Forest managment effect in diversity and tree composition of a temperate forest in northwestern Mexico

Javier Hernández-Salas^1,2**; Óscar A. Aguirre-Calderón¹; Eduardo Alanís-Rodríguez¹; Javier Jiménez-Pérez¹; Eduardo J. Treviño-Garza¹; Marco A. González-Tagle¹; Concepción Luján-Álvarez²; Jesús M. Olivas-García²; L. Alfonso Domínguez-Pereda³.

¹ Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León. km 145 Carretera Linares-Cd. Victoria. Linares, Nuevo León, MÉXICO. C. P. 67700. Correo-e: jhernans@uach.mx (*Autor para correspondencia).

² Facultad de Ciencias Agrícolas y Forestales, Universidad Autónoma de Chihuahua. km 2.5 Carretera Delicias-Rosales. Cd. Delicias, Chihuahua, MÉXICO. C. P. 33000.

³ Dirección Técnica Forestal, Ejido El Largo y Anexos. Cd. Madera, Chih. MÉXICO.

Recibido: 29 de agosto de 2012
Aceptado: 06 de junio de 2013

RESUMEN

En la presente investigación se evaluó el efecto de las prácticas silvícolas en la diversidad y composición de especies arbóreas de un bosque templado del noroeste de México. Para ello, 46 parcelas fueron evaluadas cada 10 años: 1986, 1996 y 2006. Se estimaron los índices de diversidad alfa y beta de la comunidad arbórea, y la abundancia, dominancia, frecuencia e índice de valor de importancia de cada especie (IVI). Los resultados muestran que el aprovechamiento forestal modifica la diversidad y composición del estrato arbóreo. La comunidad arbórea mantuvo el número de especies pero disminuyó en los índices de Margalef y Shannon-Wiener de diversidad alfa. La composición (diversidad beta) se modificó en 16 %. El género Pinus aumentó los valores relativos de abundancia, dominancia, frecuencia e índice de valor de importancia, mientras que el género Quercus decreció. Las especies de mayor importancia ecológica fueron P. arizonica y P. durangensis.

Palabras clave: Indicadores ecológicos, Pinus arizonica, ejido El Largo, bosque de pino, aprovechamiento forestal, monitoreo de la calidad ecológica.

ABSTRACT

In the present study, the effect of silvicultural practices in diversity and composition of tree species in a temperate forest in northwestern Mexico was evaluated. Forty six plots were evaluated every 10 years (1986, 1996 and 2006). Indices of alpha and beta diversity of the community of trees, abundance, dominance, frequency and importance value index (IVI) of each species were estimated. The results show that logging changes the diversity and composition of the tree strata. The tree community maintains the number of species, but decreases the Margalef and Shannon-Wiener indices of alpha diversity, and composition was changed in 16 % (beta diversity). Pinus increases its relative abundance, dominance, frequency and IVI, meanwhile Quercus declines. Pinus arizonica and P. durangensis are the species of greater ecological importance.

INTRODUCCIÓN

En el manejo sustentable de masas forestales es primordial conservar la biodiversidad, mantener la composición forestal, sus valores asociados y el paisaje del ecosistema. La estructura de un ecosistema es un buen indicador de la biodiversidad del sistema, y las prácticas silvícolas y regímenes de manejo forestal modifican o deterioran el hábitat (Corral, Aguirre, Jiménez, & Corral, 2005; Del Río, Montes, Cañellas, & Montero, 2003). Estos cambios en la estructura y diversidad del bosque pueden ser generados por un aprovechamiento selectivo (Corral et al., 2005). Las prácticas silvícolas habituales y simples tienden a favorecer un número reducido de especies; la tarea silvícola es compleja si se pretende armonizar los criterios de sustentabilidad que implican conservar la biodiversidad (Gavilán & Rubio, 2005).

