Efecto de la recurrencia de incendios forestales en la diversidad arbórea

Effect of the recurrence of forest fires on tree diversity

Agustín Gallegos Rodríguez¹, Gerardo Alberto González Cueva¹, Ramón Gerardo Cabrera Orozco², Columba Marcelli Sánchez³ y Efrén Hernández Álvarez¹

¹ Departamento de Producción Forestal, CUCBA. Universidad de Guadalajara.

³ CUCBA, Universidad de Guadalajara. Correo-e: ag_60@yahoo.com.mx

Fecha de recepción: 25 de abril de 2014;
Fecha de aceptación: 10 de junio de 2014.

RESUMEN

Los incendios forestales son un fenómeno natural y que han estado presentes en la mayoría de los ecosistemas terrestres. El bosque La Primavera ha sido afectado con frecuencia por el fuego desde hace varias décadas y el conocimiento de los beneficios o daños que este genera en la adaptación de las especies aún es incipiente. El presente trabajo evaluó la recurrencia espacio-temporal de los incendios forestales y su efecto sobre la diversidad arbórea en el bosque La Primavera. Con técnicas de geoprocesamiento se sobrepusieron las capas de los incendios del período de 1998 al 2012. De acuerdo a la recurrencia de incendios en la misma superficie, se definieron tres categorías; 1^a. Mayor con tres incendios, 2^a. Media dos y 3^a. Baja uno. Se establecieron sitios de muestreo permanentes al azar 1 000 m². Se aplicaron los índices de similitud de Sorensen y Jaccard para medir la diversidad arbórea (beta) y el de Shannon (alfa). Se generaron mapas con las tres categorías. Se identificaron seis polígonos con la incidencia de tres incendios que representan una superficie de 833 ha. La intersección de los incendios correspondiente a los años 1998-2005-2012 y 2000-2002-2005 son las de mayor superficie. La especie dominante fue Quercus resinosa, seguida de Pinus oocarpa. El índice de Sorensen indicó que todas las categorías son similares por más de 50 %; mientras que con el de Jaccard el valor fue de 40 %. La recurrencia de siniestros de gran magnitud en el área de estudio presentó periodos muy cortos (siete años).

Palabras clave: Espacio-temporal, fuego, incidencia, riqueza, Índice de valor de Importancia, Sistemas de Información Geográfica.

Forest fires are a natural phenomenon that has been present in most terrestrial ecosystems. The La Primavera forest has been frequently affected by fire through the last few decades, and knowledge of the benefits or damages that it generates in the adaptation of species is still incipient. This paper evaluates the spatio-temporal recurrence of forest fires and their effect on tree diversity in the La Primavera forest. Layers of the fires of the 1998-2012 period were superimposed according to their recurrence on the same surface using geoprocessing techniques, and three Fire Recurrence Classes were defined: High, with three fires; Moderate, with two, and Low, with one. Permanent sampling sites (1 000 m²) were randomly established. Sorensen's and Jaccard's Similarity Indexes were applied to measure the beta tree diversity, and Shannon's index, to measure the alpha tree diversity. Six polygons with an incidence of three fires representing a surface area of 833 has were identified. The intersection of fires that occurred during the 1998-2005-2012 and 2000-2002-2005 periods covered the largest surface. The dominant species was Quercus resinosa, followed by Pinus oocarpa. Sorensen's index indicated that all the categories are similar by over 50 %; while the value using Jaccard's similarity index was 40 %. The recurrence of forest fires of a large magnitude in the study occurred within very short periods (seven years).

Key words: Spatio-temporal, fire, incidence, richness, Importance Value Index, Geographic Information Systems.

INTRODUCCIÓN

Los incendios forestales, originados por causas naturales o antropogénicas son considerados como uno de los factores de perturbación ecológica y de transformación del paisaje de los ecosistemas terrestres tanto de México (Jardel et al, 2009), como del mundo (Pyne, 1996). Influyen en la composición, estructura, funcionamiento y dinámica de los ecosistemas forestales (Challenger, 1998), en donde constituyen un cambio temporal (Eberhardt et al., 2003), o recambio de especies provocado por el fuego (Lertzman y Fall, 1998; Frelich, 2008). Los incendios forman parte de la dinámica de los ecosistemas y son una herramienta ecológica de manejo (Jardel et al., 2009). Varios autores han indicado que muchos taxa vegetales se han adaptado a su presencia, unas son resistentes al mismo y otras, incluso, llegan a necesitarlos para su supervivencia (Zavala, 2000; Fundación Santander, 2008).

