Dendrocronopirología: análisis de la evidencia morfológica de incendios forestales

Dendrochronopyrology: analysis of the morphological evidence of forest fires

Diana Yemilet Ávila Flores¹, Marco Aurelio González Tagle², Javier Jiménez Pérez², Oscar Alberto Aguirre Calderón², Eduardo Javier Treviño Garza² y Benedicto Vargas Larreta³

¹ Campo Experimental Saltillo. CIR-Norte Centro. INIFAP. Correo-e: dyemilet@gmail.com.

³ Instituto Tecnológico Forestal, El Salto, Durango.

Fecha de recepción: 25 de octubre de 2012;
Fecha de aceptación: 18 de septiembre de 2013.

RESUMEN

El régimen de incendios es una importante fuerza evolutiva que modifica la estructura y favorece la adaptación de algunos ecosistemas al fuego. En la última década el número de estudios enfocados a la reconstrucción histórica de la ocurrencia de incendios alrededor del mundo se ha incrementado. En el presente trabajo se hace una descripción de la aplicación de los métodos dendrocronológicos para la reconstrucción y análisis de los regímenes ecológicos de fuego, así como de su implicación en el manejo de los recursos forestales. Entre las técnicas conocidas figuran el análisis de carbón en sedimentos de lagos, la estructura de edades, y la teledetección. Sin embargo, una de las más empleadas es el análisis de las cicatrices de fuego en los árboles, las cuales se forman cuando el calor es demasiado intenso, o bien tiene un tiempo de residencia muy largo, suficiente como para penetrar la corteza y matar parte del cambium. Mediante su aplicación es factible reconocer el historial del siniestro en los bosques, a partir de la evidencia plasmada en los anillos de crecimiento. Esta opción provee bases sustentadas útiles para el diseño y desarrollo de estrategias de manejo integral del fuego, las que deben ser consideradas como una pieza fundamental en los programas de restauración y protección de los ecosistemas.

Palabras clave: Anillos de crecimiento, cicatrices de fuego en los árboles, cronología maestra de incendios, dendrocronología, gráfico de crecimiento, régimen de fuego.

Fire regime is an important evolutionary force that modifies the structure and promotes the adaptation of some ecosystems to fire. In the last decade a good number of studies focused on the historical reconstruction of wildfires around the world. In this paper a description of the application of dendrochronological methods for reconstruction and analysis of ecological fire regimes is made, as well as their involvement in the management of forest resources. Among the known techniques are the analysis of coal in lake sediments, age structures and remote sensing. However, one of the most regularly used is the analysis of fire scars on trees, which are formed when heat is very intense, or when it has a very long residence time, which is enough as to penetrate the bark and kill part of the cambium. By its application it is feasible to recognize the history of the fire in the woods, from the evidence reflected in the growth rings. This technique provides a useful sustained basis for the design and development of strategies for integrated fire management, which should be considered as a fundamental part of restoration programs and ecosystem protection.

Key words: Growth rings, fire scars on trees, master fire chronology, dendrochronology, growth chart, fire regime.

Varios de los principales biomas del mundo incluyen ecosistemas dependientes del fuego, al menos en lo que respecta a la producción de biomasa, cobertura arbórea y composición de especies (Bond et al., 2004). Lo que implica que sean inflamables y con ello, el régimen de incendios resultante se convierte en una importante fuerza evolutiva que modifica su estructura y genera ecosistemas adaptados a esos disturbio (Caldaro, 2002; Bond y Keeley, 2005).

De esta manera, un régimen de fuego puede ser considerado como una síntesis de la ocurrencia de incendios, de su comportamiento y de sus efectos dentro de un área en particular a lo largo del tiempo, y que incluye parámetros específicos tales como la frecuencia, extensión, época de ocurrencia, tipo de incendio, severidad e intensidad (Kaufmann et al., 2006; Lloret, 2004).

Actualmente, los científicos y los silvicultores están cada vez más conscientes del papel ecológico del fuego y de la necesidad de entender su relación con las prácticas de manejo, a fin de proteger a los ecosistemas y preservar su biodiversidad presente (Bergeron et al., 2002; González et al., 2007).

