Concentration of carbon in Pinus cembroides Zucc: Mitigation potential source of global warming

Marín Pompa-García¹*; José I. Yerena-Yamalliel²

¹ Facultad de Ciencias Forestales. Universidad Juárez del Estado de Durango. Av. Papaloapan y Blvd. Durango s/n. C. P. 34120. Durango, Dgo. México. Correo-e: marinpompagarcia@gmail.com Tel.: 01-618-1301096 (*Autor para correspondencia).

² Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León. Carretera Nacional km 145. C. P. 67700. Linares, Nuevo León, México.

RESUMEN

Los bosques de Pinus cembroides Zucc, usualmente, han sido segregados del aprovechamiento forestal comercial dadas sus desventajas maderables. Sin embargo, esta especie desempeña un papel importante en la biodiversidad de México. El objetivo del presente estudio fue determinar la concentración de carbono (C) en los principales compartimentos de P. cembroides: raíz, corteza, fuste, ramas, yemas y hojas. La concentración de C total expresado como porcentaje de la biomasa fue determinado con el Solids TOC Analyzer. Los resultados se analizaron en un diseño completamente al azar y mediante comparación de medias de Tukey. El análisis indicó que la concentración de C varía entre los componentes (P < 0.05); la yema tuvo el valor más alto (57.1 %), mientras que el fuste y las ramas registraron los valores más bajos (47.7 y 47.8 %, respectivamente). Los resultados contribuyen a mejorar las estimaciones de C y proveen información importante para definir si los bosques de P. cembroides pueden considerarse como una posible fuente con potencial de mitigación ante el cambio climático y así utilizarlos en un programa de secuestro de C.

Palabras clave: Almacenamiento de carbono, cambio climático, TOC Analyzer, Chihuahua.

ABSTRACT

Pinus cembroides Zucc forests has usually been segregated from commercial logging given their woody disadvantages. However, this species plays an important role in the biodiversity of Mexico. The aim of the present study was to determine the concentration of carbon (C) in the main compartments of P. cembroides: root, bark, stem, branches, buds and leaves. The total C concentration expressed as percentage of biomass was determined with the Solids TOC Analyzer equipment. The results were analyzed in a completely randomized design and Tukey's comparison of means. The analysis of variance evidenced that C concentration varied among components (P < 0.05); the bud had the highest value (57.1 %), while stem and branches recorded the lowest values (47.7 and 47.8 %, respectively). Our results contribute to improving C estimates for this species and provide important information to determine whether P. cembroides forests can be considered as a possible source with mitigation potential against climate change and thus use it in a C sequestration program.

Keywords: Carbon storage, climate change, TOC Analyzer, Chihuahua.

INTRODUCCIÓN

Las actividades antropogénicas han provocado disturbios que contribuyen al deterioro de los ecosistemas (Dhillon & Von Wuehlisch, 2013). Particularmente, los bosques de Pinus cembroides Zucc en México constituyen una evidencia de las omisiones de manejo sustentable a las que se ha sometido esta especie. Las desventajas maderables para su comercialización, así como la falta de parámetros básicos para conocer su productividad, han propiciado que P. cembroides sea segregada de los planes de manejo forestal. Incluso en algunas regiones del norte de México, las áreas se destinan para fines agropecuarios con los impactos ecológicos consecuentes en tales ecosistemas (Treviño, 2001). El desconocimiento del manejo de P. cembroides ha propiciado repercusiones negativas en su conservación; el aprovechamiento extractivo y desregulado de las semillas con fines comestibles es la principal actividad económica de esta especie que ocurre ocasionalmente en intervalos de cuatro años (Treviño, 2001). La amplia distribución de la especie en zonas de transición y la baja exigencia en las condiciones del sitio en que se desarrolla, pueden representar una alternativa para incorporarse a estrategias de servicios ambientales.

