Estudio de especies de pino para restauración de sitios degradados

Testing of pine especies for restoration of degraded sites

Mariela Gómez–Romero^1*, José C. Soto–Correa², José A. Blanco–García³, Cuauhtémoc Sáenz–Romero², Javier Villegas¹, Roberto Lindig–Cisneros⁴

¹ Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH). 58030. Morelia, Michoacán, México. *Autor responsable: (margrbio13@hotmail.com).

² Instituto de Investigaciones Agropecuarias y Forestales, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH). 58030. Morelia, Michoacán, México.

⁴ Laboratorio de Ecología de Restauración, Centro de Investigaciones en Ecosistemas, Universidad Nacional Autónoma de México, CIEco UNAM Campus Morelia, Michoacán, México.

Recibido: julio, 2012.
Aprobado: octubre, 2012.

Resumen

En condiciones de pérdida extrema de suelo se requieren programas de restauración ecológica para optimar el establecimiento de cobertura vegetal y protección de suelos. Un primer paso es seleccionar especies que puedan tolerar las condiciones de sitios degradados mediante ensayos de especies. Con la finalidad de restaurar sitios severamente erosionados con presencia de cárcavas en Atécuaro, municipio de Morelia, Michoacán, México, se estableció un estudio de especies con Pinus cembroides, P. greggii, P. devoniana y P. pseudostrobus. Hubo tres condiciones de pendiente: testigo (0–5°), suave (5°–30°) y fuerte (>30°); adicionalmente hubo tres tratamientos de fertilización (fosfato de potasio, nitrato de amonio y fosfato diamónico y un testigo). El diseño experimental fue bloques completos al azar, con parcelas divididas y las especies plantadas en cuadro latino. El análisis estadístico consistió en análisis de varianza y el modelo estadístico fue simplificado eliminando los términos no significativos para todas las variables de respuesta. Se evaluó supervivencia, altura y diámetro del 2005 al 2011 y se analizó la clorofila al final. Pinus cembroides fue la especie de mayor supervivencia (81 %) pero crecimiento menor (76 cm), P. pseudostrobus mostró menor supervivencia (38 %) (p<0.0001) y P. devoniana supervivencia de 80 %. Pinus greggii tuvo crecimiento mayor (332 cm) (p<0.0001) y respondió a la fertilización con fosfato diamónico aumentando los niveles de clorofila a, b y total. El análisis de resultados sugiere que una plantación mixta de P. devoniana y P. greggii (P. pseudostrobus sólo en pendiente > 30°) podría ser la mejor opción para restaurar estos sitios. Pinus greggii (exótica al área de estudio) se puede usar en etapas iniciales de la restauración para crear micrositios favorables para el establecimiento de especies nativas, como P. devoniana, creando una cobertura para minimizar la erosión.

Palabras clave: suelos degradados, revegetación, tepetate, supervivencia, clorofila.

In conditions of extreme soil loss, ecological restoration programs are required to optimize the establishment of vegetation and soil protection. A first step is to select species that can tolerate the conditions of degraded sites through species trials. In order to restore severely eroded sites with the presence of gullies in Atécuaro, municipality of Morelia, Michoacán, Mexico, we established a study of species with Pinus cembroides, P. greggii, P. devoniana and P. pseudostrobus. There were three slope conditions: control (0–5°), mild (5°–30°) and strong (>30°); in addition, there were three fertilization treatments (potassium phosphate, ammonium nitrate, diammonium phosphate and a control). The experimental design was of randomized complete blocks with split plots and species planted in Latin square. Statistical analysis consisted of analysis of variance and the statistical model was simplified by removing non–significant terms for all response variables. Variables were survival, height and diameter from 2005 to 2011 and analyzed chlorophyll at the end of the trial. Pinus cembroides was the species of longer survival (81 %) but lower growth (76 cm); P. pseudostrobus showed lower survival (38 %) (p<0.0001) and P. devoniana 80 % survival. Pinus greggii recorded greater growth (332 cm) (p<0.0001) and responded to fertilization with diammonium phosphate, increasing the levels of chlorophyll a, b and total. Result analysis suggests that a mixed plantation of P. devoniana and P. greggii (P. pseudostrobus only slope > 30°) may be the best option to restore such sites. Pinus greggii (exotic to the study area) can be used in early stages of restoration to create favorable microsites for the establishment of endemic species such as P. devoniana, creating a cover to minimize erosion.

