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Introducción
México es el país más rico en especies de Quercus, con 157 de ellas. La mayoría habita zonas templadas y semiáridas, pero también zonas tropicales (Zavala, 2007). La mayor parte de estos encinos está adaptada al fuego, pero en las regiones tropicales y subtropicales del país también hay especies sensibles a dicho factor, particularmente en el bosque mesófilo de montaña (Rodríguez y Myers, 2010). En Chiapas hay 31 especies de Quercus (Zavala, 2002). Las adaptaciones al fuego de estas especies incluyen: la semilla pequeña, pues no requiere de mucha humedad para establecerse, en comparación con las especies de semilla grande; el corresponder a etapas sucesionales iniciales, ya que colonizan sitios perturbados por agentes como el fuego; la corteza gruesa para aislar el cambium de altas temperaturas y la capacidad de rebrotación, con la que se recuperan del daño (Rodríguez y Myers, 2010; Rodríguez, 2014; López et al., 2015). El fuego también tiene implicaciones sucesionales en los encinares. Por ejemplo, los encinares del este de EUA son mantenidos por el fuego, en detrimento de Carya, género menos tolerante a dicho factor y más mesofítico (Dickinson et al., 2016).
El fuego es un factor ecológico en muchos ecosistemas del planeta (Whelan, 1997) y de México (Rodríguez, 2014), pero la alteración antropógena de los regímenes de fuego ha derivado en que los ecosistemas tropicales representen alrededor de la mitad de la superficie afectada por incendios en el mundo (Cochrane, 2009). Por ello, en los ecosistemas tropicales, para 1997-2009, los incendios representaron una emisión anual media de 2 Pg C año-1 (van der Werf et al., 2010).
Debido al efecto invernadero, EUA y Canadá comienzan a experimentar temporadas de incendios más largas, más incendios por rayos, mayores sequías y superficie afectada por el fuego e incendios de gran intensidad y severidad (Ryan, 2000). El cambio climático puede incrementar los efectos negativos de los incendios en diversos ecosistemas, generar mayores emisiones de gases efecto invernadero y representan un control de incendios más difícil, caro y peligroso. Más aún, el evento intenso del Niño 2014-2016, produjo altas temperaturas y sequía, facilitó la incidencia de fuertes incendios en Asia, y redujo la captura de C en la Amazonia. Asimismo, en África la temperatura ascendió, la precipitación se alteró poco, y el resultado fue mayor liberación de CO2. Estos tres procesos emitieron 3 (10)9 t C en 2014-2016, equivalentes a 20 % de las emisiones por quema de combustibles fósiles y fabricación de cemento (Popkin, 2017).
El cambio climático global altera los factores que controlan el fuego, como temperatura, precipitación, humedad, viento, ignición, biomasa, materia orgánica muerta, composición y estructura de la vegetación, y humedad del suelo. Tales cambios amenazan un adecuado funcionamiento de los ecosistemas y la provisión de servicios ecosistémicos (IPCC, 2001; Hassan y Ash, 2005; Shlisky et al., 2007).
Las quemas prescritas tienen diversas utilidades, como abatimiento del peligro de incendio, reducción de residuos de aprovechamiento forestal, se favorece la regeneración o se prepara al sitio para la reforestación, mejoran el hábitat de la fauna silvestre, se promueve el forraje para pastoreo, se mejoran estética y acceso o se usan para el control de especies invasoras (Wade y Lunsford, 1989; Holmes et al., 2011). Además pueden ayudar a reducir incendios forestales y su contribución al efecto invernadero, en ecosistemas mantenidos por el fuego, como bosques de pino y encino, incluidos los tropicales, ya que sus especies están adaptadas al fuego.
Los estudios sobre cargas de combustibles forestales, comportamiento del fuego y emisiones de gases efecto invernadero, son cruciales con diversos objetivos, como la estimación de peligro de incendio, la definición de modelos de combustibles forestales y su dinámica, la modelación del comportamiento del fuego y de sus efectos, así como la modelación de emisiones de gases efecto invernadero, tanto en incendios forestales como durante quemas.
Por lo anterior, los objetivos de este estudio fueron: 1) determinar la carga de combustibles en un encinar tropical, 2) estudiar el comportamiento del fuego prescrito a favor y en contra de viento y pendiente, 3) establecer factores de consumo de combustibles, 4) estimar la emisión de CO2, y 5) la severidad inmediata del fuego en cada tratamiento. La hipótesis fue que los incendios afectan más combustibles y generan mayores emisiones que las quemas prescritas.
