Coeficientes de carbono para arbustos y herbáceas del bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico
Carbon coefficients for shrubs and herbs of the fir forest of El Chico National Park
Ramón Razo Zárate1, Alberto José Gordillo Martínez2, Rodrigo Rodríguez Laguna1, Carlos César Maycotte Morales2 y Otilio Arturo Acevedo Sandoval2
1Instituto de Ciencias Agropecuarias. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Correo: rrazo29@yahoo.com.mx.
]]> 2Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
Fecha de recepción: 6 de noviembre de 2013
Fecha de aceptación: 17 de abril de 2015
Resumen
El bosque de oyamel (Abies religiosa) reúne a una mezcla de especies que realizan el intercambio de CO2 con la atmósfera y permiten la formación temprana de un reservorio de carbono; en ese contexto, el objetivo del presente estudio consistió en determinar los coeficientes de carbono para los taxa pertenecientes a los estratos arbustivo y herbáceo del bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico. Se seleccionaron 24 especies de arbustos y 17 de herbáceas; de cada una se recolectaron cinco ejemplares y se tomaron estructuras de sus partes aéreas para integrar una muestra compuesta, misma que se secó y pulverizó para analizarla con el equipo Toc Solids Analyzer. Los resultados mostraron diferencias significativas (P≤0.01) entre arbustivas y herbáceas y entre ambos grupos de especies; Juniperus monticola registró el mayor coeficiente de carbono (0.54) y Senecio platanifolius el menor (0.41). En herbáceas, Notholaena sinuata obtuvo un valor de 0.50 mientras que Anagalis arvensis, el más bajo (0.38), que son inferiores a 0.50, lo que sugiere el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) cuando no se dispone de coeficientes por taxon. Se concluye que las especies del estrato arbustivo se distribuyeron en un intervalo de coeficiente de carbono de 0.41 a 0.50, con un valor promedio de 0.45 el cual se debe utilizar como coeficiente de conversión de biomasa a carbono para dicho nivel. Para las herbáceas, el intervalo fue de 0.38 a 0.50 con un promedio de 0.43.
Palabras clave: Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham., arbustos, biomasa, bosque de oyamel, herbáceas, materia orgánica.
Abstract
]]> The fir forest (Abies religiosa) comprises a mixture of species which perform the exchange of CO2 with the atmosphere and allow the early formation of carbon; in this context, the objective of the actual study was to determine the coefficients of carbon for the species in the shrub and herbaceous layers in the fir forest of El Chico National Park. Twenty four species of shrubs and 17 species of herbs were selected; five specimens of each species were collected and a sample of their air components was taken to integrate a compound sample, which were dried and pulverized to be analyzed with the Toc Solids Analyzer equipment. The results showed significant differences (p≤0.01) between the shrub and herbaceous species and between both groups; Juniperus monticola showed the highest coefficient of carbon (0.54) and Senecio platanifolius the lowest (0.41). In herbaceous, Notholaena sinuata obtained a carbon coefficient of 0.50 while Anagalis arvensis had the lowest coefficient (0.38), these coefficients are lower than 0.50 which are suggested by the IPCC when coefficients are not available by species. It is concluded that the studied species of shrub layer in the fir forest in El Chico National Park had a range of carbon coefficient from 0.41 to 0.50, and the average value was 0.45 which should be used as coefficient of biomass conversion to carbon in this stratum. For the herbs, the range was from 0.38 to 0.50 and an average of 0.43.Key words: Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham., shrubs, fir forest, biomass, herbs, organic matter.
Introducción
Los bosques de oyamel del Parque Nacional El Chico, al igual que otros tipos de vegetación, capturan, almacenan y liberan carbono como resultado de los procesos fotosintéticos, de respiración y de degradación de materia seca (Tipper, 1998). En estas asociaciones el carbono queda retenido en la biomasa viva, en la materia orgánica en descomposición y en el suelo (Nakama et al., 2003). Es por eso que el cálculo de la biomasa es el primer paso para evaluar la productividad de los ecosistemas y la contribución de los bosques en el ciclo global del carbono (Castañeda et al., 2005).
