Fire behavior monitoring of a prescribed burn in a pine–oak forest stand

J. G. Flores Garnica; J. Xelhuantzi Carmona; Á. A. Chávez Durán

INIFAP, Centro de Investigación Regional Pacífico Centro, Campo Experimental Centro–Altos de Jalisco. Jalisco, MÉXICO. Correo–e: flores.german@inifap.gob.mx

Recibido: 29 de mayo, 2009 ]]> Aceptado: 5 de septiembre, 2009

RESUMEN

Si en un incendio forestal, es posible conocer las condiciones en que el fuego, tiene un comportamiento moderado, entonces podría ser usado en forma controlada para el logro de objetivos específicos. De acuerdo con esto, el presente texto muestra cómo se monitoreó la influencia de factores ambientales en el comportamiento del fuego, bajo la implementación de una quema controlada en un rodal de pino–encino. Los parámetros del comportamiento del fuego que se evaluaron fueron velocidad de propagación, altura de llama y longitud de llama. En cuanto a los factores que influyen en el comportamiento del fuego, se evaluaron duración de la quema, humedad relativa, velocidad del viento y temperatura. Se concluyó que la humedad relativa tuvo mayor influencia en el comportamiento del fuego. No obstante, en algunos momentos las características de la llama (altura y longitud) tuvieron un comportamiento errático en referencia a la humedad relativa, lo cual puede ser causado por la variación en la disponibilidad y continuidad de los combustibles. En general, el aumento de temperatura estuvo asociado con una disminución de la humedad relativa, integración que influye claramente en la primera etapa de la quema. Sin embargo, debido a la ligera velocidad del viento, este factor no tuvo influencia importante.

Palabras clave: altura de llama, longitud de llama, velocidad de propagación del fuego, combustibles forestales.

ABSTRACT

If it is possible to know under what conditions a forest fire result in a moderate behavior, then it could be used in a controlled way to achieve specific goals. Accordingly, this study monitored how environmental factors influence fire behavior, when a prescribed burn was applied in a pine–oak forest stand. The parameters of fire behavior evaluated were rate of spread, flame height and flame length. In relation to the factors that influence fire behavior, burn elapsed time, relative humidity, wind speed and temperature were evaluated. It was concluded that relative humidity had a major influence on fire behavior. However, at times flame height and length showed erratic behavior in relation to relative humidity, which could be caused by variations in fuel availability and continuity. In general, an increase in temperature was associated with a decrease in relative humidity. This integration clearly influences the first stage of the burn. However, due to low wind speed, this factor had no significant influence.

Keywords: flame height, flame length, rate of fire spread, forest fuels.

Los ecosistemas forestales en México se ven impactados por varios factores, uno de los cuales es el fuego, que provoca una serie de cambios a varios niveles (ecológico, social, político y económico) en un tiempo corto (González, 2001; De Bano, 1976), durante el cual puede afectar grandes extensiones de bosque (Flores y Benavides, 1994a; Johnston, 1971) causando pérdidas económicas, de biodiversidad y en ocasiones cobra vidas humanas. No obstante, debe considerarse que no todos los incendios son iguales y, por lo tanto, no siempre tienen el mismo impacto (Wiliams et al., 1994), llegando incluso a propiciar efectos favorables al ecosistema (Flores y Benavides, 1994b). Para poder estimar el impacto del fuego, debe entenderse cómo se manifiesta en diferentes condiciones ambientales. A esto se le denomina "comportamiento del fuego" (Finney, 1996), y se evalúa a través de varios parámetros, como velocidad de propagación, altura de llama, intensidad de calor, etc. (Campbell et al., 1996). De esta forma, si es posible conocer bajo qué condiciones el fuego tiene un comportamiento moderado (Anderson, 1970), este puede ser usado en forma prescrita para el logro de objetivos específicos (fomento de la regeneración (Van Lear y Waldrop, 1991), disminución de combustibles, fomentar condiciones de hábitat para fauna (Flores y Benavides, 1994a). Sin embargo, debe remarcarse la escasa información que existe sobre estudios del comportamiento del fuego en quemas prescritas en México, lo cual hace difícil la recomendación de su uso. Debido a esto, el objetivo general de la investigación que aquí se explica fue monitorear el comportamiento del fuego y su relación con algunos factores ambientales, bajo la implementación de una quema prescrita en un rodal forestal de pino–encino. El trabajo se desarrolló en un bosque templado de Chihuahua, y se espera que sus resultados puedan usarse como apoyo a las estrategias de prevención y control de incendios forestales.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