Paralelamente, el cambio climático ha propiciado el interés por buscar estrategias de mitigación mediante captura de carbono (C). Se ha revelado que el calentamiento global podría paliarse estabilizando las concentraciones de CO₂ por medio de los ecosistemas forestales (Acosta-Mireles, Carillo-Anzures, & Díaz-Lavariega, 2009; Lal, 2004; Rodríguez-Laguna, Jiménez-Pérez, Aguirre-Calderón, Treviño-Garza, & Razo-Zárate, 2009). La mayoría de los esfuerzos se han enfocado principalmente en especies tropicales y de crecimiento rápido (Casanova-Lugo, Petit-Aldana, & Solorio-Sánchez, 2011; Thomas & Martin, 2012), por lo que P. cembroides podría constituir una fuente complementaria de captura y almacenamiento de C. No obstante, se desconoce la concentración de C en estos ecosistemas para contribuir y precisar las estimaciones que, se asume, representan 50 % de la concentración en la biomasa (Intergovernmental Panel on Climate Change [IPCC], 2006).

Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue conocer la concentración de C en la biomasa de la raíz, corteza, fuste, ramas, yemas y hojas de P. cembroides, para contribuir con el conocimiento de las reservas de C, las cuales son un factor importante para definir si la especie puede considerarse como alternativa de uso en los programas de servicios ambientales ante el cambio climático global.

MATERIALES Y MÉTODOS

El área de estudio se ubica en bosques naturales de la provincia fisiográfica Sierra Madre Occidental, en el sur de Chihuahua (Figura 1). Los terrenos son bastante accidentados con elevaciones y depresiones irregulares y la tenencia es de tipo ejidal. La vocación del suelo es forestal, pero los terrenos no están sometidos a manejo forestal maderable. El bosque está compuesto por vegetación arbórea de clima templado y semifrío; los géneros presentes más importantes son Pinus, Quercus, Arbutus y Juniperus. El tipo de rocas es la toba básica, mientras que los suelos son Cambisoles y Feozems (Pompa-García et al., 2010).

El muestreo se realizó en un trayecto de 7 km sometido a cambios de uso de suelo. En dicho trayecto se muestreó un individuo por categoría diamétrica de 5 cm hasta 40 cm, dando un total de ocho individuos. En cada árbol, en la posición orientada hacia cada uno de los puntos cardinales, se extrajeron 250 g en peso verde de los siguientes componentes: corteza, fuste, ramas (< 3 cm de diámetro), yemas, hojas y raíz. La extracción de la corteza y del fuste se hizo a 1.3 m de altura; el resto de los componentes se muestrearon a la altura media de la copa del árbol. En el caso del fuste, la extracción se hizo con un taladro de Pressler, para el caso de la raíz se utilizaron herramientas de excavación convencionales, mientras que el resto de los componentes se muestrea-ron con el uso de hacha y tijeras.

Las muestras, previamente identificadas, se llevaron al laboratorio y se secaron en una estufa hasta obtener peso constante, según los procedimientos recomendados por Avendaño, Acosta, Carrillo, y Etchevers (2009). Lamlon y Savidge (2003) recomiendan pulverizar las muestras para mejorar las estimaciones de C, por lo que se obtuvieron fracciones menores de 10 µm, de acuerdo con la metodología descrita por Yerena, Jiménez, Aguirre y Treviño (2011). La concentración de C total se obtuvo con un equipo Solids TOC Analyzer (modelo 1020A de O·l·Analytical, USA), que analiza muestras sólidas (5 mg) mediante combustión completa, a una temperatura de 900 °C (Monreal et al., 2005). Se hicieron al menos tres repeticiones por muestra procurando que la desviación estándar no rebasara el 0.6 % de la concentración de C (Lamlon & Savidge, 2003).

Siguiendo las recomendaciones de Yerena et al. (2011), los resultados del laboratorio se analizaron en un diseño completamente al azar. Los datos se sometieron a un análisis de varianza (ANOVA) con el programa estadístico SAS (Statistical Analysis System, 2004) para determinar si existían diferencias significativas (P ≤ 0.05) en la concentración de C entre los seis componentes. Cuando se detectaron diferencias estadísticas, se procedió a la comparación de medias con una prueba de Tukey (P = 0.05). Adicionalmente, mediante el PROC CORR de SAS (2004), se efectuaron pruebas de correlación para determinar la asociación estadística (P ≤ 0.05) de la concentración de C, respecto al compartimento analizado.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La concentración promedio de C en P. cembroides varió desde 47.7 % en el caso del fuste, hasta 57.1 % en la yema. Las ramas, raíz, corteza y hojas presentaron 47.8,49.0,49.1 y 51.3 %, respectivamente. A pesar de dichas aproximaciones, ninguno de los compartimentos obtuvo el 50 % que se asume convencionalmente por defecto (Cuadro 1).

