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1
01_Presentación
Ecuaciones de biomasa para especies de encino explotadas en la producción
de carbón en puebla.
El presente es el trabajo de investigación que estoy realizando durante mi
estancia en la Maestría en ciencias Forestales de la División de Ciencias
Forestales en la Universidad Autónoma Chapingo.
Mi nombre es José Octavio Ortega Gutiérrez
“SIGUIENTE”
2
02_Introducción
Los encinos en México están relegados a un segundo plano a la sombra del
género Pinus. Según el anuario estadístico de la producción forestal en 2013
el 79% de la producción forestal maderable fue obtenido a partir de dicho
género, mientras que el género Quercus, en segundo lugar representó el
8.7% .
3
02_Introducción
En nuestro país, el producto principal derivado de los encinos son
combustibles en forma de leña y carbón como se puede ver en la porción
morada de
la barra. Para el año 2013 la producción forestal maderable para el género
Quercus se destinó de la siguiente manera 141 629 m3 carbón, 110 497 m3
leña y 188 924 m3 escuadría, siendo el carbón el segundo producto mas
frecuente.
4
03_Introducción
Mientras que en otros países se saca provecho de las propiedades de la
madera de encino para la fabricación de muebles, pisos, herramientas, etc. en
México acuerdo a Aguilar et al (2012) el aprovechamiento y comercialización
no esta regulado, además de que por ahora aun es limitado ese sector.
Si bien lo ideal sería que se aprovecharan mejor las propiedades físicas de la
madera de encino o se implementaran mejoras en los procesos productivos,
por ahora lo mas pertinente es contribuir al conocimiento de las especies del
género Quercus para optimizar su aprovechamiento bajo el esquema actual
pero promover alternativas que favorezcan la continuidad del recurso..
5
04_Introducción
Una práctica tradicional propia de muchos países alrededor del mundo es la
de restauración de la masa forestal a partir de la propiedad de regeneración
vegetativa de las plantas que la componen (Howell, 1987). Esta propiedad se
denomina “coppicing”. Por el momento desconozco la forma correcta de
traducir esta palabra por lo que se usará el termino en ingles para referirse a
esa práctica. Fujimori (2001) apunta que los países desarrollados están
evaluando la significancia de dicha práctica para la producción de emergía en
los países en desarrollo.
Debido a que algunas especies del Género Quercus poseen una rápida
regeneración vegetativa y a la abundancia de especies de ese género en
nuestro país, el coppicing como forma de aprovechamiento podría significar
una alternativa funcional en México. Sin embargo hasta el momento de la
edición de este archivo se ha encontrado poca información respecto a estos
métodos aplicados en el territorio nacional.
6
05_Introducción
Así que, si se propone contribuir a los métodos de aprovechamiento del
género Quercus en México es imprescindible entender las características de
crecimiento y tener la capacidad de estimar el volumen y la biomasa de estos
árboles en cada una de sus etapas de desarrollo incluyendo los rebrotes.
Para poder hacer estimaciones de esta índole generalmente se recurre a
ecuaciones alométricas las cuales de acuerdo a Gould (1966) explican la
correlación entre las diferencias en las proporciones y los cambios en la
magnitud absoluta del organismo total o de partes específicas bajo
consideración.
Actualmente se cuenta con al menos 478 ecuaciones para estimar la biomasa
de árboles en México de las cuales alrededor de 55 son para el género
Quercus (RojasGarcia et al, 2015). Sin embargo, hasta ahora, para el
presente proyecto se cuenta con poca información sobre la medición de la
biomasa de rebrotes de especies del género Quercus, de hecho solo se
cuenta con el trabajo de Aguilar et al (2012) como referencia para esta
arquitectura en específico.
7
06_Antecedentes
A continuación se presentan algunas publicaciones que han servido como
antecedentes para el presente trabajo.
En esencia el trabajo de Aguilar et al “Spouding productivityand allometric
relationship of two Oak species managed for tradicional charcoal making in
central Mexico” (2012) representa el antecedente directo y mas influyente
para este proyecto. Ellos realizaron su trabajo en la cuenca del lago Cuitzeo
Michacán y propusieron ecuaciones alométricas
para estimar biomasa de rebrotes individuales de 2 especies de encinos
ajustando la ecuación potencial y =a(DBH)b obteniendo valores de pseudo-R2
de mas del 92%. Como
una de sus conclusiones hace énfasis en la necesidad de más ecuaciones
alométricas para árboles rebrotados en formaciones forestales secundarias de
árboles rebrotados
dada la diferencia de su arquitectura con la de bosques primarios o no
aprovechados.