La evaluación de los ecosistemas con los indicadores de diversidad como la abundancia, dominancia y frecuencia de las especies, se utiliza para analizar la relación entre especies de una población (Jiménez, Aguirre, & Kramer, 2001). Los indicadores se pueden determinar para estratos diferentes del sistema forestal (Gavilán & Rubio, 2005). Los índices de estructura y diversidad alfa (dentro del hábitat) pueden usarse para evaluar el efecto del aprovechamiento forestal sobre las especies arbóreas del bosque (Aguirre, Hui, Gadow, & Jiménez, 2003; Corral et al., 2005); medir diferencias en tiempo y espacio (Magurran, 2004); controlar los cambios provocados por los tratamientos silvícolas (Corral et al., 2005) o para definir las prácticas que conduzcan a alcanzar un manejo forestal sustentable (Aguirre, Corral, Vargas, & Jiménez, 2008).

En diversos países se han realizado investigaciones que evalúan los efectos del manejo forestal en la biodiversidad de especies (Khanina, Bobrovsky, Komarov, & Mikhajlov, 2007). En México, escasos estudios han evaluado los efectos del manejo forestal en la composición y diversidad del elemento arbóreo (Castellanos-Bolaños et al., 2008; Leyva, Velázquez, & Ángeles, 2010; Návar & González, 2009; Solís et al., 2006), y los realizados, no han considerado varios ciclos de corta. Los bosques del noroeste de México son los de mayor importancia maderable; entre éstos, destacan los de Chihuahua que aportan el 29.3 % del valor de la producción nacional (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT], 2011). Los bosques como el de este estudio se han aprovechado por más de 80 años, inicialmente con cortas de selección y desde 1978 como bosques regulares. Pese a esto, no se han desarrollado investigaciones que evalúen la diversidad y composición arbórea a mediano plazo. En tal contexto, los objetivos de esta investigación fueron 1) estimar los índices de diversidad alfa y beta del estrato arbóreo, y los indicadores ecológicos de abundancia, dominancia, frecuencia, e índice de valor de importancia de las especies de un bosque templado frío y 2) analizar dichas variables para conocer el efecto del aprovechamiento forestal sobre la diversidad y composición arbórea en el periodo de 1986 a 2006.

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación se desarrolló en un bosque templado frío, en el área de corta "Moctezuma" de la zona norte del ejido El Largo y Anexos, Madera, Chihuahua, México. El sitio de estudio se encuentra entre las coordenadas 29° 49' 41'' a 29° 55' 34'' latitud norte y 108° 13' 28'' a 108° 18' 34'' longitud oeste. El ecosistema es un bosque maderable de Pinus arizonica con presencia de P. durangensis, P. engelmannii, P. leiophylla, Quercus sideroxyla y Q. fulva (Instituto Nacional de Estadística y Geografía [INEGI], 1984). El clima es tipo semifrío subhúmedo con verano fresco largo (Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad [CONABIO], 1998) y precipitación media anual de 700 mm (INEGI, 1983). La altitud promedio es de 2,450 m.

Análisis de la vegetación

Análisis de la información

Para cada especie arbórea se determinaron los valores relativos de abundancia (AR), considerando el número de individuos; dominancia (DR), en función del área basal; frecuencia (FR), atendiendo la presencia o ausencia en las parcelas muestreadas; y el índice de valor de importancia (IVI), con el promedio de los indicadores ecológicos previos en valores porcentuales de 0 a 100 (Alanís-Rodríguez et al., 2011; Magurran, 2004).

La diversidad alfa se determinó con la riqueza de especies, el índice de Margalef y el índice de diversidad de especies de Shannon-Wiener (H') (Leyva et al., 2010; Moreno, 2001). La hipótesis nula de que las diversidades medidas con el índice H' son iguales en los tres monitoreos se probó con el procedimiento de Hutcheson (1970), descrito por Moreno (2001) y Alanís-Rodríguez et al. (2010). En este procedimiento se calcula un índice de diversidad ponderado (Hp) para cada comunidad (año de medición). El nivel de significancia utilizado fue P ≤ 0.1. La diversidad beta o grado de reemplazamiento de especies se determinó con el índice de similitud de SØrensen para datos cuantitativos (Moreno, 2001), el cual permite comparar la composición de especies entre comunidades arbóreas (año de medición).

