Crecimiento anual en volumen y estado nutricional de Pinus pinaster Ait. en Asturias, España

Elias Afif Khouri¹, Elena Canga Líbano², José Alberto Oliveira Prendes¹, José Javier Gorgoso Varela¹ y María Asunción Cámara Obregón¹

¹ Departamento de Biología de Organismos y Sistemas, Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas, Universidad de Oviedo. Correo–e: elias@uniovi.es.

² Servicio de Planificación y Gestión de Montes del Principado de Asturias.

Fecha de recepción: 23 de junio de 2008. ]]> Fecha de aceptación: 26 de octubre de 2009.

RESUMEN

Se estudiaron las propiedades del suelo y el estado nutricional en seis masas de Pinus pinaster localizadas en la parte centro – occidental de Asturias. Además, se relacionó el estatus nutricional de los suelos y de los árboles con el incremento anual medio en volumen con corteza (IAVC). Los árboles se clasificaron en 10 clases diamétricas de 5 cm de amplitud; de cada una se derribaron y midieron tres individuos dominantes y a continuación se calculó el IAVC. El análisis nutricional se realizó en acículas, ramas de diámetro comprendido entre 2 y 7 cm, de 0.5 a 2 cm, inferior a 0.5 cm y en rodajas extraídas a diferentes alturas del fuste. Las mayores concentraciones de nutrimentos se obtuvieron en las acículas, con deficiencias en el contenido de P, K y una descompensación en la relación N:P, que disminuyó progresivamente en las ramas de menor a mayor diámetro. El IAVC presentó una correlación negativa con el N, contenido de materia orgánica y Ca intercambiable en el suelo y con el Ca foliar. El P, K y Mg en las ramas de menos de 0.5 cm de diámetro tuvo una correlación positiva con el IAVC, al igual que la capacidad de intercambio catiónico efectiva, el contenido de arcilla y el pH. Los resultados indican que otros factores, como el pH del suelo, interfieren en la asimilación del Ca y revelan la importancia de reincorporar al terreno las ramas finas y ramillas, así como incorporar la fertilización en los programas de reforestación.

Palabras clave: Análisis nutricional de acículas, análisis nutricional de ramas, análisis nutricional de rodajas, análisis químico de suelo, incremento anual en volumen, Pinus pinaster.

ABSTRACT

The relationships among soil parameters, tree nutrition and annual volume increment including bark (AVIC) were examined in six regular stands of a Pinus pinaster plantation located in the central–western area of Asturias (NW Spain). The trees were classified in 10 diameter classes with a difference of 5 cm in width. Three dominant trees of each class were cut and AVIC was calculated. The nutritional analysis was carried out in needle, branches of diameter between 2 and 7 cm; 0.5 and 2 cm; below 0.5 cm and slice obtained from different stem heights. The highest nutrient concentrations were found in the needle, showing deficiencies in P and K content and an Imbalance in the N:P relation that becomes lower progressively in the branches from smaller to bigger diameters. The AVIC was negatively correlated with total N, organic matter content and exchangeable soil Ca and with foliar Ca. The P, K and Mg in the branches of less than 0.5 cm diameter were positively correlated with AVIC, as well as the effective cation exchange capacity, clay content and pH. The results suggest that other factors, like the soil pH, are diminishing Ca assimilation and reveal the importance of fine crown fractions along with the fertilization need to be considered in reforestation programs.

Key words: Needle analysis, branches analysis, slice analysis, soil analysis, annual volume increase, Pinus pinaster.

Pinus pinaster Ait. es una conífera nativa de la región mediterránea occidental y del oeste de Europa. Constituye masas forestales en Francia, España, Portugal, Italia, Marruecos, Argelia y Túnez. En España es el pino que ocupa, de forma natural, mayor superficie y también con el que más se ha repoblado el noroeste español (Figura 1). Pinus pinaster subsp. atlantica (P. pinaster Ait.) se desarrolla al norte de Portugal, noroeste de España y suroeste de Francia, siempre en cotas bajas entre el nivel del mar y 600 m de altitud. En la actualidad, el área arbolada de Asturias es de 434,896 ha, de las cuales alrededor de 40,000 ha corresponden a pinares (P. radiata D. Don, P. pinaster y P. sylvestris L.), de ellos, los conformados por P. pinaster cubren 20,844 ha, con una producción de 65,000 m³ de madera cortada al año (Ministerio de Medio Ambiente, 2006).