En este contexto, en la última década, el número de estudios enfocados a la reconstrucción histórica de la ocurrencia de incendios alrededor del mundo se ha incrementado. El propósito es entender la relación clima-fuego-vegetación, y las interacciones antropogénicas involucradas (Heyerdahl y Card, 2000; Scott et al., 2000; González, 2005; Touchan et al., 2012). Dichas investigaciones destacan la importancia de las reconstrucciones de los patrones históricos de ocurrencia de incendios forestales y señalan que la generación de conocimientos específicos sobre el disturbio producido por el fuego y sus efectos ecológicos son esenciales para el desarrollo de estrategias de manejo de este factor, que permitan su integración en programas silvícolas, de restauración y políticas de protección de los recursos naturales (Rodríguez y Fulé, 2003; Gauthier et al., 2004; Stephens y Ruth, 2005; González et al., 2008; Marques et al., 2011).

Las técnicas dendrocronológicas han sido las más empleadas para identificar, datar y describir la incidencia histórica del fuego en los bosques. Comprende la búsqueda de cicatrices en los fustes de los árboles y, de manera particular, el análisis de su huella en los anillos de crecimiento (McBride, 1983; González et al., 2008; Stephens et al., 2003; Schoennagel et al., 2011). Así, la dendrocronopirología se especializa en el datado de anillos de crecimiento de los árboles para estudiar el pasado y presente de los regímenes de incendios (Cerano et al., 2009).

Los métodos dendrocronológicos para la reconstrucción del historial de incendios tiene ventajas de aplicación sobre otros, debido a la practicidad en la obtención de muestras y en la realización de análisis, además de que puede ser complementada con datos de registros documentales y de sedimentos en suelos (Conedera et al., 2009).

La firma del fuego: evidencia morfológica

La primera evidencia para la creación de un régimen o historia de fuego de un ecosistema específico es la ocurrencia de incendios, la cual es posible determinar a partir de plantas que parecen haber germinado después de un evento de ese tipo, de restos de carbón o de las cicatrices de quemaduras en los árboles (Agee, 1993). Las últimas son la mejor opción para el uso de métodos dendrocronológicos a efecto de realizar su reconstrucción histórica.

Las cicatrices se forman cuando el fuego es demasiado intenso o cuando tiene un tiempo de residencia muy largo, suficiente como para penetrar la corteza y matar parte del cambium. Si el árbol sobrevive, cada año posterior a la creación de la primera cicatriz, el cambium vivo adyacente se expande lentamente sobre la superficie de la cicatriz y, finalmente, la encierra mediante el proceso de crecimiento (Figura 1). De esta manera, en el anillo de crecimiento anual quedará registrado el incendio, por lo que es factible conocer el año en el que fue afectado. En los árboles son identificadas con facilidad, ya que suelen ser triangulares y se extienden a la base del árbol; se les observa, igualmente, en individuos adyacentes, aun en el mismo año del siniestro y, por lo general, se les asocia con la presencia de carbón en la albura expuesta en la corteza (Agee, 1993).

Reconstrucción de un régimen de fuego

La selección del área para la reconstrucción de un régimen de fuego es el primer punto a considerar para tal fin. Uno de los principales aspectos a tener en cuenta es la cantidad de cicatrices de fuego exhibidas por el arbolado (Cerano et al., 2009). También es importante que las áreas presenten el menor grado de disturbio posible. No obstante, en muchos casos algunos terrenos que están sujetos a aprovechamientos maderables tienen un gran potencial para la toma de muestras, debido a que muchos de los individuos con una cicatriz de fuego se cortan por encima del nivel de esta marca, lo que convierte a los tocones en excelentes registros de incendios (Cerano et al., 2009).

El material se prepara para el análisis dendrocronológico, lo cual consiste en el secado bajo sombra y a la intemperie. Las virutas se pulen para destacar las estructuras de los anillos de crecimiento y apreciar con mayor claridad la ubicación de la cicatriz de incendio (Cerano et al., 2009). Concluido lo anterior, se realiza la datación o fechado exacto de la formación de los anillos de crecimiento anual, mediante la aplicación de técnicas convencionales (Stokes y Smiley, 1968). El datado se facilita cuando las muestras provienen de árboles vivos, ya que es una secuencia que está anclada en el tiempo; es decir, el anillo más cercano a la corteza corresponde al último año de crecimiento. De esta manera se retrocede en la secuencia de anillos y se asigna a cada uno de ellos el año en el cual se formó (Gutiérrez, 2008).

Para el material de ejemplares muertos se hacen gráficos de crecimiento conocidos como skeleton plots (Figura 3a) que representan los patrones de crecimiento de los anillos, los cuales se comparan con un gráfico maestro (cronología creada a partir del fechado y medición de núcleos de incremento de árboles vivos) (Figura 3b), para contrastar patrones de crecimiento entre ambos; así se obtiene su fechado y se genera la cronología de incendios (Constante et al., 2009; Cerano et al., 2009).