Materiales y Métodos
Muestreo en campo
Muestreo inicial, de combustibles residuales y cosecha de combustibles
En febrero de 2016 se seleccionó el área de estudio, un encinar tropical en la comunidad Villahermosa, Municipio Villaflores, Chiapas (Figura 1). La zona tiene clima cálido subhhúmedo (Aw2) y le corresponden las isotermas de 22 a 24 °C, así como las isoyetas de 1200 a 1500 mm. El terreno es accidentado, predominan las rocas sedimentarias y las volcano-sedimentarias, los suelos son regosoles y la vegetación dominante es la asociación pino-encino (Ecosur, 2018). Existen masas de encinares, donde el estudio se realizó. En estas últimas, las especies más comunes son Quercus peduncularis Née, Q. skinneri Benth. y Q. magnoliifolia Née. Se establecieron seis parcelas de 0.5 ha cada una. La medición de combustibles forestales involucró el establecimiento de sitios de muestreo triangulares en el centro de cada parcela, con estacas marcando los vértices (Figura 2). El diseño triangular fue con el propósito de concentrar el muestreo de combustibles lo más posible en torno de las líneas para la medición de comportamiento del fuego. Para los combustibles leñosos se empleó la metodología de intersecciones planares de Brown (1974) y para hojarasca, capa de fermentación, herbáceas dicotiledóneas, gramíneas, arbustos y regeneración, se usó el método de medición y cosecha. Los lados del triángulo de muestreo, con 12 m de longitud y con la base siguiendo la curva de nivel, se utilizaron como líneas de muestreo para combustibles leñosos. La pendiente de cada línea de muestreo del triángulo fue medida con un clinómetro Suunto©. Partiendo de cada vértice y siguiendo las manecillas del reloj, se establecieron líneas sobrepuestas de 2, 4 y 12 m de longitud. Las líneas de 2 m sirvieron para registrar el número de intersecciones de los combustibles con 1 h de tiempo de retardo (TR) (<0.6 cm de diámetro), así como para aquellos con 10 h de TR (0.6 a 2.5 cm); en las líneas de 4 m se registró la cantidad de intersecciones de los combustibles con 100 h TR (2.6 a 7.5 cm). En la línea de 12 m se registraron las intersecciones con los materiales con 1000 h TR, firmes y podridos (˃7.5 cm). En este último caso, también fue anotado el diámetro de cada pieza. De cada TR se recolectaron 12 ejemplares de materiales leñosos para determinar su gravedad específica en laboratorio.
Figura 2 Conglomerado de muestreo para combustibles forestales. Se detalla el sitio 1, pero los sitios 2 y 3 (los otros lados del triángulo) tuvieron los mismos componentes y también fueron muestreados.
Junto a cada vértice, del lado exterior del triángulo, cuidando de no alterar por pisoteo, se establecieron sitios de muestreo cuadrados con las siguientes dimensiones para los combustibles señalados entre paréntesis: 0.3X0.3 m, marco metálico (hojarasca y capa de fermentación), 1X1 m, marco de plástico rígido (PVC) (herbáceas dicotiledóneas, zacates) y 4X4 m, con cinta métrica (arbustos y renuevo). En la hojarasca y la capa de fermentación se estimó de forma visual la cobertura (%) y se midió la profundidad de la capa (cuatro mediciones con flexómetro); para el resto de combustibles se estimó cobertura (%) y se realizaron seis mediciones de altura. De manera adicional, 2 m delante de estos sitios y en cada lado del triángulo, se repitió el muestreo para todos los combustibles. En estos últimos sitios, después de la medición los materiales se cosecharon, se pusieron en bolsas de papel estraza, se etiquetaron y colocaron en bolsas de plástico. Este muestreo y cosecha se realizó para determinar peso seco, como se explica más adelante.
Para el muestreo de los distintos combustibles se levantaron 11 sitios de muestreo por lado, 33 por triángulo y 198 en total para los seis triángulos. El muestreo para cosecha y obtención de pesos secos, incluyó 6 sitios por lado, 18 por triángulo y 108 en total. Los tres muestreos de combustibles (inicial, cosecha y residual) involucraron 504 sitios de muestreo.
