Selección de las áreas de estudio y árboles muestreados

Los rodales muestreados se seleccionaron considerando la productividad e intensidad de manejo para plantaciones en edad de cosecha de Pinus radiata D. Don, localizadas en suelos derivados de arenas volcánicas (Xeropsamments), cenizas volcánicas recientes (Haploxerands) y sedimentos marinos (Hapludults) (Figura 1). Los rodales fueron seleccionados por medio de la definición de un análisis de conglomerados, utilizando una base de datos de registros de área basal y densidad de rodales de las principales empresas forestales de la región de los últimos 20 años.

Figura 1 Ubicación y distribución geográfica de los rodales de Pinus radiata D. Don muestreados para cada material parental evaluado. Cuadrados representan rodales en suelos derivados de arenas volcánicas, círculos, en suelos derivados de cenizas volcánicas recientes, y triángulos, en suelos derivados de sedimentos marinos. 

El área basal (G, m²·ha^-1) considerada como una expresión de la productividad del rodal, y la densidad por hectárea (N, árboles·ha^-1), como reflejo de la intensidad de manejo, se seleccionaron a partir de la oferta de cosecha: nueve rodales en suelos derivados de arenas volcánicas, ocho rodales de cenizas volcánicas recientes y 10 rodales de sedimentos marinos, completando un total de 27 rodales representativos de un gradiente de productividad y condiciones de manejo en cada material parental (Figura 2).

Figura 2 Gradientes de productividad (área basal del rodal, G) y manejo (densidad de rodal, N) de los rodales de Pinus radiata D. Don, seleccionados a partir del análisis de conglomerados de registros históricos de productividad de las principales empresas forestales de la región en edad de cosecha para tres materiales parentales de suelo. 

En cada uno de los rodales representativos de los conglomerados seleccionados, y considerando los inventarios de precosecha de cada rodal, se seleccionaron de nueve a 10 árboles muestra. Estos se distribuyeron dentro del rango de diámetro de cada rodal muestreado. A cada individuo seleccionado se registró su altura total (H), diámetro a 1.3 m desde el nivel del suelo (D) y altura del diámetro límite de utilización (Hdlu), para un total de 250 árboles muestras.

Muestreo de biomasa

La biomasa de cada árbol se muestreó a partir de métodos destructivos, estimando los componentes de biomasa aérea: madera y corteza del fuste, ramas, follaje vivo, follaje muerto, conos y copa muerta.

Biomasa de fuste. Se estimó la biomasa de madera y corteza, desde la altura de corte del fuste (0.15 m desde la base) hasta el ápice. Se obtuvieron muestras de la sección transversal del fuste de cada árbol, a cada 2.5 m desde la base del fuste al diámetro límite de utilización (DLU = 8 cm), y a espaciamiento de 1 m desde el DLU hasta el ápice. Para cada sección transversal se registraron los diámetros con y sin corteza, y se determinó la densidad básica de madera y corteza. Se realizó la cubicación de los volúmenes de madera y corteza de cada porción del fuste. Se estimó la biomasa (kg·árbol^-1) utilizando la densidad básica promedio ponderada de cada porción del fuste. Como factor de ponderación, se utilizó el área de la sección transversal superior e inferior de cada sección del fuste. La biomasa de fuste comercial correspondió a la biomasa de madera entre la base y el DLU, mientras que la biomasa de residuos de cosecha del fuste correspondió a la biomasa de madera entre el DLU y el ápice, sumado a la biomasa de corteza.

Biomasa de copa. Las estimaciones de la biomasa de copa se diferenciaron en copa viva (ramas, conos, follaje vivo y follaje muerto) y copa muerta (necromasa). En la copa viva, se realizó la medición de los diámetros de inserción de todas las ramas vivas a lo largo del fuste de cada árbol muestra. Posteriormente se obtuvieron cinco ramas muestras de cada árbol, para representar la distribución de diámetros de ramas de todos los árboles seleccionados en cada rodal. Las ramas muestra fueron llevadas al laboratorio para determinar el peso seco. Para ello se dispusieron en hornos a 65 °C hasta peso constante, se registró su peso seco con precisión de 0.1 g y se diferenciaron las biomasas entre los componentes de ramas, conos, follaje vivo y follaje muerto.

