Concentración de carbono en especies del bosque de pino-encino en la Sierra Madre Oriental
Carbon concentration in pine-oak forest species of the Sierra Madre Oriental
Javier Jiménez Pérez1 , Eduardo Javier Treviño Garza1 y José Israel Yerena Yamallel1
1 Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ciencias Forestales. Correo-e:javier.jimenezp@uanl.edu.mx
]]>RESUMEN
Se analizó la concentración de carbono total por unidad de biomasa base peso seco en las partes aéreas de las especies representativas del ecosistema bosque de pino - encino, en la Sierra Madre Oriental. Los componentes considerados fueron fuste, ramas, corteza y hojas de Pinus pseudostrobus, Juniperus flaccida, Quercus laceyi, Quercus rysophylla, Quercus canbyi y Arbutus xalapensis. La concentración de carbono se determinó con un equipo Solids TOC Analyzer que analiza las concentraciones en muestras sólidas mediante combustión completa. La especie con los valores más altos fue Juniperus flaccida con 51.18%, mientras que Quercus rysophylla presentó el menor con 47.98%; el componente con mayor concentración de carbono resultó ser las hojas de Arbutus xalapensis con 55.05% y el más bajo fue la corteza de Quercus laceyi con 43.65%. En la concentración de carbono promedio por grupo de especies, se observaron diferencias altamente significativas; de ellas el de coníferas tuvo una media de 50.76%, y el de las latifoliadas de 48.85%. Para componentes por grupo de taxa se determinaron diferencias altamente significativas, la corteza de coníferas con 51.91% fue el de concentración más alta en comparación la corteza de latifoliadas con 45.75%, que fue el más bajo. Arbutus xalapensis, se agrupa dentro de las coníferas; por lo tanto, generalizar la concentración de carbono total podría proporcionar subestimación o sobrestimación del carbono capturado en los ecosistemas forestales.
Palabras clave: Biomasa aérea, bosque de pino-encino, concentración de carbono, Juniperus flaccida Schltdl., Quercus spp., Sierra Madre Oriental.
ABSTRACT
The carbon concentration was analyzed per unit of dry weight based biomass in the components of the above-ground biomass of the representative species of the pine-oak forest ecosystem of the Sierra Madre Oriental. The components of the above-ground biomass considered were stem, branches, bark and leaves of the species Pinus pseudostrobus, Juniperus flaccida, Quercus laceyi, Quercus rysophylla, Quercus canbyi and Arbutus xalapensis. The carbon concentration was determined using a Solids TOC Analyzer, which analyzes the carbon concentrations in solid samples by complete combustion. The species with the highest carbon concentration was Juniperus flaccida (51.18%), while Q. rysophylla had the lowest (47.98%); the component with the highest carbon concentration was the leaves of Arbutus xalapensis (55.05%), while the bark of Quercus laceyi had the lowest (43.65%). Highly significant differences were observed for the average carbon concentration by group of species; the group conifers showed an average of 50.76%, while that of the broadleaf species was 48.85%. There were highly significant differences between the various components by species group; the highest concentration was found in the bark of conifers (51.91%), compared to the bark of the broadleaf species, which had the lowest (45.75%).
Key words: Above-ground biomass, carbon concentration, Juniperus flaccida Schltdl., pine-oak forest, Quercus spp., Sierra Madre Oriental.
INTRODUCCIÓN
]]> El cambio climático inducido por la actividad antropogénica que resulta en el incremento de los gases de efecto de invernadero (GEI), principalmente el CO2, hoy se percibe como uno de los más grandes desafíos ambientales a nivel mundial (Ordóñez y Masera, 2001). La gama de sus posibles efectos nocivos en la agricultura y la productividad de los bosques se ha incrementado, y por consecuencia ha generado un gran debate de cómo reducir los GEI que se emiten a la atmósfera por la actividad industrial y las prácticas de manejo de la tierra (Alig et al., 2002); sin embargo, los que formulan políticas internacionales están esforzándose por diseñar formas de mitigar los daños del aumento en las concentraciones de GEI (Lee et al., 2002). Al respecto, se destaca la importancia de los bosques para paliar las emisiones de CO2, mediante el desarrollo de proyectos encaminados a la captura de carbono, a través del proceso natural de la fotosíntesis.En esencia la fotosíntesis es el único mecanismo de entrada de energía para la biosfera. El proceso global es una oxidación de agua, eliminación de electrones con liberación de oxigeno como subproducto, y una reducción de CO2 para formar compuestos orgánicos tales como los carbohidratos (Salisbury y Ross, 1994). El ciclo del carbono entre el suelo, atmósfera y los reservorios bióticos es mediado por la fotosíntesis y la respiración (Lal, 2001). Las plantas superiores adquieren el bióxido de carbono atmosférico por difusión a través de los estomas, es transportado a los sitios donde se realiza la fotosíntesis para convertirlos en carbohidratos; la otra parte regresa a la atmósfera por medio de la respiración (Jaramillo, 2004).
