Sitios de estudio

El estudio se llevó a cabo en dos sitios cercanos a la ciudad de Querétaro, México, el primero en el área de conservación privada del fraccionamiento Zibatá, y el segundo en el Parque Nacional El Cimatario (PANEC) (Figura 1). El sitio Zibatá está ubicado al noreste de la ciudad de Querétaro, donde se han mantenido parches de vegetación silvestre del tipo BTC y matorrales xerófitos de mediana altura dominados por huizache (V. schaffneri) y diversas especies de Fabaceae y Burseraceae ^{(Arce-Acosta et al., 2016)}. El muestreo se llevó a cabo en un fragmento de vegetación de aproximadamente 5 ha con coordenadas 20° 39’ 40” N, 100° 21’ 40” O a una altitud promedio de 1950 m s.n.m. El PANEC está ubicado en la parte sur de la ciudad de Querétaro dentro de los municipios de Querétaro, Huimilpan y Corregidora. El tipo de vegetación dentro del parque es representativa de zonas de BTC, arbustos, pastos inducidos y zonas reforestadas ^{(García et al., 2010)}. Los transectos llevados a cabo dentro del PANEC se encontraban dentro de las coordenadas 20° 32’ 8.7” N, 100° 21’ 51” W y 20° 32’ 13.9” N, 100° 21’ 45.9” O, a una altitud promedio de 2000 m s.n.m. En el PANEC se trabajó con transectos debido a que los individuos infestados son más abundantes a lo largo de algunas brechas.

Figura 1 Ubicación de los sitios de estudio: área de conservación del fraccionamiento Zibatá (Sitio Zibatá: punto rojo en la parte superior del mapa a la izquierda, y en la ampliación en el mapa superior derecho) y Parque Nacional El Cimatario (Sitio PANEC: puntos rojos en la parte inferior del mapa a la izquierda, y en la ampliación en el mapa inferior derecho). 

En ambas localidades, V. schaffneri es el principal hospedero de P. calyculatus, y en PANEC también es el principal hospedero de P. brachystachyum, aunque ambos muérdagos infestan otras especies de la familia Fabaceae ^{(Arce-Acosta et al., 2016)}.

Estudio comparativo de los dos métodos fotográficos en Zibatá

En el sitio Zibatá se optó por trabajar a lo largo de un transecto debido a que los individuos infestados se encontraban dentro de una franja de vegetación remanente rodeada por un pastizal inducido. Se capturaron imágenes de 23 árboles de V. schaffneri localizados en un transecto de un 1 km de largo y 10 m de ancho en un parche de vegetación del BTC, a través de las metodologías CPE y VANT. Todos los árboles analizados en ese transecto estaban parasitados exclusivamente por P. calyculatus. A cada árbol se le midió el diámetro mayor de la copa para tener una longitud de referencia a fin de establecer la escala (Analyze-set scale) en las fotografías analizadas con el programa ImageJ 1.51j8.

En el método CPE se utilizó una cámara Gopro Hero 3+ Black unida de forma perpendicular a una barra móvil de metal y a un poste con extensión de 4.5 m (Figura 2A).

Figura 2 Dispositivos utilizados para la toma de fotografías para estimar el área de infección en la copa de Vachellia schaffneri por el muérdago Psittacanthus calyculatus: A) cámara fotográfica fijada a un poste con extensión (método PEC), B) fotografía aérea usando un vehículo aéreo no tripulado (método VANT). 

Para tomar la fotografía de la copa, el poste se posicionaba de manera paralela al eje longitudinal del fuste, y la barra móvil se recorría horizontalmente, de modo que el eje focal del lente se posicionara en forma perpendicular con el centro del plano horizontal de la copa (Figura 2A). La cámara se conectó inalámbricamente a través de Wi-Fi a una Tablet Apple mini 4, para la toma de fotografías, que fueron tomadas con la máxima resolución de la cámara (12 megapixeles); la mayoría de las fotografías fueron tomadas a una altura de 4.5 m para que toda la copa quedara dentro del área de captura de la cámara, pero en algunos casos fue necesario elevar el poste entre 0.5 y 1 m más colocándolo sobre un soporte, para incluir la totalidad de la copa en el área de captura. Debido a que los árboles fueron variables en altura (aproximadamente entre 2 y 4 m), con base en las alturas de 10 individuos de V. schaffneri que fueron medidos en el PANEC para probar el método CPE previamente al estudio (intervalo: 2.41-4.03 m, x ± D. E. = 3.10 ± 5.18 m), la distancia de la copa a la cámara fue variable. Todas las fotos fueron tomadas con la configuración predeterminada del campo de visión de la cámara (FOV ultra gran angular, resolución 12 megapixeles).