La Frecuencia de los incendios, su intensidad, y severidad determinan la magnitud de sus efectos sobre la vegetación y los procesos ecosistémicos (Elliott y Vose, 2010). Sin embargo, la baja intensidad a menudo tiene poco impacto en la composición de la comunidad de plantas y en su diversidad (Kuddes-Fischer y Arthur, 2002; Waldrop et al., 2008). Los regímenes de fuego en los bosques mixtos de Quercus-Pinus, en su mayoría corresponden a incendios superficiales (González et al, 2007); por lo tanto, y no dañan con la misma severidad que los de copa (Canizales et al., 2011), pero influyen directamente en la dinámica, el crecimiento, composición y con la diversificación de la estructura (Ávila et al, 2014).

Rodríguez (2006) clasificó los ecosistemas forestales de México en términos de su relación con las características del régimen del fuego en: a) dependientes del fuego, cuyas especies han evolucionado en presencia del fuego y es un proceso esencial para conservar la biodiversidad; b) sensibles al fuego, en los que la mayoría de las especies no han evolucionado en presencia del fuego; y c) independientes del fuego, el fuego juega un papel muy pequeño, y los ecosistemas son demasiados húmedos, fríos o secos para quemarse.

Se estima que en el país los incendios forestales afectan anualmente 220 000 ha (Jardel et al., 2010). En este sentido, el bosque La Primavera (bLP) no es la excepción, ya que ha sido afectado por incendios de gran magnitud desde hace décadas. Sin embargo, las interrogantes de cómo la incidencia reciente de incendios (número y superficie afectada por año, tipos de hábitat o vegetación impactados, por lo menos en años recientes y preferentemente en un período de varios años); y cuáles son las tendencias probables hacia el futuro en distintos escenarios (Jardel, 2009), así como sus efectos son, todavía, incipientes. Por lo anterior, el presente trabajo tuvo como objetivos evaluar la frecuencia de incendios forestales sobre la relación espacio- temporal y su efecto en la diversidad arbórea del bosque La Primavera.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

El bosque La Primavera (bLP) es el área boscosa más cercana a la Zona Metropolitana de Guadalajara, situado al poniente de la misma y con una extensión territorial de 36 229 ha, de las cuales 30 500 están bajo la categoría de Área de Protección de Flora y Fauna La Primavera (APFFLP), decretada por el gobierno federal el seis de marzo de 1980 (Conanp, 2000). Y a partir de 2006, se incorporó el APFFLP en la Red Mundial de Reservas de la Biosfera del MAB-UNESCO (Figura 1). Se localiza en la zona de confluencia de dos provincias florísticas, la Sierra Madre Occidental, Sierras Meridionales y el Eje Neovolcánico Transversal, entre las coordenadas extremas 103°28' a 103°42' de longitud oeste, y 20°32' a 20°44' de latitud norte (Curiel, 1985).

La fisiografía comprende un intervalo altitudinal de 1 320 a 2 260 m. Según la clasificación climática de Köppen, modificada por García (1973), el clima es del tipo Templado Subhúmedo C(w₂)(w) y Semicálido Subhúmedo (A)C(w₁)(w);con precipitaciones que fluctúa entre 900 y 1 000 mm; la temperatura máxima de 30 °C y mínima de 15° C (Curiel, 1985).

Se han identificado cinco tipos de vegetación; bosque de encino, el bosque de encino-pino, el bosque de pino, el bosque tropical caducifolio y la comunidad riparia. En ellas se han registrado 961 especies de plantas vasculares, que se distribuyen en 6 divisiones pertenecientes a 107 familias, 419 géneros, con dos especies endémicas: Mammillaria jaliscana (Britton & Rose) Boed. y Agave guadalajarana Trel. (Conanp, 2000).

