Variables dasométricas

El arbolado con DN > 12.5 cm tuvo medias de DN = 28 cm, altura = 12.5 m, área basal = 14.1 m²∙ha^-1, así como una densidad de 285.7 individuos∙ha^-1; estas mismas variables para el arbolado con DN < 12.5 cm tuvieron, respectivamente, valores de 9.4 cm, 3 m, 1.5 m²∙ha^-1 y 300 individuos∙ha^-1. No se observó renuevo en los sitios de muestreo. Los promedios generales en el orden ya referido alcanzaron: 26 cm, 12.2 m, 14.6 m²∙ha^-1 y 371.4 individuos∙ha^-1 (Cuadro 2). La gama en dimensiones indica variedad de edades y densidades.

Radiación solar

La fracción de cielo visible tuvo una media de 0.3 (30 %) con extremos de 0.1 a 0.7. El IAF medio alcanzó 1.42 m²∙m^-2 con extremos de 0.23 a 3.47 m²∙m^-2. La radiación solar difusa media fue de 493.3 MJ∙m^-2∙año^-1 y sus extremos de 225.9 a 980.2 MJ∙m^-2∙año^-1. La media de la radiación solar directa alcanzó 5 285.3 MJ∙m^-2∙año^-1 con extremos de 2 711.2 y 9 529.3 MJ∙m^-2∙año^-1. Finalmente, la radiación solar total media tuvo un valor de 5 778.7 MJ∙m^-2∙año^-1 con extremos de 2 938.4 y 10 510.1 MJ∙m^-2∙año^-1 (Cuadro 3).

Cargas de combustibles forestales

La carga total media de combustibles fue 27.9 Mg∙ha^-1 en los bosques de P. hartwegii. La hojarasca y capa de fermentación representaron casi 60 % de la carga, seguida por los materiales leñosos que cubrieron casi una cuarta parte (24 %), en particular aquellos con 1 a 100 h TR (20 %). Los zacates alcanzaron 18.3 % de la carga, mientras que las herbáceas dicotiledóneas y arbustos no tuvieron representatividad (Cuadro 4).

En el componente de zacates, las coberturas representaron 25 a 80 % (media = 45 %), sus alturas de 28.3 a 81.7 cm (media = 67.6 cm) y el volumen del cubo imaginario (producto de la cobertura por la altura) resultó entre 0.071 y 0.626 m³ (media = 0.324 m³). La carga de zacates en el bosque de pino fue de 1.018 a 8.417 Mg∙ha^-1 (media = 5.091 Mg∙ha^-1). No se encontró correlación significativa entre la carga de los zacates con las variables de altura, cobertura y volumen del cubo imaginario, tampoco con las variables de radiación ni con el IAF en el bosque de P. hartwegii.

Con respecto a la clase de materiales leñosos, los resultados fueron los siguientes:

1) 1 h TR. La gravedad específica tuvo valores de 0.29 a 0.57 g∙cm^-3, la media fue 0.38 g∙cm^-3 y el coeficiente de variación (CV) alcanzó 0.18. Estos materiales tuvieron una carga de 0.98 Mg∙ha^-1 (Cuadro 4) y exhibieron una correlación de Pearson significativa con los materiales de 10 h TR (r = 0.89, p = 0.0068) y de 100 h TR (r = 0.88, p = 0.0096), al igual que los de 10 con los de 100 h TR (r = 0.78, p = 0.0394). También mostraron una correlación significativa de Pearson (r = 0.83, p = 0.0205) con el IAF.

2) 10 h TR. La gravedad específica varió entre 0.22 y 0.48 g∙cm^-3; la media fue 0.38 g∙cm^-3 y CV = 0.17. La carga media resultó en 3.52 Mg∙ha^-1. Estos materiales mostraron correlación significativa de Pearson (r = 0.82, p = 0.0254) con el IAF.

3) 100 h TR. La gravedad específica se registró entre 0.306 y 0.854 g∙cm^-3 con una media de 0.438 g∙cm^-3 y CV = 0.33. Asimismo, el material tuvo carga media de 1.19 Mg∙ha^-1 (Cuadro 4). Estos materiales mostraron correlación de Pearson significativa (r = 0.84, p = 0.0179) con el IAF. En consecuencia, la suma de materiales leñosos de 1, 10 y 100 h TR arrojó correlación significativa de Pearson (r = 0.88, p = 0.0098) con el IAF.

