EVALUACIÓN DE CARBONO ALMACENADO EN UNA PLANTACIÓN DE TECA (TECTONA GRANDIS L. F.) EN TIZIMÍN, YUCATÁN, MÉXICO

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Dora Alicia García García*, Javier Jiménez Pérez*, José Israel Yerena Yamallel*,
Óscar Alberto Aguirre Calderón*, Eduardo Alanís Rodríguez*

CIENCIA UANL / AÑO 22, No.97 septiembre-octubre 2019

 

RESUMEN

El carbono se acumula en los ecosistemas forestales mediante la absorción de CO2 atmosférico y su asimilación en la biomasa. El objetivo del estudio fue evaluar el carbono almacenado en una plantación de Tectona grandis L. f. (teca) de seis años de edad en Tizimín, Yucatán. La toma de datos de campo se realizó en 2017. Para cuantificar el carbono y el bióxido de carbono se efectúo muestreo destructivo en 12 árboles representativos. El carbono almacenado fue de 40.08 ton/ha, y el CO2 almacenado fue de 147.1 ton/ha. Las plantaciones forestales contribuyen a mitigar el calentamiento global al absorber el CO2.

Palabras clave: biometría forestal, cambio climático, servicios ambientales, plantaciones forestales, Tectona grandis.

ABSTRACT

Carbon accumulates in forest ecosystems through the absorption of atmospheric CO2 and its assimilation into biomass. The objective of this study was to evaluate the carbon stored in a six-year-old teak plantation in Tizimín, Yucatán. The field data collection was carried out in 2017. To quantify carbon and carbon dioxide, destructive sampling was performed on 12 representative trees. The carbon stored was 40.08 ton/ha, and the CO2 stored was 147.100 ton/ha. Forest plantations contribute to mitigating global warming by absorbing CO2.

Keywords: forest biometry, climate change, environmental services, forest plantations, Tectona grandis.

 

El rol activo e importante que juegan la vegetación y el suelo en el ciclo global del carbono y el cambio climático es reconocido internacionalmente. Éstos pueden actuar como una fuente y a la vez sumidero neto de gases de efecto invernadero (GEI) (Winrock International, 2014). El efecto invernadero que los GEI producen causa el calentamiento de la Tierra. Este fenómeno se denomina calentamiento global (Isaza y Campos, 2007). El bióxido de carbono (CO2) es el gas más importante de los GEI y representa 60% del total de los cambios en las concentraciones de todos ellos. El carbono se almacena tanto en la biomasa viva (madera en pie, ramas, follaje y raíces) como en la biomasa muerta (hojarasca, restos de madera, materia orgánica del suelo y productos forestales) (FAO, 2001). El proceso de retención de carbono en los sistemas vegetales se refiere a la capacidad que poseen las plantas de tomar el bióxido de carbono atmosférico, combinarlo con la radiación lumínica y el agua, transformándolo en moléculas de carbono durante la fotosíntesis (Perry, 1994). La fijación de carbono a través de plantaciones forestales de rápido crecimiento es una alternativa para mitigar el incremento de bióxido de carbono atmosférico (Brown, 2002). El objetivo de esta investigación fue la evaluación de carbono almacenado en una plantación de teca (Tectona grandis L. f.) de seis años de edad en Tizimín, Yucatán, México.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se desarrolló en una plantación de teca (Tectona grandis L. f) ubicada en el municipio de Tizimín, Yucatán. El predio posee 217.60 hectáreas de árboles de dicha especie (figura 1).

Figura 1. Ubicación de la plantación forestal comercial de T. grandis en Tizimín, Yucatán.

Las variables dasómetricas se obtuvieron bajo un diseño de muestreo aleatorio previamente determinado en la plantación. Se encuentran establecidas 12 parcelas permanentes de muestreo con área de 992 m2, de forma cuadrada que en total suman 11,904 m2. La muestra consistió de 816 árboles; los datos colectados fueron diámetro a 0.3 m sobre el nivel del suelo (d0.3), diámetro a la altura del pecho (d1.3) y diámetros a cada dos metros (d2, d4, d6, d8, d10, d12) hasta la altura total (h) con el dendrómetro Criterion RD 1000®.