Key words: degraded soils, revegetation, tepetate, survival, chlorophyll.

INTRODUCCIÓN

La deforestación causa pérdida de suelos debido a la falta de protección vegetal y finalmente ocurre la erosión por viento y agua (Serrano, 2002). La pérdida de suelo depende también del porcentaje de cobertura vegetal del suelo y de la susceptibilidad a la erosión. En sitios deforestados, el proceso erosivo continúa debido al sobrepastoreo y el daño al suelo puede ser irreversible (Betancourt–Yánez et al., 2000). Esto es un problema social y económico porque la fertilidad baja de suelos degradados limita la producción de cultivos (Acevedo–Sandoval et al., 2003). En México, la actividad forestal se centra principalmente en el género Pinus porque representa 60 % de las especies maderables comerciales por su amplia distribución geográfica y su valor económico alto. La cosecha de madera y celulosa anual legal equivale en México a 6.9 millones m³, de los cuales 85 % proviene de especies de pinos. La cosecha anual total de madera (legal o ilegal) representa 43 millones m³, de los cuales 66 % es cosechado informalmente para leña combustible (Caballero–Deloya, 2010), causando serios problemas de deforestación. En el estado de Michoacán, la causa principal es el cambio del uso de suelo, los incendios forestales y la tala ilegal. La deforestación causa pérdidas de 260 000 ha por año en bosques templados (Sáenz–Romero y Lindig–Cisneros, 2004).

El deterioro creciente de los recursos forestales en México y la erosión asociados al cambio de uso del suelo y a prácticas agropastoriles inadecuadas, hacen necesario reforestar eficientemente para fines comerciales, para la recuperación de suelos y la restauración ecológica (Cetina–Alcalá et al., 1999); la pérdida de suelo y la formación de cárcavas es un problema global (Nagasaka et al, 2005; Zhang y Dong, 2010). Sin embargo, una plantación convencional puede no ser adecuada en condiciones de pérdida extrema de suelo, en particular si hay cárcavas. En estas superficies se requieren programas de restauración ecológica más complejos que optimicen el establecimiento exitoso de la cubierta vegetal y protección de suelos. En la gran mayoría de las superficies muy alteradas no es posible restaurar la vegetación original, pero se puede inducir el desarrollo de vegetación protectora que permita conservar y aumentar la fertilidad del suelo (Vázquez–Yanes et al., 1999). Por ello es necesario adicionar fertilizantes para regresar al suelo al menos una parte mínima de los nutrimentos perdidos. Las plantas sometidas a estrés, tienden a perder capacidad fotosintética y disminuir el contenido de clorofila de sus hojas (Carter y Knapp, 2001). La clorofila total es la suma de las clorofilas a y b. La clorofila a es el pigmento principal y su presencia en cantidades adecuadas en las hojas y otros tejidos fotosintéticos es fundamental para el crecimiento de las plantas y es un pigmento activo. La clorofila b absorbe la luz en diferente longitud de onda, la luz se transfiere después a la clorofila a que la transforma en energía; la clorofila b es un pigmento accesorio y forma parte de las antenas recolectoras (García–Breijo et al., 2006; Cambrón–Sandoval et al., 2011).

