Dinámica de combustibles en rodales de encino-pino de Chignahuapan, Puebla

Fuel dynamics in oak-pine stands of Chignahuapan, Puebla

Eunice Bonilla Padilla¹, Dante Arturo Rodríguez Trejo¹, Amparo Borja de la Rosa¹, Carlos Cíntora González¹ y Javier Santillán Pérez¹

¹División de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma Chapingo, Chapingo, Correo-e: dantearturo@yahoo.com

Fecha de recepción 10 de junio de 2011;
Fecha de aceptación:3 de julio de 2012.

RESUMEN

Con frecuencia se realizan inventarios de combustibles forestales, pero los trabajos sobre su dinámica son muy escasos. Por ello se estudió la carga de este material y la dinámica de sus combustibles finos en un bosque de encino-pino de Chignahuapan, Puebla. Se consideraron dos condiciones: un bosque quemado un año antes de la toma de datos y otro adyacente no quemado recientemente. Se realizó un muestreo aleatorio por conglomerados para estimar la carga de todos los tipos de combustibles forestales superficiales. Para los materiales leñosos se utilizó la técnica de intersecciones planares, el resto de los combustibles se cosechó y deshidrató para estimar su carga. Se emplearon métodos estadísticos multivariados, univariados, prueba de t y prueba de normalidad, con la ayuda de los programas SAS y R. Los resultados indican que la carga total media en el área quemada fue de 7.099 ± 1.78 t ha^-1, mientras que la no quemada resultó de 31.726 ± 11.93 t ha^-1. En la primera, los combustibles leñosos con tiempo de retardo (TR) de 100 h fueron los más abundantes, y en la segunda la mayor proporción de la carga fue para los combustibles leñosos podridos con TR de 1 000 h. La tasa de descomposición de los combustibles finos fue de k= 0.383 para el área no quemada y de k= 0.532 en la quemada. El periodo de retorno estimado fue de 2.68 años y 1.98 años, respectivamente, lo que refleja un efecto de los tratamientos (P=0.0016).

Palabras clave: Descomposición de materia orgánica, dinámica de combustibles, ecología del fuego, incendios forestales, Quercus crassifolia Humb., tasa de descomposición.

ABSTRACT

Often, fuel forest inventories are made, but studies of their dynamics are very scarce. Therefore a study was made about the load of this material and its fine fuel dynamics in an oak-pine forest Chignahuapan, Puebla State. Two conditions were considered: a burned forest a year before data were collected and an adjacent forest recently unburned. A random cluster sampling was performed to estimate the load of all types of surface forest fuels. Woody materials were sampled with intersections planar technique, the remaining fuel was harvested and dried to estimate load. Multivariate statistical methods, univariate t test normality test, with the help of SAS and R programs were applied. Results indicate that the average total load on the burned area was 7.099 ± 1.78 t ha^-1, while that of the unburned area was 31.726 ± 11.93 t ha^-1. In the first one, woodfuel with delay time (TR) of 100 h were the most abundant, while in the second the largest proportion of the load was for rotten wood fuels with TR of 1 000 h. The decomposition rate of fine fuels was k= 0383 for the unburned area, and k= 0.532 in the burned area. The estimated payback period was 2.68 years and 1.98 years, respectively, reflecting an effect of treatment (P = 0.0016).

INTRODUCCIÓN

Los incendios forestales representan un disturbio que implica la pérdida de individuos o de biomasa, que se produce de forma súbita o episódica, con liberación de espacio de crecimiento (Smith y Smith, 2007). Cuando el fuego ocurre con fuerte incidencia o severidad, es considerado como un problema crítico para la conservación y el manejo sustentable de los bosques y selvas; mientras que, bajo un régimen de fuego controlable, este factor es una herramienta útil para mantener las especies, los hábitats y los paisajes nativos que lo conforman (Myers, 2006).