Realización de quemas prescritas y muestreo de variables meteorológicas
Durante nuestro experimento se realizaron seis quemas prescritas en marzo de 2016, una cubriendo cada parcela de 0.5 ha donde se realizó el muestreo de combustibles. Tres de ellas a favor de viento y pendiente y tres en contra de viento y pendiente. La prescripción se realizó por los autores y, conforme a la norma oficial mexicana de uso del fuego NOM-015 SEMARNAT, se solicitó la autorización debida con fines de investigación, a la oficina de la CONAFOR en el municipio, el cual fue otorgado. Las quemas prescritas se realizaron por dos brigadas, una comunitaria y otra municipal, con 10 elementos cada una. Una brigada realizó las quemas y otra se mantuvo a la expectativa y lista para entrar en acción, ante una eventualidad de que el fuego se saliera de control. Las quemas fueron planificadas y dirigidas por los autores y por José Domingo Cruz López (CONANP). Para ello se previó seguridad ante posibles escapes y para el personal, con base en el Sistema para el Manejo de Incidentes. También se contó con tres brigadas comunitarias de medición, cada una con tres elementos, dirigidas y supervisadas por los autores. Tales brigadas fueron capacitadas previamente para realizar y registrar parte de las observaciones necesarias en nuestra investigación.
Las parcelas de quemas prescritas fueron representativas de las condiciones presentes en la zona y se distribuyeron aleatoriamente en una pequeña cuenca, con exposiciones N, N-NE, NE, E y SE. Las pendientes del terreno tuvieron un intervalo de 50 a 90 %, con un promedio de 73 %.
El tiempo atmosférico se registró durante la conducción de las quemas prescritas, mediante un estuche meteorológico portátil (“kit”, Forestry Supplyers, Inc®), que consta de anemómetro para la medición de la velocidad del viento, brújula con la cual se determinó su dirección, y un psicrómetro de cadena, para obtener temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo y estimar la humedad relativa con un nomograma (regla). Cinco observaciones de tiempo atmosférico se realizaron durante cada quema prescrita, para 30 en total.
La línea de muestreo de comportamiento del fuego quedó enclavada en la zona central de la parcela de quema prescrita, también al centro del triángulo de muestreo para combustibles, y perpendicular a su base. Las temperaturas de bulbo seco y húmedo, así como la humedad relativa, se registraron cuando el fuego tocaba la primera estaca de muestreo. La dirección y velocidad del viento se obtuvo todas las veces que el fuego alcanzaba cada estaca.
Comportamiento del fuego
Del comportamiento del fuego se midieron las variables longitud de llama (LL) y velocidad de propagación (VP). Con este propósito, en el centro de la base del triángulo para la medición de combustibles forestales, se fijó una estaca con 2 m de longitud y con bandas rojas y blancas cada 0.2 m. Tres estacas se colocaron hacia arriba de la ladera y una estaca hacia abajo, todas distanciadas 5 m. La longitud de llama se midió cuando ésta pasaba por la estaca. La VP se estimó con base en el tiempo que el fuego tardó en recorrer cada tramo de 5 m. Hubo 18 sitios de muestreo para comportamiento del fuego (Figura 3).
Severidad inmediata del fuego en el arbolado
En cada parcela de quema se levantó un sitio de 1000 m2 para árboles ≥2 m de altura. Se registró el género de los árboles, su altura y diámetro normal. Como variables de severidad del fuego se registraron chamuscado de copas (CHC) y altura de la cicatriz del fuego sobre el tronco (CT). En total se levantaron seis sitios de este tipo.
Muestreo de incendio forestal
Durante el muestreo de combustibles forestales, coincidió la presencia de un incendio forestal en un área cercana, el cual fue controlado por brigadas municipales y comunitarias y que afectó 10 ha. Hubo oportunidad de trasladarse y realizar seis mediciones de LL, así como tres de combustibles residuales y de severidad en el arbolado, de utilidad en el presente trabajo. La carga inicial de combustibles se consideró como el promedio de los sitios de quemas a favor y en contra, y se levantaron tres sitios de muestreo de combustibles residuales en él. También se levantaron tres sitios de muestreo de severidad en esta área.
Trabajo de laboratorio y gabinete
Carga inicial y carga residual de combustibles forestales
Las muestras de combustibles cosechados se llevaron al Laboratorio de Nutrición Animal de la Universidad Autónoma de Chiapas, se colocaron en hornos de secado a 70 °C y se pesaron hasta que alcanzaron peso constante. El peso seco de cada muestra se relacionó con el prisma rectangular imaginario obtenido en campo, producto de la multiplicación de cobertura (en tanto por uno) por la altura o profundidad media, según el tipo de combustible. Así se obtuvieron promedios para estimar la carga inicial, y la carga residual a las quemas prescritas, de los combustibles muestreados en campo, la cual se extrapoló a t ha-1.