A continuación se identifica la estacionalidad o época del año en la que ocurrió el siniestro, a partir de la posición relativa de cada cicatriz de fuego dentro del anillo de crecimiento anual (Figura 4); por ejemplo, en qué estación (primavera o verano) se formó. Por lo general, se categoriza con base en el método de Grissino-Mayer (2001) (Cuadro 1).

Análisis del régimen de incendios

Con los datos derivados del análisis dendrocronológico se procede a la reconstrucción y análisis estadístico del régimen de fuego. El programa de cómputo más empleado es el FHX2 (Grissino-Mayer, 2001), creado para analizar la historia de incendios en ecosistemas forestales a partir de los datos de cicatrices de fuego registradas en los anillos de crecimiento anual de los árboles. Varios módulos integran el sistema FHX2, pues incluye rutinas que proporcionan descripciones estadísticas y análisis de datos; además genera representaciones gráficas del historial de incendios, lo que facilita su interpretación (Grissino-Mayer, 2001).

Los análisis estadísticos y gráficos del programa requieren el ingreso de diversos datos: identificador de muestra, año inicial y final, número de cicatrices, año(s) con registro de incendio y posición de cicatriz. El gráfico de la historia de fuego se compone de líneas horizontales que representan los árboles individuales de la muestra para un sitio determinado, y sobre las cuales los símbolos verticales son los incendios que se han fechado al año exacto de su ocurrencia (Figura 5). Al considerar todas las muestras, incluso aquellas con una sola cicatriz, los años en los cuales se verificaron los incendios se indican sobre el primer eje inferior de X y el segundo eje inferior de X señala la extensión en el tiempo del estudio.

En el análisis estadístico de los descriptores correspondiente a los intervalos de retorno del fuego se aplica la distribución Weibull, pues proporciona una medida menos sesgada de tendencia central que el intervalo medio de fuego tradicional. Los estadísticos evaluados son frecuencia de incendios (número de incendios por periodo), índice de cicatrices de fuego (número de árboles cicatrizados/número de árboles muestreados x 100), intervalos medios de probabilidad de Weibull (WMPI), intervalos de fuego máximos y mínimos, y desviación estándar de los intervalos de fuego. Se consideran lapsos de 10, 25 ó 50 años, y ayudan a identificar las posibles razones para los cambios en la frecuencia de incendios. Los mismos métodos pueden llevarse a cabo en términos espaciales, para determinar si los regímenes de incendios difieren entre dos o más sitios.

También es posible identificar los años en los que ocurrieron siniestros, especialmente fuertes. Para ello, se asume que altos porcentajes de muestras con registro de incendio, para un año en particular, fueron eventos con impactos significativos para el área, en comparación con aquellos que tuvieron valores porcentuales inferiores. Lo anterior se obtiene mediante la aplicación de filtros a 10 y 25% de virutas con registro de incendio para cualquier año (Grissino-Mayer, 2001), para ello se incluyen varios componentes: 1) número mínimo de muestras, 2) porcentaje mínimo de muestras cicatrizadas en cualquier año, y 3) número mínimo de muestras cicatrizadas. De esta manera, se asume que aquellos años con registro de incendio y bajo porcentaje de presencia de cicatrices en el total de las muestras fueron incendios menos severos. La cicatriz es el resultado del tiempo de residencia del fuego y la intensidad calórica, lo que aumenta la huella por influencia de efectos locales de topografía, condiciones atmosféricas o disturbios relacionados con actividades humanas. Grissino-Mayer (2001) y Swetnam y Baisan (2003) infieren que años con altos porcentajes de cicatrices en el total de las muestras constituyen tamaños de superficie de mayor cobertura.

En la Figura 6 se aprecian los resultados para una fácil interpretación. El valor de 1 en el eje de las Y representa el valor promedio del clima; cuando sus valores de años previos al incendio superan la media, se interpretan como húmedos y, en caso contrario, si son menores a la media indican condiciones secas. El año (0) sobre el eje de las X se refiere a la ocurrencia del incendio, los valores negativos a los años anteriores al mismo; y los positivos son los dos años posteriores a la ocurrencia del incendio.

En general, la información derivada de estos análisis hace posible evaluar y relacionar la frecuencia de incendios con los factores que influyen en su existencia, lo que proporciona elementos que facilitan la toma de decisiones y ejecución de programas de manejo y prevención de incendios (Cerano et al., 2009).

