Perspectiva de manejo del fuego

En los incendios forestales intervienen diferentes factores como son la vegetación, los combustibles, el clima, la topografía, etcétera; por ello, en los estudios realizados en el INIFAP se consideran las interrelaciones entre estos elementos. Al respecto y desde la perspectiva del manejo del fuego, la investigación en el Instituto se orienta, principalmente, en función de los siguientes aspectos (Figura 1): a) Contexto. Se apoya la homologación de criterios para entender la terminología utilizada; b) Diagnóstico. Se considera necesario conocer en qué condiciones están las áreas bajo estudio, desde la ecológica hasta la situación económica y sociocultural; c) Definición de áreas prioritarias. Se han desarrollado procesos estandarizados para la selección adecuada de las áreas que requieren mayor atención y en las cuales se deben priorizar los recursos para la investigación; d) Perspectiva de manejo del fuego.

Figura 1 Estructura base para la planeación de la investigación en incendios forestales en el INIFAP 

El uso del fuego está muy relacionado a las prácticas agropecuarias, por lo que se han considerado diferentes estrategias de manejo del fuego que incluyen medidas de total supresión y el manejo de combustibles forestales; e) Manejo de la información. Para realizar una buena administración de la investigación, en el INIFAP se ha realizado la recopilación, ordenación y análisis de una gran cantidad de información relacionada al tema de incendios forestales; f) Líneas estratégicas. Se definen las unidades de manejo del fuego, las cuales representan áreas en las que se pueden aplicar estrategias o líneas de acción similares para la investigación; g) Financiamiento. Se consideran las posibles fuentes de financiamiento para la ejecución de acciones antes descritas; h) Control de calidad. Para asegurar la calidad tanto de la planeación de la investigación, como de las acciones que integran las líneas estratégicas propuestas, se implementa un estricto proceso de monitoreo como apoyo al control de calidad; e i) Fuentes de información. Para sustentar todos los estudios es necesario ordenar y recopilar información en todas las fuentes disponibles, a fin de tenerlas accesibles para posteriores consultas.

Líneas de investigación prioritarias

Específicamente en el INIFAP, la mayoría de los trabajos de investigación se han enfocado en la evaluación y caracterización de los combustibles forestales, ecología del fuego y estimación del comportamiento del fuego (Figura 2). Se tienen pocos estudios sobre otros temas, como los efectos del fuego en la hidrología y la evaluación social de los actores involucrados en la problemática de los incendios forestales. Por otra parte, se han llevado a cabo estudios sobre su relación con el cambio climático, en particular en lo que se refiere a la evaluación del potencial de emisiones de carbono, cuando se queman los combustibles en los bosques. En la Figura 2 se presentan las principales líneas de investigación desarrolladas en el INIFAP; y enseguida se describen algunos ejemplos de los trabajos realizados.

Figura 2 Proporción de los temas de investigación sobre incendios forestales en el INIFAP, en el periodo 1984-2020. Se consideran investigaciones individuales. 

Ecología del fuego

En México, antes del año 2000, prácticamente, no se hacía uso del fuego a través quemas prescritas, ya que poco se conocía sobre los efectos del fuego en los ecosistemas forestales. Debido a esto, en el INIFAP se evaluó el efecto del fuego en el suelo; para ello se aplicaron diferentes tipos de quemas prescritas (^{Flores y Benavides, 1996}). De los resultados destaca una ligera disminución (no significativa) en los niveles de potasio, fósforo y nitrógeno; así como un aumento (significativo) en los contenidos de calcio. También, se estudió el efecto del fuego en la regeneración al implementar quemas prescritas; y se concluyó: a) es factible realizar quemas prescritas, tanto en retroceso como a favor de la pendiente; b) se favorece el establecimiento de la regeneración (Figura 3); c) la intensidad del fuego no afecta la mejora de la regeneración (^{Flores, 2012}). De esta forma, se ha modelado la relación espacial entre la presencia de combustibles forestales y el establecimiento de la regeneración (^{Flores y Moreno, 2005}).

Fuente: ^{Flores y Moreno (2005)}

Figura 3 Respuesta de la regeneración al implementar quemas prescritas. 