Para el método VANT se utilizó un vehículo aéreo no tripulado (VANT) DJI-Mavic Pro con cámara de 12 megapíxeles (Figura 2B). Para tomar la foto de la copa de cada árbol infestado con muérdago, el VANT se posicionó sobre el árbol a una altura de 50 m del suelo, de tal modo que el centro del campo de captura (y por lo tanto el eje focal del lente de la cámara) coincidiese aproximadamente con el centro del plano horizontal de la copa en forma perpendicular. Para posicionar el VANT con base en la imagen observada en la pantalla se ajustaba el tamaño aparente de la imagen con el acercamiento de la cámara, de modo que se asemejara al tamaño aparente de la imagen observada con el método CPE.

Las fotografías de los mismos árboles tomadas con ambos métodos fueron analizadas en el programa Image J 1.5lj8, con el que se obtuvo para cada hospedero el área total de copa y el área de la copa cubierta por muérdago (Figura 3). En cada método se capturó una foto por cada árbol y éstas no fueron ortorectificadas. La delimitación de los polígonos de la copa y de la fracción de la copa cubierta por muérdago se hizo manualmente en ImageJ 1.5lj8 con base en la diferencia aparente en la textura y coloración del follaje del árbol y de los muérdagos (Figura 3). Los datos se presentan en el Cuadro 1. Se usaron las siguientes condiciones para establecer la escala en las fotografías (Analyze-set scale): 1) distancia en píxeles: valor dado por la longitud de la línea que representa el diámetro de la copa usado como referencia en cada árbol, 2) distancia conocida: valor dado por la longitud (en m) del diámetro usado como referencia, 3) relación de aspecto de pixeles: 1.0, 4) Unidad de longitud: m, con Global desactivado debido a que la escala se estableció en cada fotografía de manera individual.

Figura 3 Comparación de imágenes tomadas con: A) cámara fotográfica fijada a un poste con extensión (método PEC) y B) fotografía aérea con el uso de un vehículo aéreo no tripulado (método VANT). Las imágenes corresponden al mismo individuo de Vachellia schaffneri y los nódulos del muérdago Psittacanthus calyculatus creciendo en la copa. El contorno con la línea blanca punteada indica el perímetro de la copa del árbol, y la línea blanca continua delimita el perímetro de los diversos nódulos de muérdago que fueron utilizados para calcular la proporción del área infectada en la copa. 

La concordancia entre los estimados de porcentaje de área de copas infectada con muérdago con ambos métodos fue obtenida con el coeficiente de correlación de concordancia (ρ _c ) descrito por ^{Lin (1989)}, el cual es calculado como:

Donde: µ es el promedio de la población, σ ² es su varianza, σ _ij es la covarianza entre las dos poblaciones, ρ es el coeficiente de la correlación de Pearson que se obtiene de medir la desviación de las observaciones de la mejor línea de ajuste (precisión), y C _b mide la desviación de la mejor línea de ajuste respecto a la línea de 45° de concordancia (exactitud) que es calculada como:

Donde: ν es la escala de cambio y υ es el cambio de ubicación relativo a la escala. El coeficiente ρ _c tiene un valor de 1 si hay una perfecta correlación positiva y -1 para una perfecta correlación negativa. Un valor de 0 corresponde a la completa falta de correlación. Por otro lado, C _b toma valor de 1 si la mejor línea de ajuste no se desvía de la línea de 45° de concordancia ^{(Lin, 1989)}. El modelo de la mejor línea de ajuste está dado por Y = νX + υ (en este estudio X representa a la variable VANT y Y a CPE). Los análisis fueron llevados a cabo con el paquete epiR ^{(Stevenson et al., 2018)} en R 3.5.1.

