RELACIONES ALOMÉTRICAS PARA LA PREDICCIÓN DE BIOMASA

FORRAJERA Y LEÑA DE Acacia pennatula Y Guazuma ulmifolia

EN DOS COMUNIDADES DEL NORTE DE CHIAPAS, MÉXICO

David López-Merlín, Lorena Soto-Pinto, Guillermo Jiménez-Ferrer y Salvador Hernández-Daumás

David López-Merlín. MSc., El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), Instituto Nacional Indigenista, México. Investigador, ECOSUR, San Cristóbal de las Casas, Chiapas, México.

Lorena Soto-Pinto. Doctora, Universidad Nacional Autónoma de México. Jefe de la Línea Sistemas Silvícolas y Agroforestales, ECOSUR. Dirección: El Colegio de la Frontera Sur. Apdo. postal 63. San Cristóbal de las Casas, Chiapas. 29200, México. e-mail: lsoto@sclc.ecosur.mx

Guillermo Jiménez-Ferrer. Doctor, Universidad Autónoma de Yucatán, México. Jefe de la Línea Ganadería y Servicios Ambientales, ECOSUR, San Cristóbal de las Casas, Chiapas, México.

Salvador Hernández-Daumás. Doctor, Universidad de Edimburgo, Escocia. Coordinador de la Unidad Villahermosa, ECOSUR, Tabasco, México.

Resumen

Acacia pennatula (Schltdl. y Cham.) Benth. y Guazuma ulmifolia Lam. son especies importantes como forraje y leña en las áreas tropicales secas y subhúmedas. Sin embargo se desconoce la producción con respecto a variables alométricas. Se establecieron modelos alométricos para predecir la acumulación de forraje y leña de estas especies en condiciones naturales de vegetación secundaria en dos localidades del norte de Chiapas, México. En marzo 2001 se realizó una poda de homogenización a 23 árboles de cada especie, cuantificándose la cantidad de leña. La producción de forraje se calculó mediante la cosecha de rebrotes seis meses después de la poda. La producción de materia seca del forraje se estimó mediante varios modelos predictivos utilizando diámetro basal (db), diámetro a la altura del pecho (dap), volumen del tocón, número de rebrotes por árbol (nra), longitud del rebrote y diámetro de la base del rebrote como variables alométricas. La producción de leña en materia seca para ambas especies se relacionó con el db. Para A pennatula el forraje fue predecible con nra (modelo polinomial cúbico), el forraje de G. ulmifolia fue predecible con el db (modelo lineal) y el peso de la leña fue predecible con el db para ambas especies (modelo potencial). Estos modelos alométricos permitirán la estimación de la producción de forraje y leña en condiciones similares a las estudiadas.

Summary

Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth. and Guazuma ulmifolia Lam. are important species used as forage and fuel wood in dry and sub-humid tropics. Nevertheless, the relation between fuel wood, forage and allometric variables is unknown. Allometric models were fitted to predict forage accumulation and fuel wood for these species in secondary vegetation, in two localities in Northern Chiapas, Mexico. During March 2001 a homogenization pruning was practiced to 23 trees of each species, and fuel wood was quantified. Forage production was calculated through the sprout harvest six months after pruning. Forage dry matter production was estimated through several models, using allometric variables such as: basal diameter (bd), breast height diameter, stump volume, number of sprouts per tree (nst), sprout length, sprout basal diameter (sbd). Fuel wood dry matter production for both species was related to bd. For A. pennatula forage dry matter was predictable with nst (cubic model), G. ulmifolia forage was predictable with bd (lineal model), fuel wood weight was predictable with bd for both species (potential model). These allometric models permit the estimation of forage and fuel wood in similar conditions to those of the studied area.

Resumo

Acacia pennatula (Schltdl. e Cham.) Benth. e Guazuma ulmifolia Lam. são espécies importantes como forragem e lenha nas áreas tropicais secas e sub-úmidas. No entanto se desconhece a produção em relação a variáveis alométricas. Estabeleceram-se modelos alométricos para predizer a acumulação de forragem e lenha destas espécies em condições naturais de vegetação secundária em duas localidades do norte de Chiapas, México. Em março de 2.001 realizou-se uma poda de homogeneização a 23 árvores de cada espécie, quantificando-se a quantidade de lenha. A produção de forragem se calculou mediante a colheita de rebrotes seis meses depois da poda. A produção de matéria seca da forragem estimou-se mediante vários modelos preditivos utilizando diâmetro basal (db), diâmetro na altura do peito (dap), volume do tocón, número de rebrotes por árvore (nra), longitude do rebrote e diâmetro da base do rebrote como variáveis alométricas. A produção de lenha em matéria seca para ambas espécies se relacionou com o db. Para A pennatula a forragem foi previsível com nra (modelo polinomial cúbico), a forragem de G. ulmifolia foi previsível com o "db" (modelo lineal) e o peso da lenha foi previsível com o "db" para ambas espécies (modelo potencial). Estes modelos alométricos permitirão a estimação da produção de forragem e lenha em condições similares às estudadas.