De acuerdo a la clasificación de suelos de la FAO/UNESCO, las unidades son Regosol y Litosol; el Regosol conforma 92 % del área (Conanp, 2000). Los suelos del bLP están poco desarrollados, y exhiben características de suelos jóvenes derivados de cenizas volcánicas; están sueltos, son fácilmente erosionables y contienen poca materia orgánica (Curiel, 1985).

Se gestionó y obtuvo del Comité Técnico para La Administración del bosque La Primavera los datos vectoriales de los incendios registrados en el bLP para los años 1998 a 2012, excepto 2006, 2007, 2009, 2010 y 2011, que no fueron representativos por su baja superficie y magnitud. Con técnicas de geoprocesamiento (algebra boleana) del software Arcgis 9.3 se realizó la sobreposición de polígonos para determinar las Clases de Recurrencia de Incendios (CRI): baja (un incendio), media (dos) y alta (tres). Sobre estas capas se ubicaron los sitios de muestreo del inventario (Figura 2).

Análisis de la diversidad alfa y beta

Se establecieron 15 sitios de muestreo bajo la metodología de sitios permanentes de control de 1 000 m², según la metodología propuesta por Schmid-Haas et al. (1993) y Gallegos et al. (1998). Se ubicaron cinco sitios por CRI, con una distribución selectiva. Se tomaron los datos de especie, diámetro normal ≥10 cm, rumbo y azimut del punto central a cada árbol y altura (Figura 3).

La estructura se analizó con el Índice de Valor de Importancia (IVI), desarrollado por Curtis y McIntosh (1951) y aplicado para jerarquizar la dominancia de cada especie en rodales mezclados (Lamprecht, 1990; Corella et al. (2001); Olmo et al. (2005); Hernández et al., 2013) y se calculó de la siguiente manera:

IVI= Abundancia relativa + Dominancia relativa + Frecuencia relativa (1)

Donde:

El área basal (AB) de los árboles se obtuvo con la fórmula siguiente:

Donde:

]]> π = 3.1416
Dap = Diámetro a la atura de pecho (1.30 m)

Se aplicó un ANOVA con el programa Statgraphics centurión para determinar las diferencias estadísticas entre los promedios de área basal en las CRI.

Medidas de la diversidad de especies arbóreas

Para determinar qué tan homogéneas o heterogéneas fueron las clases de recurrencia de incendios, se calcularon los índices de diversidad (Magurran, 1988): Índice de riqueza específica (S), que se refiere al número total de especies presentes en cada sitio y el de Shannon-Wiener (H') (Moreno, 2001), que mide el grado promedio de incertidumbre para predecir la especie a la que pertenece un individuo tomado al azar dentro de cada CRI.

Donde:

H = Índice de diversidad

]]> P_i = Posibilidad de conjunción de elementos

ln p_i = logaritmo natural de P_i.

Por lo tanto, a mayor valor del índice de Shannon, la diversidad es más grande

A partir de los resultados en el Índice de Shannon se realizó un test, en el cual la hipótesis nula define que las diversidades de dos grupos diferentes son iguales. Para ello se utilizó el método (Hutcheson, 1970 ¡n Zar, 1999).

La similitud de especies arbóreas entre las Clases de Recurrencias de Incendios (CRI) se estimó con los índices de Jaccard y Soresen (Magurran, 1988).

Donde:

A = Número de especies presentes en el grupo a

b = Número de especies presentes en el grupo b

]]> c = Número de especies compartidas

Donde:

JN = Número de especies compartidas

a = Número de especies exclusivas de la comunidad a

b = Número de especies exclusivas de la comunidad b

Se determinó la similitud de las especies entre los CRI con el programa estadístico R, el cual emplea la fórmula de Jaccard y genera un dendrograma.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En los años 1998 a 2012 se quemaron 32 823 ha, en 10 siniestros, lo que representa, en promedio 3 282.3 ha por suceso. En 2005 y 2012 se registraron las aéreas más afectada con 26.5 % y 24.9 %, respetivamente; mientras que en 2003 solo se incendió 0.17 % de la superficie total del bLP (Cuadro 1).