Aplicaciones para el manejo: reconstrucción de regímenes de fuego

Históricamente, el fuego ha formado parte de la evolución de la mayoría de los ecosistemas terrestres (Bowman et al., 2009). No obstante, los humanos han alterado los regímenes de fuego desde sus inicios y las últimas décadas se han caracterizado por vertiginosos cambios en ellos, como consecuencia de las variaciones significativas en la población, en particular con respecto a su crecimiento, factores socioeconómicos y el manejo de tierras (Pausas y Keeley, 2009). Algunos cambios han llevado al desarrollo de investigaciones sobre la ecología del fuego, las cuales no solo han propiciado estrategias de manejo y uso del fuego en la prevención y combate de incendios, sino que también han servido para aceptar a este factor como un proceso ecológico e integrarlo en programas de restauración y conservación ambiental (Conedera et al., 2009).

En este contexto, una de las técnicas que ha contribuido significativamente al entendimiento del papel del fuego en los ecosistemas es la dendrocronopirología, que destaca la importancia de la reconstrucción del historial de incendios como una valiosa fuente de información para la caracterización y estudio de las variables que componen un régimen de fuego. Con ella es factible relacionar las variables ecológicas que influyen en el comportamiento del fuego y su repercusión en los ecosistemas (Touchan y Hughes, 2000; Grissino-Mayer, 2005).

Los estudios de Williams y Baker (2012), al respecto, parten de la hipótesis de que los incendios actuales se comportan de manera diferente a cualquier otra época en la historia y su principal objetivo consiste en determinar las causas que han originado las modificaciones en su comportamiento, y estimar sus consecuencias ecológicas. Sus resultados evidencian que las principales causas de cambio en la frecuencia y severidad de los incendios se deben, principalmente, a los cambios de uso de suelo, desarrollo de infraestructura, políticas de supresión y variaciones de temperatura y precipitación asociadas al cambio climático. Lo que ha derivado en alteraciones significativas en los patrones y procesos de los ecosistemas, en la estructura y composición, así como en la resiliencia de los mismos (Heyerdahl y Alvarado, 2003; Brown et al., 2008; Nowacki y Abrams, 2008; González et al., 2008; Rodríguez, 2008; Brown, 2010; Yocom et al., 2010; Fulé et al., 2011; Williams y Baker, 2012).

Las variaciones en los componentes de los regímenes de fuego, actualmente, son definidas con base en el nivel de cambio de cada uno de los atributos clave que lo integran (frecuencia, intensidad, severidad, estacionalidad, extensión) (TNC, 2004). Por lo que, ahora, el concepto de régimen de fuego es una descripción del papel ecológico que este tiene en los ecosistemas (Bond y Keeley, 2005).

La comprensión de los regímenes de fuego posibilita conocer y entender los patrones y procesos ecológicos, ya que la distribución, diversidad, estructura y composición de los ecosistemas no solo están determinados por el clima y el suelo, sino también por los regímenes históricos de los disturbios (TNC, 2004; Bond y Keeley, 2005; González, 2005). Es por ello, que la variabilidad en el régimen de los incendios forestales debe ser considerada como aspecto clave en los programas de manejo de fuego, por su impacto en la conservación y estabilidad ambiental (Fulé et al., 2005; Fulé et al., 2011; Touchan et al., 2012). Por consiguiente, el uso responsable del fuego no solo requiere del entendimiento del operador en cómo aplicar esta herramienta para alcanzar objetivos de manejo, sino también en reconocer los efectos secundarios que produce (Moser y Wade, 2005).

La aplicación de las técnicas dendrocronológicas en el estudio de disturbios asociados con el fuego brinda la posibilidad de conocer la dinámica sucesional de los ecosistemas, con una perspectiva sobre los procesos evolutivos, y proporciona elementos para el desarrollo de estrategias eficaces de manejo y conservación. Por tal motivo, el conocimiento de los cambios en los regímenes de fuego en los ecosistemas trasciende como un punto importante al considerar los programas de las agencias encargadas del manejo y administración de los recursos naturales.

En México, las políticas públicas han comenzado a incluir este tema para la elaboración de los programas de manejo; un ejemplo es la Estrategia Nacional de Manejo del Fuego de la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (Conanp, 2011). Sin embargo aún hace falta desarrollar estudios sobre los efectos del fuego en los ecosistemas del país.

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