PALABRAS CLAVE / Alometría / Biomasa / Forraje / Leña / Acacia pennatula / Guazuma ulmifolia /

Recibido: 04/11/2002. Modificado: 13/05/2003. Aceptado: 19/05/2003

Introducción

En los últimos años, las políticas de desarrollo en muchos países han dado un fuerte impulso a estrategias de producción compatibles con la conservación. El impulso de "estrategias verdes" como la agroforestería, se ha convertido en una opción viable para mitigar los procesos de degradación de los recursos naturales.

En América Latina, la destrucción de bosques y selvas ha sido creciente desde hace varias décadas. Por ejemplo, de 1950 a 1980, aproximadamente 2/3 partes de las áreas de bosque y selva en América Central fueron destruidas para convertirse en tierras agrícolas. El proceso de ganaderización en las áreas tropicales fue ampliamente señalado como un causante directo de la reducción de las áreas forestales tropicales (Myers, 1981; Nations y Komer, 1983; Hecht, 1993). Aunado a este proceso de deforestación y ganaderización, los sistemas de producción animal en los trópicos, ocasionan áreas degradadas, el cual es uno de los principales factores que contribuyen a la baja eficiencia de ésta actividad (Simpson y Conrad, 1993; Nicholson et al., 1995).

La incorporación y promoción de leñosas perennes en los sistemas de producción ganadera es una estrategia viable y posible para muchos productores de bajos recursos. Además de su contribución potencial para reducir los impactos ambientales negativos de sistemas extensivos de producción, constituye un mecanismo para diversificar las unidades ganaderas, generar productos e ingresos adicionales, reducir la dependencia de insumos externos e intensificar los sistemas extensivos (Loker, 1994).

La diversidad vegetal tropical ha sido ampliamente estudiada y se ha reconocido como un recurso estratégico, no sólo para acciones de conservación, sino también para el diseño de sistemas de producción más robustos. Existen importantes evidencias que muestran que la riqueza de especies de árboles y arbustos en México tienen una importancia cultural y económica en muchas sociedades campesinas (Toledo et al., 1995; Soto-Pinto, 1990; Jiménez, 2000).

Otras evidencias señalan las bondades de los árboles y arbustos para la diversificación de sistemas de producción (Gutteridge, 1991). Muchos de los estudios hacen énfasis en evaluaciones de especies con fuerte presión de uso y en condiciones experimentales o comerciales, pero existen pocos estudios que muestran el potencial productivo de árboles en condiciones naturales. Por ejemplo, el bosque secundario en su fase de regeneración conocido como "barbecho" o "acahual" constituye un importante recurso que provee de forraje, leña y otros productos de uso múltiple a las familias campesinas. López (1999) y Jiménez (2000), en estudios efectuados en el norte de Chiapas, México, resaltaron la importancia del "acahual" como una estrategia en el manejo integral de las áreas de bosque y ganado. Asimismo, destacaron el valor de más de 25 especies arbóreas y arbustivas forrajeras, sobresaliendo Guazuma ulmifolia Lam. y el género Acacia, como un recurso con potencial para el desarrollo de sistemas silvopastoriles.

Se ha reconocido la importancia de los árboles y arbustos en condiciones naturales por su potencial para la producción de leña y forraje. Este potencial se ha estimado principalmente bajo condiciones de sistemas intensivos. Por ejemplo, el género Acacia ha sido estudiado bajo condiciones de uso intensivo en África, donde se ha reportado una producción anual de biomasa aérea total de 13ton/ha de materia seca y se ha reconocido por su valor como leña (Wickens et al., 1995). En el sureste de México, Guazuma ulmifolia y Acacia pennatula (Schltdl. y Cham.) Benth., son especies identificadas como un recurso potencial de uso múltiple en comunidades indígenas (Jiménez, 2000); sin embargo, no se tienen estimaciones de la producción de biomasa para lotes de vegetación secundaria sin manejo previo.