La Figura 4 muestra la distribución espacial de los incendios forestales registrados en el bosque La Primavera.

En la CRI media, en la que se presentaron dos incendios en la misma superficie, se obtuvieron ocho polígonos, que suman 9 741 ha; en ella la máxima superficie incendiada fue 3 489 ha en los años 1998 y 2012, mientras que en 2000 y 2005 disminuyó a 2 792 ha (Figura 5).

La sobreposición de las capas de las CRI evidenciaron zonas en las que coincidieron hasta cinco incendios en una misma área, sin embargo por ser de extensión pequeña no se tomaron en cuenta para el análisis.

Los siniestros de mayor superficie registrados en el bLP (1998, 2005 y 2012) tienen una recurrencia de siete años. En bosques de España se citan 139 áreas de estudio quemadas una vez y 25, dos veces con intervalos de incendios cortos de 4 a 11 y de 6 a 16 años, respectivamente (Díaz, 2003). Jardel et al. (2010) indicaron un Intervalo de retorno de incendios de 35 años para bosques de pino encino. Para el bLP los registros de diferentes fuentes oficiales asentaron que la mayoría de los incendios fueron de tipo superficial y en menor proporción de copa. Por ello, la cobertura herbácea disminuye significativamente, en respuesta a las perturbaciones con intervalos cortos (Moreno y Oechel, 1995 in Díaz, 2003). No obstante, algunas especies arbóreas son resistentes a los incendios superficiales y presentan buena regeneración (Zavala, 2000; Madrigal et al. 2005; Jardel, 2010).

Índice de Valor de Importancia

Se midieron nueve especies con 213 árboles y 28.4 m² de área basal, en promedio por hectárea. Las dominantes fueron Quercus resinosa Liebm. y Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl.

Respecto al análisis del efecto de la recurrencia de incendios en la masa arbórea se observó que la riqueza de especies es mayor (seis) en la CRI alta, mientras que la CRI media solo fue de 4; Olmo et al. (2005) obtuvieron valores de este parámetro en lugares con y sin incendios de siete y seis, respectivamente. Estos se asemejan a los que se registraron en el bosque La Primavera.

La especie ecológicamente más importante en los tres CRI fue Q. resinosa, con un IVI de 151. 69, 141. 57, 180. 72, respectivamente; seguida de P. oocarpa con los valores 90. 69, 95. 1 7, 75. 40 (Cuadro 2). Q. resinosa en dos CRI tuvo IVI superiores a 50 %. Resultados semejantes consignó Gallegos (1997), en el bLP, a Q. resinosa con valores más altos de IVI, seguido de P. oocarpa.

Con base en la variable dominancia (área basal), se determinó si existe diferencia estadística entre las CRI, (Cuadro 3).

La razón -F, es igual a 0.521093, puesto que el valor -P de la razón -F es mayor que 0.05; no existe una diferencia estadísticamente significativa entre la media de área basal de un nivel de CRI y otro, para 95.0 % de confianza.

Esta igualdad estadística podría explicarse por la alta frecuencia de incendios, la capacidad de brotes de algunas especies de Quercus y la falta de manejo silvícola y del fuego. Navar y González (2009) señalan que las prescripciones silvícolas deben de centrarse en manejar las masas forestales con objetivos de maximizar la diversidad, aunque sea de manera preliminar, en la mezcla de pinos y encinos, así como para mantener las estructuras vertical y horizontal. En este contexto, Pérez (2011) indicó que debido a la supresión de los pinos en el bLP han proliferado otras latifoliadas como Q. magniliifolia, Q. resinosa, lo que hace necesario regular la composición arbórea.

Análisis de diversidad alfa

Los resultados de la biodiversidad alfa para las CRI se presentan en el Cuadro 4. La mayor riqueza de especies se presentó en la CRI alta, con un total de seis especies y un índice de Sahnnon de 0.98; en la CRI media la riqueza fue la más baja con cuatro especies y el valor más alto de Sahnnon de 1.09. Valores parecidos se han citado por Gallegos (1997), para el área del Bosque-Escuela ubicada en el bLP que van de 0.67 a 1.89. Alanís et al. (2010) eliminaron valores de índice de Sahnnon de 1.31 y 1.24 para áreas de restauración de Chipinque; todos estos son superiores a los obtenidos en el presente estudio.