La biomasa es el importe global de materia orgánica que está sobre la tierra en los árboles, expresada como las toneladas de materia-seca por unidad de área (Brown, 1997). Por consiguiente, representa la cantidad potencial de carbono que puede agregarse a la atmósfera como anhídrido carbónico, cuando el bosque se desforesta o se quema.
La evaluación de la biomasa de los bosques proporciona estimaciones de los almacenes del carbono en la vegetación, dado que aproximadamente 50% de esta es carbono (IPCC, 1996; Brown, 1997). Sin embargo, diferentes estudios denotan la variabilidad de su contenido en la biomasa aérea, en función de la especie y el tejido del árbol (Gayoso y Guerra, 2005; Yerena et al., 2012a; Yerena et al., 2012b); por ejemplo, algunos autores citan un intervalo de 45 a 50% de su peso seco (Houghton et al., 1999); mientras que otros diferencian entre maderas blandas 52.1% y maderas duras 49.1% (Birdsey y Heath, 2001).
En el presente trabajo se destaca la importancia de estimar la concentración de carbono total por unidad de biomasa base peso seco, en los diferentes componentes aéreos de las especies representativas del bosque de pino – encino en la Sierra Madre Oriental; además se determina la concentración promedio por taxon y, por grupo de especies, ya que es un elemento que contribuye de manera confiable sobre el cálculo del carbono almacenado en los ecosistemas forestales. Este tipo de investigaciones permitirán determinar de manera más precisa las densidades de carbono asociadas a las distintas clases de vegetación (Ordóñez y Masera, 2001).
MATERIALES Y MÉTODOS
El área de estudio se ubica en la provincia fisiográfica Sierra Madre Oriental y subprovincia Gran Sierra Plegada (INEGI, 1986), en el Bosque-Escuela de la Universidad Autónoma de Nuevo León, con una superficie de 1 008 ha; ubicada a 50 km al sur-oeste de la ciudad de Linares, Nuevo León, México. Geográficamente está situada en las coordenadas 24° 43’ 00’’ de latitud norte y en los 99° 52’ 00’’ de longitud oeste, con una altura sobre el nivel del mar de 1 600 m. El tipo de suelo predominante pertenece a la clase Kastañozem cálcico, de textura limosa en el suelo superficial y arcillo limosa en el subsuelo, con altos concentraciones de nutrimentos minerales: K, Fe, Mn y Cu y bajos de Zn y P. El pH es moderadamente alcalino de 7.5 a 8.5, con reducidos contenidos de materia orgánica y de nitrógeno. El tipo de clima que caracteriza al área es C (w0), templado subhúmedo con lluvias en verano; con temperatura y precipitación promedio anual de 13.9 °C y 639 mm, respectivamente.
Las especies que se consideraron corresponden a las determinadas por Jiménez et al. (2001), quienes consignaron como representativas de este tipo de ecosistema a Pinus pseudostrobus Lindl., Juniperus flaccida Schltdl., Quercus rysophylla Weath., Quercus canbyi Trel., Quercus laceyi Small y Arbutus xalapensis HBK., en función de su abundancia, dominancia y frecuencia.
Para analizar la concentración de carbono total en la biomasa aérea por componente: hojas, ramas, corteza y fuste, y por especie se adoptó la metodología aplicada por Gayoso (2001). Se hizo un muestreo por individuo de las categorías diamétricas de 5 cm a 40 cm para Pinus pseudostrobus, Juniperus flaccida, Q. rysophylla y Q. canbyi; hasta las categorías de 35 y 20 cm para Q. laceyi y Arbutus xalapensis, respectivamente. Así se conformaron dos grupos: 16 árboles para las coníferas y 27 para las latifoliadas (Cuadro1).