Para colectar muestras de campo se utilizó el método que propone el Instituto Internacional Winrock (2014) y utilizado también por López et al. (2018), el cual consiste en derribar y seccionar árboles, seleccionándose para el presente estudio 12 individuos representativos y sanos, distribuidos en el área de estudio.

Una vez derribados los árboles, fueron medidos en longitud total, longitud del fuste limpio, diámetro del tocón, a la altura del pecho, del centro del tronco y en la parte superior del tronco. De los individuos se colectaron muestras de hojas, ramas y ramillas, mismas que fueron pesadas e identificadas en campo para posteriormente ser trasladadas al Laboratorio de Carbono de la Facultad de Ciencias Forestales de la UANL. Todas las muestras se procesaron de acuerdo al método propuesto por Schlegel et al. (2000), citado por Méndez et al. (2012). 

En laboratorio se determinó la biomasa de hojas, ramas, ramillas y la biomasa total. Asimismo, se determinó la densidad de la madera, el contenido de humedad, el factor de expansión de la biomasa (FEB), el factor de conversión de biomasa a carbono, la cuantificación de carbono y bióxido de carbono.

Para el volumen del fuste se formaron secciones transversales de dos metros de largo, con un diámetro menor y mayor conocidos, calculándose el volumen con la fórmula de Smalian:

donde Vi es el volumen de las secciones intermediarias (m3); gi el área basal en la i-ésima posición (m2) y Li el largo de la sección en la i-ésima posición (dos metros).

Para obtener la biomasa de hojas, ramas y ramillas se utilizaron las siguientes ecuaciones tomadas de López et al. (2018):

Para la biomasa del fuste se utilizó esta ecuación:

BF=Db * Vol fustal *1,000

donde: BF es la biomasa del fuste (kg); Db es la densidad básica (g/cm3) y Vol fuste es el volumen fustal (m3).

La biomasa total del follaje se obtuvo a través de la siguiente ecuación: 

donde BT follaje es la biomasa total del follaje (kg); PFT follaje es el peso fresco total del follaje (kg); PSM follaje el peso seco de la muestra del follaje (kg) y PfM follaje el peso fresco de la muestra del follaje (kg).

La biomasa total árbol se obtiene mediante la sumatoria de los pesos secos de cada componente (fuste, ramas, ramillas y hojas).

BT árbol=BF+BT follaje+BT ramas+BT ramillas

donde BT árbol es la biomasa total árbol (kg); BF  la biomasa del fuste (kg); BT follaje la biomasa total del follaje (kg); BT ramas la biomasa total de ramas (kg) y BT ramillas es la biomasa total de ramillas (kg).

Para estimar la densidad de la madera se cortaron tres submuestras de rodajas de diferentes secciones del fuste con un grosor de 15 centímetros. Obteniéndose en el tocón en la parte media del fuste y la tercera rodaja en la parte alta del fuste. El material en estado verde se apiló bajo techo y se acondicionó hasta alcanzar 12% de contenido de humedad. A continuación, se elaboraron las probetas definitivas, de 5 cm x 5 cm x 10 cm de longitud. Se siguió la metodología sugerida por las normas Copant 459; 460, 461 (Copant, 1972). La norma Copant 460 precisa el método para la determinación de humedad de la madera mediante la ecuación siguiente:

en la que CH es el contenido de humedad (%); Ph el peso de la madera húmeda (g); Po el peso anhídro (secado en estufa) de la madera (g).

El método para calcular la densidad de la madera se basa en la norma Copant 461; se aplicaron las siguientes relaciones:

donde Db es la densidad básica (g cm3); Po el peso anhidro (secado en estufa) de la madera (g) y Vv el volumen verde de la probeta (cm3).