Para los combustibles leñosos, los modelos empleados requieren de la gravedad específica de tales materiales. Ésta última se determinó a partir de las muestras de este tipo de combustibles que se recoleron del piso forestal. Los modelos para la obtención de las cargas (C) de materiales leñosos de 1 a 100 h TR (1) y para 1000 h TR, firmes y podridos fueron (Van Wagner, 1968, Brown, 1974, Morfín et al., 2012):
donde k=1.234, GE=gravedad específica, DCP=diámetro cuadrático medio, f=frecuencia de intersecciones, c=factor para la pendiente de la línea de muestreo, N=número de líneas de muestreo, L=longitud de la línea de muestreo, ΣDC=sumatoria de diámetros cuadráticos.
Estimación de emisiones
El cálculo de la carga de combustible consumido por el fuego (Cc), el factor de consumo (F), y las emisiones (E) (IPCC, 2001), en cada sitio de muestreo, involucró los modelos:
donde C=carga inicial de combustibles, Cr=carga residual de combustibles, S=superficie y Fe=factor de emisión.
Como Fe se tomó 1.703 t CO2 ha-1, referido por varios autores y citado por Urbanski (2013), para quemas prescritas en bosques de pino-encino del sureste de EUA.
Análisis estadístico
Las variables estudiadas se compararon entre tratamientos de quema a favor y en contra con la prueba de t de Student (p≤0.05), con prueba de desigualdad de varianzas. Asimismo, con el método gráfico se estableció si había normalidad. En los casos en que no hubo normalidad se usó la prueba de Wilcoxon (su valor exacto). Para todos los análisis se usaron los procedimientos Proc ttest y Proc nPar1way del programa SAS (v. 9.4) para microcomputadoras.
Resultados y Discusión
Tiempo atmosférico
Durante las quemas prescritas a favor de la pendiente y viento, las medias y su desviación estándar (entre paréntesis) de velocidad del viento, temperatura ambiente y humedad relativa medias, fueron iguales a 4.77 km h-1 (2.85), 27.4 °C (5.61) y 60.2 % (19.83), en tanto que durante las quemas en contra los promedios alcanzaron 3.97 km h-1 (2.69), 31.2 °C (2.05) y 52 % (29.36). Las pruebas de igualdad de varianzas tuvieron valores p iguales a: 0.8275, 0.0006 y 0.1543, para las variables referidas, por lo que solo la temperatura mostró desigualdad de varianzas. Solo esta última variable tuvo diferencias significativas entre ambos tratamientos (p=0.027), no así velocidad del viento (p=0.445), ni humedad relativa (p=0.338). Las tres variables atmosféricas consideradas mostraron falta de normalidad, por lo que se usó la p del valor exacto de la prueba de Wilcoxon que fue igual a 0.523, 0.169 y 0.406; es decir, ninguna variable mostró diferencias en sus medianas entre los tratamientos probados. Sin embargo, aunque no hubo diferencias en la velocidad del viento, en las quemas en contra, el viento corrió contra el fuego por lo que también se aplicó la prueba con valores negativos de velocidad del viento para esta variable. En este caso, la media y su desviación estándar fue -3.97 km h-1 (2.69), no hubo desigualdad de varianzas (p=0.827) y hubo diferencias significativas con la prueba de t (p≤0.001). No hubo normalidad y la prueba de Wilcoxon mostró diferencias entre medianas (p≤0.001). Las medias de los parámetros de tiempo atmosférico en ambos métodos de quema estuvieron bajo los límites que Wade y Lunsford (1989) establecen como prescripción adecuada (hasta 5-16 km h-1 de velocidad del viento, 30 a 55 % de humedad relativa). No así la temperatura (18-27 °C), aunque tales autores la refieren para zonas de clima templado frío o clima frío.