Dada la importancia económica de la producción forestal, los estudios de los ciclos de nutrimentos en bosques están siendo sujetos de mayor atención ya que permiten conocer la producción primaria y el flujo de energía (Rodà et al., 1999; Krebs, 2001), razón por la cual suelen tener los precios más altos en las valoraciones económicas de los servicios de los ecosistemas (Constanza et al., 1997). Hoy en día muchos científicos y prestadores de servicios forestales se preguntan si las prácticas silvícolas utilizadas reducen o no la fertilidad del suelo y si las pérdidas en la fertilidad disminuyen la productividad, para cuyo mantenimiento resulta primordial conservar los almacenes de nutrimentos del suelo, los que dependen, fundamentalmente, de la existencia de balances positivos entre las entradas y las salidas de dichos componentes al sistema (Fisher y Binkley, 2000; Dumroese et al., 2000).

El almacén nutritivo presente en todos los elementos del ecosistema se cuantifica mediante los inventarios nutricionales. En ellos se determinan las cantidades contenidas en el suelo y las fracciones de la biomasa arbórea, por ejemplo. Este tipo de información constituye una valiosa herramienta para la gestión sostenible de los sistemas forestales, porque permite estimar los nutrimentos extraídos durante las actividades antrópicas o en los procesos naturales (Nambiar, 1996; Augusto et al., 2000).

La obtención de datos numéricos que expliquen el ciclo completo de distintos nutrimentos en el medio forestal es compleja debido a los diversos factores involucrados en el sistema y a la existencia de procesos como las migraciones oblicuas que provocan el empobrecimiento en elementos solubles y partículas finas de las partes altas de una vertiente en beneficio de las porciones bajas donde se depositan, lo que impide conocer con precisión la abundancia de un nutrimento particular, en un momento dado (Fisher y Binkley, 2000).

En un ecosistema forestal las pérdidas derivadas de la corta de madera y del manejo de la biomasa arbórea pueden exceder a las entradas naturales, con el consecuente descenso de las reservas disponibles en el suelo (Johnson y Todd, 1998; Olsson et al., 2000). Esta situación es severa en zonas tropicales y subtropicales con plantaciones de especies de crecimiento rápido, con elevadas demandas nutricionales y ubicadas en terrenos de baja fertilidad (Fölster y Khanna, 1997).

En los suelos procedentes de rocas volcánicas y metamórficas con minerales ferromagnesianos, la liberación de nutrimentos que se produce durante la alteración de los minerales, suele ser suficiente para reponer los elementos extraídos de la masa forestal a lo largo de la rotación, a diferencia de aquellos que provienen de materiales silíceos cuya degradación es muy lenta y en algunos casos no compensa las pérdidas, producto del aprovechamiento maderable (Spangenberg et al., 1996). Este sería el caso de buena parte del noroeste de España, región en la que los aportes por lluvia y desmineralización son insuficientes para reponer la salida de Ca y otros minerales en las plantaciones de eucaliptos y pinos (Dambrine et al., 2000).

El clima templado y la ausencia de prolongados períodos de heladas o sequías imperantes en el noroeste de España ha propiciado la adecuada expansión de la superficie ocupada por especies comerciales de crecimiento rápido, como Pinus pinaster, plantaciones que son sometidas a un tipo de silvicultura bastante intensivo, con turnos cortos y programas que implican retirar del monte las trozas con corteza. Aunque en la mayoría de las veces, los residuos de corta (sobre todo las fracciones arbóreas de copa) permanecen sobre el terreno, ciertas operaciones de preparación posteriores implican su quema o en ocasiones muy puntuales, su arrastre junto con la parte edáfica más superficial.

Por otra parte, constituyen la principal fuente de materia orgánica, la cual está muy relacionada con la fertilidad, la aireación y la capacidad de infiltración (Beasley, 1997). Finalmente, los residuos de las cortas acumulan importantes cantidades de nutrimentos que son necesarios para la producción forestal, razón por la cual su descomposición sobre el terreno constituye una vía relevante para la restitución de elementos al sistema. Si bien existen diferencias entre las especies forestales, diversos estudios han puesto de manifiesto que la mayor parte del N y P acumulado en la vegetación arbórea, se localiza en ramas y hojas, fracciones que junto con la corteza, concentran cantidades sustanciales de Ca, Mg y K (Ouro et al., 2001).