Previo al análisis estadístico de la densidad y área basal, se comprobó la distribución normal y homocedasticidad de los datos para usar el ANOVA de un factor o, en su defecto, su equivalente, la prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis (Wheater & Cook, 2005), bajo la hipótesis nula de igualdad de medias o medianas, respectivamente. Las diferencias significativas se analizaron con las comparaciones múltiples de medias de Tukey y de rangos de Nemenyi (Wheater & Cook, 2005). El nivel de significancia fue P < 0.05 y se empleó el programa Minitab 15.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se registraron tres familias, tres géneros y siete especies arbóreas (Cuadro 1). La familia Pinaceae es la más importante por su riqueza con cinco especies de Pinus, las mismas del bosque de pino de esta región, registradas por el INEGI (1984).

Abundancia

La densidad total mostró una tendencia descendente entre 1986 y 2006 (Cuadro 2), pero sin diferencias estadísticas significativas (F= 2.865, g.l.= 2, P = 0.060). El género más abundante fue Pinus, cuya densidad en 1986 (845.8 árboles·ha^-1) representó el 89.9 % del total, pero decreció para 1996 y aún más para el 2006 (688.7 árboles·ha^-1) sin presentar diferencias significativas (² = 2.06, g.l. = 2, P = 0.356); su AR se incrementó alcanzando el 96.1 % (Figura 1a). La especie con mayor densidad fue P. arizonica, que disminuyó gradualmente el número de árboles·ha^-1en las mediciones (Cuadro 2), pero sin diferencia significativa (² = 1.70, gl. =2,P = 0.428), manteniendo una AR estable superior al 68 %. Esta proporción es muy inferior a la reportada por Návar y González (2009) para P. cooperi, la especie más abundante (97 %) en un bosque templado de Durango. El género Quercus redujo significativamente su densidad (²= 6.92, gl. = 2, P = 0.031) y su AR decreció 5.7 % en el periodo de 20 años. El género con menor AR fue Juniperus; su densidad no mostró diferencias significativas (² = 0.30, gl. = 2, P = 0.861) (Cuadro2, Figura 1a) en las tres evaluaciones.

Dominancia

El género Pinus fue el de mayor dominancia relativa (DR) en las tres evaluaciones, mostrando una tendencia creciente; inició con 83.6 %, luego 89.3 % y finalizó con 93.4 % (Cuadro 2, Figura 2). Éste género presentó diferencias significativas (F = 5.719, gl. = 2, P = 0.004) en el área basal; en el periodo de 1986 a 1996 manifestó un incremento (4.8 m²·ha^-1) significativo (P = 0.007) y en el lapso 1996 a 2006 mostró un decremento (-0.5 m²·ha^-1) no significativo (P = 0.954). La especie dominante fue P. arizonica, que se mantuvo como tal durante todo el periodo; su área basal siguió el mismo patrón del género Pinus. La segunda especie en DR fue P. durangensis, que incrementó su área basal en forma sostenida y, en consecuencia, su dominancia aumentó a 23.3 % en 2006, siendo la especie con mayor incremento. El género Quercus redujo su DR de 15.1 % en 1986 a 5.4 % en 2006 (Cuadro 2, Figura 2), pero su área basal no mostró diferencias significativas (²= 5.94, g.l. = 2, P = 0.051). Esta reducción se debe a las intervenciones silvícolas que favorecen el desarrollo del género Pinus por su importancia maderable.

Frecuencia de especies

En frecuencia absoluta, P. arizonica mantuvo su presencia estable (89.1 %) seguida por el género Quercus, el cual decreció (6.5 %) en 2006. La especie menos frecuente fue P. leiophylla (2.2 %) mientras que P. strobiformis incrementó 10.9 % de 1986 al 2006 (Cuadro 2). A nivel de género, Pinus estuvo presente en todas las parcelas; 30.4 % estaban constituidas sólo por éste en el 2006, mostrando una tendencia creciente en la FR, mientras que en Quercus fue decreciente. Juniperus mantuvo su presencia en 1996, pero decreció ligeramente en 2006 (Figura 3), estando presente en el 28 % de las parcelas (Cuadro 2). Los tres géneros compartieron el 19.6 % de las parcelas en 2006. Este comportamiento de la FR se debe a la intensidad diferenciada de las intervenciones silvícolas sobre los distintos géneros y especies.