Las pruebas de significancia sugieren que al menos uno de los compartimentos resultó diferente significativamente en la concentración de C (P ≤ 0.05). La comparación de medias de Tukey reflejó que la concentración media de C en el componente yema difiere significativamente del resto de los componentes (P = 0.05), mientras que entre ellos, la concentración de C en la hoja difirió del fuste y la rama.

Los resultados de las pruebas de correlación, para determinar la relación estadística de la concentración de C entre los componentes, mostraron asociación significativa (P ≤ 0.05). La raíz, la rama y la hoja guardaron correlación entre sí. De esta forma, la raíz y la rama tienen una relación inversamente proporcional (r = -0.9, P = 0.01), al igual que la rama (r = -0.9, P = 0.02) y la hoja, mientras que la raíz y la hoja guardan relación lineal positiva (r = 0.9, P = 0.03), sugiriendo que las concentraciones de C en dichos componentes están estrechamente asociados.

La variación de la concentración de C en los compartimentos de P. cembroides es estadísticamente significativa (P ≤ 0.05). A pesar de las aproximaciones cercanas al 50 % en el contenido de C, ninguno de los compartimentos tuvo el 50 % asumido por el IPCC (2006) que así lo considera como válido. Por ello, los resultados presentados en este estudio recobran importancia, ya que además constituyen el primer estudio que reporta la variación de la concentración de C en compartimentos de P. cembroides. En primera instancia, asumiendo el 50 %, se tienen sobrestimaciones de 0.9,1.0,2.3 y 2.2 % para el caso de la corteza, raíz, fuste y rama, respectivamente. Igualmente se presentarían subestimaciones del orden de 7.1 y 1.3 %, para el caso de las yemas y las hojas, respectivamente. Lo anterior guarda consistencia con la literatura que reporta variaciones de la concentración de C, según la especie, la sección del árbol, edad y condiciones ecológicas (McClaran, Mcmurtry, & Archer, 2013; Navarro, Róger, Ortiz, & Vilchez, 2013). Por ejemplo, Bert y Danjon (2006) encontraron que la concentración de C en fuste, ramas, y hojas de P. pinaster Ait. fue de 53 %, mientras que en México, P. greggii Engelm. mostró valores promedios de 50 % (Pacheco et al., 2007).

Estudios recientes en especies de todo el mundo, indican que la información de concentración de C aún es generalizada (Thomas & Martin, 2012), por lo que se recomienda hacer investigación adicional a nivel de compartimento para cada especie (Zhang, Wang, Wang, & Quan, 2009). De esta forma, los resultados de correlación entre componentes resultan destacados. Los grados de asociación lineal, altamente significativos (r = 0.9, P < 0.05), sugieren que existen procesos fisiológicos dentro del árbol que ocasionan diferencias en los flujos de C entre sus componentes. Aunque tal discusión está más allá de los objetivos del presente trabajo, convendría realizar investigación adicional al respecto. Asimismo, hacen falta estudios relacionados con el contenido de biomasa por componente, que mediante los valores de C aquí obtenidos ofrecerán una perspectiva más completa. Según Pacala y Socolow (2004), los ecosistemas terrestres constituyen el mayor sumidero de C. Sin embargo, no hay información que documente el uso de los bosques de transición donde regularmente crece P. cembroides. Los presentes resultados constituyen un punto de partida para determinar el potencial de esta especie en caso de utilizarla en un programa de captura de C (Karlik & Chojnacky, 2013). Además, adquieren relevancia por la resiliencia que la especie registra ante el cambio climático, dado que resiste bajas precipitaciones y usualmente habita en sitios de elevado disturbio (Treviño, 2001). La premisa de maximizar la captura de C se fundamenta en mejorar sus estimaciones en los ecosistemas forestales. La incorporación de bosques de P. cembroides como áreas potenciales de secuestro de C puede constituir una alternativa viable. Sin embargo, aún quedan tareas pendientes para hacer que estos ecosistemas sean económicamente viables. Algunas de ellas son, por ejemplo, el establecimiento de líneas base, realización de inventarios de almacén de C y la creación de incentivos que propicien un mercado formal de pago de servicios ambientales por captura de carbono.