Estudio comparativo de los niveles de infestación entre el PANEC y Zibatá

En el PANEC se obtuvieron fotografías de 10 árboles parasitados en cada uno de dos transectos de 1 km. El primero de los transectos en áreas infestadas primordialmente por P. calyculatus y el segundo en áreas infestadas por P. brachystachyum. Las fotografías obtenidas con el método CPE fueron similares a las obtenidas en Zibatá, pero los intentos de obtener fotografías con un VANT resultaron en fracaso, pues dos instrumentos (un Phantom 4 con cámara de 12.4 megapixeles 1080p y un MUVIX-drone) resultaron dañados debido a la interferencia causada por las antenas de telecomunicación instaladas en el sitio.

Para comparar los niveles de infestación entre el PANEC y Zibatá se consideraron únicamente los individuos parasitados por P. calyculatus fotografiados con el método CPE. El modelo estadístico utilizado fue de un análisis de covarianza (ANCOVA) del área infestada en cada individuo (en m²) y el área total de la copa (en m²) como covariable.

En el PANEC se compararon los niveles de infestación (% del área de la copa cubierta por el parásito) entre árboles parasitados con P. calyculatus y árboles parasitados por P. brachystachyum por medio de un ANCOVA, usando el área total de la copa (en m²) como covariable. Los ANCOVAs se realizaron en una rutina del paquete estadístico PAST (Hammer et al., 2021). Las especies de muérdago fueron diferenciadas mediante claves de identificación taxonómica ^{(Kuijt, 2003}; ²⁰⁰⁹⁾. En la zona no se encontraron árboles de V. schaffneri infestados por ambas especies de muérdago.

Comparación de métodos fotográficos en Zibatá

El índice de concordancia ρ _c fue alto entre las mediciones de copa infectadas con muérdago con VANT y CPE (ρ _c = 0.957, IC_95% = 0.905-0.980, C _b = 0.992; Figura 4). El modelo con la mejor línea de ajuste fue VANT = 0.909 × CPE - 0.079.

Figura 4 Concordancia entre los porcentajes estimados del área de la copa de los hospederos (Vachellia schaffneri) ocupada por muérdago (Psittacanthus calyculatus) con el método CPE y el método VANT. La línea continua representa la concordancia perfecta (confiabilidad) entre ambos métodos (línea de 45°) y la línea punteada la mejor línea de ajuste (precisión). 

Se obtuvieron resultados similares con los métodos VANT y CPE en los valores de los porcentajes de áreas de copa infectados por P. calyculatus (media y desviación estándar VANT: 35.511, 19.222; CPE 38.489, 21.484); sin embargo, hay ventajas y desventajas en el uso de estos métodos que necesitan ser consideradas. El método CPE resultó efectivo para estimar el nivel de infestación en árboles de tamaño medio (3 a 10 m), además de ser relativamente barato; sin embargo, el manejo de postes de más de 10 m de largo en campo puede ser difícil, lo que restringe el método a vegetación con árboles de mediana y baja altura.

El método VANT resultó más efectivo para abarcar un área de muestreo mayor en una sola fotografía, además de permitir el análisis del grado de infección en zonas de difícil acceso. En comparación con CPE, el método VANT se puede usar fácilmente en cualquier tipo de vegetación. Algunas desventajas del método VANT son el alto costo del equipo y las restricciones de vuelo en algunas zonas como el PANEC; por ejemplo, las reformas de 2017 a la ley civil de aviación de México agregan regulaciones para el uso de VANT, tales como el vuelo a distancias mayores de 9 km de aeropuertos y la prohibición de uso en lugares con más de 12 personas reunidas ^{(SCT, 2019)}. Por otro lado, factores como la presencia de vientos fuertes y nubosidad, y las características del equipo mismo, como la duración de la batería y la interferencia causada por antenas de telecomunicación, representan restricciones adicionales al uso de esta tecnología ^{(León-Bañuelos et al., 2023)}.