Una manera de conocer los posibles efectos del fuego en los bosques es a través de la simulación de su comportamiento, para lo cual es útil la descripción de los combustibles. Rodríguez (1996) los define como toda biomasa que potencialmente puede arder al ser expuesta a una fuente de calor; cuanto mayor sea su acumulación en una zona, más cantidad de calor desprenderá y el incendio aumentará su intensidad.

Estos materiales poseen diversos rasgos: continuidad horizontal, continuidad vertical, altura, profundidad, densidad, compactación, presencia de sustancias inflamables, relación superficie/volumen; propiedades que influyen en el comportamiento del fuego (Pyne et al., 1996). Todos los combustibles forestales pueden ser descritos por su carga; es decir, por el peso seco de la biomasa por unidad de superficie. Una manera de determinar tal carga es mediante la técnica de intersecciones planares de Brown (1974), que consiste en el conteo de piezas leñosas intersectadas por un plano vertical y que en el terreno se marca con una línea de muestreo. Este método es factible utilizarlo para cualquier tipo de bosque.

La caracterización de los combustibles en los ecosistemas forestales es un aspecto de gran importancia para la estimación de la inflamabilidad y el peligro de incendios, el entendimiento del comportamiento del fuego, la evaluación de sus efectos ecológicos y la toma de decisiones fundamentadas en prácticas de manejo del fuego.

Por otra parte, los combustibles no permanecen constantes, pues la acumulación de detritos incrementa su carga, y la descomposición la reduce. Se han hecho pocos esfuerzos por comprender tal dinámica.

Los objetivos del presente trabajo consistieron en describir los combustibles forestales en un bosque de encino-pino, quemado el año anterior, y en otro que no había sido quemado recientemente. Y, por otra parte, en estimar la tasa de descomposición de los combustibles finos en ambas condiciones, durante un año.

El área de estudio

El área de estudio se localiza en un predio innominado de 30 ha, perteneciente a la comunidad Teotlacingo, Chignahuapan, Puebla, con las siguientes coordenadas: 19°48’24.7" N y 97°59’38.5" O; 19°48’34.2" N y 97°59’28.6" O; 19°48’38.6" N y 97°59’22.6" O; y 19°48’33.2" N y 97°59’18.8" O. De acuerdo con García (1981) el clima pertenece al grupo de los templados subhúmedos C(w), con temperaturas entre 5 y 22 °C. El área forma parte de la Sierra Madre Oriental, donde predominan las rocas ígneas extrusivas y rocas metamórficas; y algunas pendientes son pronunciadas (65%) en toda la zona (INEGI, 2008).

Los suelos son Andosoles y Litosoles húmicos de textura media, con profundidades de 50 cm, que sustentan bosques de pino, pino-encino, pino-oyamel, pino-encino-otras latifoliadas y vegetación secundaria (INEGI, 2008). El bosque de encino-pino está integrado por Quercus crassifolia Humb. et Bonpl., Quercus obtusata Bonpl., Quercus laeta Liebm., Quercus laurina Humb. et Bonpl., Pinus teocote Schltdl. et Cham., Pinus patula Schiede ex Schltdl. et Cham., además de Arbutus xalapensis Kunth.

Elección de sitios de muestreo y trabajo de campo

Se buscó un bosque en el que se eligieron dos áreas contiguas con características similares en cuanto a pendiente, composición y estructura de la vegetación: en la primera se registró un incendio el 24 de abril del año 2008, principalmente superficial, pero intenso. Conafor (2008) registró una afectación a 6.89 ha, con diferentes intensidades y severidades. La segunda condición se ubicó en una parte no impactada por el fuego, en al menos los últimos seis años.

El diseño del muestreo fue aleatorio; se delimitaron 16 conglomerados, ocho en el área incendiada y ocho en el área no incendiada recientemente. Cada uno de ellos incluyó un sitio circular con una superficie de 200 m². Ahí se muestrearon los árboles en términos de altura, diámetro normal, especie y su estado (vivo, muerto parcialmente o muerto) (Figura1).

