Captura de carbono por Cedrela odorata l . en una prueba genética

Carbon sequestration by Cedrela odorata l . in a genetic trial

Lilia del Carmen Mendizábal-Hernández¹, Juan Alba-Landa¹, Juan Márquez Ramírez¹, Héctor Cruz-Jiménez¹ y Elba Olivia Ramírez-García¹

¹ Instituto de Genética Forestal. Correo-e: lmendizabal@uv.mx

Fecha de recepción: 10 de febrero de 2010
Fecha de aceptación: 25 de marzo de 2011

Resumen

A partir del papel principal del CO₂ en el calentamiento global, el almacenamiento de carbono efectuado por los árboles, como resultado de la fotosíntesis, permite la mitigación del efecto invernadero. El valor genético de estos organismos varía, y por lo tanto su capacidad de captura y contenido del mismo. Por ello, y con el objetivo de conocer las diferencias en tres procedencias de Cedrela odorata : Catemaco, La Antigua y Misantla del estado de Veracruz con cuatro familias en la primera y ocho en las dos restantes, que se establecieron en una prueba de procedencias / progenie localizada en el Ejido La Balsa, municipio de Emiliano Zapata, Veracruz; se evaluó la altura y el DAP de ejemplares a los ocho años de edad. A partir de su volumen se estimó la concentración de carbono en la biomasa aérea a través del método del IPCC modificado por Mendizábal-Hernández. Se practicó un análisis de varianza (GLM) con un modelo lineal de efectos fijos. El carbono estimado total con la prueba genética fue de 3,111.07 kg. Solamente se presentaron diferencias significativas para la variación entre árboles, lo fue, lo que da la posibilidad de realizar una selección individual para incrementar la captura de carbono. Por lo tanto, se concluye que la eficiencia de captura puede incrementarse en futuras plantaciones, a partir de la progenie conocida, con la selección de los mejores individuos.

Palabras clave: Captura de carbono, Cedrela odorata , mejoramiento genético, procedencias, progenie, variación.

Abstract

From the role of CO2 in global warming, carbon storage made by trees as a result of photosynthesis allows the mitigation of greenhouse gases. The genetic value of the trees of a species varies, and therefore, their ability to capture and store carbon; in order to understand these differences, height and DBH of eight year-old Cedrela odorata trees was assessed from three provenances from the state of Veracruz (Catemaco, La Antigua and Misantla) with 4, 8 and 8 families, respectively, which were established in a provenance/progeny trial in the La Balsa Ejido, Emiliano Zapata municipality, Veracruz. With volume, carbon concentration in aboveground biomass was estimated using the IPCC method suitable for Mendizábal-Hernández. An analysis of variance (GLM) was applied with a fixed effects linear model. The total estimated carbon obtained from genetic testing was 3,111.07 kg; however, there were no significant differences among provenances or families, but the variation among trees was significant as it represents the possibility of making an individual selection to increase carbon sequestration. Thus, it can be concluded that CO2-capture efficiency can be increased in future Cedrela odorata plantations if it is planted with known genetic offspring through the selection of the best trees.

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con la FAO (2006), de los países que comprenden América del Norte (Canadá, Estados Unidos de América y México) la mayor deforestación, de 1990 a 2005, tuvo lugar en México, debido principalmente a la expansión agrícola y a la sobreexplotación de la madera. Además, el cambio climático ha intensificado las amenazas a los bosques, al aumentar las sequías y generar mayor incidencia de plagas.

El papel de la fotosíntesis es de sobra conocido por quienes realizan actividades de evaluación relativas al crecimiento de las plantas, ya que mediante este proceso los árboles capturan y almacenan carbono en sus tejidos. Por ello se le considera una alternativa importante para mitigar el efecto invernadero, dado que el CO₂ es el principal gas que contribuye al calentamiento global (Bidwell, 1979; Medrano y Flexas, 2000; Mendizábal-Hernández et al ., 2008).

El valor genético de los individuos arbóreos dentro de las poblaciones naturales les otorga capacidades fotosintéticas diferentes, porque no todos los descendientes de progenitores del bosque tienen los mismos rendimientos de captura y almacenamiento. Estos son proporcionales a su desarrollo, y se evalúan a partir de la biomasa con las variables cuantitativas de altura, DAP y densidad de la madera. Características que difieren entre árboles y son reguladas por genes que aumentan su frecuencia por medio de la selección en plantaciones comerciales, tal es el caso de Cedrela odorata L. para los trópicos húmedos, que por la calidad y uso de su madera tiene doble propósito (lucrativo y de almacenamiento). Por lo anterior, deben regularse las metodologías para el establecimiento de plantaciones como resumideros de carbono (Zobel y Talbert, 1988).

