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Revista Chapingo serie ciencias forestales y del ambiente
versión On-line ISSN 2007-4018versión impresa ISSN 2007-3828
Rev. Chapingo ser. cienc. for. ambient vol.22 no.2 Chapingo may./ago. 2016
https://doi.org/10.5154/r.rchscfa.2015.05.022
Ecuaciones alométricas de uso común para estimar biomasa en rebrotes de especies dendroenergéticas de corta rotación: una revisión
1Universidad de Concepción, Facultad de Ciencias Forestales. Victoria núm. 631, Barrio Universitario, Concepción, Región del Biobío - Chile / Casilla 160-C. C.P. 4070386.
2Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Edificio CEDES 4º Piso, Av. Eugenio Garza Sada núm. 2501 Sur Col. Tecnológico, C. P. 64849. Monterrey, Nuevo León, México.
3Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, Campo Experimental Valle del Guadiana. Carretera Durango-Mezquital, km. 4.5. C.P. 34000. Durango, Durango, México.
Los cultivos dendroenergéticos de corta rotación en monte bajo (Short Rotation Coppice -SRC) comúnmente están formados por individuos unifustales en el primer ciclo de corta, pero a partir del segundo ciclo, de cada cepa surgen numerosos vástagos o brotes, los cuales presentan desafíos interesantes al momento de estimar su biomasa. El objetivo de este trabajo fue identificar especies, longitud de rotación y tipos de modelos alométricos usados para estimar biomasa en SRC, en revistas científicas de las bases de datos Scopus y Web of Science. Entre los modelos para estimar la biomasa (y) de uso más frecuente destaca el exponencial, que tiene como variable predictora el diámetro normal (D) (
Palabras clave: Cultivos leñosos; modelos alométricos; bioenergía; Scopus; Web of Science.
Wood energy crops in a short rotation coppice (SRC) commonly consist of single-stem tree
individuals in the first short cycle, but from the second cycle onward numerous
sprouts or shoots emerge from each stump, resulting in interesting challenges
when estimating their biomass. The aim of this study was to identify species,
rotation length and types of allometric models used to estimate biomass in SRC
through a detailed search of the scientific journals in the Scopus and Web of
Science databases. Among the most commonly used models to estimate biomass (y)
is the typical exponential model, which has the following predictors: diameter
at breast height (D) (
Keywords: Woody crops; allometric model; bioenergy; Scopus; Web of Science.
Introducción
La demanda mundial de energía crece de manera constante y esto propicia la escalada en el precio de los combustibles fósiles, los cuales representan el insumo más importante para la industria energética. En la actualidad, las fuentes de energía sostenible aportan 19 % del consumo energético mundial, y de esta cantidad el 50 % se genera a partir de la combustión de biomasa vegetal (REN21, 2013).
Numerosas especies leñosas cultivadas en turnos cortos (SRC) han adquirido importancia en la oferta de biomasa vegetal (Hoogwijk, Faaij, Eickhout, de Vries, & Turkenburg, 2005). Entre las especies dendroenergéticas más importantes a nivel mundial se encuentran el eucalipto (Eucalyptus globulus, E. nitens, E. denticulata) (Camps & Marcos, 2002), sauce (Salix spp.), álamo (Populus spp.) y acacia (Acacia dealbata, A. melanoxylon, A. retinodes). Estas especies presentan una alta productividad y pueden promoverse como plantas forestales de rápido crecimiento (Hoogwijk et al., 2005).
La evidencia señala que una importante vía para producir la biomasa utilizada en la generación de energía, es a través del desarrollo de plantaciones de rápido crecimiento y rotaciones cortas. El interés en rodales de rebrotación radica principalmente en que producen en promedio el doble del volumen de un rodal de regeneración sexual en los primeros ocho años (Sixto, Hernández, Barrio, Carrasco, & Cañellas, 2008) .