En el noroeste del estado de Chihuahua, México, se seleccionó un área representativa de las condiciones de un rodal de pino–encino (Figura 1). Específicamente, se trabajó en el paraje "El Vallecito", que se ubica en el predio "El Largo y Anexos", cercano a la población de ciudad Madera, Chihuahua, cuyas coordenadas son: latitud 19° 06' 55" y longitud 108° 10' 25.3".

Descripción de parcela

Para evaluar el comportamiento del fuego, se llevó a cabo una quema prescrita, para lo cual se delimitó una parcela experimental de 100 por 200 m (20.000 m²) (Figura 2), ubicada a 2,473 m, con una pendiente promedio del 10 % y exposición sur.

Con fines del muestreo, la parcela se dividió en tres cuadrantes de 50 m por 50 m (Figura 2). En cada cuadrante se ubicó un sub–sitio circular, con un radio de 13.82 m (aproximadamente 600 m²), para el inventario dasométrico. Se delimitó también un sub–sitio circular (200 m²) para la caracterización de árboles de entre 0.3 y 2 m de altura y arbustos (Figura 2). El material combustible leñoso en el suelo forestal fue evaluado a través de la técnica de intersecciones planares (Brown et al., 1982), para lo cual se consideraron cuatro líneas (15 m cada una) orientadas hacia el norte, sur, este y oeste a partir del centro de cada cuadrante. A ocho metros de cada una de estas orientaciones (a partir del centro del sitio) se establecieron cuadros de 30 por 30 cm, donde se evaluaron herbáceas y se tomaron muestras de material combustible (hojarasca y humus). Para evaluar el consumo de combustible, después de la quema, se instaló una varilla de acero marcando la profundidad inicial de la hojarasca en diecisiete cuadros de consumo (30 x 30 cm) (Figura 2). Después de la quema se midió la profundidad de hojarasca remanente, con lo que se estimó la cantidad de material combustible consumido.

Evaluación de combustible muerto

El material combustible muerto se dividió en material leñoso y no–leñoso. Dentro del primero se midieron desde ramillas hasta troncos tirados en el suelo en el transecto que se marcó. Los combustibles leñosos en el suelo se tipificaron según su diámetro en cuatro clases (con base en Brown et al., 1982): a) 0 cm a 0.6 cm (combustibles de una hora); b) 0.6 cm a 2.5 cm (10 horas); c) 2.5 cm a 7.5 cm (100 horas); y d) mayores de 7.5 cm (1000 horas). Los combustibles de una hora se midieron en un transecto de 2 m; los de 10 horas se midieron en una longitud de 4 m; mientras que los combustibles de 2.5 cm a 7.5 cm se midieron en un transecto de 6 m. Finalmente, los combustibles mayores a 7.5 cm se midieron en la longitud total del transecto de 15 m. En el muestreo de material leñoso caído se registró el número de piezas leñosas intersectadas por un plano imaginario, definido por el transecto de 15 m, que precisa verticalmente el plano de muestreo.

Para el muestreo del combustible no leñoso se consideraron la capa de hojarasca y la capa de humus.

Las muestras de hojarasca y de humus se tomaron de los cuadros de 30 por 30 cm. Estas muestras fueron secadas en laboratorio para evaluar su peso seco y con esto estimar las cargas de combustibles (t/ha) correspondientes.