Los ecosistemas en cuestión albergan taxa de gran interés para la economía nacional, como Abies religiosa (Kunth) Schltdl. et Cham., del que se obtienen diversos productos maderables y no maderables (Musálem y Gómez, 2003), así como otros de gran importancia para la vida cotidiana como Juniperus monticola Martínez, el principal proveedor de leña (Musálem y Reyes, 2003); algunos son cruciales para la cultura de las comunidades como Litsea glaucescens Kunth, cuyas ramas son utilizadas en ceremonias religiosas (Montañez et al., 2011) y las endémicas, que tienen gran significado para la ecología y la botánica (Sánchez et al., 2003). Además de los árboles, incluyen una mezcla de especies pioneras que promueven la formación temprana de un reservorio de carbono (Gómez- Pompa y Vázquez-Yanes, 1981), y que también cumplen una función fisiológica básica en el intercambio de CO2 entre la planta y la atmósfera.
Sin embargo, por la naturaleza misma de los componentes del estrato arbustivo y el herbáceo, la cantidad de biomasa y contenido de carbono son bajos en comparación con el almacenado en las partes leñosas de los árboles, pero no menos valiosos si se considera que muchos de los taxa son caducifolios y realizan un aporte continuo de biomasa y nutrientes al suelo que favorece el desarrollo de la vegetación y el aumento del almacén de carbono edáfico. En este contexto, el objetivo del presente trabajo fue determinar la concentración de carbono para las especies de los estratos arbustivo y herbáceo del bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico en el estado de Hidalgo.
Materiales y Métodos
La investigación se llevó a cabo dentro del Parque Nacional El Chico que se ubica en el extremo occidental de la Sierra de Pachuca (Figura 1), entre las coordenadas extremas 20°10'10 a 20°13'25 norte y 98°41'50 a 98°46'02 oeste; comprende una superficie total de 2 739 ha (Conanp, 2005).
]]>
Figura 1. Ubicación geográfica del Parque Nacional El Chico, Hidalgo.
Figure 1. Location of El Chico National Park, Hidalgo.
Con base en el sistema de Köppen modificado por García (1981), en el Parque existe un clima C (m) (w) b (i') gw" que corresponde a un templado subhúmedo con lluvias en verano; temperatura media anual entre 12 y 18 °C, influencia de monzón y porcentaje de lluvia invernal menor a 5 % de la total anual. El verano es fresco y largo, inviernos fríos con poca oscilación térmica y sequía interestival.
Los suelos predominantes son Cambisol húmico, Regosol dístrico y Andosol húmico de textura media (Conanp, 2005). El tipo de roca predominante es ígnea extrusiva del tipo brecha volcánica y andesita. La vegetación, en la mayor parte del área, está formada por bosques de oyamel, con distintas condiciones de productividad. Las principales especies arbóreas son Abies religiosa, Quercus spp. y Pseudotsuga macrolepis Flous (Conanp, 2005). La información florística de los estratos arbustivos y herbáceos se obtuvo mediante la aplicación del método de barrido (Lot y Chiang, 1986), que consistió en recorrer aproximadamente 30 ha de superficie localizadas en el área núcleo del Parque, a partir de las diferentes condiciones del terreno; para los individuos que no fue posible identificar en campo, se recolectaron muestras de flores o frutos. Este material botánico se trasladó al herbario del Área Académica de Ciencias Agrícolas y Forestales del Instituto de Ciencias Agropecuarias (ICAP) para su secado y determinación.
Colecta de muestras en campo y preparación en laboratorio
Para las especies arbustivas (incluidos renuevos de Abies religiosa y Quercus spp. que forman parte del sotobosque) y herbáceas se recolectaron cinco ejemplares, y de cada uno de ellos se tomaron muestras de flores, frutos, hojas, ramas y tallos, los cuales se guardaron en bolsas de papel previamente etiquetadas, con algunos orificios en las bolsas que contenían muestras carnosas para facilitar su secado. Así, se colocaron en una estufa de secado Grieve® modelo LW-201C con flujo de aire a 105 °C hasta alcanzar un peso constante (Jiménez et al., 2013). Posteriormente, de cada taxon se tomaron 5 g de flores, frutos, hojas, ramas y tallo con corteza para integrar una muestra compuesta, que fue pulverizada en un molino tipo mortero de ágata Retsch® modelo RM200; este producto se depositó en bolsas de plástico etiquetadas y ahí se conservó hasta que se calculó la concentración de carbono.