Por otro lado, la alometría es una herramienta que permite relacionar características físicas o fisiológicas de las especies forestales para predecir su comportamiento en el futuro (King 1990, 1996; O’ Brien et al., 1995; Leite, 1999). Esta técnica permite obtener parámetros de interés para investigadores y planificadores de sistemas de aprovechamiento intensivo de los recursos naturales.

El objetivo de este estudio fue ajustar ecuaciones alométricas entre el diámetro a la altura del pecho, diámetro basal, número y longitud de rebrotes, diámetro a la base del rebrote y volumen del tocón para estimar la cantidad de forraje y leña de A. pennatula y G. ulmifolia en condiciones de vegetación secundaria (acahual).

Materiales y Métodos

Área de estudio

El estudio se realizó en dos sitios. A. pennatula se evaluó en la comunidad Las Maravillas, Municipio de Jitotol de Zaragoza, Chiapas (17º05'43''N y 92º52'53''O), a 1643msnm, con una pendiente de 6%, un clima templado subhúmedo con lluvias en verano (INEGI, 1985). La temperatura media anual durante el año de estudio fue de 15ºC y la precipitación media anual de 1850mm. Los datos de temperatura y precipitación se obtuvieron de la estación meteorológica más cercana al lugar. Se analizaron muestras de suelo del sitio de estudio con base en la norma oficial mexicana, encontrando un suelo de textura arcillosa; 36,1Cmol/kg de capacidad de intercambio catiónico; 1,3g/ml de densidad aparente; pH de 6,2; 3,2% de materia orgánica; 0,14% de nitrógeno y 4,7mg/kg de fósforo. Este sitio es usado como potrero forestal (bosque de pino, en donde los productores pastorean sus animales) donde las especies dominantes pertenecen a los género Pinus y Acacia. En este lugar, el ganado bovino es introducido para alimentarse con la grama natural durante el período de secas que va de noviembre a mayo (López, 1999).

El sitio donde se evaluó G. ulmifolia se ubica en un potrero dentro de la comunidad de Lázaro Cárdenas, Municipio de Simojovel de Allende, Chiapas (17º07'43''N y 92º41'41''O), a 763msnm, una pendiente de 20%, con clima cálido húmedo y lluvias en verano (INEGI, 1985), temperatura media anual de 28,6ºC y 1367mm de precipitación media anual. El suelo es de textura arcillosa, con 30,4 Cmol/kg de capacidad de intercambio catiónico; 1,2g/ml de densidad aparente; pH de 7,1; 4% de materia orgánica; 0,18% de nitrógeno y 9,1mg/kg de fósforo. En su estructura arbórea domina G. ulmifolia.

Las actividades productivas en ambas comunidades son el cultivo de maíz, frijol, café y la ganadería bovina; en Las Maravillas además se realiza el aprovechamiento de la madera de pino y la extracción de leña, preferentemente de encino (Quercus spp.) y de A. Pennatula, con un consumo de 21 tercios (un tercio pesa alrededor de 35kg de materia fresca) de leña por semana por familia (INEGI, 1998). En Lázaro Cárdenas la extracción de leña es principalmente de Chalum (Inga spp.) y cuando no hay disponibilidad de ésta especie se utiliza la leña de G. ulmifolia, con un consumo de 21 tercios por semana por familia.

Cuantificación de forraje y leña

Se seleccionaron 23 árboles entre 3 y 60cm de diámetro basal para cada especie, basándose en la metodología de Salazar (1989), que recomienda el empleo de 16-36 individuos para la cuantificación de forraje arbóreo. La selección de árboles entre 3 y 60cm respondió a que esta es la variación que ocurre naturalmente en los bosquetes de vegetación secundaria en la región, a diferencia de plantaciones coetáneas. En marzo 2001, se realizó una poda de homogenización, con la finalidad de que cada individuo mostrara su capacidad productora por un período de 6 meses (Salazar, 1989). El rango de la altura de poda fue de 1,7 a 5m. A cada árbol se le colocó una protección de alambre y espinas para evitar el ramoneo. El material cortado se seccionó y pesó para determinar la producción de leña. Se obtuvieron muestras frescas de leña (100g) que se secaron a 60ºC durante 48h, para tener una estimación de la producción de leña por árbol (Ter-Mikaelian y Korzukhin, 1997).

En la cosecha de rebrotes se midieron: el diámetro a la altura del pecho, el número de rebrotes por árbol, diámetro de la base y la longitud de cada rebrote. Se cosecharon las hojas y se pesaron en fresco, obteniéndose dos muestras de 100g cada una por árbol, las cuales fueron secadas a 60ºC durante 48h (Tarawali et al., 1995).

