Characterization of post–fire woody regeneration of a temperate ecosystem of Chipinque ecological park, Mexico

Eduardo Alanís–Rodríguez¹; Javier Jiménez–Pérez²; Alejandro Valdecantos–Dema³ ; Marisela Pando–Moreno²; Oscar Aguirre–Calderón²; Eduardo J. Treviño–Garza².

¹ Estudiante de Doctorado en Ciencias, Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León. Carretera Linares–Cd. Victoria km 145. Apartado Postal 41. C. P. 67700, Linares, N. L. México. Correo: alanis_eduardo@yahoo.com.mx

² Profesor–Investigador de la Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León. Carretera Linares–Cd. Victoria km 145. Apartado Postal 41. C. P. 67700, Linares, N. L. México.

³ Investigador del Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo. Parque Tecnológico, c/ Charles R. Darwin Núm. 14, Valencia, España.

RESUMEN

La presente investigación caracteriza la regeneración de la vegetación leñosa recuperada postfuego ocurrido en el año de 1998 que afectó 500 ha de bosques templados en el Parque Ecológico Chipinque (NE de México). Los objetivos planteados fueron estimar la riqueza y diversidad de la vegetación leñosa (≥ 1cm de diámetro) regenerada post fuego y estimar los parámetros ecológicos de abundancia (AR_i), dominancia (DR_i), frecuencia (FR_i) e índice de valor de importancia (IVI) de las especies. Se registraron 10 órdenes, 11 familias, 21 géneros y 26 especies. El género con mayor representatividad fue Quercus, presentando un 148.16 % de peso ecológico en el área. Las especies más representativas fueron Quercus polymorpha (IVI=71.13 %) y Pinus pseudostrobus (IVI=50.67 %). La densidad arbórea fue de 2,864 N/ha, con una cobertura foliar de 12,526 m²ha^–1, lo que indica una cobertura del 100 % y sobreposición de copas. Los valores del índice de riqueza de Margalef (D_Mg=3.64) y de diversidad de Shannon (H'=2.39) indicaron alta diversidad.

Palabras clave: Diversidad, riqueza, índice de valor de importancia.

ABSTRACT

The present investigation characterizes the post–fire woody regeneration recovered after the fire that occurred in 1998 and affected 500 ha of temperate forests in the Chipinque Ecological Park (NE Mexico). The objectives were to estimate the richness and diversity of woody vegetation (≥ 1 cm diameter) regenerated after the fire and assess the ecological parameters of abundance (AR_i), dominance (DR_i), frequency (FR_i) and importance value index (IVI) of the species. There were 10 orders, 11 families, 21 genera and 26 species. The genus Quercus was the most representative, presenting 148.16 % of ecological importance in the area. The most representative species were Quercus polymorpha (IVI=71.13 %) and Pinus pseudostrobus (IVI=50.67 %). Tree density was 2864 N/ha, with foliage cover of 12526 m²/ha, which indicated coverage of 100 % and overlapping crowns. The values of Margalef richness index (D_Mg = 3.64) and Shannon diversity (H'= 2.39) indicated high diversity.

Key words: Diversity, richness, importance value index.

INTRODUCCIÓN

Los incendios forestales son el tipo de perturbación más importante en el Parque Ecológico Chipinque (PECh) (Alanís et al., 2010) y la tercera causa de pérdida de vegetación natural en México, sólo por debajo de la tala ilegal y la transformación de terrenos forestales a agrícolas y ganaderos (SEMARNAT, 2006). Si bien el fuego es un factor natural en los bosques de Pinus–Quercus de la Sierra Madre Oriental (SMO), en los últimos años se ha registrado un incremento importante de la frecuencia de incendios (González et al., 2008). En abril de 1998 un incendio forestal afectó una tercera parte del PECh (500 ha) (Alanís et al., 2010), afectando los ecosistemas de pino–encino y zonas de transición de bosque de pino–encino y matorral submontano.

Vista la importancia de los incendios en México, en general, y en el PECh, en particular, es importante evaluar y estudiar cómo se produce la regeneración de la vegetación afectada por el fuego y cómo son los ecosistemas resultantes. Por lo anterior, el conocimiento de la riqueza y diversidad del ecosistema y la abundancia, dominancia y frecuencia de las especies es fundamental para entender los procesos de regeneración del ecosistema ante el fuego (Kennedy y Horn, 2008, Alanís et al., 2010). El empleo de este tipo de información se ha incrementado entre los científicos, técnicos y manejadores de recursos naturales, ya que es el punto de partida para la correcta toma de decisiones dentro de los programas de rehabilitación y restauración ecológica (González et al., 2007).