En cuanto al efecto del fuego en la dinámica de las poblaciones vegetales, se ha investigado su impacto en la estructura, diversidad y densidad de los ecosistemas forestales (^{Villanueva y McPherson, 2004}); específicamente, mediante análisis comparativos de la vegetación entre áreas quemadas y no quemadas. Un ejemplo es el trabajo desarrollado para un área cubierta por especies desérticas micrófilas (^{Flores, 2018}), donde los resultados sugieren que la estructura y las condiciones de densidad de la vegetación entre áreas quemadas y no quemadas no son estadísticamente diferentes. Sin embargo, es importante indicar que esos resultados aplican para el sitio y condiciones analizadas y que no son extensivos a todo matorral micrófilo, ya que en regiones donde la temporada de sequía es más intensa, la vegetación no se recupera del impacto del fuego de la misma forma.

También, se han desarrollado trabajos para evaluar la severidad de un incendio forestal y su impacto en la vegetación del sotobosque (arbustos, hierbas, pastos) en bosques templados; del análisis de la información generada, se puede decir que la abundancia relativa de las diferentes formas de vida varia en relación a la severidad. Las plantas herbáceas, en general, se benefician en severidades intermedias, mientras que las especies de arbustos y, específicamente, los pastos disminuyen (^{Cadena et al., 2020}). Se concluye que la severidad intermedia de un incendio resulta en una mayor abundancia de herbáceas (Figura 4). Por otra parte, el efecto de la severidad de los incendios forestales se ha evaluado a través del análisis exploratorio de la distribución espacial del arbolado, el cual ha evidenciado que al aumentar la severidad del fuego: la distribución espacial del arbolado tiende a la agregación y a la formación de rodales dimensionalmente heterogéneos; mientras que, la composición de especies no se afecta (^{Ávila-Flores et al., 2014}).

A) Bosque de La Primavera, Jalisco, México; B) Sierra de Tapalpa, Jalisco, México; C) Sierra de Quila, Jalisco, México (^{Cadena et al., 2020}).

Figura 4 Abundancia relativa de las diferentes formas de vida (arbustos, hierbas y pastos) en relación a la severidad del incendio. 

Evaluación de combustibles

En el INIFAP se considera que uno de los aspectos importantes en el estudio de los incendios forestales es la evaluación de los combustibles; por lo que desde 1983, el Instituto ha sido pionero en la definición de protocolos para su medición (^{Flores y Benavides, 1996}), los cuales, en general, se analizan diferenciándolos entre biomasa y necromasa (^{Rubio et al., 2016}) bajo dos perspectivas:

1) Determinación directa, mediante inventarios de campo específicos (^{Rentería et al., 2005}; ^{Chávez et al., 2016}). Estudios en los que se han probado técnicas de interpolación espacial para generar mapas de combustibles forestales con la mayor precisión posible (^{Flores y Omi, 2003}).

2) El desarrollo de estrategias de estimación indirectas, como las fotoseries e imágenes de satélite (^{Flores y Moreno, 2005}).

Al respecto, se considera que el estudio de los ecosistemas forestales implica la evaluación de grandes superficies, lo cual incide tanto en el tiempo como en los costos; por lo anterior, se consideran alternativas que garanticen procedimientos prácticos con soporte científico. Asimismo, se ha estudiado el papel de los combustibles forestales en el establecimiento y desarrollo de la regeneración del arbolado, específicamente en su relación espacial, mediante estrategias geoestadísticas (^{Flores y Moreno, 2005}).

Aunque el comportamiento de los incendios forestales puede ser simulado a través de diversos sistemas (por ejemplo: Farsite, Behave y Prometheus), estos requieren de mapas de modelos de combustibles. Al respecto, en el INIFAP se llevó a cabo uno de los primeros intentos para clasificar una región forestal en clases de modelos de combustibles con el uso de Sistemas de Información Geográfica, sensores remotos, Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y geoestadística. Para ello, se definió el concepto de Factor de Proporción de Combustibles (Cuadro 1) para clasificar sitios muestreados dentro de determinados modelos de combustibles (^{Flores y Omi, 2003}; ^{Flores et al., 2005}; ^{Flores, 2017a}). También se han probado varias estrategias de muestreo de combustibles forestales, como el muestreo simple aleatorio (MSA) y el muestreo al azar estratificado (MAE); cuyos resultados indican que el MAE es 674, 276 y 360 % más preciso que el MSA para los combustibles de 1HR (una hora de retardo), Hojarasca y materia orgánica (MO), respectivamente (^{Flores et al., 2005}).

