Carbon concentration in the above–ground biomass in the tamaulipan thornscrub

José I. Yerena–Yamallel^1¶; Javier Jiménez–Pérez¹; Oscar A. Aguirre–Calderón¹; Eduardo J. Treviño–Garza¹

¹ Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León, Carretera Nacional km 145, Linares, Nuevo León, C. P. 67700. MÉXICO. Correo–e: yamellel@hotmail.com

Recibido: 26 de febrero, 2010 ]]> Aceptado: 9 de abril

RESUMEN

Se determinó la concentración de carbono por unidad de biomasa base peso seco de 10 especies del matorral espinoso tamaulipeco y para cada uno de sus componentes (tallo, ramas, ramillas, hojas y corteza). La concentración de carbono expresado como porcentaje de la biomasa, se hizo con el equipo Solids TOC Analyzer, que determina la concentración de carbono en muestras sólidas a través de combustión completa. Mediante un ANAVA no se encontraron diferencias en la concentración promedio de carbono de las especies (P>0.05); esta concentración varió de 44.25 a 47.08 % con una media general de 45.4±1.32 %; Cordia boissieri (44.25±1.52 %) y Acacia farnesiana (44.52±1.37 %) son las especies que resultaron con los valores de concentración de carbono menores, y Forestiera angustifolia (47.08±1.27 %) con el más alto. El componente corteza de Cordia boissieri obtuvo el menor porcentaje de concentración de carbono (39.62±0.70 %), y las hojas de Acacia schaffneri el mayor (50.14±1.21 %); la interacción de ambos factores resultó significativa (P<0.0001).

Palabras clave: Calentamiento global, almacenamiento de carbono, Cordia boissieri, Acacia farnesiana, Forestiera angustifolia.

ABSTRACT

The carbon concentration per unit of biomass (dry weight basis) was determined for 10 species in the Tamaulipan thornscrub and for each of their components (bole, branches, twigs, leaves and bark). Carbon concentration expressed as a percentage of biomass was obtained using a Solids TOC Analyzer, which determines the carbon concentration in solid samples by complete combustion. By ANOVA, no differences were found among the species in average carbon concentration (P>0.05). This concentration ranged from 44.25 to 47.08 % with an overall average of 45.4±1.32 %. Cordia boissieri (44.25±1.52 %) and Acacia farnesiana (44.52±1.37 %) are the species that had the lowest carbon concentration values, while Forestiera angustifolia (47.08±1.27 %) had the highest. The bark component of Cordia boissieri obtained the lowest carbon concentration percentage (39.62±0.70 %), while the leaves of Acacia schaffneri had the highest (50.14±1.21 %). The interaction of both factors was significant (P<0.0001).

Key words: Global warming, carbon storage, Cordia boissieri, Acacia farnesiana, Forestiera angustifolia.

La preocupación sobre las consecuencias del cambio climático global, generado por un eventual aumento de la temperatura del planeta y su relación con el incremento en los niveles de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera, en particular de CO₂, ha motivado múltiples estudios en las últimas décadas. Los científicos han establecido que desde 1885 la concentración de CO₂ en la atmósfera ha aumentado en un 25 %, producto de la combustión de fósiles para la generación de energía y la deforestación a escala mundial. Alguna de las áreas de interés corresponde a la capacidad de captación y de retención de carbono (C) por parte de los bosques, tanto naturales como los establecidos mediante plantaciones. Esto se debe a que los bosques desempeñan un papel primordial en el ciclo global del C, almacenando grandes cantidades de este elemento en la biomasa y el suelo, además de su intercambio con la atmósfera a través de los procesos de fotosíntesis y respiración (Brown, 1999).

El calentamiento global es producto del incremento en la concentración de diversos gases en la atmósfera, conocidos como de efecto invernadero, entre los que destacan: el bióxido de carbono (CO₂), que es el responsable del 71.5 % del efecto invernadero (Lashof y Ahuja, 1990), y otros gases con concentraciones menores tales como metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O), dióxido de azufre (SO₂), clorofluorocarbonos (CFC), ozono (O₃) y el vapor de agua con fluctuaciones anuales (Houghton y Woodwell, 1989; Dixon et al., 1994; Masera, 1995). Estos gases absorben más del 90 % de la radiación infrarroja que es emitida desde la Tierra. Como resultado, el calor es atrapado en la atmósfera permitiendo una temperatura superficial promedio de 15 °C. Sin estos gases de efecto invernadero, la temperatura promedio sería de –18 °C (Garduño, 2004).