Comportamiento del fuego
La variable VP alcanzó una media y desviación estándar (entre paréntesis) igual a 3.63 m min-1 (3.41) en la quema a favor, mientras que para la quema en contra fue 0.59 m min-1 (0.26). Hubo desigualdad de varianzas (p≤0.001) y diferencias significativas para esta variable con la prueba de t (p=0.028). No hubo normalidad y con la prueba de Wilcoxon hubo diferencias entre medianas (p=0.003). Por seguridad y problemas de accesibilidad no se obtuvieron mediciones de VP del incendio, pero se estimaron en ˃30 m min-1. La LL alcanzó 0.91 (0.28) y 0.72 m (0.30), para quemas a favor y en contra. Las varianzas fueron similares (p=0.837) y no hubo diferencias entre los dos tratamientos (p=0.188). Tampoco hubo normalidad en este caso, ni fue significativa la prueba de Wilcoxon (p=0.129).
En el incendio, el LL alcanzó una media de 1.94 m (1.06). Hubo desigualdad de varianzas (p=0.016) y la prueba de t no mostró diferencias (p=0.063). Tampoco hubo normalidad y la prueba de Wilcoxon mostró diferencias significativas entre las medianas (p=0.033).
Las cifras de tiempo atmosférico y de comportamiento del fuego corresponden con las de otras investigaciones. En encinares tropicales de Q. magnoliifolia en Guerrero, se realizaron quemas prescritas experimentales entre 25 a 28 °C, con humedades relativas de 33 hasta 25 %, velocidad del viento de 7 a 8 km h-1 y ráfagas de hasta 25 km h-1. Las LL fueron de 0.5 a 3 m y se tuvo una relación logarítmica directa en la que la LL es función de la velocidad del viento (López et al., 2015). Quemas prescritas en bosques de pino-encino de Chihuahua, con Pinus duranguensis Martínez y Q. sideroxyla A. J. A. Bonpland, realizadas con una humedad relativa en torno a 60 %, vientos de 2 a 6.1 km h-1 y temperaturas de 1.5 a 14.5 °C, mostraron LL de 1 hasta 6 m y VP de 0.8 hasta 5 m min-1 (Flores et al., 2010).
Las mayores VP y LL a favor de viento y pendiente se conocen. El viento alimenta con oxígeno la combustión, tiende la columna convectiva y la llama y las acerca a los materiales no quemados, haciendo que se sequen y queden disponibles con más rapidez; además, genera pavesas. Conforme el fuego avanza, los combustibles hacia arriba de la pendiente son secados con más rapidez que los que están hacia abajo, porque la columna convectiva y la radiación les quedan más de cerca y el fuego en el frente es más intenso, lo que acelera la combustión y la VP (Scott et al., 2014). Las pocas diferencias entre las quemas a favor y en contra estriban en que, por seguridad, ambas se realizaron en condiciones de tiempo atmosférico moderado (Figura 4). Respecto a la topografía, Franklin et al. (1997) establecen que la pendiente es de particular relevancia para conferir intensidad al fuego en camas de combustible de hojarasca y capa de fermentación de encinares norteamericanos.
Cargas inicial y residual de combustibles forestales
En este caso se comparó a los dos tipos de quema en las variables carga parcial por cada tipo de combustible forestal, suma de combustibles leñosos y carga total. De la misma forma se compararon la carga residual, la carga consumida, la proporción de carga consumida y el factor de consumo. La mayoría de variables no tuvieron normalidad y, con la prueba de Wilcoxon, sólo hubo diferencia de medianas entre las quemas en contra y a favor para: carga residual de hojarasca, factor de consumo de hojarasca, carga inicial de zacates y consumo de zacates. Al comparar carga total, carga residual, carga total consumida y su factor de consumo, no hubo diferencias para ninguna de estas variables entre tipos de quema. Dicho análisis se muestra en el Cuadro 1 (hojarasca y capa de fermentación), Cuadro 2 (zacates, herbáceas dicotiledóneas, arbustos y regeneración), Cuadro 3 (materiales leñosos con TR 1, 10 y 100 h), Cuadro 4 (materiales leñosos firmes y podridos con TR 1000 h), Cuadro 5 (carga total de combustibles leñosos) y Cuadro 6 (carga total de combustibles forestales). Al comparar las variables carga total y residual, consumo y factor de consumo, entre incendio y quema a favor y luego entre incendio y quema en contra, tampoco se hallaron diferencias.