Dado que los sistemas de simulación del comportamiento del fuego utilizan modelos matemáticos basados, entre otros aspectos, en la humedad de los combustibles; en el INIFAP se han propuesto procedimientos para calcularla (^{Flores y Gómez, 2011}), y con ello reforzar las metodologías y técnicas usadas para su estimación, ya que es un factor que define el inicio y la propagación de un incendio forestal.

En la investigación de los combustibles forestales, las fotoseries son una alternativa que poco se ha usado en México, por lo que en el Instituto se han realizado análisis comparativos de la distribución espacial de las cargas de combustibles mediante: a) la evaluación directa de combustibles; y b) con base en el uso de fotoseries (^{Flores y Moreno, 2005}). En general, la distribución espacial definida de manera directa fue mejor que con el uso de fotoseries. Asimismo, se ha trabajado en la estandarización de los procesos para el estudio de los combustibles forestales, de tal forma que los resultados puedan ser comparables y compatibles. Para esto, se han desarrollado herramientas para estimar la cantidad de combustible, como el Sistema de Evaluación de Combustibles Forestales (^{Chávez et al., 2017}).

Cambio climático

A partir de la ocurrencia en México de los incendios de 1998, el interés sobre la influencia de fuego en la contaminación ambiental aumentó considerablemente. Aunque en el país se han desarrollado trabajos muy importantes al respecto (^{Cruz-López et al., 2019}), aún es necesario modelar la influencia de la variación espacial de los tipos y cargas de combustibles. Para ello, se hace un análisis de los procesos de evaluación de las cargas de mantillo (M) y material leñoso caído (MLC), en el cual se especifican los correspondientes contenidos de carbono (C) citados en México (^{Flores-Garnica et al., 2018}). Además, se han propuesto protocolos estándar para que la información generada sea comparable y compatible.

Por otra parte, se han desarrollado estrategias para estimar la cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono ENT#091;CO₂ENT#093;, metano ENT#091;CH₄ENT#093; y monóxido de carbono ENT#091;COENT#093;) que se liberan, en caso de que se presente un incendio forestal. Estas se efectúan a partir de la medición directa de las cargas de combustibles, con base en las cuales se determinan las variaciones espaciales de las emisiones de gases de efecto invernadero en relación a las camas de combustibles (Figura 5) (^{Flores y Gottfried, 2018}).

Fuente: ^{Flores y Gottfried (2018)}.

Figura 5 Variación espacial de las de emisiones potenciales de CO₂, CH₄ y CO debido a la quema de camas de combustibles en ecosistemas forestales del estado de Jalisco. 

Comportamiento del fuego

El uso de quemas prescitas en México es restringido, principalmente, porque se conoce poco sobre el comportamiento del fuego bajo las condiciones de sus bosques. Por lo que, este ha sido un tema de estudio en el INIFAP, mediante el desarrollo modelos de simulación del comportamiento del fuego que usan datos obtenidos en inventarios forestales, como la referente a la distribución de combustibles. Esta información apoya las clasificaciones supervisadas y no supervisadas de imágenes de satélite (Figura 6), lo cual resulta en niveles de precisión (74.9 %) adecuados para soportar simulaciones del comportamiento del fuego en quemas prescritas; y así, determinar, inicialmente, el tamaño, la forma y la ubicación geográfica de la dispersión de un incendio (^{Flores y Omi, 2003}).

Fuente: adaptado de ^{Flores y Omi (2003)}.

Figura 6 Proceso general para definir las clasificaciones supervisadas, no supervisadas y mixtas respaldado por las estimaciones de Kriging. 