Una causa en el incremento de la concentración de CO₂ en la atmósfera es el cambio de uso del suelo. Este proceso de liberación de carbono a la atmósfera es factible de revertir en alguna medida al proteger y conservar los ecosistemas arbóreos y arbustivos, así como mediante la aplicación de reforestación y restauración de ecosistemas degradados (Rodríguez et al., 2008). Lo anterior permitirá que exista una recaptura de CO₂ de la atmósfera. Este sistema, conocido como captura de carbono, podrá contribuir de manera significativa a reducir el calentamiento global (Pimienta et al., 2007).

Por la amenaza que el cambio climático global representa para el planeta, se reunieron en Kyoto, Japón, en 1997, representantes de 38 países. En esa reunión los países industrializados se comprometieron a reducir para el periodo 2008–2012 las emisiones de gases de efecto invernadero (Protocolo de Kyoto). Dentro del Protocolo de Kyoto se incluyen tres mecanismos de flexibilización para ser utilizados en el cumplimiento de los compromisos de la Convención: aplicación conjunta, comercio de emisiones y Mecanismo de Desarrollo Limpio. El Mecanismo de Desarrollo Limpio está definido en el artículo 12 del Protocolo de Kyoto y se refiere a actividades de mitigación del cambio climático, entre los países industrializados y los países en desarrollo (situación de México). La idea fundamental del Mecanismo de Desarrollo Limpio parte del hecho que los gases de efecto invernadero que están ocasionando las modificaciones climáticas, se distribuyen uniformemente en la atmósfera y por lo tanto la reducción y/o secuestro de estos gases en cualquier sitio del planeta produce el mismo efecto. Este fundamento permite a los países industrializados, comprometidos en la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero, efectuar las reducciones a través de proyectos en los países en desarrollo, con costos inferiores a los equivalentes en los países industrializados. Tal es el caso donde los países desarrollados pueden comprar bonos de carbono, financiando proyectos de captura o abatimiento de estos gases en otras naciones y acreditando tales disminuciones como propias.

Uno de los criterios importantes de selección de los proyectos sobre captura de carbono es contar con el componente indispensable que constituye la presencia de externalidades, el cual exige que los proyectos generen y activen el desarrollo local, brindando beneficio económico y social a los pobladores de las áreas forestales (Harmon, 2001).

Para proponer estrategias viables dirigidas a la mitigación del cambio climático, es imprescindible conocer la dinámica del carbono en los ecosistemas y las modificaciones a los flujos de este elemento derivadas de los patrones de cambio de uso de suelo. En este contexto, es indispensable contar con la información básica sobre las concentraciones de carbono en los diferentes almacenes de los ecosistemas.

En las estimaciones de la concentración de carbono almacenado para biomasa aérea se asume generalmente el valor de la fracción de carbono en materia seca en un 50 % sin diferenciar especies (IPCC, 1996; Brown, 1997; Houghton et al., 1999; Brown, 1999). No obstante, diferentes estudios denotan la variabilidad de la concentración de carbono según la especie y tejido del árbol (Lin et al., 2002; Peri et al., 2004; Gayoso y Guerra, 2005; Figueroa et al., 2005, Avendaño et al., 2009).

Si bien en México existen otros trabajos sobre captura de carbono en diferentes ecosistemas (Masera et al., 1995; Masera et al., 1997; de Jong, et al., 1999; Ordóñez y Masera, 2001; Masera et al., 2001; Díaz et al., 2007; Ordóñez et al., 2008; Návar, 2008), en los ecosistemas del estado de Nuevo León se cuenta con poca información relativa a este tópico, por lo que se hace necesario iniciar trabajos tendientes a establecer las bases metodológicas para la medición del carbono capturado y la inventarización de esta variable, con fines de certificación, como una alternativa futura de generación de recursos económicos para los pobladores del área. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue determinar la concentración de carbono por unidad de biomasa aérea base peso seco de diez especies leñosas y para cada uno de los componentes (tallo, ramas, ramillas, hojas y corteza) del matorral espinoso tamaulipeco.

El estudio se realizó en la reserva ecológica del Matorral – Escuela de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma de Nuevo León; ésta se encuentra en una fracción del matorral espinoso tamaulipeco de la Planicie Costera del Golfo, en el municipio de Linares, Nuevo León, situado entre las coordenadas 25° 09' y 24° 33' de la latitud norte, y 99° 54' y 99° 07' de longitud oeste, en una altitud de 350 m.