Evaluación de combustible vivo

Dentro de este rubro se consideran los arbustos, pastizal, regeneración y arbolado adulto. Los arbustos fueron medidos en altura y diámetro. Se tomó también el número de tallos por clase diamétrica. El arbolado adulto (diámetro mayor a los 7.5 cm) se midió dentro del sub–sitio circular (600 m²). Se evaluaron la altura y el diámetro y se determinó la especie. Para evaluar la regeneración se realizó un conteo de los árboles pequeños en el sitio circular de 5 m². A efecto de estimar su altura, se escogió un árbol representativo por especie y se midió su altura.

Quema prescrita

Los parámetros del comportamiento del fuego que se evaluaron durante la quema fueron: a) Velocidad de propagación; b) Altura de llama; y c) Longitud de llama. En cuanto a los factores que influyen en el comportamiento del fuego, durante la quema se evaluaron: a) Duración de la quema; b) Humedad relativa; c) Velocidad y dirección del viento; d) Temperatura.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización de la vegetación

En el bosque de pino–encino hubo una dominancia de Pinus duranguensis, presentando indicios de perturbación, aparentemente por aprovechamiento de árboles. Se observó gran cantidad de residuos leñosos cubriendo gran parte del área. La densidad general fue de 838 árboles–ha^–1. El Cuadro 1 presenta la densidad de cada una de las especies arbóreas encontradas en la parcela. Asimismo, se muestra la proporción de alturas por especies, el área de copa y el diámetro del arbolado, donde se aprecia que las dimensiones corresponden, en general, a individuos jóvenes. Esto explica la densidad de arbolado que se presenta en esta parcela. También debe remarcarse que este tipo de vegetación puede producir poca cantidad de combustibles, ya que su densidad de copa es menor. En cuanto a la regeneración de la parcela, resultó escasa, lo cual fue favorable para la implementación de la quema prescrita. Como se observa, la mayor densidad corresponde a Pinus duranguensis.

Estimación de combustibles

La carga promedio de combustibles, en el caso de combustibles con tiempo de retardo de una hora, fue de aproximadamente 190 kg·ha^–1, siendo ésta la menos abundante (Cuadro 2). Los combustibles de 10 horas de tiempo de retardo presentaron aproximadamente 2.5 t·ha^–1, mientras que los de la clase de 100 horas de retardo sumaron la cantidad de 4.57 t·ha^–1. Como se mencionó anteriormente, se encontraron varios restos de aprovechamientos madereros en el área, lo cual se refleja en una carga cercana a las 25 t·ha^–1 de combustibles pesados firmes (>7.5 cm de diámetro) y 2.8 t·ha^–1 de combustibles podridos (>7.5 cm de diámetro). La carga de combustibles ligeros (hojarasca y humus) fue, en promedio, de 27.91 t·ha^–1.

Durante el proceso de las quemas prescritas se evaluaron dos aspectos: 1) condiciones atmosféricas; y 2) comportamiento del fuego. En cuanto a las características de la llama que se evaluaron (altura y longitud), se observó que existe un comportamiento errático en referencia a la humedad relativa (HR) (Figura 4). Es importante hacer notar que la quema se hizo en las primeras horas de la mañana (7:15 a 8:55 a.m.). En los primeros 15 minutos se observó una disminución de las dimensiones de la llama, aunque la humedad relativa permanece constante. Una explicación sencilla podría ser la disponibilidad y continuidad de los combustibles dentro de la parcela. Posteriormente ocurrió una disminución en la humedad relativa (7:33 horas), por lo que se propicia un aumento en las dimensiones de la llama. Seguido a esto, la HR permaneció constante por más de media hora, y es cuando la altura y longitud de la llama alcanzó su máxima dimensión. No obstante, alrededor de las 7:55 horas se observó una disminución marcada en estas dimensiones. Esto puede explicarse por la disminución de combustibles medianos y pesados, más que por su relación con la HR. Eventualmente la HR permaneció más constante (alrededor del 60 %), propiciándose, primeramente, un ligero incremento en las dimensiones de la llama. Esto seguido de una disminución importante, teniendo como explicación que en algunas áreas, dentro de la parcela, dominaba el Quercus sideroxyla, cuya hojarasca se encontraba muy compactada y no se quemaba con facilidad. Además, se debe considerar que los factores ambientales no operan aisladamente, por lo que el viento pudo influir en la longitud de la llama en distintos niveles de HR.