Cuadro 1 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para hojarasca y capa de fermentación.
| Var. |
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Des. σ 2 | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CH | 2.6702 (2.1535) | 4.8780 (2.3462) | no | 0.8143 | 0.0540 | sí | ns |
| CrH | 0.0043 (0.0130) | 0.1161 (0.2109) | sí | <0.0001 | 0.1510 | no | 0.0294* |
| CcH | 2.6659 (2.1582) | 4.7619 (2.3992) | no | 0.7718 | 0.0691 | sí | ns |
| FH | 99.29 (2.13) | 95.18 (11.55) | sí | <0.0001 | 0.3227 | no | 0.0430* |
| CCF | 10.7007 (17.2742) | 13.9840 (25.6416) | no | 0.2847 | 0.7547 | no | ns |
| CrCF | 0.1202 (0.2795) | 3.8706 (9.3175) | sí | <0.0001 | 0.2619 | no | ns |
| CcCF | 10.5865 (17.3202) | 10.1134 (18.8131) | no | 0.8208 | 0.9750 | no | ns |
| FCF | 92.27 (19.81) | 92.36 (17.08) | no | 0.8076 | 0.9932 | no | no |
Cuadro 2 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para combustibles superficiales vivos.
| Var. |
|
|
Des. σ2 | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CZ | 0.9397 (1.957) | 0 (0) sí | sí | <0.001 | 0.188 | no | 0.009* |
| CrZ | 0 (0) | 0 (0) | - | - | - | - | - |
| CcZ | 0.9737 (1.957) | 0 (0) sí | sí | <0.001 | 0.188 | no | 0.009* |
| FZ | 100 (0) | - | - | - | - | - | - |
| CD | 0.440 (0.567) | 0.089 (0.106) | sí | <0.001 | 0.103 | no | ns |
| CrD | 0 (0) | 0 (0) | - | - | - | - | - |
| CcD | 0.4405(0.567) | 0.089 (0.106) | sí | <0.0001 | 0.103 | no | ns |
| FD | 100 (0) | 100 (0) | - | - | - | - | - |
| CA | 1.3658 (2.720) | 1.1148 (2.902) | no | 0.860 | 0.852 | no | ns |
| CrA | 0 (0) | 0.5370 (1.719) | sí | <0.001 | 0.342 | no | ns |
| CcA | 1.3658 (2.720) | 0.5417 (1.202) | sí | 0.033 | 0.423 | no | ns |
| FA | 100 (0) | 80.50 (33.78) | sí | <0.001 | 0.423 | no | ns |
| CR | 0.1375 (0.245) | 0.2187 (0.445) | no | 0.1125 | 0.638 | no | ns |
| CrR | 0 (0) | 0.0117 (0.035) | sí | <0.0001 | 0.347 | no | ns |
| CcR | 0.1375 (0.245) | 0.2070 (0.414) | no | 0.161 | 0.671 | no | ns |
| FR | 100 (0) | 98.35 (3.69) | sí | <0.0001 | 0.374 | no | ns |
CZ=carga inicial de zacates, CrZ=carga residual de zacates, CcZ=consumo de zacates, FZ=factor de consumo de zacates, CD=carga inicial de herbáceas dicotiledóneas, CrD=carga residual de herbáceas dicotiledóneas, CcD=consumo de herbáceas dicotiledóneas, FD=factor de consumo de herbáceas dicotiledóneas, CA=carga inicial de arbustos, CrA=carga residual de arbustos, CcA=consumo de arbustos, FA=factor de consumo de arbustos, CR=carga inicial de la regeneración, CrR=carga residual de la regeneración, CcR=consumo de la regeneración, FR=factor de consumo de la regeneración.
Cuadro 3 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para materiales leñosos delgados y medianos.