Existe escasa literatura sobre la regeneración de la vegetación leñosa posterior al fuego en México (Rodríguez et al., 2007, Vilchis y Rodríguez, 2007, Martínez y Rodríguez, 2008), la cual está centrada en ecosistemas templados del centro del país. En la Sierra Madre Oriental (SMO) del NE de México se han desarrollado algunas investigaciones sobre la regeneración post–incendio de ecosistemas de pino–encino, como las de González et al. (2007, 2008) y Alanís et al. (2008b, 2010). Sin embargo, se desconoce la regeneración de ecotonos específicos como las zonas de transición que existen entre bosques de pino–encino y matorral submontano.

Los objetivos planteados en la presente investigación son: 1) estimar la riqueza de la vegetación leñosa (≥ 1cm de diámetro) nueve años después del incendio forestal en la SMO; 2) estimar los parámetros ecológicos de abundancia (AR_i), dominancia (DR_i), frecuencia (FR_i) e índice de valor de importancia (IVI); 3) cuantificar la diversidad a, y 4) caracterizar el estrato arbóreo mediante la determinación de la densidad de individuos y el área de copa. La información generada profundizará en el conocimiento ecológico de respuesta de este ecotono frente al fuego, y proporcionará importantes elementos a considerar en la toma de decisiones de gestión de estos ambientes.

MATERIAL Y MÉTODOS

El estudio se realizó dentro del PECh (Figura 1), cuya superficie es de 1,815 ha y forma parte del Área Natural Protegida del Parque Nacional Cumbres de Monterrey. El PECh se localiza en los municipios de San Pedro Garza García y Monterrey, en Nuevo León (México), entre las coordenadas geográficas 100° 18' y 100° 24' de longitud oeste y 25° 33' y 25° 35' de latitud norte. El área de estudio presenta una altitud entre 1,100 y 1,150 m, con un clima semiseco (602 mm de precipitación anual), con marcadas lluvias en verano y una temperatura media anual de 21.3 °C. Pertenece al sistema de topoformas Sierra Pliegue Flexionada donde los suelos dominantes son litosoles y rendzinas. La precipitación varía de 300 a 600 mm anuales y el clima es semiseco, con lluvias marcadas en verano con una temperatura media anual de 21.3 °C (INEGI, 1986).

En abril de 1998 se presentó un incendio forestal en una zona de transición entre el bosque de pino–encino y matorral submontano que perturbó 500 ha del parque y afectó significativamente los elementos vegetales (Alanís et al., 2008b). El incendio fue superficial y de copa y duró seis días. Las especies del género Quercus sufrieron daño en la parte aérea, pero tienen como estrategia evolutiva la capacidad de rebrotar a partir de estructuras subterráneas, lo cual les permite regenerar rápidamente los tejidos aéreos (Zavala, 2001). En cambio, Pinus pseudostrobus es una especie resistente a los fuegos de baja intensidad gracias a su gruesa corteza y a la protección física de las yemas terminales, que le permite recuperar el follaje quemado especialmente en estadíos jóvenes (Rodríguez–Trejo y Fulé, 2003). Durante el incendio hubo ejemplares de P. pseudostrobus que murieron, por lo que en 1998 se realizó una plantación de 500 hectáreas a razón de 2,000 brinzales·ha^–1.

En mayo de 2007, nueve años después del incendio forestal, se establecieron áreas de estudio en las que se muestreó la comunidad vegetal regenerada post fuego.

Se realizó un muestreo completamente al azar en el cual se establecieron sitios cuadrados debido a su fácil delimitación en vegetación densa. Los sitios fueron de 100 m² (Alanís et al., 2008a; Canizales et al., 2009) separados 20 metros entre sí, y se elaboró una curva especie–área (Mostacedo y Fredericksen, 2000) para estimar el número mínimo de sitios necesarios para obtener información representativa. Se realizaron en total 33 sitios de muestreo, donde se registraron las especies leñosas con un diámetro en la base del tallo superior a 1 cm y se evaluó el área de copa, la cual se obtuvo a través de una cinta métrica midiendo el espacio ocupado por la copa en sentido norte–sur y este–oeste. Asimismo, se realizó una colecta botánica de todas las especies evaluadas y fueron llevadas para su identificación al herbario de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León.