8
07_Antecedentes
La aparente carencia de trabajos enfocado al estudio de las relaciones
alométricas de los rebrotes por crecimiento vegetativo orilla a la revisión de
trabajos extrangeros.
Suchomel et al (2012) en “Biomass equations for sessile oak (Quercus
petraea (Matt.) Liebl.) and hornbeam (Carpinus betulus L.) in aged coppiced
forests in southwest
Germany” con el objetivo de estimar biomasa de dos especies aprovechadas
por coppice llevaron a cabo un muestreo destructivo en 24 individuos de cada
especie. Ellos también
obtuvieron valores de R2 elevados con el modelo y=a(DBH)b. De la misma
manera que Aguilar et al (2012) los autores hacen mención de la necesidad
de ecuaciones alométricas específicas para condiciones particulares. Cabe
resaltar el tamaño de muestra tomado por los investigadores ya que servirá de
referencia a la hora de diseñar el muestreo de mi investigación.
9
08_Antecedentes
Uno de los trabajos que se tendrán en cuenta para el diseño del muestreo es
el de Matula et al (2015) quienes en “Measuring Biomass and Carbon Stock in
Resprouting Woody
Plants” ya que con el objetivo de minimizar el número de rebrotes y
seleccionar los parámetros de brote mínimos para una estimación de biomasa
o carbono precisa
obtuvieron que el diámetro basal medio de entre dos y cinco de los brotes
mas delgados así como el diámetro basal y el diámetro a la altura del pecho
del brote mas delgado por
tocón probaron ser estimadores precisos de la biomasa de individuos y
poblaciones respectivamente. Cabe destacar de este trabajo que sus bases
de datos están disponibles
en línea lo que permite corroborar sus resultados.
10
08_Justificación
A grandes rasgos el presente trabajo tiene como propósito contribuir con el
conocimiento de la biología del género Quercus en México a través del aporte
de métodos para estudiar las relaciones alométricas de árboles que presentan
una forma de crecimiento o “arquitectura” particular como resultado de su
aprovechamiento en la producción de carbón vegetal o leña, siendo los
métodos aplicables a esta circunstancia en particular el aporte del presente
trabajo al estado del arte de la estimación de la biomasa con base en las
relaciones alométricas de los árboles.
11
10_Objetivos
12
11_Área de estudio
El historial de trabajo que se tiene con las comunidades de San Baltazar
Atlimeyaya, y Santiago Xalitzintla, el contacto con las autoridades ejidales y
algunos ejidatarios así como la actividad carbonera de esa zona presenciada
durante los años de trabajo invertidos en los polígonos de dichos ejidos son el
motor que dirige la atención de este trabajo.
13
12_Área de estudio
Aun no se ha definido el sitio o sitios exactos donde se llevará a cabo el
muestreo. Pero la zona de interés es el bosque de encino ubicado en la ladera
oriente del volcán Popocatepetl entre los 19° 5'42.52" y los 18°56'50.51"
Norte.
También se tiene programado platicar con las autoridades de los ejidos de
San Nicolás de los Ranchos y San pedro Benito Juárez. La masa forestal de
interés abarca parte los municipios de San Nicolás de Los Ranchos,
Tianguismanalco, Tochimilco y Atlixco. En esas comunidades es frecuente
presenciar hornos de tierra usados para la producción de carbón vegetal así
como tocones de encino con rebrotes pero no se tiene registro de algún tipo
de plan de aprovechamiento de dicha especie.
14
13_Muestreo
Se llevará a cabo una asamblea con las autoridades, pobladores y
productores de carbón de cada comunidad para informarles del estudio y
solicitar a los ejidatarios los permisos y
apoyo para la toma de datos. Se realizará un recorrido por cada ejido
acompañado por productores para identificar las especies preferidas para la
producción de carbón ya que solo se ajustarán ecuaciones a las especies que
cumplan con esa condición. A pesar de que en Picard et al (2012) se
mencionan muestras de hasta n=400 el tamaño de muestra estará
condicionado por la actividad carbonera propia de las comunidades limitando
el estudio al número de árboles derribados que sea posible registrar durante el
periodo de muestro o al número de árboles que se derriben durante dicho
periodo.