Ajuste de modelos alométricos

Se establecieron diferentes modelos de regresión para la producción de biomasa forrajera seca y la leña (transformada en su logaritmo neperiano, logaritmo base 10, raíz cúbica de la variable mas ½ y la raíz cuadrada de la variable mas ½; Steel y Torrie, 1992), con los siguientes parámetros: diámetro a la altura del pecho, diámetro basal, número de rebrotes por árbol, longitud del rebrote, diámetro de la base del rebrote y volumen del tocón. Se seleccionaron los modelos alométricos significativos (a= 0,05) y con mayor coeficiente de determinación. Los modelos que se ajustaron mejor fueron lineal, polinomial cúbico y potencial, cuyas ecuaciones son:

Modelo lineal:

Y=b₀+ b₁X

Modelo polinomial cúbico:

Y= b₀+ b₁X+b₂X²+ b₃X³

Modelo potencial:

Y= b₀X^b1

Para éste análisis se utilizó el programa SPSS (1998).

Resultados

Acacia pennatula

La capacidad de rebrote determina la acumulación de biomasa en esta especie. A mayor número de rebrotes por árbol se obtuvo mayor cantidad de forraje (Figura 1). El modelo alométrico de tipo polinomial cúbico que describe (R²= 0,42) el comportamiento de la biomasa forrajera de A. pennatula en función del número de rebrotes es

FAp= 0,00001(nr)³ - 0,002(nr)² + 0,12 (nr) - 0,71

donde Fap: forraje seco de A. pennatula (kg) y nr: número de rebrotes por árbol.

 

El resto de los parámetros estudiados (diámetro a la altura del pecho, volumen del tocón y diámetro de la base del rebrote) llevaron a modelos no significativos y con un coeficiente de determinación menor a 0,3 (Tabla I).

Por otro lado, el diámetro basal explica la variación en cantidad de leña seca. Mayores diámetros dieron como resultado mayor cantidad de combustible. Esta relación tuvo una forma potencial (R²= 0,82;  a= 0,05; Figura 2):

LAp= 0,06(db)^2.16

donde Lap: leña de A. pennatula en base seca (kg) y db: diámetro basal del árbol (cm).

El peso de leña seca por categorías de 5cm de diámetro basal estimado con este modelo se presenta la Tabla II.

Guazuma ulmifolia

Mayores diámetros basales resultaron en una mayor biomasa forrajera (relación lineal con la biomasa forrajera seca R²= 0,55; a= 0,05; Figura 3). La relación alométrica es

  FGu= 0,04(db) + 0,93

donde Fgu: forraje seco de G. ulmifolia (kg) y db: diámetro basal del árbol (cm).

La biomasa forrajera seca estimada con este modelo para categorías de 5 rebrotes se muestra en la Tabla II. Los demás parámetros (diámetro a la altura del pecho, volumen del tocón, diámetro de la base y longitud del rebrote) llevaron a modelos no significativos y con un coeficiente de determinación menor a 0,3 (Tabla III).

Por otra parte, el peso de la leña seca mostró una relación significativa con el diámetro basal del árbol. A mayores diámetros se obtuvo mayor peso de leña, en el rango evaluado. La relación ajustada de forma potencial (R²= 0,82; a=0,05; Figura 4) fue

LGu= 0,18 (db)^1,13

donde Lgu: leña de G. ulmifolia en base seca (kg) y db: diámetro basal del árbol (m).

En la Tabla II puede verse la estimación del peso de leña seca por cada 5cm de diámetro basal, estimada con este modelo. En la Tabla III se presentan los modelos alométricos para leña y biomasa forrajera de G. ulmifolia.

Discusión

Los modelos encontrados en esta investigación son aplicables únicamente a condiciones similares a los sitios de estudio y a condiciones naturales sin manejo.

La acumulación de biomasa forrajera en base seca de A. pennatula respondió al número de rebrotes por árbol. El número de ramas después de la poda también presentó una relación polinomial cúbica con R²= 0,42, por lo que también podría considerarse como una variable alométrica para predecir biomasa forrajera de esa especie. Ambas variables indican que la capacidad de rebrote es importante para la acumulación de forraje. Aunque la capacidad de rebrote no mostró una relación con el diámetro basal, otros estudios han demostrado que diámetros mayores redundan en una mayor capacidad de rebrote, hasta cierto limite, pues árboles viejos observan una disminución de esta capacidad (Erdmann et al., 1993; Berninger et al., 2000). Es necesario conocer la posible variación genética de algunas poblaciones de A. pennatula, así como las variables de manejo que puedan incrementar el número de rebrotes, por ejemplo, la frecuencia y altura de poda (Erdmann et al., 1993).