Para evaluar el papel relativo de las especies en el ecosistema regenerado se utilizaron los indicadores ecológicos de abundancia, dominancia, frecuencia e índice de valor de importancia (Magurran, 2004). Para la estimación de la abundancia relativa se empleó la siguiente ecuación:

donde AR_i es la abundancia relativa de la especie i respecto a la abundancia total, N_i es el número de individuos de la especie i, y S la superficie de muestreo (ha). La dominancia relativa se evaluó mediante:

donde DR_i es la dominancia relativa de la especie i respecto a la dominancia total, Ab el área de copa de la especie i y S la superficie (ha). La frecuencia relativa se obtuvo con la siguiente ecuación:

Para estimar la riqueza de especies se utilizó el índice de Margalef (D_Mg) y para la diversidad de especies el índice de Shannon & Weiner (H') (1948) mediante las ecuaciones:

Donde S es el número de especies presentes, N es el número total de individuos y n_i es el número de individuos de la especie i.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el muestreo realizado se registró la presencia de 10 órdenes, 11 familias, 21 géneros y 26 especies leñosas (Cuadro 1). Esta riqueza es mayor a la registrada por González et al. (2007, 2008) y Alanís et al. (2008b, 2010), quienes evaluaron comunidades vegetales de pino–encino contiguas al área de estudio regeneradas post–fuego y registraron de 8 a 11 especies leñosas en sus investigaciones. Estas diferencias pueden ser debidas a que la presente investigación se realizó en los límites inferiores de la comunidad de Pinus–Quercus, en la zona de transición con la comunidad de matorral submontano, y por lo tanto se registraron más especies, ya que dichas zonas suelen poseer mayor riqueza específica. Las especies de la comunidad de matorral submontano que se registraron fueron: Acacia farnesiana, Cordia boissieri, Ehretia anacua, Eysenhardtia polystachya, Fraxinus greggii, Havardia pallens y Zanthoxylum fagara (García y Jurado, 2008; Canizales et al., 2009).

El género con mayor presencia fue Quercus, con las especies Q. canbyi, Q. laceyi, Q. laeta, Q. polymorpha, Q. rysophylla y Q. virginiana. Esta información concuerda con las investigaciones de González et al. (2008), Fry (2008) y Alanís et al. (2010), quienes registraron este género como el más representado en las comunidades post–incendio debido a la capacidad de rebrote que se estimula ante los efectos del aumento de la temperatura del suelo causada por el fuego (Zavala, 2001). Con esta estrategia evolutiva, los individuos al perder toda la parte aérea removilizan las reservas para generar nuevos tejidos fotosintéticos que le nutran.

Parámetros dasométricos

La densidad de los elementos leñosos registrada fue de 2,876 individuos por hectárea. Este dato es diez veces superior a la encontrada en un ecosistema maduro (Jiménez et al., 2001), donde se registró una densidad de 297 individuos/ha, pero similar a la observada en una zona quemada cuatro años después del incendio, donde se registraron 3,400 individuos/ha (González et al. 2008). Este aumento en la densidad de individuos es debido a que las especies del género Quercus, además de rebrotar de la base del tronco, también tienen como estrategia evolutiva rebrotar a partir de estructuras subterráneas. Esta capacidad de respuesta ante el fuego es la responsable de la alta tasa de regeneración de la comunidad vegetal incendiada.

Parámetros ecológicos

El género Quercus fue el que presentó mayor Índice de Valor de Importancia (IVI), con valores totales de peso ecológico en el área de 148.16 %. A nivel específico fueron Q. polymorpha (IVI=71.13 %) y Pinus pseudostrobus (IVI=50.67 %) las especies más representativas. Las especies características del matorral submontano presentes en el área de estudio, como Eysenhardtia polystachya, Acacia farnesiana, Fraxinus greggii, Ehretia anacua, Zanthoxylum fagara, Havardia pallens y Cordia boissieri, mostraron valores bajos de peso ecológico (IVI=3.64 %, 3.01 %, 2.94 %, 1.35 %, 1.04 %, 0.82 %, y 0.67 %, respectivamente). Pinus pseudostrobus presentó mayor IVI que otras especies con abundancias más elevadas como Cercis canadensis y Quercus rysophylla, debido a que su alta dominancia se deriva de la ventaja que supone la gruesa corteza y a la protección física de las yemas terminales que le permite recuperar el follaje quemado. El patrón de la abundancia relativa de las especies en el área de estudio presenta un alto número de especies poco representadas, disminuyendo progresivamente las especies con elevada abundancia a lo largo de una exponencial negativa (y=7.1432 e^–0.228x; R²= 0.919; Figura 2 ). Este comportamiento es habitual en numerosos ecosistemas tanto maduros como en procesos de sucesión secundaria del noreste de México (Jiménez et al., 2001; González et al., 2008; Canizales et al., 2009).