Los combustibles finos se midieron con la ayuda de tres marcos de 30 X 30 cm distribuidos al final de cada línea de intersección, se determinó la profundidad y la cobertura en porcentaje de la hojarasca y la capa de fermentación. De la misma manera se situaron tres cuadros de 1 m², para calcular la altura y la cobertura en porcentaje, así como el número de individuos y para identificar las especies de los arbustos, herbáceas y renuevos presentes. El material vivo o muerto de ambos cuadros fue cosechado para ser secado en el laboratorio y estimar su carga.

De esta forma se obtuvieron un total de 48 sitios, cada uno de ellos con diez más pequeños para cada tipo y categoría de tamaño de combustible, que sumados a los 16 para el arbolado, dio un total de 496 sitios en el estudio (Figura 1).

Finalmente, se elaboraron veinte muestras (diez por condición), las cuales consistieron en porciones similares a las de hojarasca que se pesaron en campo; se introdujeron en redes de plástico etiquetadas, cerradas y cubiertas con hojarasca para ocultarlas. La manera de distribuirlas fue sistemática; se dejaron en las bases de los árboles marcadas con pintura roja en aerosol, a una distancia de 5 m entre redes, para ser recolectadas un año después (2010).

Trabajo de laboratorio y gabinete

Las muestras de campo se llevaron al Laboratorio de Semillas de la División de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma Chapingo, donde se secaron a 75 °C hasta llegar a peso constante. Mediante las fórmulas propuestas por Brown (1974) se determinó la carga de combustibles leñosos (Cuadro 1); cabe destacar que este modelo fue desarrollado para el cálculo de cargas de combustibles forestales en coníferas (densidad básica = 0.4 g cm^-3), por lo que los modelos utilizados para este estudio se ajustaron a la densidad básica del encino dominante, Quercus crassifolia (0.67 g cm^-3) (Fuentes (1988); y bajo la premisa de que la madera más delgada (con menor TR) es más densa, según refiere el propio Brown (1974).

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P = Peso seco de los combustibles
f = Frecuencia o número de intersecciones
c = Factor de corrección por pendiente
N = Número de líneas de muestreo
L = Longitud total de la línea de muestreo en pies lineales
d² = Suma de los cuadrados de los diámetros de las ramas y trozas > 7.5 cm de diámetro

Variables consideradas

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Estimación de la tasa de descomposición

Después de transcurrido un año, se recolectaron las muestras en 18 sitios; es decir, nueve por condición dentro del área de estudio, mismas que se llevaron al laboratorio donde se limpiaron cuidadosamente y fueron secadas en horno hasta tener un peso constante.

Análisis estadístico

Con la ayuda del programa SAS (2003) se implementó una prueba robusta que permitiera probar la igualdad del efecto de los tratamientos. Mediante el análisis de varianza multivariado se efectuó una transformación de intervalos propuesta por Conover e Imman (1981). Una vez obtenidos los intervalos se aplicó el análisis multivariado (MANOVA) correspondiente al modelo de un criterio de clasificación:

 

Donde:

= Vector de respuestas asociado al tratamientoi en la j-ésima repetición.

= Vector de medias.

= Vector de efectos asociado al i-ésimo nivel de factor de tratamientos.

= Vector de errores asociados a las respuestas multivariadas observadas bajo el tratamiento i en la repetición j.

i = 1, 2

j = 1,...,r.

El análisis de la tasa de descomposición consistió en la comparación de dos medias poblacionales de distribución normal, mediante la prueba basada en la distribución t de Student.

k= (P_o1 - P_o 2)/ P_o1

Donde:

k = Tasa de descomposición.

P_o1= Peso anhidro obtenido en 2009.

P_o 2 = Peso anhidro obtenido en 2010.

A partir de la tasa de descomposición, se determinó el tiempo de retorno (TRE) con el siguiente modelo:

TRE = 1/k

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 Combustibles leñosos

En el presente trabajo las cargas totales medias fueron de 7.099 ± 1.78 t ha^-1 para el área quemada, mientras que en la no quemada alcanzaron 31.726 ± 11.93 t ha^-1; dicha diferencia puede explicarse por la pérdida de individuos o biomasa en el incendio.