De acuerdo a investigaciones realizadas en el matorral espinoso tamaulipeco, para la presente investigación se seleccionaron las 10 especies leñosas con mayor valor de importancia ecológica (Alanís et al., 2008; Jiménez et al., 2009) (Cuadro 1).

Es importante destacar que el presente trabajo se realizó de forma paralela a trabajos de evaluación de la biomasa aérea de dichas especies, donde el método de muestreo que se empleó fue el de la tabla de frecuencias de clases diamétricas para determinar el número de individuos a muestrear por especie, asegurando al menos un individuo de cada especie por cada clase diamétrica con frecuencia de al menos tres individuos, considerando aspectos de no variación de exposición y libres de competencia por luz. Se escogieron de forma selectiva 45 individuos de las 10 especies para la determinación de la concentración de carbono.

Una vez elegidos los individuos, se realizaron dos tipos de mediciones. Las primeras con el individuo en pie, y las segundas una vez derribado. Previo al derribo de los individuos, se registró para cada árbol: número, especie, diámetro basal y altura.

Identificado el árbol o arbusto a procesar, se señaló la zona de caída de éste y se determinó la zona de procesado (área destinada para el desrame y troceo para la recolecta de las muestras) con el fin de habilitarla para el trabajo. A continuación se describen los pasos realizados: a) derribo del individuo, el corte se hizo lo más cerca posible del suelo; b) desrame y troceo, los árboles y arbustos se dividieron en sus componentes aéreos: fuste, ramas, ramillas (< 1 cm diámetro) y hojas; c) recolecta de muestras; fuste: se seleccionaron las muestras de madera de la sección radial a 0.10 m; se empaquetó en una bolsa de papel y se identificaron la especie, número de individuo y sitio (esta nomenclatura se utilizó para todas las muestras); ramas: se tomaron muestras a partir de 1 cm de diámetro; ramillas: se tomaron muestras menores de 1 cm de diámetro; hojas: se obtuvieron muestras al azar, y corteza: se recolectó una porción de la sección donde se tomó la muestra de madera del fuste.

Recolectadas las muestras en campo, se procedió a pesar cada una de éstas en el laboratorio y posteriormente se colocaron en la estufa de secado a 105 °C de temperatura, hasta obtener un peso constante. Cada muestra se trituró en un molino pulverizador, depositándolas en bolsas de plástico previamente identificadas.

La concentración de carbono se determinó con un equipo analítico denominado Solids TOC Analyzer de O·l·Analytical; éste determina la concentración de carbono en muestras sólidas mediante combustión completa, a una temperatura de 900 °C; los gases producto de la combustión son medidos a través de un detector infrarrojo no dispersivo que contabiliza las moléculas de carbono contenidas en estos gases. El intervalo de detección de concentración de carbono en las muestras va de 50 |g a 30 mg de carbono con una precisión de ± 15 |g de carbono. En total se analizaron 675 submuestras de 225 muestras de los 45 individuos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Concentración de carbono (%) entre las especies

Con el análisis de varianza se determinó que no existen diferencias significativas entre la concentración de carbono de las diferentes especies (P>0.05), aquellas que obtuvieron el porcentaje menor fueron Cordia boissieri, Acacia farnesiana y Cercidium macrum con 44.25, 44.52 y 44.73 %, respectivamente. Forestiera angustifolia con 47.08 % resultó con el porcentaje mayor; la media general es de 45.4 % (Cuadro 2).

La concentración de carbono de la biomasa aérea por especie, resultó en todos los casos inferior al valor de 50 % sugerido por defecto por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre los Cambios Climáticos (IPCC, 1996); es asimismo menor a valores reportados por otros autores: Francis (2000) señala un intervalo de 48.9 a 54.9 % para 20 especies en bosques secundarios en estado de latizal en Puerto Rico; Peri et al. (2004) obtienen un promedio de 48.9 %, para un bosque de ñire (Nothofagus pumilio) en Argentina; Figueroa et al. (2005) reportan un intervalo de 47.3 a 51.3 % para seis especies en el bosque tropical de zona lluviosa de la Sierra Norte de Oaxaca, México. Otros autores citan valores similares a los encontrados en este estudio: Lin et al. (2002) con una variabilidad de 45.69 a 51.84 % para 47 especies maderables (24 especies nativas y 23 especies exóticas) de la provincia Jilin en el NE de China; a su vez, Gayoso y Guerra (2005) para 16 especies de bosques nativos de Chile, refieren de 34.86 a 48.31 %, y Avendaño et al. (2009) para bosques de Abies religiosa en el estado de Tlaxcala, México, de 46.48 %.