La biomasa se estima habitualmente mediante modelos alométricos basados en el diámetro normal (D) y la altura total del árbol (H), y en ocasiones también se utilizan algunas medidas de la forma de los árboles (Clutter, Fortson, Pienaar, Brister, & Bailey, 1983). Se han desarrollado modelos alométricos para su uso en especies dendroenergéticas cultivadas en África (Henry et al., 2011), Europa (Muukkonen & Mäkipää, 2006) y América del Sur (Návar, 2009). Dichos modelos están basados en características de fácil medición en árboles unifustales, como son las variables diámetro normal y altura de la planta, las cuales junto con la densidad de la madera deben relacionarse con la producción de biomasa (Hauk, Knoke, & Wittkopf, 2014). Sin embargo, en los cultivos dendroenergéticos sólo la primera rotación está formada por individuos monofustales. A partir de la segunda rotación surgen numerosos vástagos o rebrotes de cada tocón, lo cual presenta dificultades para la predicción del rendimiento de biomasa total en la parte aérea y sus componentes. Así surgió el interés por realizar una revisión bibliográfica con el objetivo de identificar especies, longitud de rotación y tipos de modelos alométricos usados para estimar biomasa en SRC. Para esto se realizó una recopilación bibliográfica de publicaciones científicas, relacionadas con el uso de especies, longitud de rotación y modelos alométricos para estimar biomasa aérea en SRC.
Materiales y métodos
Creación de la base de datos
Se realizó la búsqueda en línea de las revistas científicas incluidas en las bases de datos Scopus y Web of Science (WoS). La revisión incluyó todos los años de registro de las revistas indexadas en las dos bases de datos hasta el mes de abril de 2015. El criterio general de la búsqueda de publicaciones fue short rotation coppice (monte bajo de corta rotación), y se incluyeron los siguientes cinco conceptos: short rotation coppice (SRC), short rotation forestry (SRF), short rotation woody crops (SRWC), short rotation intensive culture (SRIC) y bioenergy crops (BC). Estos conceptos se combinaron con las siguientes cinco palabras clave: allometry, allometric, model, equation y partition, con el fin de incrementar el nivel de especificidad en cada uno de los cinco conceptos relacionados con el criterio de monte bajo de corta rotación.
Recopilación y análisis de publicaciones
El número total de publicaciones encontradas para todas las posibles combinaciones de los conceptos y palabras clave fueron revisadas, excluyendo aquellas publicaciones que, a pesar de coincidir con los criterios de búsqueda, carecieron de modelos matemáticos para la estimación de biomasa.
Los documentos obtenidos se exportaron al software “EndNote X6”, con el fin de unir las dos bases de datos y eliminar los duplicados de manera automática. La base de datos final incluyó únicamente las publicaciones en las que la alometría estaba relacionada con modelos alométricos para la estimación de biomasa producida por los rebrotes en sistemas de monte bajo de corta rotación.
Resultados y discusión
Mediante el uso del criterio, conceptos y palabras clave simples y compuestas, definidos para el estudio, se recopilaron 1,382 artículos publicados entre 1996 y 2015. La mayor parte de las publicaciones provinieron de la base de datos Scopus. El concepto de uso más frecuente fue bioenergy crops, que permitió la identificación de 492 publicaciones (36 % del total), de las cuales 362 se obtuvieron de la base de datos Scopus y 130 de WoS. Otro concepto importante fue short rotation coppice, que registró 420 publicaciones (30 % del total); 282 se obtuvieron de Scopus y 138 en WoS. Los conceptos que presentaron menor frecuencia fueron short rotation forestry (260 publicaciones), short rotation woody crops (140), short rotation intensive culture (42) y short rotation crops (28) (Cuadro 1). La combinación de la palabra clave (Model) con todos los conceptos mostró mayor registro de publicaciones en ambas bases de datos (1,072 artículos), pero sin presencia de ecuaciones alométricas para estimar biomasa (Cuadro 1). Después de la depuración de artículos, con base en duplicaciones y tipo de contenido, se seleccionaron solo 65 publicaciones que mostraron la alometría de forma dirigida a la estimación de biomasa, de éstas, 52 (82 %) asociadas al concepto SRC, y 13 (20 %) a BC.
Cuadro 1 Número de publicaciones recopiladas, según concepto, palabras clave y base de datos consultada.
Palabra clave | Conceptos | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SRC | SRF | SRWC | SRCR | SRIC | BC | |||||||
Scopus | WoS | Scopus | WoS | Scopus | WoS | Scopus | WoS | Scopus | WoS | Scopus | WoS | |
Alometricas | 20 | 4 | 10 | 7 | 7 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 8 | 0 |
Alométricas | 22 | 11 | 17 | 12 | 7 | 5 | 2 | 1 | 2 | 0 | 4 | 1 |
Modelo | 208 | 98 | 106 | 52 | 74 | 26 | 18 | 11 | 19 | 11 | 328 | 121 |
Ecuación | 31 | 17 | 32 | 16 | 14 | 2 | 1 | 0 | 5 | 2 | 20 | 3 |
Partición | 1 | 8 | 1 | 5 | 1 | 2 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 5 |
SRC: short rotation coppice, SRF: short rotation forestry, SRWC: short rotation woody crops, SRCR: short rotation crops, SRIC: short rotation intensive culture, BC: bioenergy crops.