Los combustibles leñosos se distribuyen en el área quemada (Figura 2): los de 1h de TR representan 12.03%, con 0.85 ± 0.73 t ha^-1; los combustibles de 10 h TR, 0.2 6± 0.2 t ha^-1, correspondiente 3.71%; los combustibles de 100 h TR, con 4.56 ± 1.02 t ha^-1 y 64.29%; los combustibles de 1 000 h TR firmes, 0.88 ± 0.19 t ha^-1, equivalentes a 12.37%; y, por último, los podridos con 1 000 h TR, 0.54 ± 0.08 t ha^-1, equivalentes a 7.60%.

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Los combustibles por tiempo de retardo, se dividen de la siguiente manera en el área no quemada: los de 1 h TR aportan 5.27%, con 1.67 ± 1.71 t ha^-1; los combustibles de 10 h TR 1.94%, con 0.62 ± 0.54 t ha^-1; los de 100 h TR 11.72% y 3.72 ± 4.43 t ha^-1; mientras que los de 1 000 h TR podridos 81.07%, con 25.72 ± 32.40 t ha^-1.

Del análisis de varianza multivariado efectuado por combustible y TR se obtuvo que: en los combustibles de 1 h TR, p = 0.0258; de 10 h TR, p = 0.0030; de 100 h TR, p = 0.0009; de 1 000 h TR firmes, p = 0.0097 y 1 000 h TR podridos, p = 0.1713. Existen efectos significativos del factor tratamientos, pues los resultados indican que las cargas son estadísticamente diferentes para los combustibles de 1 h, 10 h, 100 h y 1 000 h firmes, entre los sitios quemado y no quemado. De acuerdo con Contreras y Ángeles (2007), la cantidad de combustibles presente en cada condición guarda una estrecha relación con el estado de la vegetación al momento de la evaluación, así como con el tipo e intensidad del incendio y el tiempo transcurrido desde el último siniestro. La estimación de los combustibles forestales es indispensable para predecir la intensidad de incendios futuros y evaluar los efectos del fuego.

Arbustos

La especie dominante para este tipo de combustible fue Quercus repanda Bonpl., con 43.76 arbustos por m², una cobertura promedio de 21.17% y una carga media de 0.60 ± 0.26 t ha^-1; mientras que para el área no quemada, se calcularon 19.76 arbustos por m^-2, una cobertura promedio de 12.82% y una carga de 1.04 ± 0.75 t ha^-1, sin diferencias significativas entre ambas (p= 0.9187) (Figura 3).

Hojarasca

La carga promedio de la capa de hojarasca en el área quemada fue de 6.13 ± 1.73 t ha^-1 y en la no quemada de 10.95 ± 2.34 t ha^-1, con diferencias significativas entre condiciones (p = 0.0004) (Figura 4). La cobertura de la capa de hojarasca en los sitios quemados muestreados resultó igual a 61.08%, con una profundidad de 4.25 cm, y en los no quemados de 89.58% y 3.76 cm, respectivamente. Estos valores son similares a los referidos por Rocha y Ramírez (2009), con una carga de 6.58 ± 0.27 t ha^-1 para encinares en Chiapas. Otros autores señalan menores cargas para este combustible: Návar y Jurado (2009), en masas de Pinus pseudostrobus Lindl. de Nuevo León, registran una carga de 3.42 ± 0.92 t ha^-1año^-1 y para Quercus spp. una carga media de 3.01 ± 1.39 t ha^-1 año^-1.

Capa de fermentación

Herbáceas

La carga media en el área quemada es de 0.36 ± 0.57t ha^-1, y en la no quemada de 0.22 ± 0.48 t ha^-1 (Figura 6), con valor de p = 0.4050, sin diferencia entre tratamientos. La altura promedio de los individuos en el área quemada es de 29.3 cm, con cobertura de 20%; en la no quemada de 25.6 con 10% de cobertura. Espinoza et al.. (2008) mencionan que el uso del fuego mediante quemas prescritas de baja intensidad promueve la diversidad y riqueza de especies en el sotobosque de P. hartwegii Lindl., sin embargo, en la zona de estudio se presentaron incendios de alta intensidad, lo que sugiere afectación, al menos parcial, del banco de semillas.