]]> Seleccionado el árbol en la respectiva categoría diamétrica se procedió a su derribo y se dividió en sus distintos componentes: corteza, hojas, ramas y fuste. La recolecta de las muestras se efectuó de la siguiente manera: hojas, se tomó la muestra en cada uno de los cuatro puntos cardinales de la copa, se empaquetó en una bolsa de papel y se identificó la especie y categoría diamétrica; ramas, se tomaron discos de 1 cm de espesor máximo en los cuatro puntos cardinales de la copa, se etiquetaron con la misma nomenclatura utilizada para las hojas; fuste, se seleccionaron las muestras de madera de la sección radial a 1.30 m, de 1 cm de espesor; corteza, se recolectó una porción en cada lugar que se tomó la muestra de madera del fuste.Las muestras se pesaron individualmente y se colocaron en una estufa de secado VWR modelo 1305U a 105 °C, hasta obtener un peso constante; en seguida, se fragmentaron en un molino pulverizador Fritsch modelo pulverisette 2, para dejarlas en fracciones menores de 10 µ, que fueron depositadas en bolsas de plástico, previa identificación.
La concentración de carbono total se obtuvo con un equipo Solids TOC Analyzer modelo 1020A de O·l·Analytical, que analiza muestras sólidas mediante combustión completa, a una temperatura de 900 °C; los gases resultantes son medidos a través de un detector de infrarrojo no dispersivo que contabiliza las moléculas de carbono contenidas en ellos.
El análisis de los datos de laboratorio se llevó a cabo con el programa estadístico Statistica Advanced. Para determinar si existían diferencias significativas entre los componentes de la biomasa aérea de las especies y determinar la interacción entre los tratamientos, se establecieron dos factores (tratamientos): especies y componentes, y dentro del factor especies seis niveles: Pinus pseudostrobus, Juniperus flaccida, Quercus rysophylla, Q. canbyi, Q. laceyi y Arbutus xalapensis; para el factor componente se definieron cuatro: fuste, ramas, hojas y corteza. Se analizó un diseño experimental factorial 6 x 4, con 24 interacciones de tratamientos.
De esta manera, para determinar, si existen diferencias significativas en la concentración de carbono entre los componentes de la biomasa aérea de las especies y si este es independiente o no de los taxa se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) con un nivel de significancia de α= 0.05 (Steel y Torrie, 1988) para el diseño factorial 6 x 4.
Si resultaba significancia en las pruebas para especies y para los componentes, se hizo un ANOVA (α= 0.05) completamente aleatorio para cada tratamiento, cuando hubo significancia en este último se procedió a efectuar un análisis de comparación de medias a través de la prueba de Tukey (α= 0.05) (Steel y Torrie, 1988). Por otra parte, se realizó un ANOVA factorial para conocer la presencia de diferencias significativas entre los componentes del los grupos, así como entre coníferas y latifoliadas, en los que se determinaron dos factores: el grupo de especies con dos niveles, coníferas y latifoliadas; y los componentes de la biomasa aérea de cada conjunto de especies con cuatro niveles, corteza, hojas, ramas y fuste; de tal manera que el total de interacciones fue ocho (2 x 4).
Si se observaba significancia entre los diferentes niveles de los factores, componentes de los grupos y grupos de especies, se procedió a realizar un ANOVA completamente aleatorio para componentes, estableciéndose como tratamientos los ocho elementos de los dos grupos de taxa: cuatro para coníferas. Cuando hubo significancia, se aplicó la prueba de comparación de medias (Tukey α= 0.05). Para el caso del grupo de especies se efectuó una comparación de medias con una prueba de "t" (α= 0.05), dado que solo se tuvieron dos grupos de medias: concentración de carbono de coníferas y de latifoliadas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Concentración de carbono total entre especies y componentes
]]> La prueba de significancia de la interacción entre los diferentes niveles de los factores componentes y especies demostró una interacción altamente significativa (Pr > 5.38-14); es decir, que la concentración de carbono total en los componentes de la biomasa aérea depende de la especie.
Concentración de carbono total por especie
Con el análisis factorial se determinó la existencia de diferencias altamente significativas entre las especies (Pr> 1.11-15); por lo que se procedió a realizar el análisis de varianza bajo el diseño completamente aleatorio para carbono total por especie, que también evidenció diferencias altamente significativas entre el carbono total de la biomasa de los taxa (Pr > 40-08). La prueba de comparación de medias Tukey (α= 0.05) mostró que la concentración de carbono total en la agrupación integrada por Quercus spp, eran estadísticamente diferentes con valores inferiores a los de la agrupación Pinus pseudostrobus, Juniperus flaccida y Arbutus xalapensis; sin embargo, hay un grupo con valores intermedios entre estos dos extremos, en el que se mezcla una confiera con latifoliadas: Quercus canbyi, P. pseudostrobus y A. xalapensis (Cuadro 2).