La importancia actual que tienen los bosques a nivel mundial como productores de bienes públicos, en particular para la captura y almacenamiento de carbono, junto con el aumento constante en la demanda de productos maderables (FAO, 2009) ha originado un auge en el estudio de la diversidad de las especies forestales. Al respecto, el presente trabajo se llevó a cabo con el propósito de conocer, en su etapa juvenil, la capacidad de captura de carbono de C. odorata para ser utilizada en programas nacionales de reforestación, con una orientación hacia los servicios ambientales y la conservación de genes identificados en procedencias y familias, que mediante la selección de ciertos individuos mejoren la cantidad de carbono almacenado en las plantaciones.

En los bosques tropicales, las poblaciones de cedro ( Cedrela odorata ) y de caoba ( Swietenia macrophylla King) han mermado por su alto valor comercial, el cual favorece su extracción selectiva (Patiño, 1997). Para finales de los años 90, su densidad promedio aprovechable era de 0.25 individuos ha^-1 (Díaz-Maldonado et al ., 2007).

Cedrela odorata se distribuye desde México hasta Argentina. En el territorio nacional se localiza en la Vertiente del Golfo de México, de Tamaulipas a la Península de Yucatán; en la Vertiente del Pacífico, desde Sinaloa hasta Guerrero y en la Depresión Central y la Costa de Chiapas (Pennington y Sarukán, 1998). El clima es contrastante por tratarse de una vasta región geográfica de fajas latitudinales cálidas que cubre al bosque subtropical, a través del bosque subtropical húmedo, bosque subtropical muy húmedo, tropical húmedo y muy húmedo y el tropical premontaña húmeda y muy húmeda en la zona ecuatorial. Se desarrolla de mejor manera en los climas estacionalmente secos. Alcanza su mayor prominencia bajo una precipitación anual de 1,200 a 2,400 mm, con una estación seca de 2 a 5 meses de duración.

El cedro puede ser muy demandante en cuanto a sus requisitos de suelo. Crece en las arcillas derivadas de piedra caliza, pero también en los sitios bien drenados, sobre suelos ácidos derivados de rocas volcánicas (Ultisoles). El denominador común parece ser el drenaje y la aireación del suelo y no su pH (Cintron, 1990).

La evaluación se realizó en una prueba de procedencias /progenie de C. odorata establecida en el ejido La Balsa, municipio de Emiliano Zapata, Veracruz el 20 de septiembre de 2000 localizada a 19° 20' 59.27 norte y 96° 38' 43.58 longitud oeste y a una altitud de 404 m (Mendizábal-Hernández et al. , 2009). La temperatura media anual es de 25.1°C y la precipitación total anual de 912.1 mm (SMN, 2008). Las zonas aledañas al ejido, que comprenden 15,000 ha y abarcan desde la localidad de Carrizal hasta el municipio de Rinconada, muestran condiciones ambientales similares.

Se incluyen tres procedencias: Catemaco, La Antigua y Misantla con un total de 20 familias (Cuadro 1). El diseño de las plantaciones es de seis bloques completos al azar con cuatro plantas por familia, se estableció con un sistema de surcado en forma de cuadro con espaciamiento entre plantas e hileras de tres metros. La plantación no presenta hileras de protección, dado que el sitio se localiza a cielo abierto sin vecindad arbórea (Cruz, 2009).

Los sitios de las poblaciones son diferentes. Así, en Misantla se asocia con cultivos agrícolas y pastizales, principalmente, en linderos y terrenos con pendiente, altitud de 380 m; precipitación media anual de 1,962.2 mm, temperatura de 22.9°C y suelo Luvisol Férrico. Mientras que, en La Antigua, está dispersa en un área destinada a la ganadería, con suelo Vertisol Crómico, precipitación media anual de 1,226.5 mm, temperatura de 25.6°C y altitud de 20 m. En Catemaco pertenece a una masa boscosa que se asocia con otras especies arbóreas como caoba y guázamo, se ubica a 340 msnm con una precipitación media anual de 2,283.9 mm, una temperatura de 23.4°C y suelo Luvisol Férrico (SPP, 1984a; SPP, 1984b; SMN-CNA, 2010).

Se realizaron labores de cultivo y aplicación anual de insecticidas, para evitar competencia con otros taxa y combatir el gusano de Hypsipyla grandella Zeller (Suárez, 2009).

Las variables fueron las siguientes:

a) Supervivencia a partir del conteo de los árboles vivos.

]]> b) Diámetro a la altura del pecho (DAP) en metros. Se midió con una cinta diamétrica Forestry Suppliers^® con aproximación al mm.

c) Altura total en metros. Se estimó con un clinómetro Sunnto^®.