Determinación de carbono y análisis estadístico
Las muestras compuestas por especie previamente pulverizadas se pusieron en la estufa de secado por 15 minutos a 65 °C para eliminar la humedad que hubieran adquirido durante su almacenamiento; para calcular el coeficiente de carbono (en porcentaje) se trabajó con el equipo Toc Solids Analyzer® modelo 1020A de O I Analytical que se utiliza en muestras sólidas mediante combustión completa, a 900 °C; los gases que resultan de la combustión son medidos a través de un detector de infrarrojo no dispersivo que contabiliza las moléculas de carbono contenidas en los de la muestra. Se pesaron 20 mg de los cinco ejemplares de cada especie para ser analizadas con el aparato.
]]> Con los datos del coeficiente de carbono por taxon se realizó un análisis de varianza con un nivel de significancia de α=0.05 (Steel y Torrie, 1986) para determinar las diferencias estadísticas interespecíficas de cada estrato y entre arbustivo y herbáceo. Cuando hubo significancia se procedió a efectuar un análisis múltiple de comparación de medias a través de la prueba de Tukey (α= 0.05) (Steel y Torrie, 1986).
Resultados y Discusión
El bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico tiene un estrato arbustivo y otro herbáceo diversos, cuyo grado de desarrollo depende de las condiciones microambientales del sitio y de la presencia de algunos fenómenos naturales o causados por el hombre, como los incendios forestales, las plagas, las enfermedades, y eventos meteorológicos, cuando ocurren fuera de su régimen histórico natural (Razo et al., 2013). En los recorridos de campo se observaron claros en el bosque producto de disturbios que propiciaron la colonización agresiva del sotobosque (Figura 2).
Figura 2. Estratos arbustivo y herbáceo del bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico, Hidalgo.
Figure 2. Herb and shrub strata of the fir forest in El Chico National Park.
En el estrato arbustivo se identificaron: Abies religiosa., Acaena elongata L., Amelanchier denticulata (HBK.) Koch, Arbutus glandulosa Mart. & Gal., Baccharis conferta HBK., Buddleja cordata HBK., Buddleja parviflora HBK., Cestrum roseum HBK., Crataegus pubescens (HBK.) Steud., Eupatorium ligustrinum D.C., Eupatorium glabratum HBK., Fucrea bendinghaussii C. Koch., Ilex tolucana Hemsl., Juniperus monticola., Litsea glaucescens, Lonicera mexicana (HBK.) Rehder., Prunus serotina (Cav.) McVaugh, Quercus eduardii Trel., Quercus microphylla Née, Ribes affine HBK., Senecio barbajohannis DC., Senecio platanifolius Benth., Senecio vulgaris L., Symphorycarpos microphyllus HBK. Al estrato herbáceo correspondieron: Adiantum lorentzii Hieron, Anagalis arvensis L., Cirsium ehrenbergii Schl. Bip., Deschampsia elongata (Hook) Munro, Eryngium carlinae Delar. F., Fragaria mexicana Schl., Lupinus montanus HBK., Notholaena sinuata (Lag. ex Sw.) Kaulf., Polypodium polypodioides L., Salvia gesneriflora Lindl., Salvia elegans Vahl., Salvia microphylla HBK., Sedum praealtum ssp. parvifolium Clausen., Sedum moranense ssp. moranense HBK., Solanum nigrescens Mart. & Gal., Sonchus oleraceus L. y Trisetum altijugum (Fourn.) Scribn.
Coeficiente de carbón de las especies arbustivas
]]> El análisis de varianza mostró diferencias estadísticas significativas (P≤0.01) en el coeficiente de carbono entre los taxa del estrato arbustivo. La prueba de comparación de medias de Tukey (α=0.05) definió que Juniperus monticola y Litsea glaucescens tuvieron los coeficientes de carbono más altos con 0.50 y 0.48, respectivamente; mientras que Senecio vulgaris y S. platanifolius las cifras más bajas con 0.42 y 0.41. De las 24 especies evaluadas, 15 registraron un coeficiente de carbono estadísticamente igual (de 0.42 a 0.46) (Cuadro 1). La concentración de carbono para los individuos leñosos pero que en esta etapa de desarrollo forman parte del sotobosque, fue de 44.27 % para Quercus microphylla y de 43.31 % en Q. eduardii; dichos porcentajes son inferiores a los calculados por Jiménez et al. (2013) en un bosque de pino-encino en la Sierra Madre Oriental con árboles adultos de diferentes especies de encinos (> 47.98 %).Cuadro 1. Coeficiente de carbono por especie en el estrato arbustivo del Parque Nacional El Chico, Hidalgo, México.