Para cada rodal muestreado se ajustó de un modelo de regresión para los componentes ramas y follaje vivo, utilizando como variable independiente el diámetro de inserción de la rama. El modelo utilizado para la estimación de biomasa de estos componentes correspondió a un modelo de estructura potencial linealizado [1] con corrección de sesgo, utilizando el factor de corrección propuesto por ^{Baskerville (1972)} [2]. Los modelos ajustados fueron utilizados para la determinación de la biomasa de cada árbol muestra a partir de los diámetros de inserción de ramas. En el caso de los componentes de conos y follaje muerto se utilizó la biomasa promedio entre las ramas muestreadas de cada rodal, dada la nula relación con el diámetro de inserción. Los valores promedio fueron multiplicados por la cantidad de ramas vivas de cada árbol muestra para la obtención de la biomasa de estos componentes.

[1]

[2]

La necromasa se estimó mediante la colecta de todas las ramas muertas de cada árbol muestreado, las cuales se pesaron en campo con precisión de 20 g. Posteriormente se pesó en campo una muestra de aproximadamente 1,000 g, con precisión de 0.1 g. La muestra de necromasa fue llevada al laboratorio y secada en horno a 65 °C hasta peso constante, y se registró su peso seco con precisión de 0.1 g. A partir del peso seco y húmedo de cada muestra de necromasa se determinó la necromasa total de cada árbol muestreado [3].

[3]

Estimación de la biomasa potencial de residuos de cosecha

La biomasa potencial de residuos de cosecha de cada árbol se estimó mediante la suma del peso seco de los componentes de madera del fuste no comercial (entre DLU y ápice), corteza del fuste, ramas, follaje vivo, follaje muerto, conos y necromasa.

Factor de conversión para biomasa potencial de residuos de cosecha

El factor de conversión de biomasa se estimó mediante el cociente de la biomasa potencial de residuos de cosecha y la biomasa del fuste comercial, expresado en forma porcentual. A partir de los valores observados se ajustó de un modelo de regresión propuesto por ^{Jenkins, Chojnacky, Heath, y Birdsey (2003)} [4] para cada material parental, utilizando el diámetro del árbol a 1.3 m desde el nivel del suelo como variable independiente

[4]

Ajuste de modelos de estimación para la biomasa potencial de residuos de cosecha

Se realizó el ajuste de un modelo de regresión en una estructura potencial linealizada [5], utilizando para el ajuste de los modelos la variable independiente “D²H”, con incorporación de variables indicadoras (para cada material parental) y posterior uso del factor de corrección de sesgo [2].

[5]

El escalamiento de la biomasa potencial de residuos de cosecha en rodal se hizo con modelos ajustados a nivel de árbol individual y con las tablas de rodal de los inventarios de precosecha. Luego se realizó el ajuste de un modelo de regresión [6], utilizando variables indicadoras para cada material parental.

[6]

Distribución de la biomasa aérea

A nivel de árbol individual, y en promedio para los tres materiales parentales evaluados, 73.1 ± 6.1 % de la biomasa aérea total corresponde a biomasa de madera del fuste, y 19.3 ± 6.2 %, a biomasa de copa, mientras que la biomasa potencial de residuos de cosecha alcanza en promedio 29.2 ± 7.8 % de la biomasa aérea total (Cuadro 1).

Los resultados de la distribución de la biomasa de madera del fuste y biomasa de copa (necromasa + follaje vivo + follaje muerto + conos) son similares a los obtenidos por ^{Canga, Dieguez-Aranda, Afif- Khouri, y Cámara-Obregón (2013)}, quienes reportan 72 y 18 % de la biomasa aérea total, respectivamente, en plantaciones de P. radiata en Asturias- España. ^{Merino, Rey, Brañas, y Rodríguez-Soalleiro (2003)} reportan para plantaciones adultas de P. radiata en Galicia-España, que 70 y 22 % de la biomasa aérea correspondería a biomasa de madera del fuste y biomasa de copa, respectivamente. ^{Balboa-Murias, Rodríguez-Soalleiro, Merino, y Álvarez-González (2006)} reportan para P. radiata, que 72.5 ± 5.1 % de la biomasa total correspondería a biomasa de madera del fuste, y 18.7 %, a biomasa de copa. Las diferencias mínimas entre los diferentes estudios y materiales parentales pudieran corresponder a las diferencias en actividades de manejo y productividad de sitio asociada al tipo de suelo (^{Schalatter & Gerding, 1999}).

Factor de conversión para biomasa potencial de residuos de cosecha

Las estimaciones de la biomasa potencial de residuos de cosecha representan en promedio 43.3 ± 19.3 % de la biomasa de madera comercial del fuste, considerando un DLU = 8 cm. El factor de conversión estimado tiene una estrecha relación con el tamaño del árbol, lo cual concuerda con lo propuesto por ^{Jenkins et al. (2003)}, quienes indican que la proporción de biomasa distribuida a madera del fuste comercial resulta menor en individuos de menor tamaño que en los de mayor tamaño (Cuadro 2, Figura 3).