4) 1 000 h TR. La gravedad específica de materiales leñosos firmes varió de 0.39 a 0.47 g∙cm^-3 con una media igual a 0.41 g∙cm^-3 y CV = 0.07. La carga media fue 1.001 Mg∙ha^-1. En el caso de los materiales podridos se obtuvieron gravedades específicas de 0.27 a 0.44 g∙cm^-3 y CV = 0.27. No se observaron este tipo de materiales en el muestreo extensivo. La carga total de materiales leñosos indicó correlación significativa de Pearson (r = 0.79, p = 0.0363) con el IAF.

Por otra parte, en los siete sitios de muestreo, la capa de hojarasca y fermentación tuvo cobertura de 0 a 100 % (media = 71.4 %), pero excluyendo un claro en el bosque con 0 %, la cobertura varió entre 70 y 100 % (media = 83.3 %). La profundidad de las capas de hojarasca y capa de fermentación, fuera del claro referido (donde la media fue 5.8 cm), midió 2.4 a 12.6 cm (media = 6.7 cm). La carga de estos combustibles varió de 0 (en el claro referido) hasta 48.72 Mg∙ha^-1 (bajo dosel). La media alcanzó 15.98 Mg∙ha^-1 (con el claro incluido) y 18.65 Mg∙ha^-1 sin dicho claro; el CV para el primer caso alcanzó 0.99, mientras que para el segundo 0.83. Solo se encontró correlación significativa de Pearson (p < 0.05) entre la profundidad de las capas de hojarasca y de fermentación con la carga de las mismas capas (r = 0.86, p = 0.014).

Relación entre variables del bosque y cargas parciales de combustibles forestales

Seis modelos lineales resultaron significativos, además cumplieron con los parámetros de normalidad, no heterocedasticidad, no multicolinealidad y no autocorrelación. Tales modelos permitieron estimar la cobertura de zacates a partir del cielo visible; la carga de los materiales con 1 y 10 h TR, carga de 1 a 100 h TR y carga total como función del IAF; y la carga de hojarasca y capa de fermentación a partir de la profundidad de las mismas capas (Cuadro 5; Figuras 2 y 3). Se encontró correlación de Pearson entre el área basal total del arbolado y la suma de las cargas de combustibles leñosos de 1, 10 y 100 h TR (r = 0.95, p = 0.0043).

Figura 2 Relación entre cobertura de zacates y fracción de cielo visible en bosque de Pinus hartwegii del Parque Nacional Iztaccíhuatl-Popocatépetl. 

Figura 3 Regresiones lineales entre índice de área foliar (IAF) y cargas (C) de materiales leñosos: a) 1 h TR (tiempo de retardo), b) 10 h TR, c) total leñosos y d) 1 a 100 h TR en un bosque de Pinus hartwegii del Parque Nacional Iztaccíhuatl-Popocatépetl. 

Relación entre variables del bosque y carga total de combustibles

Se estableció correlación significativa de Pearson (r = 0.74, p = 0.0595) entre el diámetro normal medio de todo el arbolado y la carga total de combustibles forestales. El siguiente modelo ajustado permite estimar la carga total de combustibles forestales (CT), a partir de la profundidad de las capas de hojarasca y de fermentación (phcf) (Figura 4): CT = exp (2.2779 + 0.1961phcf). Con este modelo se obtuvo R² = 0.95 (p = 0.0004), límites de confianza de 1.432 a 3.123 para la constante y de 0.081 a 0.310 para la constante asociada a la variable explicativa.

Figura 4 a) Modelo lineal que relaciona la carga de la capa de hojarasca y fermentación (hcf) como función de su profundidad. B) Inversa del modelo transformado (no lineal exponencial) entre carga total del complejo de combustibles y la profundidad de la capa de hojarasca y de fermentación en un bosque de Pinus hartwegii del Parque Nacional Iztaccíhuatl-Popocatépetl. 