Por otro lado, los resultados de predicción de peso de leña para A. pennatula coinciden con otros estudios que han afirmado que el diámetro basal es un buen estimador del peso de la leña mediante modelos potenciales (Verwijst, 1999; Acosta-Mireles, et al., 2002). El diámetro basal, además de ser un parámetro de fácil obtención en campo, se considera una medida más precisa que el diámetro a la altura del pecho, el cual es difícil de establecer cuando el árbol tiene varios ejes por debajo de 1,3m de altura (Espinosa et al., 1989). En este estudio A. pennatula rindió hasta 344,6kg de leña seca de árboles con diámetros de 55cm. La mayor parte de los árboles en acahuales (vegetación sin manejo) estuvieron en rangos diamétricos entre 20 y 40cm, los cuales ofrecen una cantidad de leña entre 38,8 y 173,2kg por árbol. Estas cantidades sobrepasan las reportadas por Giraldo (1996), quien encontró para Acacia decurrens 8,5kg de leña fresca por árbol en un bosque montano en Colombia; sin embargo, no tomó en cuenta el diámetro basal del árbol.

Para G. ulmifolia, el diámetro basal es un buen parámetro para predecir el forraje, y es de fácil obtención en campo. El modelo exponencial se ajustó también, con R²= 0,57; sin embargo se escogió el lineal por ser más simple. Esta relación entre la cantidad de forraje y el diámetro basal de G. ulmifolia se debe a que este último parámetro está asociado a la reserva de carbohidratos del árbol después de la poda, lo que permite la formación de los rebrotes (Berninger et al., 2000; Pekka Nygren, comunicación personal). Otros autores han encontrado que el área basal del árbol es también un buen estimador del forraje (Nygren et al., 1993).

La cantidad de biomasa forrajera en materia seca para G. ulmifolia es alentadora, y permite pensar en futuras investigaciones para conocer la viabilidad de sistemas de corte y acarreo para la alimentación animal. Se han reportado hasta 1224kg de materia seca de forraje con 20 árboles por ha en fincas de Costa Rica, aunque no se menciona el tipo de manejo que se le da a los árboles (Giraldo, 1999).

La relación entre el peso de leña seca con el diámetro basal para G. ulmifolia coincide con estudios realizados en Centroamérica, en los cuales este parámetro ha sido buen estimador del peso de leña para esta especie (CATIE, 1991).

Los resultados de esta investigación ponen de manifiesto la necesidad de realizar experimentos que permitan conocer el manejo que requieren los árboles para incrementar sus diámetros y por consecuencia la biomasa forrajera.

Finalmente, sería conveniente para ambas especies realizar una evaluación de la acumulación de forraje durante la época de secas, que en la región de estudio va de noviembre a principios de mayo, ya que la producción en esta etapa de escasez de alimento para los animales es de gran significancia para el diseño de alternativas silvopastoriles, las cuales podrían complementarse con técnicas de conservación de forrajes. De los resultados de este estudio se puede sugerir que difícilmente los mismos individuos tanto de Acacia como de Guazuma podrían utilizarse para leña y forraje al mismo tiempo, ya que la biomasa acumulada en 6 meses no tiene cantidades sustanciales de material leñoso. Se sugiere realizar evaluaciones agronómicas con estas especies para conocer su potencial productivo bajo manejo.

Conclusiones

La biomasa forrajera en materia seca de A. pennatula es predecible con el número de rebrotes por árbol, mientras que para G. ulmifolia lo es con el diámetro basal. La leña por árbol en materia seca puede estimarse con el diámetro basal del árbol, para individuos en estado natural, en ambas especies. Las variables usadas en este estudio para estimar biomasa forrajera y leña son fácilmente medibles en el campo. La cantidad de leña y forraje que producen sugieren futuros estudios sobre sistemas de aprovechamiento integral para una producción sustentable de forraje y leña en el norte de Chiapas.

Agradecimientos

Al ECOSUR Unidad San Cristóbal por las facilidades para la realización de este trabajo; a José Nahed y Neptalí Ramírez Marcial por la revisión de los borradores; a Jesús Carmona, Juan Morales, Miguel Anaya y Manuel Gutiérrez por su apoyo en el laboratorio; y a Pekka Nygren por su asesoría.

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