| Var. |
|
|
Des. σ | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C1 | 0.1181 (0.161) | 0.3157 (0.278) | no | 0.504 | 0.348 | no | ns |
| Cr1 | 0.0183 (0.021) | 0.059 (0.085) | no | 0.119 | 0.468 | sí | ns |
| Cc1 | 0.099 (0.140) | 0.257 (0.199) | no | 0.666 | 0.322 | sí | ns |
| F1 | 80.59 (7.90) | 85.51 (12.89) | no | 0.795 | 0.326 | sí | ns |
| C10 | 1.5202 (1.673) | 3.0894 (2.007) | no | 0.820 | 0.357 | no | ns |
| Cr10 | 0.1163 (0.201) | 0.8498 (0.337) | no | 0.527 | 0.032 | no | ns |
| Cc10 | 1.4039 (1.488) | 2.2369 (1.816) | no | 0.804 | 0.571 | no | ns |
| F10 | 94.73 (7.45) | 68.33 (16.07) | no | 0.623 | 0.127 | no | ns |
| C100 | 1.8034 (3.1236) | 2.579 (4.467) | no | 0.6569 | 0.817 | no | ns |
| Cr100 | 0 (0) | 0 (0) | - | - | - | - | - |
| Cc100 | 1.8034 (3.1236) | 2.579 (4.467) | no | 0.657 | 0.817 | no | ns |
| F100 | 100 (-) | 100 (-) | - | - | - | - | - |
C1=carga inicial de materiales leñosos (1 h TR), Cr1=carga residual de materiales leñosos (1 h TR), Cc1=consumo de materiales leñosos (1 h TR), F1=factor de consumo de materiales leñosos (1 h TR), C10=carga inicial de materiales leñosos (10 h TR), Cr10=carga residual de materiales leñosos (10 h TR), Cc10=consumo de materiales leñosos (10 h TR), F10=factor de consumo de materiales leñosos (10 h TR), C100=carga inicial de materiales leñosos (100 h TR), Cr100=carga residual de materiales leñosos (100 h TR), Cc100=consumo de materiales leñosos (100 h TR), F100=factor de consumo de materiales leñosos (100 h TR).
Cuadro 4 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para materiales leñosos gruesos (con 1000 h TR).
| Var. |
|
|
Des. σ | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C1000f | 6.673 (6.089) | 9.243 (16.01) | no | 0.2527 | 0.808 | no | ns |
| Cr1000f | 1.988 (3.443) | 0 (0) | sí | <0.001 | 0.423 | no | ns |
| Cc1000f | 4.68 (6.36) | 9.24 (16.01) | no | 0.273 | 0.670 | no | ns |
| F1000f | 63.16 (52.09) | 100 (-) | - | - | - | - | - |
| C1000p | 2.023 (3.505) | 0 (0) | sí | <0.001 | 0.423 | no | ns |
| Cr1000p | 0 (0) | 0 (0) | - | - | - | - | - |
| Cc1000p | 2.023 (3.505) | 0 (0) | sí | <0.001 | 0.423 | no | ns |
| F1000p | 100 (-) | - | - | - | - | - | - |
C1000f=carga inicial de materiales firmes, Cr1000f=carga residual de materiales firmes, Cc1000f=consumo de materiales firmes, F1000f=factor de consumo de materiales firmes, C1000p=carga inicial de materiales podridos, Cr1000p=carga residual de materiales podridos, Cc1000p=consumo de materiales podridos, F1000p=factor de consumo de materiales podridos.
Cuadro 5 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para la carga total de combustibles leñosos.
| Var. |
|
|
Des. σ | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CLto | 12.139 (5.261) | 15.227 (22.30) | no | 0.1054 | 0.827 | no | ns |
| CrLto | 2.122 (3.628) | 0.9086 (0.255) | sí | 0.0098 | 0.621 | no | ns |
| CcLto | 18.016 (2.713) | 14.319 (22.138) | sí | 0.0296 | 0.769 | no | ns |
| FLto | 87.73 (20.65) | 75.69 (21.33) | no | 0.9676 | 0.521 | no | ns |
CLto=carga inicial de combustibles leñosos, CrLto=carga residual de combustibles leñosos, CcLto=consumo de combustibles leñosos, FLto=factor de consumo de combustibles leñosos.
Cuadro 6 Cargas medias (t ha-1) y resultados del análisis estadístico para la carga total de combustibles forestales.
| Var. |
|
|
Des. σ | p | p (t) | Nor. | p (Wil.) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CCTo | 28.393 (4.397) | 35.512 (35.672) | sí | 0.030 | 0.763 | no | ns |
| CrCTo | 2.247 (3.772) | 5.48 (7.872) | no | 0.373 | 0.556 | no | ns |
| CcCTo | 26.146 (4.215) | 30.032 (28.120) | sí | 0.044 | 0.834 | no | ns |
| FCTo | 92.68 (12.20) | 87.49 (8.13) | no | 0.615 | 0.573 | no | ns |
CCTo=carga inicial total de combustibles forestales, CrCTo=carga residual total de combustibles forestales, CcCTo=consumo de la carga total de combustibles forestales, FCTo=factor de consumo de la carga total de combustibles forestales.