Un primer paso en una reforestación es seleccionar especies mediante estudios de aquellas que puedan tolerar las condiciones de los sitios de interés (Zobel y Talbert, 1992), considerando también las necesidades de las poblaciones humanas locales. Por lo anterior, se estableció un estudio de especies de pino (Pinus cembroides, P. greggii, P. devoniana y P. pseudostrobus) en el Ejido de Atécuaro, Morelia, Michoacán, en un paraje que presenta pérdida grave de suelo. Las especies se seleccionaron para tener un intervalo de características deseables de especies de pino como su capacidad de sobrevivir en un sitio altamente degradado y crecer satisfactoriamente para proveer productos maderables a las poblaciones locales. Por tanto, se probaron especies altamente resistentes a la sequía. Pinus cembroides está en regiones semiáridas (Farjón et al., 1997; Constante–García et al., 2009), puede crecer en suelos pobres y es altamente resistente al estrés hídrico (Constante–García et al., 2009) que es común en sitios con pérdida de suelo (Ferrari y Wall, 2004); P. greggii var. australis (Donahue y López–Upton, 1999), no es endémico de Michoacán, está en sitios con precipitación baja (López–Upton y Muñoz, 1991; López–Upton et al., 2005), puede crecer en suelos pobres (López–Upton et al., 2004) y tiene un potencial de crecimiento importante (López–Upton et al., 2005). En el otro extremo del intervalo, se ensayó P. psedostrobus que resiste poco el estrés por sequía, pero en sitios apropiados presenta tasas elevadas de crecimiento (López–Upton, 2002) y es la especie más deseada por las comunidades humanas locales para las reforestaciones. Una especie intermedia en cuanto a resistencia al estrés sería P. devoniana (también conocida como P. michoacana), se distribuye localmente en Michoacán (SEMARNAP, 2000), y es probablemente menos resistente a sequía que P. cembroides y P. greggii, pero más que P. psedostrobus, con un potencial de crecimiento superior a P. cembroides pero probablemente inferior a P. greggi y P. psedostrobus en condiciones normales.

Los objetivos de este estudio fueron seleccionar la especie con sobrevivencia y crecimiento mayor en un sitio con suelo degradado, cuantificar el efecto de la pendiente en la supervivencia y crecimiento, y determinar la respuesta de las cuatro especies de pino a la fertilización en el contenido de clorofila. La hipótesis fue que P. greggii y P. cembroides, que son las especies más resistente al estrés por sequía, obtendrían mayor supervivencia que P. devoniana y P. pseudostrobus. En términos de crecimiento se esperaba que P. greggi y P. psedusotrobus presentaran mayor crecimiento que P. cembroides y P. devoniana, el caso de la última especie es porque presenta un estado cespitoso que puede durar varios años. Las especies tendrían un desempeño mejor en sitios con 0–5° y el contenido de clorofila sería mayor en las plantas con tratamiento de fertilización dual de fósforo y nitrógeno.

En junio del 2005 se inició un estudio con cuatro especies de pinos: P. cembroides (procedente de Quechulac, Municipio Ortega González, estado de Puebla), P. greggii (procedente de Pueblo Viejo, Municipio de Queréndaro, Michoacán), P. devoniana (precedente de San Miguel Charahuén, Municipio de Pátzcuaro, Michoacán) y P. pseudostrobus (procedente de Jeráguaro Municipio de Zinapécuaro, Michoacán). Para el estudio se seleccionaron 144 plantas de cada especie, aproximadamente de la misma edad (20 meses para cada una, excepto P. greggii con 17 meses). Fueron 576 plantas más 120 plantas adicionales de P. devoniana usadas como faja de protección. Plantas de las cuatro especies se plantaron en junio del 2005 en un sitio degradado, en su mayoría desprovisto de vegetación, con numerosas cárcavas, severamente erosionado, dominado por acrisoles (acrisol ócrico). El sitio está en el paraje Huertitas en el Ejido Atécuaro (19° 33' 05'' y 19° 37' 08'' N y 101° 05' 07'' O y altitud de 2275 m). La zona tiene un clima subhúmedo, con lluvias en verano, temperatura media anual de 13.8 °C y precipitación media anual de 1000 mm (Werner et al., 2007). El área es muy heterogénea con respecto a las pendientes, por lo que se tomaron en cuenta tres condiciones de pendiente: 1) sitios planos (0–5°), donde se conserva parte del suelo, está muy compactado por el sobrepastoreo y esta condición puede considerarse como testigo, 2) pendiente intermedia (5–30°), y 3) pendiente pronunciada (> 30°), ambas con pérdida total de suelo orgánico (cárcavas). Se usaron 48 plantas de cada especie por cada pendiente.