Concentración de carbono (%) por componente de todas las especies

Se obtuvieron diferencias altamente significativas entre los componentes de todas las especies (P<0.0001). La prueba de comparación de medias de Tukey (a=0.05) determinó que el componente corteza es estadísticamente diferente y con un valor inferior (42.08 %) a la concentración de carbono de los otros componentes; tallo, ramas y ramillas no mostraron diferencias estadísticamente significativas, formando un grupo intermedio; el componente hojas tuvo diferencias estadísticamente significativas con los demás, ya que presenta la concentración de carbono más alta, con un valor promedio de 48.14 % (Cuadro 3).

La concentración de carbono promedio en tallo, ramas, ramillas y corteza de las especies de este estudio, fue más baja que las determinadas por Francis (2000) para otras especies en Puerto Rico, con valores de 52.07 % (promedio de tallo, ramas y ramillas) y 49.63 % (corteza); a su vez son similares a los reportados por Gayoso y Guerra (2005) en Chile de 44.38 % (tallo), 43.17 % (promedio para ramas y ramillas) y 43.52 % (corteza). Francis (2000) determinó 51.67 % para las hojas en Puerto Rico, valor que resultó mayor al del presente estudio; por su parte, Gayoso y Guerra (2005) señalan un valor inferior de 43.52 % para este mismo componente, en Chile.

Concentración de carbono (%) entre especies y entre componentes

La prueba de significancia (ANAVA) de la interacción entre los componentes y especies, arrojó que existe una interacción altamente significativa (P<0.0001) entre éstos, con lo que se determina que ambos factores no son independientes, es decir, que la concentración de carbono en los componentes de la biomasa aérea varía con la especie (Cuadro 4).

En cuanto al componente hojas, la especie Cordia boissieri es la que presenta la menor concentración de carbono (43.09 %), en comparación con el de las demás especies, donde varía de 46.55 hasta 50.14 %. Los componentes tallo, ramas y ramillas muestran una relación muy estrecha en cada una de las especies, pues presentan una tendencia similar (Cuadro 4).

Por otra parte, se observa que hay un amplio intervalo de variación en la concentración de carbono entre los componentes de las especies, el cual va de 39.62 %, en el componente corteza de Cordia boissieri, a 50.14 % en las hojas de Acacia schaffneri, significando un intervalo de 10.52 % (Cuadro 4); mientras que Gayoso y Guerra (2005) encontraron un intervalo de variación mayor, en 16 especies nativas de los tipos forestales Siempreverde y Roble–Raulí–Coigüe en Chile, de 13.45 %; de la misma manera, Francis (2000) encontró una variación de 12.1 % en 20 especies de bosques secundarios en estado de latizal en Puerto Rico.

Uno de los estudios más extensos realizados en Australia por Gifford (2000), señala que la concentración de carbono en componentes leñosos dependerá de la proporción de compuestos como la lignina y minerales inorgánicos. Como los contenidos de lignina y minerales difieren entre los distintos tejidos del árbol, es de esperarse que los diversos componentes presenten distintas concentraciones de carbono. Diversos autores (Ascencio, 1982; Peñuelas y Lluisá, 2003) mencionan que la variabilidad en la concentración de carbono en las hojas depende de sus características anatómicas, de los procesos fisiológicos como la fotorrespiración, carboxilación y oxigenación, del balance o razón entre las actividades de las enzimas y de los cambios de la temperatura del ambiente.

CONCLUSIONES

Los valores de concentración de carbono encontrados para las especies aquí estudiadas, son menores al valor que recomienda el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre los Cambios Climáticos (IPCC, 1996), que es del 50 % aplicado a la biomasa para determinar el carbono total y que lo generaliza para todas las especies. De esta manera podría sobrestimar el carbono capturado para algunos ecosistemas; por tal motivo, se recomienda utilizar los valores adecuados según corresponda a la especie o grupos de especies. Una cifra más precisa de concentración de carbono en la biomasa aérea del matorral espinoso tamaulipeco, sería 45.4±1.32 %.

AGRADECIMIENTOS

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada al primer autor para realizar estudios de Maestría en Ciencias Forestales.

LITERATURA CITADA

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