Renuevo

El renuevo estuvo presente en el área quemada, 56 plántulas ha^-1, con altura promedio de 6.11 cm y cobertura de 1.4%. En la otra condición hubo 6 plántulas ha^-1, altura promedio de 5 cm y cobertura de 1%. Las cargas promedio correspondieron a 0.37 ± 0.32t ha^-1 y 0.001 ± 0.003 t ha^-1 (Figura 7), con diferencia significativa entre tratamientos (p = 0.0010).

En general, la carga de combustibles forestales por condición es mayor en el área no quemada, excepto para el renuevo, lo que se relaciona con la regeneración que puede darse en encinares incendiados (Rodríguez y Myers, 2010; Zavala, 2000).

Dinámica de combustibles finos

En el área no quemada la tasa de descomposición fue de k= 0.38, con un tiempo de retorno promedio de 2.68 años; mientras que en el área quemada alcanzó k= 0.53, con un periodo de retorno de 1.98 años y diferencias significativas entre ambas (P= 0.0016).

La descomposición de la materia orgánica depende de varios factores. Entre ellos destacan la temperatura, la humedad, las características químicas del material, la cantidad de micro y macro fauna y el tipo de suelo (Waring y Schlessinger, 1985).

Respecto a la temperatura, en las zonas cálidas tiende a ser más rápida la descomposición, como sucede en los trópicos. Por ejemplo, Barajas (1996) observa que la hojarasca de Ficus yoponensis Desv., en 20 días perdió 70% de su masa original. Álvarez (1984) consigna un tiempo de 3 meses para la desaparición de la hojarasca, por el proceso de descomposición en la selva alta perennifolia en Los Tuxtlas, Ver. En cambio, Núñez (1998) cita pérdida de 50 a 90% de descomposición de hojarasca al cabo de 6 meses, para el Desierto Sonorense. En contraste, en el presente estudio se determina que la descomposición de hojarasca en la condición no quemada tardaría casi tres años, lo que supone que al haber menor temperatura, el proceso de descomposición es más lento. También esta variable puede explicar la tasa de descomposición más rápida en el área quemada, ya que las áreas incendiadas, por los colores negros de las cenizas absorben mayor cantidad de radiación infrarroja, más calor, por lo menos durante las horas con sol, lo cual contribuye a la actividad microbiana, una vez que sus poblaciones comienzan a recuperarse, y a una descomposición superior. Un resultado similar es mencionado por Odiwe y Muoghalu (2003) en bosques lluviosos de Nigeria, quienes refieren que las tasas de descomposición más altas se presentaron en un área quemada (k=1.3), mientras que en la no quemada durante 14 años se registró una tasa de descomposición ligeramente menor (k=1.2), con respecto a la carga total. Callaham et al.. (2004) documentan una tendencia parecida en un bosque de pino-encino de Carolina del Sur, donde la tasa de descomposición de la hojarasca en rodales quemados fue igual a 0.088, en rodales control de 0.093 y en rodales de entresaca 0.077. Estos valores presentan tendencia semejante a la referida por Rocha y Ramírez (2009), quienes señalan un factor de descomposición (k) para Quercus sapotifolia Liebm. de 0.56 ± 0.048 en parcelas de regeneración y de 0.60 ± 0.036 en bosques de pino-encino mezclado con otras latifoliadas (en especial liquidámbar (Liquidambar spp.)).