Table 1. Carbon coefficient by species in the shrub stratum of El Chico National Park, Hidalgo, México.
Hacer clic en agrandar
*Letras iguales indican que los valores son estadísticamente similares (α=0.05).
* Equal letters mean that the values are statistically similar (α = 0.05).
El coeficiente de carbono en renuevos de Abies religiosa del estrato arbustivo fue de 0.45, valor inferior al documentado por Avendaño et al. (2009) en árboles adultos en bosques de Tlaxcala. La diferencia es atribuible a la tasa de crecimiento del árbol, la cual está influida por la edad y por factores climáticos locales como la disponibilidad de agua, la temperatura y condiciones del suelo, lo que se refleja en la densidad básica de la madera (Návar y Domínguez, 2013).
]]> Coeficientes de carbono de especies herbáceas
El análisis de varianza para los contenidos de carbono en las muestras de los taxa que conforman el estrato herbáceo del bosque de oyamel arrojó diferencias estadísticas significativas (P≤0.01) entre especies. La prueba de comparación de medias de Tukey mostró que un taxón de helecho, Notholaena sinuata, registró el mayor coeficiente de carbono en su biomasa con 0.50, mientras que Anagalis arvensis tuvo 0.38 (Cuadro 2).
Cuadro 2. Coeficiente de carbono por especie en el estrato herbáceo del Parque Nacional El Chico, Hidalgo, México.
Table 2. Carbon coefficient by species in the herb layer of El Chico National Park, Hidalgo, México.
Hacer clic en agrandar
*Letras iguales indican que los valores son estadísticamente similares (α=0.05).
* Equal letters mean that the values are statistically similar (α = 0.05).
Acosta (2003) calculó un amplio intervalo del coeficiente de carbono (0.25 a 0.4) en las herbáceas nativas en sistemas con vegetación forestal de ladera en México. En contraste, en las herbáceas del Parque Nacional El Chico se concentra en uno más reducido (0.38 a 0.50). Figueroa et al. (2005) establecieron que el coeficiente promedio de carbono en las herbáceas, además de los arbustos de los cafetales fue menor (0.41) que el de los bosques (0.47), pero ambos resultaron significativamente superiores al coeficiente de carbono en las herbáceas de las praderas (0.35).
]]> En el flujograma, a menudo utilizado para la medición del carbono almacenado en sistemas forestales, se recomienda manejar 0.5 como coeficiente de conversión de biomasa a carbono para todos los arbustos y hierbas (MacDicken, 1997). En este trabajo, solo Juniperus monticola del estrato arbustivo y Notholaena sinuata de las herbáceas presentan valores cercanos al coeficiente de conversión sugerido, por lo que de incorporarse de manera generalizada dicho valor, se sobreestimaría el contenido de carbono en la biomasa de las especies del sotobosque. Por esta razón, para el bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico y áreas aledañas, se sugiere manejar los coeficientes de conversión de biomasa a carbono obtenidos para cada especie o el factor promedio por estrato derivados del presente estudio (0.45 para arbustos y 0.43 para herbáceas).
Conclusiones
Las especies estudiadas del estrato arbustivo del bosque de oyamel del Parque Nacional El Chico registraron un intervalo de coeficiente de carbono de 0.41 a 0.50, y un valor promedio de 0.45, el cual se debe utilizar como coeficiente de conversión de biomasa a carbono para dicho estrato. Para las especies del herbáceo las cifras varían de 0.38 a 0.50, con un promedio de 0.43.
El uso de los valores de coeficientes de conversión de biomasa a carbono permite descartar incertidumbres asociadas al empleo indiscriminado de valores por defecto para la estimación de carbono almacenado en biomasa aérea de los estratos del bosque.
Conflicto de intereses
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
Contribución por autor
]]> Ramón Razo Zárate: recolecta de material en campo y análisis de carbono de las muestras, redacción y corrección del manuscrito; Alberto José Gordillo Martínez: estructuración y revisión del manuscrito; Rodrigo Rodríguez Laguna: preparación de muestras para la determinación de la concentración de carbono por especie, análisis de resultados, redacción y corrección del manuscrito; Carlos César Maycotte Morales: selección del área de estudio y de las muestras, análisis de resultados y revisión del manuscrito; Otilio Arturo Acevedo Sandoval: análisis estadísticos, revisión y corrección del manuscrito.