Ese tipo de investigaciones han generado mapas temáticos (formato ráster) que apoyan modelos de simulación de cambios espaciales de la dispersión del fuego (^{Flores et al., 2005}). Estos modelos describen las modificaciones en el patrón espacial de la propagación del fuego desde un tiempo inicial (t), hasta un periodo dado (t + t_n); las cuales están en función del tiempo especificado y el ritmo de dispersión simulado determinísticamente (Figura 7). La perspectiva ráster facilita el proceso de programación, ya que ayuda a entender el porqué de la propagación del fuego en cierta dirección.

Fuente: ^{Flores et al. (2005)}.

Figura 7 Algoritmo en el que se define el número de ciclos (horas requeridas) para quemar completamente una celda. 

Como estrategia de validación, en el INIFAP se han llevado a cabo evaluaciones del comportamiento del fuego directamente en el campo bajo diferentes condiciones ambientales: pinar, pino-encino, encinar, arbustos y pastizales (^{Flores et al., 2006}); en las que se obtuvieron registros de: a) condiciones ambientales, como la velocidad del viento (m min^-1), cargas de combustibles (Mg ha^-1), humedad relativa (%) y temperatura (C^o); y b) comportamiento del fuego: velocidad de propagación del fuego (m min^-1), altura de llama (m), longitud de llama (m) y calor por unidad de área (Btu (m²)^-1). De esta forma, se puede estimar, con cierta precisión, si el fuego en un incendio forestal o en una quema prescrita tiene un comportamiento moderado, y si es factible usarlo en forma controlada para el lograr objetivos específicos. En ese contexto, en el Instituto se llevaron a cabo trabajos para monitorear la influencia de factores ambientales en el comportamiento del fuego (Figura 8), bajo la implementación de quemas prescritas, principalmente, en ecosistemas templados (pino-encino) (^{Flores et al., 2010}).

Fuente: ^{Flores et al. (2010)}.

Figura 8 Variaciones en el comportamiento del fuego en relación a cambios de la humedad relativa. 

Zonificación de áreas prioritarias

Una de las demandas de mayor trascendencia por parte de las áreas operativas que trabajan en incendios forestales son las herramientas tecnológicas que les permitan ubicar y dimensionar áreas prioritarias de atención. Lo anterior, debido a las limitaciones comunes en cuanto a la disponibilidad de recursos financieros, humanos, de equipo, infraestructura y tiempo; en respuesta a ese requerimiento, en el INIFAP se han realizado trabajos de investigación relacionados a la clasificación y la ubicación de áreas de acuerdo a su riesgo de incendio (^{Martínez et al., 1990}) y factores espacialmente asociados que lo favorecen (^{Ávila-Flores et al., 2010b}). Para ello, se implementó en México uno de los primeros índices de peligro de incendio en Internet, el que se diseñó con base en un sistema de información geográfica dinámico (^{Sepúlveda et al., 1999}). Eventualmente, investigadores del Instituto han colaborado en el desarrollo de sistemas similares (^{Muñoz et al., 2005}; ^{Velasco et al., 2013}) que apoyan la ubicación y dimensionamiento de áreas prioritarias clasificadas en diferentes niveles de riesgo; por ejemplo: nulo, bajo, moderado y alto.

Asimismo, se ha desarrollado cartografía específica sobre áreas prioritarias de protección contra incendios forestales, que se definen en función de criterios como riesgo y severidad. De esta forma, la superficie quemada se usa como un criterio de para la determinación de áreas prioritarias (Figura 9). Sin embargo, se considera que dichos procesos deben estandarizarse; por lo que, entre otros aspectos, ha sido necesario establecer una unidad de muestreo común para obtener información comparable y compatible. Al respecto, en el INIFAP existen estudios cuyo objetivo es determinar un tamaño de unidad de muestreo que permita capturar la variabilidad espacial de la superficie quemada por incendios forestales ^{(Flores, 2017b}).

Fuente: ^{Flores (2017b)}.

Figura 9 Distribución espacial de la superficie promedio (ha) quemada por incendios forestales, con un área de 100 km² en Jalisco. 