Variables dasométricas

Debido a la gran altitud en el área de estudio (3 555 m - 3 786 m) con temperaturas bajas y limitación por humedad, a causa del congelamiento del agua durante parte del año y a los fuertes vientos, P. hartwegii no alcanza dimensiones grandes (DN = 26 cm, altura = 12.2 m) como en cotas altitudinales más bajas, tal como refiere la ^{CONANP (2013)}.

Radiación solar

Los niveles de radiación registrados se traslapan con el rango referido por ^{Islas-Madrid et al. (2013)} para bosques de P. hartwegii de la Ciudad de México (CDMX), con una fracción de cielo visible igual a 0.39, radiación solar difusa de 544.3 MJ∙m^-2∙año^-1, radiación solar directa de 6 092.3 MJ∙m^-2∙año^-1 y radiación solar total de 6 756.6 MJ∙m^-2∙año^-1, cifras semejantes a las medias del presente trabajo.

Carga de combustibles

La media de la carga total (27.9 Mg∙ha^-1) de este estudio se encuentra en el intervalo referido (23.95 a 33.81 Mg∙ha^-1) para un bosque de P. hartwegii del Estado de México por ^{Castañeda-Rojas et al. (2015)}; sin embargo, se encontró un sitio con una carga total mucho más elevada, 56.72 Mg∙ha^-1, el cual es un sitio productivo tanto de materia viva como muerta que no ha sido afectado por el fuego en varios años, pues la exclusión del fuego incrementa las cargas de combustibles (^{Scott et al., 2014}).

En el presente estudio se verificó mayor carga de zacates conforme la fracción de cielo visible aumentó. Esto obedece a que los zacatonales y páramos de altura (zacatonales subalpinos en gran parte) prefieren localidades abiertas que con frecuencia se derivan de la destrucción del bosque (en las altitudes donde esto es posible), pues la mayoría de los pastos tienen senda fotosintética C4 y por ello prefieren niveles elevados de radiación solar (^{Krebs, 2016}; ^{Lambers & Oliveira, 2019}; ^{Miranda & Hernández-Xolocotzi, 2014}). Dicha tendencia también es consistente con lo señalado por ^{Islas-Madrid et al. (2013)}, quienes refieren que, a niveles mayores de radiación, hay incremento en la cobertura y dominancia de Muhlenbergia quadridentata Trin., un pasto común en bosques de P. hartwegii de CDMX. De igual forma, ^{Caballero-Cruz et al. (2018)} encontraron cargas mayores de pastos en masas abiertas que en las de alta densidad en un bosque templado de Oaxaca.

El IAF es un indicador de la productividad en especies arbóreas y, como tal, también es un indicador de la presencia de árboles. Por ello se encontró relación entre la carga de materiales leñosos de 1, 10, 1 a 100 h TR y total con dicho índice. Es evidente que, a mayor presencia de árboles, la cantidad de materiales leñosos aumenta en el piso forestal. Lo anterior se observó a pesar de la alteración por recolección de leña e incendios que pudo haber en años pasados. Asimismo, en bosques de pino en Durango bajo aprovechamiento forestal, a través de los tratamientos silvícolas de selección, aclareo y corta de regeneración donde, en dicho orden, se tuvo una carga mayor progresiva de materiales leñosos (^{Bautista-Rentería-Ánima et al., 2005}). De forma similar, en masas de P. sylvestris Lour. en Ucrania, las fracciones de todos los materiales leñosos aumentaron con la edad de las masas (^{Hurzhii et al., 2021}) y con la cobertura de copas en bosques chinos de Picea schrenkiana Fisch. & C. A. Mey. (^{Liang et al., 2017}).