CONCLUSIONES

Las concentraciones de C variaron en los compartimentos de P. cembroides. La yema tuvo la mayor concentración de C con 57.1 %, mientras que el fuste y la rama tuvieron los valores más bajos con 47.7 y 47.8 %, respectivamente. También se encontraron relaciones lineales directas e inversamente proporcionales de la concentración de C entre los componentes de P. cembroides, lo que contribuye a un mejor conocimiento de los flujos de C dentro del árbol. Si se conoce la concentración de C y la biomasa por compartimento es factible estimar el contenido total de C en P. cembroides con mayor precisión, representando información estratégica que puede ser utilizada para mitigar el CO₂.

AGRADECIMIENTOS

Se reconoce el apoyo del CONACYT a través del proyecto 222522 para la realización de este trabajo. Asimismo, se agradecen las sugerencias del cuerpo editorial y los revisores anónimos que ayudaron a mejorar el manuscrito.

REFERENCIAS

Acosta-Mireles, M., Carrillo-Anzures, F., & Díaz-Lavariega, M. (2009). Determinación del carbono total en bosques mixtos de Pinus patula Schl. et Cham. TERRA Latinoamericana, 27(2), 105-114. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=57311834003        [ Links ]

Avendaño, D., Acosta, M., Carrillo, F. & Etchevers, J. (2009). Estimación de biomasa y carbono en un bosque de Abies religiosa. Fitotecnia Mexicana, 32(3), 233-238. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=61011739008        [ Links ]

Bert, D., & Danjon, F. (2006). Carbon concentration variations in the roots, stem and crown of mature Pinus pinaster (Ait.). Forest Ecology Management, 222, 279-295. doi: 10.1016/j.foreco.2005.10.030        [ Links ]

Casanova-Lugo, F., Petit-Aldana, J., & Solorio-Sánchez, J. (2011). Los sistemas agroforestales como alternativa a la captura de carbono en el trópico mexicano. Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente, 17(1), 133-143. doi: 10.5154/r.rchscfa.2010.08.047        [ Links ]

Dhillon, R. S., & Von Wuehlisch, G. (2013). Mitigation of global warming through renewable biomass. Biomass Bioenergy, 48, 75-89. doi:10.1016/j.biombioe.2012.11.005        [ Links ]

Fonseca, W., Alice, F. E., & Rey-Benayas, J. M. (2012). Carbon accumulation in aboveground and belowground biomass and soil of different age native forest plantations in the humid tropical lowlands of Costa Rica. New Forest, 43, 197-211. doi: 10.1007/sl 1056-011-9273-9        [ Links ]

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2006). Forest lands. Guidelines for national greenhouse gas inventories. Hayama, Japan: IPCC-Institute for Global Environmental Strategies (IGES).         [ Links ]

Karlik, J. F., & Chojnacky, D. C. (2013). Biomass and carbon data from blue oaks in a California oak savanna. Biomass and Bioenergy, 62, 228-232. doi: 10.1016/j.biom-bioe.2013.11.018        [ Links ]

Lai, R. (2004). Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security. Science, 304, 1623-1627. doi: 10.1126/science.1097396        [ Links ]

Lamlom, S. H., & Savidge, R. A. (2003). A reassessment of carbon content in wood: Variation within and between 41 North American species. Biomass and Bioenergy, 25(4), 381-388. doi: 10.1016/S0961-9534(03)00033-3        [ Links ]

Macchioni, E, Cioni, P. L., Flamini, G., Morelli, I., Maccioni, S., & Ansaldi, M. (2003). Chemical composition of essential oils from needles, branches and cones of Pinus pinea, P. hale-pensis, P. pinaster and P. nigra from central Italy. Flavour and Fragrance Journal, 18, 139-143. doi: 10.1002/ffj.1178        [ Links ]

McClaran, M. P., Mcmurtry, C. R., & Archer, S. R. (2013). A tool for estimating impacts of woody encroachment in arid grasslands: Allometric equations for biomass, carbon and nitrogen content in Prosopis velutina. Journal of Arid Environments, 88, 39-42. doi: 10.1016/j.jaridenv.2012.08.015        [ Links ]

Monreal, C. M., Etchevers, B. J., Acosta, M., Hidalgo, G, Padilla, J. R., Lopez, M.,.. .Velasquez, A. (2005). A method for measuring above-and below-ground C reservas in hillside landscapes. Canadian Journal of Soil Science, 85,523-530. doi: 10.4141/S04-086        [ Links ]