Las 65 publicaciones identificadas se examinaron en forma detallada, para seleccionar únicamente aquellos artículos que mostraron explícitamente modelos y variables para predecir la biomasa de rebrotes en cultivos de corta rotación. Mediante ese análisis se detectaron solo 25 publicaciones. De estas, una alta cantidad 12 (48 %) se relaciono con plantaciones de híbridos del género Populus, establecidas en países como Alemania, Italia, Bélgica, República Checa, Dinamarca y Francia. El resto de las publicaciones se generaron en plantaciones de otros géneros vegetales, como Salix (4 artículos), en Suecia, Dinamarca y Croacia, Eucalyptus (2 artículos) en Madagascar y Francia, también publicaciones individuales en cultivos mixtos de los géneros Populus- Salix (República Checa), Liquidambar-Platanus (Georgia), Acer-Populus (Bélgica), Alnus-Betula (Estonia), Daniellia (Benín), Platanus (EUA) y Robina en Alemania.
El género Populus fue el más frecuente en los estudios que generaron modelos alométricos para estimar biomasa aérea en rebrotes (Cuadro 2). Otros géneros vegetales importantes en desarrollo de modelos en SRC, son Salix y Eucalyptus. Las investigaciones fueron realizadas con diferentes clones, híbridos interespecíficos y longitud de rotación desde uno hasta 15 años.
Cuadro 2 Modelos alométricos utilizados en artículos publicados, longitud de rotación, géneros vegetales, países y fuente.
Modelo | Género | Longitud de rotación por año | País | Fuente |
---|---|---|---|---|
Acer, Salix, Populus | 4 | Belgium | Vande Walle, Van Camp, Van de Castee le, Verheyen, and Lemeur (2007) | |
Populus | 4 | Belgium | Laureysens, Bogaert, Blust, & Ceulemans (2004) | |
Populus | 3 | Italy | Liberloo et al. (2005) | |
Populus | 3 | Italy | Liberloo et al. (2006) | |
Populus | 2 | Italy | Guidi, Piccioni, Ginanni, and Bonari (2008) | |
Populus | 2 and 3 | Belgium | Al Afas, Marron, Van Dongen, Laureysens, and Ceulemans (2008) | |
Populus | 8 | Germany | Rock (2007) | |
Populus | 8 | Tanzania | Mugasha et al. (2013) | |
Populus | 8 | Czech Republic | Fischer, Trnka, Kučera, Fajman, and Žalud (2011) | |
Populus-Salix | 7 | Czech Republic | Fajman, Palát, and Sedlák (2009) | |
Salix | 2 and 3 | Denmark | Sevel, Nord-Larsen, and Raulund-Rasmussen (2012) | |
Alnus, Betula | 8 | Estonia | Uri, Aosaar, Varik, and Kund (2010) | |
Liquidambar- Platanus | 8 | Georgia | Allen, Will, and Jacobson (2005) | |
Populus | 3 | Belgium-France | Herve and Ceulemans (1996) | |
Salix | 2 | Sweden | Telenius (1999) | |
Salix | 2 | Croatia | (Bogdan, Kajba, & Katičić, 2006) | |
Daniellia | 3 | Benin | Avohou, Houehounha, Glele-Kakai, As sogbadjo, and Sinsin (2011) | |
Eucalyptus | 3 and 5 | Madagascar | Razakamanarivo, Razakavololona, Razafindrakoto, Vieilledent, and Albrecht (2012) | |
(Bouvet, Nguyen-The, & Melun, 2013) | ||||
Eucalyptus | 1, 2, 3, 5, 6, 10, 13, 14 and 15 | France | ||
Platanus | 7 | United States | Davis and Trettin (2006) | |
Populus | 4 | Germany | Röhle, Hartmann, Gerold, Steinke, and Schröder (2006) | |
Populus | 3 | Germany | Morhart, Sheppard, and Spiecker (2013) | |
Populus | 8 | France | Brahim, Gavaland, and Cabanettes (2000) | |
Robina | 2, 3, 4 and 14 | Germany | Böhm, Quinkenstein, and Freese (2011) | |
Salix | 1, 2 and 10 | Sweden | Verwijst and Telenius (1999) |
y: biomasa total, D: diámetro normal, H: altura, T: (días), Dbi: Diámetro basal de todos los vástagos o brotes, ln: logaritmo natural, Ciri: circunferencia de la cepa, agb: biomasa por encima del suelo, bgb: biomasa por debajo del suelo, b0, b1, b2, b3: parámetros del modelo, FC: factor de corrección, Hm: altura media, Dm: diámetro medio.