15
14_Muestreo
Aun no se determina cual será el procedimiento exacto para la toma de datos
en campo ya que la literatura consultada presenta variaciones en este aspecto
y hace falta concertar
como se va a proceder. Sin embargo se cuenta con el “Manual de
construcción de ecuaciones alométricas para estimar el volumen y la biomasa
de los árboles. Del trabajo
de campo a la predicción” que junto con los trabajos de Aguilar et al (2012) y
Matula et al (2015) servirán de referencia y base para el desarrollo del
presente trabajo.
Debido a que lo que interesa para el presente estudio es la biomasa seca se
extraerán alícuotas en diferentes secciones del brote para evitar las
variaciones de humedad que pudiesen presentarse.
Se clasificarán los tallos según su diámetro normal en X categorías (esto
depende del rango de diámetros registrados en la muestra; pero
tentativamente serán cada 10.0 cm)
De cada categoría se seleccionará un número aun no definido de árboles
(tentativamente 3), de los que se extraerá un número aun no determinado de
rodajas (tentativamente 3),
de un grosor aun no determinado (tentativamente 5.0 a 10.0 cm) a 30.0 cm, a
130.0 cm y a 230.0 cm (tentativamente) sobre “la base” (la superficie del
tocón), con la finalidad de
registrar posibles variaciones en la humedad y densidad de la madera a lo
largo del brote. No se retirará la corteza debido a que también es convertida
en carbón.
15
16
15_Muestreo
Las rodajas con corteza se empaquetarán en plástico adherente
inmediatamente después de ser cortadas. Una vez que han sido envueltas se
pesarán para obtener su peso fresco.
El volumen fresco se medirá por desplazamiento de agua. Posteriormente las
rodajas serán trasladadas a laboratorio para ser secadas en estufa a 75° C
(tentativamente) hasta que se registre un peso constante, obteniendo
entonces su peso seco.
Se clasificará la masa aérea de las plantas derribadas en materia adecuada
para la producción de carbón (tallo, ramas grandes) y residuos (ramillas y
follaje). La proporción de materia útil para la producción de carbón por
biomasa sobre el nivel del suelo se expresará como porcentaje. Se llevarán a
cabo ecuaciones de regresión no lineales en cada especie para:
a) madera útil para producción de carbón, -peso seco y volumen
b) biomasa total sobre el nivel del suelo, -peso seco y volumen
c) residuos, -peso seco y volumen como una función del diámetro normal de
cada brote del encino aprovechado.
17
16_Muestreo
Se realizarán regresiones no lineales para ajustarse a los parámetros de un
modelo que por ahora se considera será la ecuación (potencia) alométrica
típica: y=a(DAP)b,
No se considerará la altura como otro factor ya que se ha mostrado que rara
vez incrementa la precisión de la predicción de las estimaciones de peso mas
allá del 5% (Aguilar et al, 2012).
Aun no se establece si los parámetros de la ecuación se obtendrán de su
forma original o se hará algún tipo de conversión, aunque se tendrá en cuenta
que las regresiones no lineales no requieren el factor de corrección “logaritmo-
regresión lineal transformada” cuando se convierten las estimaciones desde
ecuaciones logarítmicas de regreso a unidades no transformadas.
Dado que se cuenta con la posibilidad de implementar diversas ecuaciones
para explicar las relaciones alométricas se deberá discernir entre las mismas
para elegir la mas adecuada a las condiciones particulares de este estudio.
Por el momento se considera tener en cuenta el criterio de información de
Akaike para muestras pequeñas el cual es un procedimiento robusto para
seleccionar los mejores modelos predictivos, sin olvidar tener en mente las
recomendaciones de Packard (2013) y Sileshi (2014) mencionadas en el
estado del arte.
A grandes rasgos se hará una comparación gráfica y estadística entre el
modelo desarrollado en este estudio y algunos otros reportados en la literatura
pero el
procedimiento aun no ha sido determinado.