La Figura 3 muestra la densidad de individuos por hectárea de acuerdo a las clases diamétricas registradas en el estudio, a través de la cual se puede observar que existe un decremento en la densidad de individuos conforme aumenta el diámetro de los mismos, siendo la clase >1 cm de diámetro la que presentó mayor número de individuos con más de 800 ind/ha. Lo anterior indica que existe un gran número de individuos en las clases diamétricas menores desde >1 – 9 cm de diámetro, mostrando que el sistema se halla en fases iniciales de la sucesión secundaria y que existe un estado de regeneración activo, en el cual se encuentran presentes gran cantidad de individuos de porte menor y un pequeño número de individuos que sobrevivieron al incendio de diámetros mayores ( >55 cm).

Diversidad

La riqueza específica fue de 26 especies, con un valor del índice de Margalef (D_Mg) de 3.64. De acuerdo al índice de diversidad de Shannon (H'), la comunidad evaluada presentó un valor de 2.39. Estos valores de riqueza y diversidad son altos para el ecosistema de estudio, ya que Alanís et al. (2008b) evaluaron un bosque de Pinus–Quercus 10 años después de haber sufrido un incendio forestal y registraron una riqueza específica de 10 especies, con valores de D_Mg de 1.72 y de H' de 1.60. No obstante, se debe considerar que, a diferencia del mencionado trabajo, el presente estudio se realizó en el límite inferior de la comunidad de Pinus–Quercus, en el ecotono entre dicha comunidad y el matorral submontano, donde es habitual que convivan individuos típicos de ambas comunidades y, por tanto, los valores de diversidad sean superiores.

CONCLUSIONES

El ecosistema evaluado mostró una alta diversidad y riqueza, de acuerdo a los índices estimados. Esto se debe a que es una zona de transición entre el bosque de pino–encino y el matorral submontano, y posee la presencia de especies de las dos comunidades vegetales. A esto hay que añadir que la zona evaluada se encuentra en un proceso de regeneración, siendo habitual una mayor presencia de especies durante las primeras fases de la sucesión secundaria. Por ello la zona de estudio presentó mayor diversidad que otros estudios similares en áreas cercanas. La mayor densidad de individuos encontrada en el género Quercus se debió a su capacidad de rebrotar después de la ocurrencia de incendios forestales, o de perturbaciones que lleven asociada la pérdida de los tejidos aéreos.

Se presentó una alta cobertura foliar a pesar de que la zona evaluada presenta una alta densidad de individuos de porte menor. Este hecho se explica por la sobrevivencia de algunos individuos de Pinus pseudostrobus, que permitió que hubiera una cobertura superior al 100 % y, por lo tanto, que tuviera lugar la sobreposición de copas. Por su parte, las especies de la comunidad de matorral submontano no poseen las ventajas adaptativas de especies como Pinus pseudostrobus y Quercus spp, con cortezas gruesas y resistentes la conífera y con la activación de yemas subterráneas la frondosa. Por consiguiente, las especies de zonas más bajas presentaron una mayor sensibilidad al incendio, lo que se ve claramente reflejado en la baja abundancia de dichas especies. No obstante, las copas de los individuos sobrevivientes de Pinus pseudostrobus brindan un ambiente favorable para el establecimiento del sotobosque y para que se presenten las condiciones óptimas en el medio para el establecimiento de regeneración natural, así como las especies plantadas durante la reforestación.

Se considera necesario encaminar investigaciones hacia otras zonas de transición que no se encuentren perturbadas por incendios, así como la respuesta específica de las especies de las zonas de transición que son más severamente afectadas por estos sucesos ecológicos.

AGRADECIMIENTOS

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), por la beca otorgada al primer autor. Los autores agradecen al Parque Ecológico Chipinque (PECh) por todas las facilidades otorgadas, especialmente a la Lic. Lillian Belle Willcockson, Directora General. A la M.C. Pamela A. Canizales Velázquez y al M.C. Mchich Derak, por las observaciones al escrito, y al Ing. Milton G. Ruiz Bautista e Ing. Raúl Pulido, por su participación en las actividades en campo. Se agradece a dos revisores anónimos por sus comentarios y observaciones que mejoraron considerablemente el texto. CEAM está financiado por la Fundación Bancaja.

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