El factor de expansión de biomasa se calculó a partir de los datos de biomasa previamente estimados. Se utilizó la siguiente ecuación para su cálculo:

donde FEB es el factor de expansión de biomasa; B total la biomasa total (kg); y B fuste la biomasa fuste (kg).

Para la determinación de carbono de los componentes del árbol (madera, corteza, hojas y ramas), se pulverizaron tres submuestras de cada componente en un molino marca Marathon Electric serie C20J020016. La concentración de carbono total se determinó con un equipo analítico denominado Solids TOC Analyzer modelo 1020A de O·l·Analytical. Éste determina las concentraciones en muestras sólidas mediante combustión completa, a una temperatura de 900°C. El factor de conversión de carbono (Norverto, 2006) es el porcentaje de carbono, en masa, que tiene la madera, es decir, carbono 50%; oxígeno 41%; hidrógeno 6%; nitrógeno 1% y cenizas 2%. Por tanto, la cantidad de carbono por tonelada de materia seca se aproxima a 500 kg (50%). Se calculó con la siguiente ecuación:

en la que C total es el carbono total (ton); B la biomasa (kg) y FCBC el factor de conversión de biomasa a carbono.

Para cuantificar el carbono en los árboles se efectúo muestreo destructivo, se generó la siguiente ecuación:

C acumulado (tC/árbol)=[(Vcc*D*FEB)]*[(1.1)*FC]

La cuantificación del bióxido de carbono en los árboles se efectúo mediante muestreo destructivo, se generó la siguiente ecuación:

CO2  acumulado (tCO2/árbol)=[(Vcc*D*FEB)*((1.1)*FC)]*[FCO2]

donde Vcc es el volumen con corteza del fuste, es decir, del tronco del árbol sin considerar ramas ni raíces; D la densidad de materia seca (g/cm3) del árbol recién cortado; FEB el factor de expansión de biomasa, parámetro o función que permite estimar el volumen aéreo del árbol a partir de su volumen maderable, es decir, multiplicando el Vcc por el FEB obtendremos el volumen de todo el árbol; Factor R es la relación entre biomasa aérea y raíces; Factor FC el factor de conversión de tonelada de materia seca (tms) a tonelada de Carbono (tC) y FCO2 la proporción molecular para pasar de carbono (C) a bióxido de carbono (CO2).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 

El volumen fustal de la plantación de T. grandis a los seis años de edad es de 73.90m3/ha (tabla I), este resultado es inferior a lo reportado por Villavicencio (2015), quien determinó un volumen de 80.16m3/ha y un área basal de 17.58 m2/ha, a los seis años de edad en Ecuador con la misma especie.

Tabla I. Variables dasométricas promedio de Tectona grandis establecida en Tizimín, Yucatán.

La densidad básica de Tectona grandis mostró valor promedio de 0.48 g/cm3 (tabla II), este resultado es inferior a lo reportado por Telles et al. (2017), quienes determinaron una densidad básica de 0.59g/cm3 en una plantación de 11 años de edad establecida en Nuevo Urecho, Michoacán, y por Rodríguez et al. (2014), quienes reportan un valor de 0.55 g/cm3 en plantaciones establecidas en Campeche.

Tabla II. Densidad de la madera de Tectona grandis.

La biomasa de los componentes arbóreos y la biomasa total se presentan en la tabla III y en la figura 2, donde se puede observar que el fuste representa 46%, comparado con el resto de los componentes; caso diferente a lo reportado por López (2018), quien encontró que el fuste de T. grandis de 16 años representa 92% de biomasa total.

Tabla III. Biomasa promedio por componentes de árboles de Tectona grandis.

Figura 2. Porcentaje de biomasa contenida en la estructura aérea de T. grandis (2011).

El resultado del factor de expansión de biomasa es superior a lo reportado por Orrala y Guiracocha (2007), quienes determinaron un FEB de 1.39. El resultado del FEB calculado en este estudio es de 2.14 y se encuentran dentro del rango de lo reportado para varias especies en bosques naturales y en plantaciones, tal como lo reporta Soliz (1998), en Bolivia, quien encontró un FEB de 2.5 para las especies evaluadas en un bosque subhúmedo estacional.