También, se han implementado investigaciones enfocadas en priorizar áreas en relación al mayor número de incendios por unidad de superficie (densidad), lo cual ha permitido generar la cartografía correspondiente, mediante el uso de estrategias alternativas como la estimación de densidad Kernel, que requiere de la selección de una función y de un ancho de banda (h) apropiados (^{Flores-Garnica y Macías-Muro, 2018}). Por otra parte, se han realizado análisis exploratorios del patrón de distribución espacial de los incendios forestales, bajo la hipótesis de que los incendios presentan un patrón espacial no aleatorio, sus resultados evidencian una alta autocorrelación espacial (^{Ávila-Flores et al., 2010a}).

Dendropirocronología

A partir de técnicas de dendrocronología, específicamente las enfocadas a detectar incendios forestales (dendropirocronología) con base en cicatrices de incendios, en el INIFAP se han definido regímenes de incendios en varios ecosistemas forestales de México (^{Ávila-Flores et al., 2014}); los que confirman la asociación entre la presencia de sequías y la ocurrencia de incendios con eventos ENSO (^{Cerano et al., 2010}; ^{Cerano-Paredes et al., 2015}; ^{Cerano-Paredes et al., 2016}). En este contexto, es importante destacar el establecimiento en México del primer laboratorio de dendrocronología: Laboratorio Nacional de Dendrocronología del INIFAP; donde se ha capacitado a un importante grupo de personas interesadas en el tema (^{Villanueva et al., 2011}) y se ha generado un cúmulo de importantes conocimientos sobre el tema, entre los que destacan : a) diversas cronologías de anillos de árboles, distribuidas en una red de series de tiempo dendrocronológicas para cuantificar la influencia de patrones circulatorios que afectan al centro y norte de México; b) reconstrucciones históricas de precipitación y de flujos de agua; c) ubicación de árboles milenarios para fines de conservación (^{Constante et al., 2009}; ^{Villanueva et al., 2015}). Esta información es fundamental para una mejor planeación del recurso agua, la conservación y aprovechamiento sustentable de los ecosistemas forestales (^{Villanueva et al., 2015}).

Enfoque social

Dado que casi el total de los incendios forestales en México son provocados y tienen su origen, principalmente, en actividades antropogénicas (^{Flores y Flores, 2018}), esto implica que en promedio solo alrededor de 2 % de los incendios son causados por factores naturales. Sobre el particular, en el INIFAP se considera analizar la perspectiva social del problema de incendios forestales, lo cual se hace a través de encuestas dirigidas a diversas instituciones federales, estatales, municipales y no gubernamentales (^{Flores y Flores, 2018}); las cuales consistieron en una serie de preguntas con respuestas de opción múltiple, enfocadas a diversos aspectos del uso del fuego en actividades agropecuarias y forestales (Figura 10). Resalta que pocas veces se avisa cuando una quema se salió de control.

Figura 10 Proporción de los motivos por los que los usuarios del fuego en actividades agropecuarias no dan aviso cuando se sale de control. 

Perspectivas de investigación

A partir de lo presentado en las secciones previas, se considera que la planeación de la investigación sobre incendios forestales en el INIFAP deberá propiciar la participación de grupos interdisciplinarios; lo anterior, para tener mayor capacidad para afrontar la complejidad del estudio de estos eventos. Para ello, hay que tomar en cuenta que el fuego afecta diversos elementos de los ecosistemas forestales (agua, vegetación, fauna, aire, suelo, etcétera); razón por la cual, se requiere de la conjunción de esfuerzos de especialistas de diversas disciplinas, de esta manera se evitarán errores comunes como ejecutar trabajos con un alto enfoque sobre el comportamiento del fuego y poco análisis ecológico, o bien la realización de estudios con un alto análisis ecológico, pero sin ninguna idea del comportamiento del fuego.

De acuerdo con lo anterior, aunque existen muchas aportaciones sobre el tema, aún se requiere seguir un proceso de priorización de las necesidades de investigación basado en un plan de trabajo a nivel nacional. Asimismo, a través de la inclusión de nuevos investigadores, se busca atender las áreas que carecen de estudios; por ejemplo: la hidrología, la restauración, el efecto de retardantes, entre otras.