Con respecto a la clase hojarasca y capa de fermentación, sin fuego ni alteración por extracción, todo tipo de materiales se acumulan en el piso forestal. Parte de los materiales leñosos pueden ser extraídos como leña, no así la capa de hojarasca y de fermentación que reinicia su acumulación después de los incendios, ya sea que transcurra la sucesión ecológica o que se mantenga. Esto último se observa en el presente estudio, pues el zacatonal puede avanzar a pinar, pero uno y otro pueden mantenerse por un régimen diferente de fuego con incendios más frecuentes para el zacatonal (^{Rodríguez-Trejo, 2014}; Rzedowski, 1981). Un estudio que evidencia cambio de carga por sucesión se llevó a cabo en bosques dominados por Pinus douglasiana Martínez, en Jalisco, donde ^{Quintero-Gradilla et al. (2019)} establecieron que, al avanzar la sucesión ecológica, la hojarasca y la capa de fermentación aumentaron su carga entre los 8 y 28 años del rodal. Un caso similar se investigó también en bosques de P. sylvestris de Ucrania, en los cuales la fracción de la capa de fermentación aumentó de 15 % en masas jóvenes a 43 % en masas maduras (^{Hurzhii et al., 2021}).

Relación entre variables del bosque y cargas de combustibles forestales

La relación lineal positiva entre IAF y cargas de materiales leñosos de 1, 10 TR, 1 a 100 h TR y la carga total se explica porque los valores más altos de dicho índice se asocian con mayor productividad. Una tendencia semejante se observó para la carga total en bosques de Quercus crassifolia en Puebla, donde ^{Rodríguez-Trejo et al. (2021)} hallaron relación directa positiva con el número de árboles. El mismo estudio refiere relación logarítmica positiva entre carga total y área basal del arbolado. En el caso de la relación positiva entre profundidad y carga de hojarasca y capa de fermentación, la primera variable es un indicador directo de la segunda.

Implicaciones

Existe una gama de cargas de combustibles en la zona, desde ligeras (<10 Mg∙ha^-1) a pesadas (>50 Mg∙ha^-1). Las primeras muestran condiciones abiertas con dominancia de zacatonal, así como cierta recurrencia del fuego que contribuye a una acumulación menor de combustibles. Las segundas implican condiciones de arbolado denso y exclusión del fuego e incrementan la carga y el peligro de incendio, incluso de copas, aunado todo ello al calentamiento global. Es importante realizar manejo de combustibles forestales en las zonas de mayor acumulación, para tener menor peligro de incendio, comportamiento del fuego menos extremo y emisiones más bajas de contaminantes y gases efecto invernadero.

Carga total

La carga total de combustibles forestales en el zacatonal (6.84 Mg∙ha^-1) es similar a la obtenida por ^{Rodríguez-Trejo y Sierra-Pineda (1996)}, quienes señalan 7.98 Mg∙ha^-1 en zacatonales en zonas aledañas a pinares o en zonas subalpinas de la CDMX, con especies de Muhlenbergia, Festuca y Calamagrostis. Dicha carga fue más elevada en el bosque que en el pastizal, como corresponde conforme avanza la sucesión ecológica de pastizales a bosques de pino en la CDMX (Rodríguez-Trejo & Sierra-Pineda, 1996).

Relación entre variables del zacatonal y la carga de combustibles

La cobertura del zacatonal es una de las propiedades más importantes de dicho complejo de combustibles y se relaciona linealmente con la carga. En la medida que en este tipo de vegetación hay más individuos y de mayor tamaño, su cobertura y carga aumentan. Esta tendencia quedó bien representada por la regresión lineal significativa (R² = 0.95; p = 0.0002). La mayor cobertura arroja mayor biomasa o carga en el zacatonal (^{Rodríguez-Trejo, 2014}). A su vez, a valores mayores de cielo visible se tuvieron valores más altos de cobertura de zacates, pues la mayoría de los pastos tienen senda fotosintética C4 y requieren de radiación solar directa para desarrollarse (^{Krebs, 2016}).

Implicaciones

En general, y como es común, las cargas del zacatonal no fueron altas (3.3 a 9.9 Mg∙ha^-1). Las pendientes pronunciadas, así como los vientos veloces en la temporada de incendios, pueden imprimir velocidades e intensidades considerables al fuego. Un sitio alcanzó 18 Mg∙ha^-1, debido a su mayor productividad y a exclusión del fuego o vejez del zacatonal. Por ello también es necesario pensar en el manejo de combustibles en las zonas con mayor potencial de comportamiento extremo del fuego. Una de las opciones puede ser el fuego prescrito.