Comparación de los niveles de infestación en el PANEC y Zibatá

No se encontraron diferencias significativas entre sitios al comparar el área infestada en las copas individuales de V. schaffneri por el muérdago P. calyculatus en el área protegida de Zibatá y el PANEC de acuerdo con el ANCOVA, con una P (F = 1.035, 1/30 g.l., n_PANEC =10, n_Zibatá =23) = 0.132, indicando que los niveles de infestación son similares en la región y que el ajuste a la covariable indica que en ambos sitios el comportamiento de las áreas totales y afectadas es similar (Cuadro 2); esto puede explicarse por los mecanismos de dispersión del muérdago, a mayor área de cobertura de una especie hospedera habrá mayor incidencia y severidad de muérdago ^{(Arce-Acosta et al., 2016)}, siendo éste un patrón característico de toda la región.

Por otro lado, en el PANEC dos especies de muérdago, P. calyculatus y P. brachystachyum se encuentran presentes infestando fundamentalmente individuos de V. schaffneri. Al analizar las diferencias en las áreas infestadas en la copa de los árboles no se encontraron diferencias significativas con el ANCOVA: P (F=2.142, 1/17 g.l., nP.calyculatus =10, nP.brachystachyum =10) = 0.165 (Cuadro 3). Cabe mencionar que en el área de estudio no se encontraron árboles infestados por ambos muérdagos. P. calyculatus es una especie ampliamente distribuida en el país y se ha reportado en hospederos diversos, ya sean de vegetación nativa o de área productivas ^{(Arce-Acosta et al. 2016}; ^{Díaz et al., 2016)}, mientras que P. brachystachyum se encuentra comúnmente asociado a leguminosas en BTC, matorrales xerófitos y vegetación secundaria ^{(Kuijt, 2003}; ^{Rzedowski y Rzedowski, 2005)}; sin embargo, se reporta que, a pesar de su alta incidencia, no afectan significativamente las tasas fotosintéticas de los hospederos ^{(Queijeiro-Bolaños et al., 2020)}.

En el caso de P. calyculatus, el área de copa infectada y el número de muérdagos en la copa no mostraron correlación (PANEC: P = 0.74, Zibatá con CPE: P = 0.09 y Zibatá con VANT: P = 0.14), pero sí en el caso de P. brachystachyum (r = 0.69, P = 0.02), sugiriendo que la congruencia de los patrones mostrados por la estimación de la infestación mediante conteo de muérdagos y mediante la medición del área de copa infectada es dependiente de la manera en que las especies de muérdago crecen y colonizan la copa de sus hospederos.

A pesar de que la infección por muérdago se percibe como un problema creciente ^{(Arce-Acosta et al., 2016)}, hasta el momento no existen estimados de cambios temporales o espaciales en la intensidad de la infestación, por lo que se sugiere hacer estudios de monitoreo continuo utilizando métodos cuantitativos prácticos. Al respecto, es importante considerar que, a diferencia de los enfoques cualitativos empleados hace algunos años ^{(e.g., CONAFOR, 2010)}, los métodos actuales se basan en técnicas cuantitativas más avanzadas; sin embargo, dichas técnicas con frecuencia son poco accesibles para la generalidad de usuarios, debido entre otras cosas al costo del equipo y a la dificultad para manejar métodos sofisticados de análisis de imágenes. En este sentido, los métodos aquí presentados ofrecen opciones cuantitativas prácticas para monitorear los niveles de infestación por muérdagos y sus cambios en el hospedero a lo largo del tiempo, los cuales pueden ser aplicados por el usuario común, a la vez que pueden ser perfectibles con habilidad técnica adicional en aspectos como automatización del método de segmentación (diferenciación del muérdago y el follaje del hospedero), de tal modo que se pueda economizar el tiempo de análisis de imágenes y reducir la subjetividad asociada con la segmentación manual, que puede ser particularmente alta cuando el contraste entre el follaje del muérdago y el del hospedero no es claro para la delimitación manual de los polígonos.