La longitud de rotación empleada en los cultivos estudiados es muy variable. En siete estudios realizados con diferentes géneros vegetales se estimó la biomasa a una sola rotación, como fue el caso de Acer, Alnus, Betula, Daniellia, Liquidambar y dos en Platanus. La mayoría fueron evaluados a los ocho años, a excepción de Acer (4 años) y Daniellia (3 años). Por otra parte, el género Eucalyptus, reportado en dos estudios, mostró mayor variabilidad de evaluación en el transcurso del tiempo (1, 2, 3, 5, 6, 10, 13, 14 y 15 años), le siguieron los géneros Robina (2, 3, 4 y 14 años), Populus (3, 4 y 8 años) y Salix (1, 2, 4 y 6 años) (Figura 1).

Figura 1 Longitud de rotación por género registrada en cada estudio. La línea segmentada representa la edad promedio; la línea continua la mediana; los extremos de las columnas, los cuartiles del 25 y 75 %; y las barras de error, la desviación estándar de los datos.
Se identificó la aplicación de diferentes modelos para estimar la biomasa en especies
arbóreas a partir de cultivos de corta rotación (Cuadro 2), establecidos principalmente en los continentes de Europa,
África y Norte de América, de los que sobresale el modelo típico exponencial
En los estudios de sauce (Salix), los valores de biomasa obtenidos con el método destructivo
se compararon con aquellos estimados con ecuaciones alométricas (no
destructivo). Se concluyó que el modelo exponencial
El modelo típico exponencial
Otras de las variables predictoras frecuentemente utilizadas en los modelos para estimar biomasa en rebrotes de las especies de estudio son el logaritmo natural del diámetro normal (lnD), diámetro al cuadrado por la altura (D2H) y diámetro sobre altura (D/H), que varían entre tres y cuatro parámetros de regresión.
Por otra parte Verwijst y Telenius (1999) ajustaron el
modelo exponencial en cinco fechas diferentes durante la primera estación de
crecimiento en Salix. Después fijan el intercepto del modelo y
determinan la evolución de la pendiente (b1,
b2) en el transcurso del tiempo T. De lo anterior, resulta el modelo
El modelo exponencial linealizado fue otro de los modelos estudiados en SRC. Morhart, Sheppard, y Spiecker (2013)
evaluaron el modelo logarítmico o linealizado
Brahim, Gavaland, y Cabanettes (2000)
probaron cuatro ecuaciones de regresión alométrica generalizadas para estimar la
biomasa aérea en árboles individuales de Populus. Se observó
que las sumas de cuadrados residuales no fueron significativamente diferentes al
hacer el análisis a nivel de sitio, con un valor de
R2 superior a 0.94. Los cuatro modelos
resultaron aceptables para adaptarse a la estimación de la biomasa a nivel de
sitio, aunque se estableció que los tres primeros modelos tienden a sobrestimar
valores al hacer el análisis con todos los sitios. Únicamente el modelo
Conclusiones
En la recopilación y análisis descriptivo de artículos científicos relacionados con modelos alométricos en rebrotes de plantaciones dendroenergéticas, se pudieron identificar las principales especies vegetales, rotaciones, métodos y técnicas utilizadas en la estimación de biomasa en el sistema SRC. En dichos artículos se utilizó con mayor frecuencia los géneros Populus, Salix y Eucalyptus. En la mayoría de los conjuntos de datos destacó el modelo exponencial con diferentes variables predictoras, entre las cuales el diámetro normal (D), altura total (H) y el diámetro basal (Db) resultaron preponderantes. La longitud de rotación es muy variable de uno a 15 años, atribuido principalmente a la zona geográfica y calidad de sitio donde los cultivos fueron establecidos.
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Recibido: 13 de Mayo de 2015; Aprobado: 24 de Febrero de 2016