Desde esta perspectiva, se pretende orientar las prioridades en cuanto a la capacitación de los investigadores del INIFAP en tres tipos de propuestas de investigación: 1) prevención; 2) combate; y 3) restauración. Y dirigir la investigación a los siguientes aspectos: quemas prescritas, comportamiento de fuego, evaluación de combustibles, calentamiento global, climatología, ecología del fuego, retardantes, equipo y herramientas, riesgo, severidad, combustibilidad, fauna, suelo, vegetación, dendropirocronología, salud humana, insectos, y contaminación, entre otros.

Organización de la investigación

La atención a la problemática de los incendios forestales implica el estudio de diversos temas; por ello, y para que el uso de recursos en el INIFAP sea eficiente, hay que evitar la duplicidad de proyectos y la falta de una coordinación en cuanto a la edición de las publicaciones sobre el tema. Además, se tiene que considerar una buena orientación de la formación de recursos humanos, ya que existen muchas áreas por reforzar y varias en las cuales no se tiene ningún investigador. También se debe fomentar la coordinación interinstitucional para apoyar la formación de un Centro Nacional de Investigaciones sobre Incendios Forestales (Figura 11), el cual tendría, entre otras, las siguientes funciones: 1) propiciar y coordinar la participación de las diferentes instituciones; 2) creación y administración del Directorio Nacional de Investigadores en Incendios Forestales; 3) colección, administración y difusión de la documentación sobre incendios forestales; 4) apoyo en la formación de recursos humanos; 5) conseguir y administrar apoyos financieros; 6) orientar y sugerir temas de investigación; 7) difundir resultados a través de un Centro Nacional de Documentación sobre Incendios Forestales (Cedif); 8) organización de congresos; 9) apoyar el intercambio de expertos de otros países; 10) agrupar y administrar bases de datos; 11) vincular las actividades de investigación con las actividades de operativas; 12) editar y administrar una revista técnico-operativa (Fuego).

Figura 11 Estructura de organización del propuesto Centro Nacional de Investigaciones sobre Incendios Forestales (CNIIF). 

Formación de recursos humanos

En el INIFAP se apoya la formación de recursos humanos, tanto internamente como en otras instituciones, lo cual se lleva a cabo con base en las siguientes estrategias: 1) impartición de cursos y talleres específicos sobre diversos temas, dirigidos a combatientes, funcionarios, investigadores, estudiantes; los cuales se organizan en colaboración con la Comisión Nacional Forestal (Conafor), Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (Conanp), técnicos forestales y universidades; 2) ejecución de talleres prácticos, tanto de campo como teóricos; 3) apoyo a tesistas de diferentes niveles; y 4) integración de grupos de trabajos en varios proyectos de investigación. Asimismo, se ha generado una amplia documentación que puede usarse como apoyo en la formación de recursos humanos.

La impartición de capacitación requiere del crecimiento y fomento de la infraestructura y equipos como son laboratorios, campos experimentales, oficinas, biblioteca, vehículos, herramientas, equipos de medición, entre otros.

Transferencia de tecnología

Uno de los propósitos de la investigación en el INIFAP, en general, es la generación de tecnologías que apoyen a las actividades operativas, en relaciona a la producción y conservación de los recursos forestales. En este contexto, se continuará captando las necesidades del sector operativo, mismas que podrían resolverse a través de la investigación, de tal manera que la temática definida deberá tener un vínculo directo con los usuarios. Lo anterior garantizaría el apoyo al proceso de transferencia de tecnología y, a su vez, apoyaría a la investigación básica que la soporta.

Esto implica que se debe asegurar que el proceso de trasferencia de tecnología se cumpla en todas sus etapas; es decir, desde la generación de una nueva tecnología de manejo de incendios forestales, hasta su adopción por parte de los tomadores de decisiones en el manejo del fuego. Además, durante la transferencia de tecnología, será posible determinar las prioridades de investigación en incendios forestales que se debiesen abordar en el INIFAP, las cuales tendrán que atender las políticas nacionales e internacionales, así como los requerimientos estatales y municipales sobre el particular.