17
18
17_Cronograma
19
18_Bibliografía

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ECUACIONES DE BIOMASA PARA ESPECIES DE ENCINO EXPLOTADAS EN LA PRODUCCIÓN DE CARBÓN EN PUEBLA

  • 1. 1 01_Presentación Ecuaciones de biomasa para especies de encino explotadas en la producción de carbón en puebla. El presente es el trabajo de investigación que estoy realizando durante mi estancia en la Maestría en ciencias Forestales de la División de Ciencias Forestales en la Universidad Autónoma Chapingo. Mi nombre es José Octavio Ortega Gutiérrez “SIGUIENTE”
  • 2. 2 02_Introducción Los encinos en México están relegados a un segundo plano a la sombra del género Pinus. Según el anuario estadístico de la producción forestal en 2013 el 79% de la producción forestal maderable fue obtenido a partir de dicho género, mientras que el género Quercus, en segundo lugar representó el 8.7% .
  • 3. 3 02_Introducción En nuestro país, el producto principal derivado de los encinos son combustibles en forma de leña y carbón como se puede ver en la porción morada de la barra. Para el año 2013 la producción forestal maderable para el género Quercus se destinó de la siguiente manera 141 629 m3 carbón, 110 497 m3 leña y 188 924 m3 escuadría, siendo el carbón el segundo producto mas frecuente.
  • 4. 4 03_Introducción Mientras que en otros países se saca provecho de las propiedades de la madera de encino para la fabricación de muebles, pisos, herramientas, etc. en México acuerdo a Aguilar et al (2012) el aprovechamiento y comercialización no esta regulado, además de que por ahora aun es limitado ese sector. Si bien lo ideal sería que se aprovecharan mejor las propiedades físicas de la madera de encino o se implementaran mejoras en los procesos productivos, por ahora lo mas pertinente es contribuir al conocimiento de las especies del género Quercus para optimizar su aprovechamiento bajo el esquema actual pero promover alternativas que favorezcan la continuidad del recurso..
  • 5. 5 04_Introducción Una práctica tradicional propia de muchos países alrededor del mundo es la de restauración de la masa forestal a partir de la propiedad de regeneración vegetativa de las plantas que la componen (Howell, 1987). Esta propiedad se denomina “coppicing”. Por el momento desconozco la forma correcta de traducir esta palabra por lo que se usará el termino en ingles para referirse a esa práctica. Fujimori (2001) apunta que los países desarrollados están evaluando la significancia de dicha práctica para la producción de emergía en los países en desarrollo. Debido a que algunas especies del Género Quercus poseen una rápida regeneración vegetativa y a la abundancia de especies de ese género en nuestro país, el coppicing como forma de aprovechamiento podría significar una alternativa funcional en México. Sin embargo hasta el momento de la edición de este archivo se ha encontrado poca información respecto a estos métodos aplicados en el territorio nacional.
  • 6. 6 05_Introducción Así que, si se propone contribuir a los métodos de aprovechamiento del género Quercus en México es imprescindible entender las características de crecimiento y tener la capacidad de estimar el volumen y la biomasa de estos árboles en cada una de sus etapas de desarrollo incluyendo los rebrotes. Para poder hacer estimaciones de esta índole generalmente se recurre a ecuaciones alométricas las cuales de acuerdo a Gould (1966) explican la correlación entre las diferencias en las proporciones y los cambios en la magnitud absoluta del organismo total o de partes específicas bajo consideración. Actualmente se cuenta con al menos 478 ecuaciones para estimar la biomasa de árboles en México de las cuales alrededor de 55 son para el género Quercus (RojasGarcia et al, 2015). Sin embargo, hasta ahora, para el presente proyecto se cuenta con poca información sobre la medición de la biomasa de rebrotes de especies del género Quercus, de hecho solo se cuenta con el trabajo de Aguilar et al (2012) como referencia para esta arquitectura en específico.