Investigaciones realizadas en plantaciones de Pinus pinaster en España muestran que la corteza y las hojas son los componentes con mayor proporción de nutrimentos, mientras que con la madera ocurre lo contrario (Montero et al., 1999; Balboa, 2005). También se ha observado que la copa contiene gran parte del N (hasta 60%) y P (30 – 50%) de la biomasa arbórea y cantidades sobresalientes (30 – 50% de lo contenido en la biomasa total) de K, Ca y Mg (Montero et al., 1999).

El análisis foliar es una herramienta para diagnosticar de forma inmediata el estado nutrimental de las masas forestales y, a su vez, permite determinar las prácticas silvícolas que garanticen una producción óptima y un manejo sostenible del recurso. En Pinus pinaster los valores críticos propuestos por Bará (1991) y Bonneau (1995) son frecuentemente empleados como referencias del estado nutricional de las plantaciones de la especie (Saur et al., 1992; Montero et al., 1999; Balboa, 2005). Dichos niveles se obtuvieron en numerosas experiencias, principalmente, en el noroeste de España y suroeste de Francia.

El objetivo de este trabajo es evaluar el estado nutricional general de las masas asturianas de Pinus pinaster; así como, los principales factores edáficos que inciden en la productividad de la estación forestal y sus posibles relaciones con el incremento medio anual en volumen con corteza (IAVC), como su indicador.

MATERIALES Y MÉTODOS

El conjunto de datos utilizado procede de seis plantaciones de Pinus pinaster localizadas en la parte centro–occidental de Asturias (Figura 2), de edades comprendidas entre 17 y 57 años, comparables en cuanto a las densidades de árboles; los tratamientos silvícolas son suelos de tipo Cambisol, desarrollados sobre areniscas feldespáticas (Ministerio de Medio Ambiente, 1998). Se clasificaron los árboles en 10 clases diamétricas de 5 cm de amplitud, con un diámetro mínimo de 12.5 cm. Se derribaron tres árboles dominantes por clase, para un total de 30 individuos. Una actividad previa fue la medición de los diámetros en cruz, para lo cual se utilizó una forcípula. Después del derribo se desramaron con motosierra y se midieron las alturas totales con una cinta de precisión bimilimétrica de 50 m de longitud.

Donde:

V = volumen de la troza (m³)

db₁ y db₂ = diámetros en cruz tomados en la base de la troza (cm)

dp₁ y dp₂ = diámetros en cruz tomados en la punta de la troza (cm)

l = longitud de la troza (m)

A continuación se estimó el incremento medio anual en volumen con corteza:

(IAVC (dm³/año) = volumen/edad)

Las pruebas químicas comprendieron: la textura según el método de la pipeta Robinson con hexametafosfato sódico, más Na₂CO₃ como dispersante; el pH en una suspensión suelo:agua 1:2.5 con potenciómetro Metter Toledo Seven Easy; sales solubles en el extracto1:5; bases extraíbles con NH₄Cl 1 N y Al intercambiable con KCl 1M, ambos por absorción atómica en un equipo Perkin Elmer® precisely (A. Analyst 200). A continuación se calculó la capacidad de intercambio catiónico efectiva (bases + aluminio de cambio). El nitrógeno total por el método Kjeldahl (Klute, 1996); el carbono orgánico se determinó por ignición y el fósforo disponible por el método de Mehlich 3 (Mehlich, 1985), por ser el más adecuado para la estimación de fósforo asimilable en una amplia gama de suelos no calcáreos (Fernández, 1997; Monterroso et al., 1999; Afif y Oliveira, 2006).