De acuerdo con los índices de Shannon la riqueza y diversidad de especies no mostraron diferencias significativas, así como el test de Hutchenson (p < 0.05) entre las CRI.

Análisis de diversidad beta

De acuerdo al coeficiente de similitud de Sorensen (Cs) las CRI media y alta tuvieron una similitud 60 %, mientras la baja en comparación con la CRI alta arrojó 54 %, lo que implica una similitud mayor a la media, una probable razón es la existencia de tres especies en común, y una de ellas (Q. resinosa) tiene una alta abundancia y frecuencia en las tres CRI (Cuadro 5).

Es importante mencionar que solo tres especies se comparten en las tres las CRI (Q. resinosa, P. oocarpa, Q. viminea), sin embargo Acacia pennatula y Q. coccolobifolia, solo tuvieron un registro. A. pennatula se ubicó en la CRI alta y se podría esperar su presencia con más individuos por su capacidad de brotar y por el sobrepastoreo presente el bLP, que favorece la dispersión de esta especie, además presenta respuesta favorable al fuego. Q. coccolobifolia, a pesar de no ser abundante, se asocia con P. oocarpa, Q. castanea, Q. obtusata, Q. laeta, Q. resinosa y Q. viminea (González, 1986) que se desarrollan en sitios con incendios frecuentes. A partir de los resultados de la similitud se puede decir que la recurrencia de incendios no afecta la riqueza y diversidad arbórea. Hecho que concuerda con lo señalado por Olmo et al. (2005). Por su parte, Zavala (2000) registró que algunas especies de encinos se relacionan con factores ambientales sujetos a incendios relativamente frecuentes, entre ellas Q. laeta, que se consigna en la CRI alta. Cabe destacar que en la CRI alta Q. resinosa mostró la mayor abundancia y dominancia, aquí se registraron los diámetros mayores de todos los sitios de muestreo, con un promedio de 47.82 (± 29.19) cm. Lo anterior, concuerda con lo expresado por Pérez (2011), quien señaló que han proliferado otras especies arbóreas latifoliadas: Q. magniliifolia, Q. resinosa, y han provocado supresión de los pinos en el bLP. También, Elliott et al. (1999) observan que el fuego puede beneficiar el establecimiento del bosque de encino, ya que al eliminar la competencia de herbáceas, arbustivas y reducen la capa de hojarasca.

Al respecto, González et al. (2007), en un estudio de la cronosecuencia de incendios durante los últimos 140 años, señalaron que Q. rysophylla y Q. virginiana presentaron un decremento en el índice de valor de importancia aproximadamente 30 años después del disturbio. Esa situación, aún no se presenta en el bLP, pues la frecuencia de incendios es muy corta, no rebasa los 30 años.

El dendrograma evidencia que todas las muestras son similares en más de 50 % en las CRI baja y media, mientras que en la CRI alta la similitud es de 60 % (Figura 7).

CONCLUSIONES

La recurrencia de incendios en el bosque La Primavera no afecta la diversidad arbórea. La CRI alta registró mayor riqueza arbórea, con respecto a las otras CRI. La homogeneidad arbórea entre las clases de uno, dos y tres incendio son similares al menos con 50 %. La recurrencia de incendios de gran magnitud en el área de estudio se presenta en periodos muy cortos (siete años). De la superficie total del bLP solo 34 % registró dos incendios en la misma superficie, mientras que 2,7 % tres. La especie con mayor abundancia, dominancia y frecuencia en las tres Clase de Recurrencia de Incendios fue Q. resinosa, seguida de P. oocarpa.

AGRADECIMIENTOS

A Ana Azurmendi Valdés de la Escuela Politécnica de Mieres, España por su apoyo en la parte inicial del trabajo. Al Comité Técnico para la Administración del Bosque La Primavera por el apoyo logística en la toma de datos de campo y por la información de los registros de incendios.

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