  • 7. 7 06_Antecedentes A continuación se presentan algunas publicaciones que han servido como antecedentes para el presente trabajo. En esencia el trabajo de Aguilar et al “Spouding productivityand allometric relationship of two Oak species managed for tradicional charcoal making in central Mexico” (2012) representa el antecedente directo y mas influyente para este proyecto. Ellos realizaron su trabajo en la cuenca del lago Cuitzeo Michacán y propusieron ecuaciones alométricas para estimar biomasa de rebrotes individuales de 2 especies de encinos ajustando la ecuación potencial y =a(DBH)b obteniendo valores de pseudo-R2 de mas del 92%. Como una de sus conclusiones hace énfasis en la necesidad de más ecuaciones alométricas para árboles rebrotados en formaciones forestales secundarias de árboles rebrotados dada la diferencia de su arquitectura con la de bosques primarios o no aprovechados.
  • 8. 8 07_Antecedentes La aparente carencia de trabajos enfocado al estudio de las relaciones alométricas de los rebrotes por crecimiento vegetativo orilla a la revisión de trabajos extrangeros. Suchomel et al (2012) en “Biomass equations for sessile oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl.) and hornbeam (Carpinus betulus L.) in aged coppiced forests in southwest Germany” con el objetivo de estimar biomasa de dos especies aprovechadas por coppice llevaron a cabo un muestreo destructivo en 24 individuos de cada especie. Ellos también obtuvieron valores de R2 elevados con el modelo y=a(DBH)b. De la misma manera que Aguilar et al (2012) los autores hacen mención de la necesidad de ecuaciones alométricas específicas para condiciones particulares. Cabe resaltar el tamaño de muestra tomado por los investigadores ya que servirá de referencia a la hora de diseñar el muestreo de mi investigación.
  • 9. 9 08_Antecedentes Uno de los trabajos que se tendrán en cuenta para el diseño del muestreo es el de Matula et al (2015) quienes en “Measuring Biomass and Carbon Stock in Resprouting Woody Plants” ya que con el objetivo de minimizar el número de rebrotes y seleccionar los parámetros de brote mínimos para una estimación de biomasa o carbono precisa obtuvieron que el diámetro basal medio de entre dos y cinco de los brotes mas delgados así como el diámetro basal y el diámetro a la altura del pecho del brote mas delgado por tocón probaron ser estimadores precisos de la biomasa de individuos y poblaciones respectivamente. Cabe destacar de este trabajo que sus bases de datos están disponibles en línea lo que permite corroborar sus resultados.
  • 10. 10 08_Justificación A grandes rasgos el presente trabajo tiene como propósito contribuir con el conocimiento de la biología del género Quercus en México a través del aporte de métodos para estudiar las relaciones alométricas de árboles que presentan una forma de crecimiento o “arquitectura” particular como resultado de su aprovechamiento en la producción de carbón vegetal o leña, siendo los métodos aplicables a esta circunstancia en particular el aporte del presente trabajo al estado del arte de la estimación de la biomasa con base en las relaciones alométricas de los árboles.
  • 12. 12 11_Área de estudio El historial de trabajo que se tiene con las comunidades de San Baltazar Atlimeyaya, y Santiago Xalitzintla, el contacto con las autoridades ejidales y algunos ejidatarios así como la actividad carbonera de esa zona presenciada durante los años de trabajo invertidos en los polígonos de dichos ejidos son el motor que dirige la atención de este trabajo.
  • 13. 13 12_Área de estudio Aun no se ha definido el sitio o sitios exactos donde se llevará a cabo el muestreo. Pero la zona de interés es el bosque de encino ubicado en la ladera oriente del volcán Popocatepetl entre los 19° 5'42.52" y los 18°56'50.51" Norte. También se tiene programado platicar con las autoridades de los ejidos de San Nicolás de los Ranchos y San pedro Benito Juárez. La masa forestal de interés abarca parte los municipios de San Nicolás de Los Ranchos, Tianguismanalco, Tochimilco y Atlixco. En esas comunidades es frecuente presenciar hornos de tierra usados para la producción de carbón vegetal así como tocones de encino con rebrotes pero no se tiene registro de algún tipo de plan de aprovechamiento de dicha especie.