El análisis nutricional del arbolado se realizó en acículas recolectadas del tercio superior de los individuos derribados; para ello se siguió el procedimiento del Instituto de Investigación Forestal Neozelandés (Will, 1985). También se utilizaron las ramas de diámetro comprendido entre 2 y 7 cm, 0.5 a 2 cm, inferior a 0.5 cm y en rodajas extraídas a diferentes alturas del fuste. Después de triturar las muestras, se procedió a la extracción húmeda con ácido perclórico y ácido nítrico (Jones et al., 1991), enseguida se diluyó con HCl 1N. A partir de esta dilución se determinaron el Ca, Mg y K por Absorción Atómica con un equipo Perkin Elmer precisely (A. Analyst 200); para el P se usó un espectrofotómetro ultravioleta/visible Perkin Elmer® (Lambda 35) y el N total por el método Kjeldahl.

El tratamiento estadístico de los datos se hizo mediante el programa SPSS 15 (SPSS, 2006). Se aplicó, en primer lugar, una estadística descriptiva de las variables edáficas consideradas y de las concentraciones de macronutrimentos en las fracciones arbóreas de Pinus pinaster. Posteriormente, se llevaron a cabo análisis de varianza de un factor, en los que las variables respuestas fueron los parámetros nutricionales. Una vez comprobada la existencia de diferencias significativas se aplicaron pruebas de comparación de medias de Tukey. También se realizó un análisis de correlación lineal a través del coeficiente de correlación de Pearson para definir la interrelación entre aquellas variables determinadas analíticamente y de éstas con el incremento medio anual en volumen con corteza.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El IAVC osciló de 2.19 a 37.72 dm³ año^–1 (Cuadro 1) y describe la mayor diversidad productiva posible de la especie en masas regulares, debido a la presencia de árboles de edades distintas en las localidades estudiadas (Rodríguez et al., 1997).

Los suelos de las localidades seleccionadas presentan un carácter fuertemente ácido, altos contenidos de materia orgánica, relación C/N elevada, poca profundidad efectiva, bajo contenido en bases y P disponible extraído por el método de Mehlich 3 (PM3), información que corresponde con las propiedades que tienen los suelos forestales de las zonas húmedas y frías (Cuadro 2) (Bará, 1991; Afif y Oliveira, 2006).

En la matriz de correlación de las propiedades físico–químicas (Cuadro 3), a pesar del limitado número de muestras, se observaron altas correlaciones positivas entre el contenido de materia orgánica y el N total, relación C/N, Ca²⁺ y Mg²⁺ cambiables; para el caso de las últimas dos existe, además, una correlación significativa y positiva. Lo anterior refleja la influencia de la materia orgánica sobre la fertilidad del suelo y su intervención en el ciclo bioquímico de los nutrimentos (Montero et al., 1999). Por ello, la descomposición de los residuos orgánicos es clave para asegurar la restitución de los nutrimentos al suelo (Waring y Running, 1998).

El pH se correlacionó positivamente con el contenido de arcilla, materia orgánica, N total, bases extraíbles y con la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE). El impacto del pH en las propiedades edáficas es bien conocido: condiciona la descomposición de la materia orgánica, la capacidad de intercambio y la facilidad de asimilación de nutrimentos, al modificar la solubilidad, precipitación y fijación de éstos (Bará, 1991).

Las correlaciones negativas observadas entre el Al³⁺ de cambio y el pH, contenido de arcilla, materia orgánica, N total, Ca²⁺ y Mg²⁺ cambiables y la CICE indican que la solubilidad del Al aumenta a medida que disminuye el pH del suelo. Al incrementar su movilidad, el Al compite con otros cationes en el complejo de cambio y reduce la disponibilidad del Ca, Mg, K y N. El Al³⁺ origina importantes efectos en la dinámica de los suelos como: la fijación de fosfatos y la estabilización temporal de la materia orgánica (Álvarez et al., 1992).

El contenido de K⁺ cambiable y P asimilable, el N, contenido de materia orgánica, Ca²⁺ y Mg²⁺ cambiables, tuvieron correlación negativa, lo que puede ser resultado del carácter monovalente del K, que facilita su lixiviación (Thompson y Troeh, 2008). Por otro lado, el K⁺ liberado por alteración de silicatos presenta retrogradación al quedar atrapado en láminas de arcillas expandibles. Así mismo, se observa que en los suelos más fértiles (niveles mayores de bases de cambio y pH menos ácido) hay una tendencia a mostrar concentraciones mayores de K⁺ cambiable.