Al tercer año de establecido el experimento (2008) se realizó fertilización con fosfato de potasio (KH₂PO₄), como fuente de fósforo (P+N–) (15.84 g año^–1), nitrato de amonio (NH₄NO₃), como fuente de nitrógeno (P— N+) (18.12 g año^–1) y fosfato diamónico [(NH₄)2HPO₄], como fuente de nitrógeno y fósforo (P+ N+ ) (18 g año^–1), y el testigo sin fertilizante (P N ). La fertilización se realizó cuatro veces al mes durante la época de lluvias de junio a septiembre durante tres años (2008–2010). En cada planta las variables evaluadas cada año fueron supervivencia, altura y diámetro (basal, tomado a 2 cm del suelo), durante seis años (2005–2011). Al finalizar el experimento (2011) se analizó clorofila (a, b y total) para conocer si hubo diferencia en la eficiencia fotosintética, usando el método de Lichtenthaler (1987) entre especies y entre tratamientos de fertilización. La evaluación de la clorofila en experimentos sobre establecimiento de especies es útil porque las plantas sometidas a estrés tienden a perder capacidad fotosintética y el contenido de clorofila de sus hojas diminuye (Carter y Knapp, 2001).

El diseño experimental fue de bloques completos al azar, con parcelas divididas, donde las parcelas son los tratamientos de condiciones de suelo. Las especies estaban arregladas en cuadro latino. Hubo 36 parcelas de 3×3 m, 12 en cada tipo de pendiente y cada parcela con 16 plantas, cuatro de cada especie (Figura 1). Se colocó una de hilera de plantas de P. devoniana como faja de protección alrededor de cada bloque, para contrarrestar el efecto de orilla. Con los datos se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) y el modelo estadístico fue simplificado eliminando los términos no significativos para todas las variables (Underwood, 1997; Crowly, 2007; Sáenz–Romero et al., 2011), usando el programa R (R Development Core Team, 2011).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El análisis de resultados indica que las plantas de P. greggii tuvieron altura mayor (Figura 2A) 3 m más al finalizar el estudio y además el diámetro incrementó más de 6 cm (Figura 2B), aunque fue la tercera especie en términos de supervivencia (70 %, Figura 3). El segundo crecimiento mayor en altura fue para P. pseudostrobus, con más de 2 m, pero tuvo la supervivencia menor (40 %). Pinus devoniana presentó una forma cespitosa durante los primeros tres años después del trasplante, alcanzó más de 1 m de altura, tuvo el mejor crecimiento en diámetro y fue el segundo mejor en supervivencia con 80 %. La especie con menor crecimiento en altura y diámetro fue P. cembroides, pero tuvo la mejor supervivencia (90 %). Los análisis estadísticos a la edad de seis años (desde la fecha de plantación) indican diferencias altamente significativas (p<0.0001) para la altura y diámetro entre especies y para la supervivencia (χ²=77.6; p<0.001).

Efecto de la pendiente en el crecimiento y supervivencia de las especies de pino

La supervivencia presentó un patrón contrastante y opuesto al diámetro, donde a mayor pendiente mayor supervivencia y estadísticamente significativo (Figura 4B). El análisis de las curvas de supervivencia por especie en relación a la pendiente, indica que la pendiente tuvo un efecto significativo para P. cembroides (χ² = 24.8, p<0.0001), P. greggii (χ² = 18.3, p = 0.0004), P. devoniana (χ² = 34.3, p<0.0001), y P.pseudostrobus (χ² = 74.3, p< 0.0001).

Por tanto, la pendiente del sitio tiene efectos opuestos en dos características del desempeño: a menor pendiente menor supervivencia, pero mayor crecimiento en diámetro basal de las especies; a mayor pendiente, mayor supervivencia pero menor diámetro. En el caso de P. pseudostrobus la mayor mortalidad estuvo concentrada en sitios planos y la mejor sobrevivencia se encontró en los sitios de mayor pendiente (>30°; Figura 4B).