Referencias
Acosta M., M. 2003. Diseño y aplicación de un método para medir los almacenes de carbono en sistemas con vegetación forestal y agrícolas de ladera en México. Tesis de Doctorado en Ciencias. Colegio de Posgraduados. Montecillos, Edo. de Méx., México. 135 p. [ Links ]
Avendaño H., D. M., M. Acosta M., F. Carrillo A. y J. D. Etchevers B. 2009. Estimación de biomasa y carbono en un bosque de Abies religiosa. Revista Fitotecnia Mexicana 32(3):233-238. [ Links ]
Castañeda M., A., J. Vargas H., A. Gómez G., J. I. Valdez H. y H. Vaquera H. 2005. Acumulación de carbono en la biomasa aérea de una plantación de Bambusa oldhamii. Agrociencia 39(1): 107-116. [ Links ]
Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (Conanp). 2005. Programa de conservación y manejo del Parque Nacional El Chico. Semarnat. México, D. F., México. 236 p. [ Links ]
Figueroa N., C., J. D. Etchevers B., A. Velázquez M. y M. Acosta M. 2005. Concentración de carbono en diferentes tipos de vegetación de la Sierra Norte de Oaxaca. Terra Latinoamericana 23(1): 57-64. [ Links ]
García, E. 1981. Modificaciones al sistema de clasificación climática de Köppen. Instituto de Geografía Universidad Nacional Autónoma de México. México, D. F., México.166 p. [ Links ]
Gómez-Pompa, A. and C. Vázquez-Yanes.1981. Successional studies of a rain forest in Mexico. In: West, D. C., H. H. Shugart and D. B. Botkin (eds.). Forest succession: concepts and applications. Springer-Verlag. New York, NY, USA. pp. 246-266. [ Links ]
Jiménez P., J., E. J. Treviño G. y J. I. Yerena Y. 2013. Concentración de carbono de especies del bosque de pino-encino en la Sierra Madre Oriental. Revista Mexicana de Ciencias Forestales 4(17): 50-61. [ Links ]
Lot, A. y F. Chiang. 1986. Manual de herbario. Consejo Nacional de la Flora de México, A. C. México, D.F., México. 142 p. [ Links ]
MacDicken, K. 1997. A guide to monitoring carbon storage in forestry and agroforestry projects. Winrock International. Arlington, TX, USA. 87 p. [ Links ]
Montañez A., M. P., E. Valtierra P. y S. M. Medina T. 2011. Aprovechamiento tradicional de una especie protegida (Litsea glaucescens) en "Sierra del Laurel" Aguascalientes, México. Revista Ra Ximhai 7(2):155-172. [ Links ]
Musálem, M. A. y R. Gómez G. 2003. Monografía de Abies religiosa (H.B.K.) Schl. et Cham. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental del Valle de México. Texcoco, Edo. de Méx., México. 226 p. [ Links ]
Musálem M., A. y H. Reyes F. 2003. Monografía de Juniperus deppeana Steud. Campo Experimental del Valle de México Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Texcoco, Edo. de Méx., México. 76 p. [ Links ]
Nakama V., A. Alfieri., R. Casa., A. Lupi., G. López y P. Pathauer. 2003. Secuestro de carbono en plantaciones forestales de la Región Centro Oeste de la Provincia de Buenos Aires. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Buenos Aires, Argentina. 11 p. [ Links ]
Návar Ch., J. J. y P. A. Domínguez C. 2013. Modelos de incremento y rendimiento: ejemplos y aplicaciones para bosques templados mexicanos. Revista Mexicana de Ciencias Forestales 4 (18): 8-27. [ Links ]
Razo Z., R., A. J. Gordillo M., R. Rodríguez L., C. C. Maycotte M. y O. A. Acevedo S. 2013. Estimación de biomasa y carbono almacenado en árboles de oyamel afectados por el fuego en el Parque Nacional "El Chico", Hidalgo, México. Madera y Bosques 19(2):73-86. [ Links ]
Sánchez O., E. Vega., E. Peters y O. Monroy V. 2003. Conservación de ecosistemas templados de montaña en México. Instituto Nacional de Ecología. Semarnat. México, D. F., México. 315 p. [ Links ]
Steel R., G. D. y J. H. Torrie. 1986. Bioestadística: principios y procedimientos. McGraw-Hill. México, D. F., México. 622 p. [ Links ]
Tipper, R. 1998. Update on carbon offsets. Tropical Forest Update 8(1):2-5. [ Links ]
]]>