Los valores medios de las concentraciones de macronutrimentos en las fracciones arbóreas de Pinus pinaster y su relación N:P se resumen en el Cuadro 4. El Cuadro 5 señala los niveles satisfactorios y marginales de los nutrimentos en acículas de P. pinaster propuestos por Bará (1991) y Bonneau (1995). Las hojas registraron concentraciones más altas de la mayoría de nutrimentos (N, P, K⁺ y Mg²⁺). Se observaron claras deficiencias en P y K⁺; de ellas, la correspondiente a K⁺ es la más relevante. Los valores de Mg²⁺ fueron relativamente bajos, hecho que concuerda con los resultados en P. pinaster para otras regiones del noroeste peninsular (Balboa, 2005). Destacan los valores reducidos de K⁺ y los más altos en Ca²⁺ que se apreciaron en el presente trabajo.

Las concentraciones de Ca en acículas en todas las masas estudiadas son superiores al nivel satisfactorio y las más altas se obtuvieron en zonas con bajo contenido de Al intercambiable en el suelo. En Pinus pinaster las deficiencias en N no son frecuentes; en cambio resultan relevantes los problemas asociados al exceso de este elemento que puede condicionar la asimilación de otros nutrimentos (Bará, 1991), por ejemplo el P. La relación descompensada N:P en las zonas de estudio y para todas las estructuras analizadas, se interpreta como un indicativo de la interacción negativa entre el exceso relativo de N y la nutrición fosfórica. En el suroeste francés, Saur et al. (1992) determinaron valores de P y K en hojas mayores a las obtenidas en este estudio. Los niveles de Ca y Mg fueron similares en ambas investigaciones.

Las ramas gruesas cuyo diámetro quedó en el intervalo de 2 a 7 cm, tuvieron las menores concentraciones de la mayoría de los nutrimentos (N, P, K y Ca); mientras que los valores más bajos de Mg se observaron en las rodajas. Los niveles más altos de K y Ca se determinaron en los ramillos de diámetro inferior a 0.5 cm, también fue importante su presencia en las ramas finas (diámetro de 0.5 a 2 cm). De forma general, es factible establecer el siguiente orden decreciente de las cantidades de N, P, K y Mg: acículas > ramillos > ramas finas > rodajas > ramas gruesas. Los datos son comparables a los citados por Montero et al. (1999) en masas de P. pinaster del sistema central peninsular y por Balboa (2005) en Galicia (noroeste de España).

En la matriz de correlación de los cinco nutrimentos en acículas, ramillos, ramas finas, ramas gruesas y rodajas, se obtuvieron altas correlaciones positivas al confrontar la concentración de N en rodajas con el contenido de P, K y Mg en las ramas finas, con un coeficiente de correlación de Pearson de 0.417^*, 0.542^* y 0.515^*, respectivamente y el N en ramas gruesas (r = 0.451). Lo mismo ocurrió para el P en rodajas y el P y Mg en las ramas finas (r = 0.454 y 0.582, respectivamente), al igual que para el Ca y Mg en rodajas (r = 0.559^**); además se obtuvo una correlación entre este último y el K en rodajas (r = 0.582^*).

Las correlaciones significativas y negativas se determinaron para el N en rodajas, N en ramillos y el P en las ramas gruesas (r = –0.434 y –0.420, respectivamente); el K en acículas y el Mg en ramillos y viceversa (r = –0.540 y –0.420, respectivamente), el Ca en rodajas y el K en ramillos (r = –0.563) y el Ca en acículas y ramillo y K en ramas gruesas (r = –0.419 y –0.546, respectivamente).

Las relaciones correspondientes a las concentraciones de nutrimentos en las fracciones arbóreas y las del suelo en las plantaciones de P. pinaster estudiadas mostraron que las cantidades de elementos nutritivos en las partes arbóreas (N, P, K, Ca y Mg) fueron superiores a las almacenadas en el horizonte mineral superficial de los suelos.

Las masas de P. pinaster son inestables para P, Mg, Ca y K, es decir, las cantidades de elementos acumulados en la biomasa arbórea son superiores a las reservas en los suelos, circunstancia también observada en las deficiencias, frecuentemente registradas en las plantaciones del noroeste peninsular (Balboa, 2005). No obstante, el aprovechamiento de madera y corteza implica una menor extracción relativa de nutrimentos. Así mismo, habría que considerar turnos más largos para la especie, los que permitirían una mayor reposición de nutrimentos a través de los procesos naturales, tales como los aportes atmosféricos y la alteración mineral o de procesos antrópicos, que se generan de la gestión silvícola.