Indice de valor de importancia

Diversidad alfa

Existe una riqueza específica de siete especies, cantidad similar al promedio de los valores reportados por Návar y González (2009) para bosques templados de Durango y por Leyva et al. (2010) para un bosque de pino en Oaxaca.

El índice de riqueza de especies de Margalef (D_Mg) no muestra diferencias significativas (F = 0.270, g.l.= 2, P = 0.764) a través del tiempo (Cuadro 3). Los valores son ligeramente inferiores al promedio (1.04) reportado por Návar y González (2009) para bosques con intensidad de corta del 30 % y superiores al promedio (0.77) de los cortados al 100 %.

En las tres evaluaciones, los promedios del índice de diversidad de Shannon-Wiener (LL) (Cuadro 3) fueron inferiores al promedio (1.23) registrado por Návar y González (2009) en bosques templados de Durango para una intensidad de corta del 30 %, e inclusive menores al promedio (0.57) para una intensidad del 100 %. Los promedios también fueron inferiores al valor (0.72) determinado por Solís et al. (2006) para un bosque templado con manejo regular en Durango, que es el tipo de manejo utilizado en las masas objeto del presente estudio. La prueba de Hutcheson revela diferencias estadísticas significativas (P ≤ 0.1) para la diversidad de especies, medida con H', entre 1996 y 2006 (t = 1.944, t_{(α = 01,7085)}= 1.645) y entre 1986 y 2006 (t = 1.952, t_{(α = 0.1,7199)} = 1.645). Lo anterior indica que la diversidad arbórea de 2006 difiere con la que existió 20 y 10 años atrás; así, se rechaza la hipótesis de igualdad de diversidad arbórea en las tres evaluaciones.

Los índices de riqueza (D_M) y diversidad (H') tienen su mayor valor cuando el área basal es máxima (Cuadro 2 y 3), tal como lo reportan Návar y González (2009).

Diversidad beta

De acuerdo con la diversidad beta, la proporción de especies que comparten los monitoreos decrece: 0.94 entre 1986 y 1996; 0.88 entre 1996 y 2006; y 0.84 entre 1986 y 2006. Esto indica que hubo disimilitud en la composición de especies (0.06) entre 1986 y 1996, y que esa disimilitud fue mayor (0.12) entre 1996 y 2006. El cambio de composición de la comunidad arbórea en los 20 años evaluados es de 0.16 (16 %). Lo anterior revela, que conforme la masa forestal se desarrolla, se comparte un número menor de especies, pero la riqueza específica del bosque se mantiene. Esto puede deberse a las intervenciones silvícolas selectivas, dirigidas a reducir especies de menor valor comercial y a favorecer al género Pinus (Solís et al., 2006).

CONCLUSIONES

El aprovechamiento forestal modificó la diversidad y composición del estrato arbóreo en un bosque templado de segundo crecimiento. La comunidad arbórea en su diversidad alfa mantuvo la riqueza de especies pero disminuyó en los índices de Margalef y Shannon-Wiener y modificó la composición (diversidad beta) en 16 %. A nivel de género, Pinus aumentó los valores relativos de abundancia, dominancia, frecuencia e índice de valor de importancia, mientras Quercus decreció y Juniperus se mantuvo estable. Las especies de mayor importancia ecológica son P. arizonica y P. durangen sis. La densidad disminuyó en todos los géneros y el área basal se incrementó sólo en Pinus. Este comportamiento es normal en masas regulares, jóvenes y en desarrollo, tratadas con prácticas enfocadas a la producción maderable.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Autónoma de Chihuahua y al programa de mejoramiento del profesorado por la beca otorgada (PROMEP/103.5/09/4421) al primer autor. A las autoridades ejidales, director y personal de los servicios técnicos forestales del ejido El Largo y Anexos por facilitar la información utilizada en este trabajo, especialmente al Ing. Santos Gregorio Rodríguez García.

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