Efecto de fertilización en el desempeño de las especies de pino

La fertilización tuvo efectos significativos para la altura de las especies (p<0.0001) y el diámetro basal (p= 0.023). Cuando las especies se analizaron individualmente, las plantas de P. greggii fertilizadas con fósforo presentaron alturas de planta mayores que las fertilizadas con nitrógeno (Figura 5A), mientras que la fertilización con nitrógeno y fósforo aumentó significativamente el diámetro (Figura 5B). Para P. devoniana las plantas testigo (sin fertilización) presentaron menor altura pero no hubo diferencias (p>0.05) entre los tratamientos con fertilización (Figura 5). Para P. pseudostrobus crecieron más las plantas fertilizadas con fósforo o con fósforo más nitrógeno. Para P. cembroides el fertilizante no cambio la respuesta de las plantas (p> 0.05) (Figura 5). Para todas las especies las plantas fertilizadas con nitrato de amonio presentaron valores menores de diámetro, comparadas con los otros dos tratamientos de fertilización (Figura 5B).

Efecto de fertilización en la concentración de clorofila a, b y total

El análisis de los resultados muestran diferencias significativas para la concentración de clorofila a entre especies (p = 0.043) y una respuesta positiva, marginalmente significativa al tipo de fertilizante (p= 0.051). La mayor concentración de clorofila a se encontró en plantas fertilizadas con nitrógeno, excepto P. greggii que presenta mayores concentraciones al recibir fertilización de nitrógeno y fósforo (115.35 mg L^–1), mientras que para la mayoría de las especies la menor concentración ocurrió en plantas no fertilizadas (591.88 – 873.37 mg L^–1) (Figura 6A). Para clorofila b también hubo diferencia significativa entre los tratamientos de fertilización (p = 0.002), donde la fertilización incrementó la concentración en clorofila b, excepto en P. devoniana que presentó valores similares entre la fertilización dual, nitrógeno y testigo (Figura 6B). La clorofila total también mostró diferencias significativas por la fertilización (p= 0.019). La fertilización con nitrógeno fue mejor para P. cembroides y P. pseudostrobus en la clorofila a, b y total. Para P. devoniana la fertilización con fósforo y para P. greggii la fertilización dual indujo una mayor concentración de clorofilas (Figura 6C). Los análisis de los resultados indicaron que la fertilización incrementa la eficiencia fotosintética en los pinos, con un efecto más evidente en P. greggii aumentando más del doble al fertilizar con fósforo y nitrógeno.

Pinus greggii fue la especie con más potencial por presentar la combinación de un mejor crecimiento con más de 3 m de altura y 6.7 cm de diámetro basal al finalizar el ensayo y supervivencia de 70 % después de seis años de plantación en campo. Estos resultados son congruentes con otros estudios donde esta especie tiene un gran potencial para adaptarse a condiciones limitantes (Vargas y Muñoz, 1999; Domínguez–Calleros et al., 2001). Sin embargo, P. greggii no es nativa del sitio de estudio y puede haber oposición a ser usada para restauración ecológica, particularmente si se da prioridad a restaurar vegetación endémica. Pinus devoniana presentó buena supervivencia a los seis años después del trasplante (76 %) y es nativa al sitio pero presentó lento crecimiento, particularmente durante los primeros años (Musálem y Sánchez, 2003). De acuerdo con los resultados se puede proponer una plantación mixta en al menos tres etapas: en la primera, P. greggii para que desarrolle un dosel con rapidez que proteja y forme suelo; en la segunda, probablemente cuatro años después, P. devoniana; y en la tercera, remover P. greggii, dependiendo del grado de prioridad que tuviera restablecer sólo especies nativas.

Pinus pseudostrobus mostró menor la supervivencia (38 %) pero cuando se plantó en pendientes pronunciadas la supervivencia fue mejor (68 % en pendientes pronunciadas y 2 % en sitios planos). Si se desea esta especie en una reforestación, se puede compensar su mortalidad alta en este sitio y en estas condiciones, plantando a mayor densidad. Pinus cembroides presentó crecimiento más lento, natural de la especie, pero la supervivencia fue mejor (81 %), lo cual se debe a que la especie presenta un crecimiento lento natural y una resistencia alta a la sequía (Domínguez–Calleros et al., 2001). Esta especie es importante comercialmente por su producción de semilla comestible (piñón) con valor nutricional alto. Su desempeño en este tipo de sitios sería prometedor ya que abastece más del 90 % de los piñones en el mercado nacional (CONABIO, 2006).