Montero et al. (1999) evidenciaron esa circunstancia en sistemas de P. pinaster al estimar que los restos de copa suponen más del 50% del total de nutrimentos extraídos cuando se aprovecha el árbol completo o se queman los restos de corta.

Se registró una marcada correlación positiva entre la cantidad total de Ca acumulada en acículas y el Ca, Mg y Na cambiables en los suelos, N total, capacidad de intercambio catiónico efectiva y contenido de materia orgánica, con un coeficiente de correlación de Pearson de 0.628^**, 0.592^**, 0.605^**, 0.663^**, 0.559^** y 0.631^**, respectivamente; así como, una correlación negativa con el contenido de Al cambiable en el suelo (r = –0.508^*). El K en ramas finas está positivamente correlacionado con el K cambiable en el suelo, la capacidad de intercambio catiónico, pH y el contenido de arcilla (r = 0.521^*, 0.557^*, 0.526^* y 0.428^*, respectivamente) y negativamente con el N total, materia orgánica y la relación C/N en el suelo (r = –0.606^**, –0.607^** y –0.588^**) al igual que el K en las ramas gruesas.

Las correlaciones negativas sugieren que la acumulación de humus en los horizontes superficiales de los suelos de carácter ácido, como consecuencia de una lenta mineralización debida en gran parte a la formación de complejos estables con los sesquióxidos de Fe y Al (González et al., 1996), tiene efectos negativos sobre las concentraciones de los nutrimentos en las diferentes partes del árbol. Principalmente disminuye el contenido de K en el conjunto de las ramas. Por otra parte, el P asimilable en el suelo mostró correlaciones negativas con el contenido de P y N en rodajas con un coeficiente de correlación de Pearson de –0.562^** y –0.416^*, respectivamente, lo cual indica el claro desequilibrio N:P (> 40) en relación con el resto de las fracciones arbóreas.

El Cuadro 6 presenta los coeficientes de correlación de Pearson entre el IAVC, los niveles de nutrimentos en las fracciones arbóreas y las variables edáficas. La concentración de P, K y Mg en el conjunto de las ramas, el pH y la capacidad de intercambio catiónico en el suelo son las variables que mejor explican el IAVC para las plantaciones de P. pinaster estudiadas. La correlación negativa entre el IAVC y el contenido de materia orgánica, carbono orgánico, N total, Ca cambiable y relación C/N en el suelo, refleja un efecto indirecto.

El alto contenido de materia orgánica acumulada en el suelo junto con el mal drenaje afecta la aireación y limita el crecimiento radicular (Camps et al., 2004). Además el predominio del amonio tras la mineralización de la materia orgánica puede traer consigo la disminución de la absorción de algunos cationes, en particular el Ca (González et al., 1996). La asimilación de la mayoría de los elementos nutritivos, sobre todo el Ca²⁺, mejora al aumentar el pH o cuando la acidez intercambiable es menor, por tanto la aplicación de enmiendas calizas podría mejorar la calidad mineral de la especie mediante el aumento de la capacidad de intercambio catiónico efectiva en el suelo.

Los esquemas de manejo que se llevan a cabo en la actualidad en las masas de P. pinaster, caracterizados por la ausencia casi total de programas de fertilización y por turnos reducidos, derivan en una reducción de la fertilidad del suelo que incide en la productividad forestal.

CONCLUSIONES

Los resultados indican que las masas regulares de Pinus pinaster en Asturias presentan importantes problemas nutricionales en P y K que pueden mermar su crecimiento y revelan una gran acumulación de nutrimentos en las fracciones arbóreas de copa.

Se sugiere que el manejo limite el aprovechamiento de los restos más gruesos de corta a los terrenos con mayor productividad y susceptibles de mecanizar la extracción de madera, además de evitar la retirada de ramas finas, ramillos y hojas y realizar fertilizaciones con P, K, y Mg, en cantidades que compensen las pérdidas, especialmente cuando no se ejecute el descortezado en monte.

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