Figura 3 Relación entre el factor de conversión de biomasa fustal a biomasa potencial de residuos de cosecha (FCB_PRC, en %) a nivel de árbol individual, y el diámetro del fuste a 1.3 m desde el nivel del suelo (D, en cm), para plantaciones de Pinus radiata D. Don en cada material parental evaluado. 

Estimación de la biomasa potencial de residuos de cosecha-árbol individual

Los resultados del ajuste de modelos para la estimación de la biomasa potencial de residuos de cosecha para árbol individual, realizado por medio de variables indicadoras (“dummy variables”), sugieren un ajuste diferenciando entre materiales parentales de origen volcánico (arenas volcánicas y cenizas volcánicas recientes), de aquellos derivados de sedimentos marinos, (diferencia del intercepto P = 0.0254, diferencia de la pendiente P = 0.0375) (Cuadro 3, Figura 4). Esto pudiera estar relacionado con los niveles de fertilidad de suelo y condiciones climáticas más favorables para el desarrollo de la especie en el caso de suelos derivados de sedimentos marinos (^{Schalatter & Gerding, 1999}).

Figura 4 Relación entre la biomasa potencial de residuos de cosecha (ln B_PRC) y variable independiente (ln D²H), a nivel de árbol individual para plantaciones adultas de Pinus radiata D. Don, agrupados como resultado del análisis de regresión con variables indicadoras. 

La estructura del modelo de estimación ajustado ha sido utilizado principalmente para la estimación de la biomasa aérea total (^{Moore, 2010}), de la biomasa de madera y corteza del fuste (^{Canga et al. 2013}), no solo para P. radiata sino también para otras especies (^{Ter-Mikaelian & Korzukhin, 1997}); también se ha observado un buen ajuste para la estimación de la biomasa potencial de residuos de cosecha a nivel de árbol individual.

El modelo de estimación ajustado utiliza variables de medición rápida en campo, lo que permite una aplicabilidad fácil para realizar las estimaciones a nivel de árbol individual y posterior escalamiento a nivel rodal. Además, corresponde a uno de los estudios de mayor envergadura en lo que respecta a la evaluación de biomasa para P. radiata en edad de cosecha, para la estimación de potencial de residuos generados tras las actividades de cosecha en plantaciones de esta especie.

Estimación de la biomasa potencial de residuos de cosecha-rodal

Varios estudios han realizado el ajuste de modelos de estimación de biomasa a nivel de árbol individual a escala local y regional (^{Canga et al. 2013}, ^{Jenkins et al. 2003}, ^{Merino et al. 2003}; ^{Moore, 2010}; ^{Rodríguez et al. 2003}; ^{Rubilar et al. 2010}). Sin embargo, resultan escasos aquellos que luego de escalar las biomasas a nivel de rodal para P. radiata realizan el ajuste de modelos de estimación a esta escala (^{Bi et al. 2010}; ^{Corvalán & Hernández, 2011}). Por otro lado, hay quienes han explorado algunas relaciones (^{Cromer et al., 1985}; ^{Madgwick et al. 1977}; ^{Madgwick, 1985}), donde identifican variables como la altura media de rodal, área basal y densidad de rodal, como variables predictoras de la biomasa a nivel de rodal.

Al realizar las estimaciones de la biomasa potencial de residuos de cosecha a nivel de rodal, utilizando los modelos de estimación a nivel árbol individual junto a las tablas de rodal, se observó una estrecha relación con el área basal del rodal (G), independiente del material parental (Figura 5). ^{Bi et al. (2010)} reportan el área basal como una de las variables a incorporar dentro de modelos de estimación de biomasa tanto por componentes como para la biomasa aérea total.

Figura 5. Relación ajustada entre la biomasa potencial de residuos de cosecha a nivel de rodal (B_PRC) y área basal del rodal (G), para plantaciones adultas de Pinus radiata D. Don. 

A partir de la relación ajustada sería posible estimar la biomasa potencial de residuos de cosecha independiente, de las actividades de manejo silvícola realizadas en plantaciones de P. radiata, su productividad y material parental del suelo.

Con los modelos propuestos a nivel de árbol individual y rodal, es posible realizar estimaciones de la biomasa potencial de residuos de cosecha; sin embargo, la biomasa que actualmente se remueve desde los sitios cosechados, con fines energéticos, es resultado de la combinatoria de los métodos de cosecha, recolección y biomasa potencial de residuos. La validación a futuro de la biomasa de residuos, que sería exportada tras las actividades de remoción operacional en rodales de la especie, es necesaria pero con información de campo.