia son más eficientes como sumideros de carbono, y que las tasas de acumulación no son extrapolables para cuantificar el carbono almacenado a largo plazo, como lo indican Lugo et al. (2004); dichos autores aseveran que la tasa anual de acumulación de biomasa y carbono declina con la edad de la plantación, al aumentar la competencia entre los árboles.
Kongsager et al. (2013) estiman el carbono almacenado en plantaciones de Theobroma cacao L. de 21 años, con una densidad de 1 097 árboles ha-1; Elaeis guineensis Jacq de siete años de edad, con una densidad de 144 árboles ha-1; H. brasiliensis de 12 años; y Citrus sinensis L. de 25 años con 266 árboles ha-1 establecidas en Ghana a una altitud de 114 m; para lo cual utilizan ecuaciones alométricas en las que el DAP y el diámetro de la base son las variables predictoras, y concluyen que la plantación de H. brasiliensis presenta el mayor potencial para almacenar carbono (214 ton ha-1), seguida de T. cacao con 65 t ha-1 de carbono. Dichos resultados son superiores a los obtenidos en G. arborea de tres años establecida en Tlatlaya, Estado de México, y representa un potencial para almacenar carbono con manejo y prácticas silvícolas adecuadas.
López et al. (2016) determinaron el carbono almacenado en la biomasa aérea de plantaciones de H. brasiliensis establecidas en Tabasco de distintas edades, con el ajuste de ecuaciones alométricas y refieren que el carbono varía para cada edad. Ante ello, estimaron que, en la plantación de cinco años, el carbono almacenado era de 26.28 t ha-1, con una densidad de 491 árboles ha-1, resultado que difiere de lo obtenido para G. arborea en Tlatlaya, que almacena 8.31 t ha-1 a los tres años.
Conclusiones
El carbono acumulado en la plantación de G. arborea establecida en Tlatlaya, Estado de México a los tres años es de 8.31 t ha-1, con una densidad de 1 040 árboles ha-1.
La distribución de la biomasa y el carbono acumulado en los componentes de los árboles de la plantación de G. arborea presentan diferencia estadística significativa para las distintas edades de medición.
Los valores utilizados de las variables predictoras en la ecuación ajustada para estimar el carbono acumulado en la plantación de G. arborea pueden variar por factores extrínsecos e intrínsecos, como la edad y la densidad forestal.