  • 14. 14 13_Muestreo Se llevará a cabo una asamblea con las autoridades, pobladores y productores de carbón de cada comunidad para informarles del estudio y solicitar a los ejidatarios los permisos y apoyo para la toma de datos. Se realizará un recorrido por cada ejido acompañado por productores para identificar las especies preferidas para la producción de carbón ya que solo se ajustarán ecuaciones a las especies que cumplan con esa condición. A pesar de que en Picard et al (2012) se mencionan muestras de hasta n=400 el tamaño de muestra estará condicionado por la actividad carbonera propia de las comunidades limitando el estudio al número de árboles derribados que sea posible registrar durante el periodo de muestro o al número de árboles que se derriben durante dicho periodo.
  • 15. 15 14_Muestreo Aun no se determina cual será el procedimiento exacto para la toma de datos en campo ya que la literatura consultada presenta variaciones en este aspecto y hace falta concertar como se va a proceder. Sin embargo se cuenta con el “Manual de construcción de ecuaciones alométricas para estimar el volumen y la biomasa de los árboles. Del trabajo de campo a la predicción” que junto con los trabajos de Aguilar et al (2012) y Matula et al (2015) servirán de referencia y base para el desarrollo del presente trabajo. Debido a que lo que interesa para el presente estudio es la biomasa seca se extraerán alícuotas en diferentes secciones del brote para evitar las variaciones de humedad que pudiesen presentarse. Se clasificarán los tallos según su diámetro normal en X categorías (esto depende del rango de diámetros registrados en la muestra; pero tentativamente serán cada 10.0 cm) De cada categoría se seleccionará un número aun no definido de árboles (tentativamente 3), de los que se extraerá un número aun no determinado de rodajas (tentativamente 3), de un grosor aun no determinado (tentativamente 5.0 a 10.0 cm) a 30.0 cm, a
  • 16. 130.0 cm y a 230.0 cm (tentativamente) sobre “la base” (la superficie del tocón), con la finalidad de registrar posibles variaciones en la humedad y densidad de la madera a lo largo del brote. No se retirará la corteza debido a que también es convertida en carbón. 15
  • 17. 16 15_Muestreo Las rodajas con corteza se empaquetarán en plástico adherente inmediatamente después de ser cortadas. Una vez que han sido envueltas se pesarán para obtener su peso fresco. El volumen fresco se medirá por desplazamiento de agua. Posteriormente las rodajas serán trasladadas a laboratorio para ser secadas en estufa a 75° C (tentativamente) hasta que se registre un peso constante, obteniendo entonces su peso seco. Se clasificará la masa aérea de las plantas derribadas en materia adecuada para la producción de carbón (tallo, ramas grandes) y residuos (ramillas y follaje). La proporción de materia útil para la producción de carbón por biomasa sobre el nivel del suelo se expresará como porcentaje. Se llevarán a cabo ecuaciones de regresión no lineales en cada especie para: a) madera útil para producción de carbón, -peso seco y volumen b) biomasa total sobre el nivel del suelo, -peso seco y volumen c) residuos, -peso seco y volumen como una función del diámetro normal de cada brote del encino aprovechado.
  • 18. 17 16_Muestreo Se realizarán regresiones no lineales para ajustarse a los parámetros de un modelo que por ahora se considera será la ecuación (potencia) alométrica típica: y=a(DAP)b, No se considerará la altura como otro factor ya que se ha mostrado que rara vez incrementa la precisión de la predicción de las estimaciones de peso mas allá del 5% (Aguilar et al, 2012). Aun no se establece si los parámetros de la ecuación se obtendrán de su forma original o se hará algún tipo de conversión, aunque se tendrá en cuenta que las regresiones no lineales no requieren el factor de corrección “logaritmo- regresión lineal transformada” cuando se convierten las estimaciones desde ecuaciones logarítmicas de regreso a unidades no transformadas. Dado que se cuenta con la posibilidad de implementar diversas ecuaciones para explicar las relaciones alométricas se deberá discernir entre las mismas para elegir la mas adecuada a las condiciones particulares de este estudio. Por el momento se considera tener en cuenta el criterio de información de Akaike para muestras pequeñas el cual es un procedimiento robusto para seleccionar los mejores modelos predictivos, sin olvidar tener en mente las recomendaciones de Packard (2013) y Sileshi (2014) mencionadas en el estado del arte. A grandes rasgos se hará una comparación gráfica y estadística entre el
  • 19. modelo desarrollado en este estudio y algunos otros reportados en la literatura pero el procedimiento aun no ha sido determinado. 17