El promedio de carbono total estimado para Pinus pseudostrobus fue 50.35%, similar al que Gutiérrez y Lopera (2001) registraron para Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. en Colombia, 51.2%; al igual que el determinado para Pinus greggii (51%) en el estado de Hidalgo por Pacheco et al. (2007); este último bajo el mismo procedimiento utilizado en el presente trabajo. Por otra parte, la concentración de carbono total obtenida para las especies de género Quercus resultaron más bajas que los citados por Silva (2006) y López (2006), quienes consignan un valor de 54%.
Concentración de carbono total por componente y especie
El análisis de varianza (α= 0.05) evidenció diferencias altamente significativas (P r > 0.00) entre las medias de los componentes. La prueba de comparación de medias Tukey (α= 0.05) definió que la corteza del grupo integrado por Quercus laceyi, Q. rysophylla y Arbutus xalapensis, es estadísticamente diferente y con valores inferiores 43.65, 44.43 y 47.32%, respectivamente, al de los componentes de las otras especies; sin embargo, la corteza de Arbutus xalapensis, fue estadísticamente igual a otro más amplio con una concentración de carbono total de la biomasa que varió desde 47.32 hasta 51.31%; en contraparte, sus hojas resultaron estadísticamente a este último, ya que presentó el porcentaje más alto de todos los componentes de las especies, 55.05% (Cuadro 3).
]]> Un aspecto interesante e importante a destacar es que Arbutus xalapensis tuvo los valores extremos, dado que el componente corteza forma parte del grupo de concentraciones más bajas con 47.32%; mientras que el componente hojas tuvo la más alta, 55.05% (Cuadro 3).Los valores del componte hojas fueron estadísticamente similares en todas las especies, a excepción de Arbutus xalapensis; los componentes ramas y fuste tuvieron una relación muy estrecha en cada uno de los taxa, ya que muestran la misma tendencia (Cuadro 3).
Además se observó que hay un amplio intervalo de variación de la concentración de carbono total entre los componentes de las especies: desde 43.65% en la corteza de Q. laceyi hasta 55.05% en las hojas de A. xalapensis, lo que significó 11.39 puntos porcentuales; mientras que Gayoso (2005) documenta una diferenciación más grande en la concentración de carbono orgánico en 16 taxa de bosques nativos en Chile, de 13.45%; el componente con menor concentración fue la corteza de Dasyphyllum diacanthoides (Less.) Cabr. (34.86%) y el de mayor las hojas de Drimys winteri J. R. et G. Forster (48.31%).
Concentración de carbono total por grupo de especies
Con el análisis factorial se determinó significancia en los niveles del factor grupo de especies (Pr > 5.41-09); así como en los componentes de los grupos de especies (Pr > 6.03-06). La interacción entre los niveles de los factores resultó altamente significativa (Pr > 4.55-12).
El análisis de comparación de grupos de medias con la prueba de "t" (α= 0.05), mostró diferencias altamente significativas (Pr > t 4.36-06) entre la concentración de carbono total de la biomasa de los grupos de coníferas y latifoliadas, con valores de 50.76 y 48.85%, respectivamente. Resultados que coinciden con los de Gutiérrez y Lopera (2001) para coníferas (50 a 53%) y para latifoliadas (47 a 50%). Sin embargo, comparativamente con los estudios realizados por Silva (2006) y López (2006) en el norte de México, la concentración de carbono total de este estudio es menor al citado por dichos autores para las conífieras, 56 y 54% respectivamente, así como para el género Quercus (54%).
El promedio general de la concentración de carbono total en la biomasa aérea de las especies del bosque de pino-encino fue de 49.56%, cifra muy cercana al 50% de carbono citado por diversos autores (IPCC, 1996; Brown, 1997; Birdsey y Heath, 2001) para convertir la biomasa de los bosques en carbono almacenado.