Aunque la temperatura se mantuvo relativamente constante en la primera hora de la quema, 15 minutos después del inicio se propició un aumento de la llama (Figura 5), el cual puede estar más asociado a la disponibilidad de combustibles y a la humedad relativa del ambiente (Villers, 2006). Entre las 7:55 y las 8:20 horas la temperatura tendió a definir aproximadamente una asíntota, a mitad de la cual la llama tuvo sus menores dimensiones. Después de esto la llama empezó a crecer, producto más bien de la disminución de la humedad relativa. Al igual que en el caso de la HR, después de las 8:20 horas las llamas empezaron nuevamente a decrecer, lo cual se debió principalmente a las condiciones de distribución y cargas de combustibles ligeros.

La Figura 6 presenta las variaciones de la velocidad del viento a lo largo de la quema. En la primera hora la velocidad del viento fue de alrededor de los 2 km·h^–1. Debido a esto, como se observó, el viento no tuvo un papel importante en las variaciones de las dimensiones de la llama en la primera hora de la quema. No obstante, después de las 8:17 la velocidad del viento se incrementó hasta casi llegar a los 6 km·h^–1, lo cual puede explicar más el ligero incremento en las dimensiones de las llamas. Lo anterior no se asocia bien en relación con la humedad relativa y la temperatura. Después de las 8:40 horas el viento disminuyó, con la misma respuesta de las dimensiones de las llamas. Aunque esta disminución ocurre un poco antes (8:20), lo cual nuevamente puede explicarse porque la distribución y cargas de combustibles en la parcela no fueron homogéneas.

Como se observa en el Cuadro 3, el parámetro ambiental que mayor correlación manifestó en relación al comportamiento del fuego fue la humedad relativa, mientras que la velocidad del viento, que fue relativamente baja, tuvo una correlación baja. Sin embargo, es importante señalar que todos los parámetros manifestaron una correlación relativamente baja, lo cual no necesariamente se debe generalizar para cualquier hora del día, sino que estos resultados se deben restringir tan sólo para las condiciones descritas referentes a hora del día, tipo de vegetación y época del año. No obstante, como uno de los resultados relevantes de este trabajo, se puede decir que, bajo las condiciones descritas, los parámetros ambientales analizados no tienen una correlación importante en el comportamiento del fuego, por lo que deberán considerarse otros factores, como lo son las cargas de combustibles.

De acuerdo con lo anterior, se realizó un análisis de regresión múltiple, cuyos resultados se muestran en el Cuadro 4. Como se observa, hubo un aumento considerable de la correlación (r cuadrada) en los casos de la altura de llama y la longitud de llama. Sin embargo, estos valores de correlación aún se consideran bajos. En el caso de la velocidad de propagación del fuego, la correlación obtenida a través de la regresión múltiple fue muy similar a la correlación obtenida en relación a la humedad relativa. Los modelos correspondientes son los siguientes:

ALL= 14.8562 – 0.1311 HR – 0.4397– 0.0752 V

]]> LOLL= 13.4519 – 0.1169HR – 0.42057– 0.1156V

VP= 12.2259 – 0.1116HR – 0.2787– 0.162V

Donde:

ALL= Altura de llama

LOLL= Longitud de llama

VP= Velocidad de propagación del fuego

HR= Humedad relativa

7= Temperatura

V= Velocidad del viento

]]>

Debido a la variación espacial de las cargas de combustibles (Figura 8), no fue posible analizar, de la misma forma que los parámetros ambientales, la influencia de los combustibles en el comportamiento del fuego. Esto implica que no sería suficiente un análisis a lo largo de la parcela, como se hizo con los parámetros ambientales, sino que se requiere de considerar las variaciones de las cargas de combustibles en toda la superficie de la parcela (Flores y Omi, 2003) donde se aplicó la quema prescrita. De esta forma se podría asociar el comportamiento del fuego en cada una de las porciones de dicha parcela. Sin embargo, este análisis va más allá de los propósitos del presente trabajo. No obstante, se considera importante ilustrar dicha variación (Figura 8), lo cual permite apreciar que se presentan variaciones considerables, las cuales pueden corresponder al comportamiento del fuego que se reporta en este estudio, por lo que se recomienda dar seguimiento a este análisis en futuros trabajos.