Para determinar el contenido de carbono en la biomasa aérea de los árboles evaluados (Ce) primero se transformó el valor del DAP de centímetros a metros. Después, se calculó el volumen de los mismos a través con las siguientes fórmulas (Pardé y Bouchon, 1994; Philip, 1994):

Donde:

V = Volumen (m³)

AB = Área Basal (m²)

π/4 = Constante 0.7854

D = Diámetro a la altura del pecho (m)

H = Altura (m)

Posteriormente, se obtuvo la concentración de carbono (Ce) por individuos, familias y procedencias mediante el método propuesto por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, 1994) modificado por Mendizábal-Hernández (2007), el cual fue desarrollado para rodales naturales, ya que considera la superficie y el volumen real por hectárea. Este procedimiento se adecuó, para evaluar a las plantaciones experimentales que tenían identificados cada uno de los individuos, de la siguiente manera:

A) Se calculó la biomasa al multiplicar el volumen en m³ de cada individuo por la densidad de la madera (0.46 g/cm³ según CIRAD, 2009).

B) Se obtuvo el Ce por el producto de la biomasa y el factor de contenido de carbono (0.45).

La biomasa aérea se definió como la materia seca por unidad de superficie contenida en el tronco de los árboles.

Se realizaron estadísticas descriptivas y análisis de varianza con en el procedimiento GLM de Statistica (Stat Soft, 1998). El modelo lineal utilizado fue el siguiente:

Donde:

Y_ijkl = Respuesta de la i-ésima procedencia, de la j-ésima familia anidada en la i-ésima procedencia, del k-ésimo bloque.

P_i = Efecto de la i-ésima procedencia.

F(P)_ij = Efecto de la j-ésima familia anidada en la i-ésima procedencia.

B_k = Efecto del k-ésimo bloque.

ε_ijkl = Error experimental.

De los 480 árboles establecidos se registró 68.75% de supervivencia en el sitio, la procedencia de Misantla tuvo el mayor valor (73.96%), mientras que para los de La Antigua (64.10%) y Catemaco (65.63%) fueron muy similares.

De los 330 árboles que sobrevivieron, se obtuvieron 3,111.07 kg de carbono, 540.77kg de la procedencia de Catemaco, 1,163.83 para La Antigua y 1,406.47 de Misantla. El promedio determin.ado en cada una fue de 8.58, 9.31 y 9.91 kg, respectivamente, la variación más alta correspondió a Misantla (Figura 1).

No se obtuvieron diferencias significativas entre procedencias ni en las familias (Cuadro 2). Sin embargo, la variación observada a nivel de árboles (Figura 2) plantea la posibilidad de realizar una selección individual para incrementar la captura de carbono.

Aunque la mayor cantidad de fotosíntesis se realiza en los océanos (CICC, 2006), una línea de plantaciones con organismos eficientes en la captura de CO₂ será mejor que aquellas cuya fuente sea de baja vocación. La variación ambiental jugó un papel importante con respecto a la cantidad de luz recibida según las diferencias observadas entre bloques.

Al comparar el total de carbono almacenada por la especie, con la obtenida en Pinus caribaea Mor. var. hondurensis Barr. et Golf. (Mendizábal-Hernández, 2007), en una plantación de edad similar (8 años), Cedrela odorata captura una cantidad superior a 77.97%.

Con base en los crecimientos máximos extremos de algunos árboles es posible hacer una selección individual para aumentar la captura de carbono, como se ha observado en otras especies (Márquez y Mendizábal-Hernández, 2006).

Tanto en poblaciones naturales, sin intervenciones fuertes por aprovechamientos selectivos, como en plantaciones las características de crecimiento y desarrollo de sus descendientes están controladas por efectos genéticos, ambientales y de interacción (Eguiluz, 1990). El crecimiento de la descendencia tiene una distribución normal producto de la variación, por lo tanto es indicadora de un criterio de selección, que para este caso garantiza máximos de captura y almacenamiento de CO₂ en comparación con otro más general. Estas ganancias se pueden incrementar si se planea otro esquema de selección y cruzas entre la descendencia de mayor avance.

Las ganancias genéticas que resuelven problemas de producción y abasto con el aumento de calidad y cantidad de un producto, como la captura de CO₂, se han logrado en países forestalmente muy adelantados como Estados Unidos y Chile, entre otros (Zobel y Talbert, 1988) cuyo éxito se basa no sólo en la elección de la especie, sino también en la fuente dentro de la misma; sin embargo, a pesar de estos esfuerzos se desconocen las fuentes para la mayoría de los taxa en particularidades de producción, basta señalar que para el caso de México, de las aproximadamente 2,500 especies de árboles identificados (Rzedowski, 1992) se tienen estudiadas en este ámbito no más de 30, Cedrela odorata es una de ellas.

La eficiencia de captura de CO₂ de Cedrela odorata en esta prueba genética es homogénea para las procedencias y familias evaluadas.

La presencia de árboles con mayor crecimiento permite la selección individual para mejorar la captura de carbono, que puede ser una segunda generación de selección o por vía clonal.

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