Los resultados del presente estudio sugieren que las cuatro especies de pino podrían estar un poco más protegidas en pendientes pronunciadas (>30°) de la insolación que aquellas con pendientes de 0 a 5°, por lo cual sobreviven más pero crecen menos en diámetro basal. La supervivencia de muchas especies de plantas está asociada con las variables ambientales del micrositio, entre las cuales destacan temperatura, luz, humedad y nutrientes (Price et al., 2001). Por ejemplo, al comparar la supervivencia de P. ponderosa en un sitio plano y una ladera (pendiente de 20° con exposición este) el sitio plano presentó supervivencia muy baja (3 %), pero en las pendientes la supervivencia y crecimiento fue mejor hasta 97 % (Tejera y Davel, 2004). Esto es porque las pendientes están menos expuestas a los rayos solares (30°), y por tanto más húmedas y con temperaturas menores (Ramírez–Contreras y Rodríguez–Trejo, 2004). Así, la baja disponibilidad de agua en el suelo podría ser una limitante para el desempeño de los árboles como ocurre en la temporada de sequía, pues la falta de agua limita el crecimiento y la productividad de especies de pino (Flores y Allen, 2004). La disponibilidad de agua tiene un efecto directo sobre las plantas al disminuir su turgor e indirectamente limita el incremento de biomasa, por lo cual una cantidad adecuada de agua disponible es esencial para una productividad alta (Shibu et al., 2003). La disponibilidad de agua durante el primer año de establecimiento es el factor principal responsable de la supervivencia y desarrollo de especies arbóreas usadas en reforestación (Sáenz–Romero y Lindig–Cisneros, 2004). El crecimiento y supervivencia de las plantas se mejora mediante fertilización, lo cual se reflejó en el crecimiento y la eficiencia fotosintética en el presente estudio, evaluada indirectamente a través de las concentraciones de clorofila a, b y total y coincide por lo reportado por Cambrón–Sandoval et al. (2011). Hay mayor eficiencia fotosintética cuando las plantas están fertilizadas con nitrógeno pero en P. greggii fertilizada con fósforo y nitrógeno hubo una eficiencia fotosintética significativamente mayor pero menor crecimiento. El análisis de resultados sugiere que con fertilización dual su gasto energético está dirigido a mantenerse fotosintéticamente activo pero no a crecer.

CONCLUSIONES

En sitios con problemas severos de erosión y presencia de cárcavas es necesario implementar programas de restauración ecológica que optimicen el establecimiento de cobertura vegetal y protección de suelos, para lo cual se requiere seleccionar especies tolerantes a condiciones extremas de sitios degradados, evaluando especies con capacidad de crear condiciones microambientales que favorezcan estas condiciones extremas. Una plantación mixta (Pinus devonianana y P. greggii) podría representar la mejor opción para restaurar este tipo de sitios. Pinus greggi (exótica en el área de estudio) se puede usar en las primeras etapas de la restauración para crear micro–sitios favorables para el establecimiento de especies endémicas como P. devoniana (y P. pseudostrobus sólo en pendiente >30°). Así se podría revertir en parte el grave problema de erosión, reducir la pérdida de suelo y la formación de cárcavas al aumentar la supervivencia y desempeño de las plantas.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece el financiamiento del Fondo Sectorial CONACYT–SEMARNAT (2002–C01–0760), de la Coordinación de la Investigación Científica de la UMSNH y CONACYT por las becas de postgrado otorgadas a MGR y JCSC. Se agradece la ayuda en el trabajo de campo de Víctor Hugo Cambrón Sandoval y los valiosos comentarios del Ing. Víctor Quiñones y Melchor Medina Galván, Comisión Forestal de Michoacán, en la selección de especies a ensayar.

LITERATURA CITADA

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