Si bien la temperatura es un factor importante para la descomposición, no actúa sola pues también se asocia con la humedad. En el presente trabajo, la mayor tasa de descomposición en el área quemada, además se relaciona con la exposición tendiente a norte (más húmeda) de los sitios donde se colocaron las bolsas con hojarasca, en tanto que las muestras para el área no quemada estuvieron en una ladera con exposición sur, más seca. El promedio de contenido de humedad en combustibles finos determinado en el 2009, arrojó 105% y 76% para el sitio afectado por el fuego y para el no siniestrado, respectivamente. Estos datos se registraron el 10 de octubre de 2009, alrededor del medio día.

Gallardo y Pino (1988) estudiaron dos sitios con clima y suelo bien diferenciados, y obtuvieron tasas de descomposición dos veces más altas en el ecosistema con mayor precipitación en Quercus suber L., Fraxinus angustifolia Vahl. y Salix atrocinerea Brot.; concluyeron que el factor humedad es el más importante, aun sobre el efecto de la temperatura, en la descomposición de la hojarasca.

Cabe señalar que para bosques de latifoliadas de China, Huang et al. (2007) registran que la hojarasca tiende a descomponerse rápidamente en los primeros 6 meses, pero se da una tasa superior de descomposición en verano, cuando la temperatura y la humedad propician la actividad microbiana, lo que contrasta con los resultados encontrados en bosque templado del presente trabajo, el cual se refiere a un tiempo de alrededor de dos años en el área quemada y de poco más de dos años y medio en el área no quemada.

En China la tasa de descomposición para taxa de hoja caduca, como Castanea mollissima Blume, Quercus fabri Hance y Liquidambar formosana Hance es de k=2.45; para especies perennes latifoliadas con vida útil de la hoja <1.5 años, como Elaeocarpus decipiens W. B. Hemsley, Vaccinium mandarinorum Diels y Castanopsis sclerophylla (Lindley et Paxton) Schottky, k=1.33; para latifoliadas perennes con vida útil de la hoja >1.5 años, Neolitsea aurata var. chekiangensis (Nakai) Yen C. Yang et P. H. Huang, Photinia glabra (Thunb.) Maxim. y Meliosma oldhamii Miq. ex Maxim.), k= 2.30 (Huang et al.., 2007).

CONCLUSIONES

El área quemada tiene una menor carga total media de combustibles, en comparación con la no quemada, lo que ayuda a prevenir incendios más intensos y severos en la primera. Esta tendencia se observa en los combustibles leñosos, a excepción de los podridos con TR de 1 000 h, para los cuales no hubo diferencia entre los tratamientos. También la carga de hojarasca y capa de fermentación es menor en el área quemada, sin diferencias entre las cargas de arbustos ni herbáceas, con baja carga que recuperan con rapidez luego del incendio. El renuevo representa mayor carga en el área incendiada debido al favorecimiento de la regeneración que se dio en los sitios quemados.

La tasa de descomposición de los combustibles finos es más lenta en la zona de estudio que en regiones tropicales, por la existencia de temperaturas y humedad relativa más bajas que las prevalecientes en ellas; sin embargo, fue más rápida en las áreas quemadas. En respuesta a la presencia de mayores temperaturas debidas a la reducción de cobertura vegetal en el área incendiada y al color negro del carbón y del material incandescente, que capta más radiación infrarroja, así como con la prevalencia de una humedad más alta, misma que puede estar relacionada con la exposición norte donde se pusieron las bolsas con los combustibles finos en el sitio incendiado, en comparación con la exposición sur, donde se colocaron las bolsas en el área no quemada.

Tal información sobre cargas de combustibles y su dinámica es de interés para estimar el comportamiento del fuego, para modelar las cargas de combustibles a través del tiempo y para el manejo de combustibles forestales y, en general, para el manejo del fuego.

Finalmente, la comprensión del funcionamiento de los combustibles en los ecosistemas del país se ha enfocado principalmente en la estimación de cargas, mientras el estudio de las tasas descomposición de hojarasca se ha hecho con fines biológicos, lo que significa que existen algunos vacíos para entender la interacción entre el fuego, los combustibles forestales y la tasa de descomposición, lo que abre la posibilidad a nuevas investigaciones.

AGRADECIMIENTOS

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