Navarro, M. M., Roger, R. Ch., Ortiz, E., & Vilchez, B. (2013). Successional variation in carbon content and wood specific gravity of four tropical tree species. Bosque, 34(1), 33-43. doi: 10.4067/S0717-92002013000100005        [ Links ]

Niinemets, Ü, Ellsworth, D. S., Lukjanova, A., & Tobias, M. (2001). Site fertility and the morphological and photosynthetic acclimation of Pinus sylvestris needles to light. Tree Physiology, 21, 1231-1244. Obtenido de http://treephys.oxfordjournals.org/content/21/17/1231.full.pdf        [ Links ]

Pacala, S., & Socolow, R. (2004). Stabilization wedges: Solving the climate problem for the next 50 years with current technologies. Science, 305, 968-72. doi:10.1126/science.1100103        [ Links ]

Pacheco, E. F. C., Aldrete, A., Gómez, G. A., Fierros, G. A. M., Cetina, A. V. M., & Vaquera, H. H. (2007). Almacenamiento de carbono en la biomasa aérea de una plantación joven de Pinus greggii Engelm. Revista Fitotecnia Mexicana, 30(3), 251-254. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=61003006        [ Links ]

Pompa-García, M., Solís-Moreno, R., Rodríguez-Téllez, E., Pinedo-Álvarez, A., Ávila-Flores, D. Y. Hernández-Díaz, J. C., & Velasco-Bautista, E. (2010). Viewshed analysis for improving the effectiveness of watch towers in the North of Mexico. The Open Forest Science Journal, 3, 17-22. doi:10.2174/1874398601003010017        [ Links ]

Rodríguez-Laguna, R., Jiménez-Pérez, J., Aguirre-Calderón, O., Treviño-Garza, E., & Razo-Zárate, R. (2009). Estimación de carbono almacenado en el bosque de pino-encino en la reserva de la biosfera El cielo, Tamaulipas, México. Ra Ximhai, 5(3), 317-327. Obtenido de http://www.journals.unam.mx/index.php/rxm/article/view/15164/14413        [ Links ]

Statistical Analysis System (SAS). (2004). SAS user's guide statistics. Release 9.1. Cary, NC, USA: SAS Institute Inc.         [ Links ]

Thomas, S. G, & Martin, A. R. (2012). Carbon content of tree tissues: A synthesis. Forests, 3,332-352. doi: 10.3390/f3020332        [ Links ]

Treviño, G. E. J. (2001). Estratificación de la información en el procesamiento digital de imágenes de satélite aplicado a la cartografía de los bosques de Pinus cembroides. Investigaciones Geográficas, 44, 54-63. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=56904408        [ Links ]

Valentin, L., Kluczek-Turpeinen, B., Willför, S., Hemming, J., Hatakka, A., Steffen, K., & Tuomela, M. (2009). Scots pine (Pinus sylvestris) bark composition and degradation by fungi: Potential substrate for bioremediation. Bioresources Technology, 101,2203-2209. doi:10.1016/j.biortech.2009.11.052        [ Links ]

Yerena, Y. J. I., Jiménez, P. J., Aguirre C, O., & Treviño, G. E. J. (2011). Concentración de carbono en la biomasa aérea del matorral espinoso tamaulipeco. Revista Chapingo Serie Ciencias Forestales y del Ambiente, 17(2), 283-291. doi:10.5154/r.rchscfa.2010.02.004        [ Links ]

Zhang, Q., Wang, G, Wang, X., & Quan, X. (2009). Carbon concentration variability of 10 Chinese temperate tree species. Forest Ecology Management, 258, 722-727. doi: 10.1016/j. foreco.2009.05.009        [ Links ] ]]> 2009 27 2 2 105-114 2009 32 3 3 233-238 2006 222 279-295 2011 17 1 1 133-143 2013 48 75-89 2012 43 197-211 Intergovernmental Panel on Climate Change 2013 62 228-232 2004 304 1623-1627 2003 25 4 4 381-388 2003 18 139-143 2013 88 39-42 2005 85 523-530 2013 34 1 1 33-43 2001 21 1231-1244 2004 305 968-72 2007 30 3 3 251-254 2010 3 17-22 2009 5 3 3 317-327 Statistical Analysis System 2004 2012 3 332-352 2001 44 54-63 2009 101 2203-2209 2011 17 2 2 283-291 2009 258 722-727