CONCLUSIONES

Bajo las condiciones del área de estudio de los tres factores ambientales analizados, fue la humedad relativa el factor que tuvo mayor influencia en el comportamiento del fuego. No obstante, en algunos momentos las características de la llama (altura y longitud) tuvieron un comportamiento errático en referencia a la humedad relativa, lo cual coincide con lo reportado por Anderson (1989). Una explicación sencilla podría ser la disponibilidad y continuidad de los combustibles dentro de la parcela. De esta forma, se puede concluir que el comportamiento del fuego fue influido tanto por las variaciones en la humedad relativa como por la disponibilidad de combustibles, principalmente combustibles ligeros, los cuales tienen mayores condiciones de ignitabilidad. También se debe considerar que, posiblemente, la distribución espacial de estos combustibles no fue lo suficientemente homogénea como para mantener el mismo comportamiento a lo largo de la parcela. Por otra parte, debe tomarse en cuenta que la humedad de los combustibles pudo afectar el comportamiento del fuego en esta quema. Considerando que se quemó temprano por la mañana, es claro que el contenido de humedad de los combustibles era alto; lo cual es un factor relevante, principalmente en aquellas áreas de la parcela donde la cama de combustibles finos (hojarasca y humus) haya sido profunda.

En general, el aumento de temperatura estuvo asociado con una disminución de la humedad relativa, por lo que se concluye que esta relación influye claramente en la primera etapa de la quema. Por otra parte, debido a que la velocidad del viento se mantuvo relativamente baja, éste no tuvo una influencia importante en el comportamiento del fuego. Lo mismo puede decirse de la pendiente, ya que ésta fue homogénea en todo el terreno, por lo que no un factor determinante en las variaciones de los parámetros del fuego evaluados.

Las repercusiones operativas de estos resultados son muy importantes, ya que pueden usarse para la planeación en el manejo del fuego en lugares similares al área de estudio, pero la metodología puede servir de base para evaluaciones del comportamiento del fuego en otras condiciones y ecosistemas. Esto permitiría que la información generada pueda ser tanto comparable como compatible. No obstante, es claro que existen varios aspectos que podrían incluirse para mejorar este tipo de evaluaciones en futuros trabajos, por ejemplo: a) la generación de mapas que muestren la variación de la distribución espacial de combustibles forestales a lo largo del área a quemar; b) uso de sensores de calor inalámbricos; c) toma de fotos y videos en vistas aéreas, preferentemente verticales; d) evaluación y, en su caso, calibración de estimaciones hechas con sistemas de simulación del comportamiento del fuego.

De acuerdo a la experiencia adquirida en este trabajo, se encontraron varios aspectos que podrían mejorar su operatividad. Asimismo, se definieron algunos temas que darían continuidad al estudio del comportamiento del fuego en los ecosistemas de México. Con base en lo anterior, a continuación se señalan algunas de las recomendaciones más importantes: 1) Utilizar cámara de video para el monitoreo del comportamiento del fuego ubicando lugares estratégicos donde la carga y tipos de combustibles son diferentes. De esta manera se podrían analizar las diversas alturas de llama generadas, lo cual facilitaría la corroboración de datos en gabinete; 2) Adecuar formatos de toma de datos de tal manera que se registren el tiempo atmosférico y comportamiento del fuego en periodos cortos, por lo menos cada 10 minutos; 3) Es importante que antes de aplicar la quema controlada se trace un mapa para definir la distribución de cargas de combustible y su relación con el comportamiento del fuego.

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