Concentración de carbono total por componentes de los grupos de especies
]]> El ANOVA bajo el diseño experimental completamente aleatorio (con un nivel de significancia de α= 0.05) demostró diferencias altamente significativas (Pr > 0.00). El análisis de comparación de medias Tukey (α= 0.05) determinó que la corteza de las latifoliadas es estadísticamente diferente al resto de los componentes, mientras que las ramas y los fustes, tanto de coníferas como de latifoliadas, son estadísticamente iguales con concentraciones que van de 48.75 a 50.40%, a su vez las hojas de coníferas son estadísticamente diferente a la corteza y ramas de latifoliadas con un valor superior a estos (50.81%); las ramas, fuste, hojas y corteza de coníferas y hojas de latifoliadas son estadísticamente iguales entre sí, pero diferentes, con porcentajes superiores, a la corteza de las latifoliadas, el intervalo del último grupo fue de 49.94 a 51.91 % (Cuadro 4).Otro aspecto importante a destacar es que el componente corteza de las latifoliadas presentó el menor valor, y de manera inversa se comportó en las coníferas; lo que evidencia la razón del alto nivel de significancia entre la interacción de los factores componentes y especies; en otras palabras, la concentración de carbono total en los componentes depende de la especie o grupo de especies.
Concentración de carbono total entre los componentes de las coníferas
El ANOVA factorial determinó que solo hay significancia entre los niveles del factor componentes (Pr > 0.012206), y que no la hay en la interacción de los factores (Pr > 0.234963). Por lo tanto, el ANOVA bajo el diseño completamente aleatorio resultó en diferencias significativas entre los componentes de las especies (Pr > 0.011786). La prueba de comparación de medias Tukey (α= 0.05) estableció que las diferencias se observan entre los componentes fuste de Pinus pseudostrobus y la corteza de Juniperus flaccida, con 49.23 y 51.99%, respectivamente (Cuadro 5).
Concentración de carbono total entre los componentes de las latifoliadas
Con el ANOVA factorial se obtuvieron diferencias altamente significativas entre los niveles del factor especies (Pr > 3.25-08), en los del factor componentes (Pr > 0.00) en la interacción de los factores (Pr > 1.22-03). Por lo tanto, el ANOVA bajo el diseño completamente aleatorio demostró la existencia de diferencias altamente significativas entre los componentes de estas especies (Pr > 0.00). La prueba de comparación de medias Tukey (α= 0.05) mostró que el componente corteza de Quercus laceyi, es estadísticamente diferente con un porcentaje inferior al resto, a excepto de la corteza de Quercus rysophylla, ya que presentó un valor similar; mientras que las ramas, fuste y hojas de Arbutus xalapensis se agruparon como los de mayor concentración de carbono total (Cuadro 6).
CONCLUSIONES
La concentración de carbono total en la biomasa aérea en las especies representativas del ecosistema bosque de pino – encino varió de 47.98% en Quercus rysophylla a 51.18% en Juniperus flaccida. El porcentaje en Quercus rysophylla y Quercus laceyi es diferente al de las coníferas Pinus pseudostrobus y Juniperus flaccida, además al de Arbutus xalapensis; mientras que Quercus canbyi es similar al de las otras dos especies de Quercus citadas anteriormente; es semejante al de Pinus pseudostrobus y Arbutus xalapensis; con un intervalo de variación entre las especies del orden de tres puntos porcentuales.
]]> En los componentes de las coníferas, la concentración de carbono de la biomasa en las ramas es diferente al resto; y en las latifoliadas, las ramas y el fuste son semejantes. La corteza en las coníferas presenta el valor más alto; en cambio en las latifoliadas se comporta de manera inversa; es decir, es el menor. Los porcentajes en fuste y ramas en cada una de las especies son similares; también para grupos de especies. Es decir, ramas y fuste de coníferas son parecidas a las ramas y fuste de latifoliadas. La concentración de carbono total para las coníferas es de 50.76% y 48.85% para latifoliadas.A pesar de que la concentración de carbono en la biomasa aérea entre los grupos de especies presentes en el área de estudio coinciden con los intervalos citados por algunos autores; analizándola de forma individual hubo una especie de latifoliada, Arbutus xalapensis, que se integró dentro de las coníferas; por lo tanto, generalizar la concentración de carbono total podría proporcionar subestimación o sobrestimación del carbono capturado en los ecosistemas forestales.
AGRADECIMIENTOS
Al Programa de Apoyo a la Investigación Científica y Tecnológica (PAICYT-UANL), por su aportación financiera para llevar a cabo este estudio científico.
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