El factor de conversión de biomasa a carbono (tabla IV) es de 0.48%. Este resultado se encuentra dentro del rango reportado para diferentes especies del noreste de México (Yamallel et al., 2012).

Para la fijación de carbono y bióxido de carbono se presentan los valores de los parámetros del modelo ajustado, así como sus indicadores de bondad de ajuste y nivel de confiabilidad (tablas IV y V).

Tabla IV. Valores estadísticos de los parámetros del modelo matemático evaluado en la cuantificación del carbono acumulado en Tectona grandis.

R2adj=coeficiente de determinación ajustado; SCE=suma de cuadrado del error. CME=cuadrado medio del error; βi= parámetros estimados; REMC=raíz del cuadrado medio del error; DW=durbin Watson.

Tabla V. Valores estadísticos de los parámetros del modelo matemático evaluado en la cuantificación del bióxido de carbono acumulado en Tectona grandis.

R2adj=coeficiente de determinación ajustado; SCE=suma de cuadrado del error. CME=cuadrado medio del error; βi= parámetros estimados; REMC=raíz del cuadrado medio del error; DW=durbin Watson.

Los modelos explican valores porcentuales altos (98%) de la variabilidad total presente en la variable dependiente, y una alta significancia en cada uno de sus parámetros (tablas IV y V), por lo que se consideran apropiados para determinar con mayor precisión el carbono almacenado en función de las variables; volumen total de fuste (Vcc), densidad (D), factor de expansión de biomasa (FEB), relación biomasa radical-biomasa total (1+R), factor de conversión (FC), y el bióxido de carbono almacenado en función de las variables; volumen total de fuste (Vcc), densidad (D), factor de expansión de biomasa (FEB), relación biomasa radical-biomasa total (1+R), factor de conversión (FC) y fijación de CO2.

Las ecuaciones generadas para cuantificar el carbono y el bióxido de carbono acumulado a partir de los valores de los parámetros de las tablas IV y V quedan definidas como:

C acumulado  (t)=[(β0*(d2*H)^β1]*[D*FEB)]*[(1+R)*FC]

CO2 acumulado  (t)=((β0*(d2*H)^β1*D*FEB)*(1+R)*FC*FCO2 )

El carbono almacenado fue de 40.08ton/ha, estos resultados son mayores a lo reportado por Villavicencio (2015) en una plantación de teca de seis años de edad con una cantidad de carbono almacenado de 11.78 ton/ha. Sin embargo, en un sistema agroforestal de T. grandis con Panicum máximum, establecido en 2000, Orrala y Guiracocha (2007) reportan 84.12 ton/ha de carbono, siendo éste mayor que el estimado para el presente estudio. Por otra parte, Jaramillo y Correa (2015) reportan 17.15 toneladas de C/ha y 62.95 toneladas de CO2/ha para T. grandis en la Provincia El Oro, Ecuador. Quedando los valores calculados para Tzimín, Yucatán dentro de este rango.

Tabla VI. Biomasa, Carbono y CO2 acumulado en la plantación de teca.

CONCLUSIONES

La fijación de carbono fue de 40.08 ton/ha y de CO2 147.1 ton/ha para esta plantación de seis años de T. grandis.

La ecuación generada a partir de datos de inventario y de laboratorio es una herramienta indispensable para la estimación de carbono y el CO2 acumulado en la plantación de teca.

Estas ecuaciones matemáticas pueden aplicarse en otras plantaciones de T. grandis con condiciones de suelo y clima similares a las del estudio.

Es pertinente establecer un sistema de monitoreo hasta la edad de rotación de T. grandis.

Las plantaciones forestales forman parte de la gama de servicios ambientales ya que, al absorber CO2 atmosférico, contribuyen con la mitigación del calentamiento global.

 

* Universidad Autónoma de Nuevo León.
Contacto: jjimenez20@gmail.com

REFERENCIAS

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Recibido: 13/012/2018
Aceptado: 20/07/2019