En la zona del incendio, las cargas alcanzaron 32.647 t ha-1 (19.3049), su carga residual 1.0662 t ha-1 (0.9558), el consumo 31.5808 t ha-1 (20.1262) y el factor de consumo 95.02 % (4.38). La carga es semejante a las 31.726 t ha-1 referidas por Bonilla et al. (2012), para masas templado-frías dominadas por Q. crassifolia Humb. & Bonpl, en Chignahuapan, Puebla, y por Alvarado et al. (2008), para encinares subtropicales del occidente de México, con especies como Q. magnoliifolia y Q. resinosa Liebm.
El consumo de los combustibles se relaciona con el comportamiento del fuego y con los efectos inmediatos y a largo plazo. La carga y el tipo de combustibles influyen en el nivel de consumo. Los pastos tienden a ser consumidos casi en su totalidad, pero en las camas con materiales orgánicos entran más en juego el contenido de humedad, la densidad y el contenido de minerales. En materiales leñosos, el diámetro está relacionado inversamente con su consumo (Scott et al., 2014).
Los factores de consumo obtenidos en nuestro estudio, son consistentes con los de otras investigaciones en diferentes ecosistemas. Urbanski (2013) establece factores de 88.3 % para bosques mixtos de coníferas luego de incendios forestales al norte de la Montañas Rocallosas. Brose (2016) obtuvo una carga de 25.9 t ha-1 (con ésta dividida entre combustibles ligeros y pesados en partes iguales, aproximadamente) y de hasta 61.8 t ha-1 (la mayor parte como combustibles medianos y pesados), en bosques de encino sin tratar y bajo cortas silvícolas de protección. Según dicho autor, quemas prescritas intensas durante la temporada de crecimiento, eliminaron casi todos los materiales ligeros y la mitad de los medianos y pesados. En bosques de coníferas de la Sierra Nevada de EUA, con siete especies incluyendo Q. kelloggii Newb., la carga fue 123.1 t ha-1, y el factor de consumo 65.7 %; el consumo por tipo de combustibles fue materiales leñosos podridos con 1000 h TR (86.6 %), capa de fermentación (84.8 %), hojarasca (63.4 %), y materiales leñosos firmes (41.6 %) (Kobziar et al., 2006). En nuestro estudio, los combustibles leñosos pesados cubrieron una proporción menor de la carga total, tanto en quemas a favor como en contra (30.6 y 26 %) y sus factores de consumo alcanzaron 77 y 100 %; fueron más consumidos debido a su baja carga y dimensiones menores.
Emisiones
Para las quemas prescritas en contra y a favor se estimaron emisiones de 44.53 y 51.14 t CO2 ha-1, así como 53.78 t CO2 ha-1 en el incendio forestal. Como la emisión se obtiene multiplicando la carga total consumida por una constante, tampoco hay diferencias para las emisiones. Pero este análisis se realizó con respecto a combustibles superficiales y que, si bien la afectación de las copas por las quemas prescritas es pequeña, en el caso del incendio es severa (ver subtítulo de severidad). Es decir, hay un mayor consumo de combustibles forestales aéreos no incluidos en este estudio más que como afectación de copas y, por ende, más emisiones, por lo cual las de los incendios son mayores que las de las quemas. Wiedinmeyer y Hurteau (2010) anotan para el oeste de EUA que las quemas prescritas reducen de 18-25 % las emisiones por incendios debido a sus menores intensidad y factor de consumo, aunque se trata de otro tipo de ecosistemas.
Severidad
Los árboles de las parcelas estudiadas tuvieron alturas medias de 9 a 10.8 m y diámetros normales entre 18.3 y 20.8 cm. El CHC y la CT alcanzaron valores mayores en las quemas en contra, 26.8 % (35.7) y 1.17 m (1.03) (P=0.0054), que en las quemas a favor, 9.3 % (16.3) y 0.36 m (0.42) (p≤0.0001). Esto se debió al mayor tiempo de residencia del fuego (con similar longitud de llama) en las primeras. No obstante, los promedios de CHC no rebasaron ⅓ de afectación y está establecido para pinos, que con un tercio de afectación de copas incluso se favorece el crecimiento en diámetro de los árboles, siempre que la temporada de lluvias siguiente no sea pobre. Esto obedece a que se elimina follaje de la parte baja de la copa, menos eficiente fotosintéticamente, a la eliminación de ramas bajas que demandan más fotosintatos de los que produce su follaje, y a la acción fertilizadora de las cenizas resultantes de la combustión, ricas en cationes (Ryan y Reinhardt, 1988; Rodríguez et al., 2007). También la altura de afectación sobre el tronco es aceptable en ambos tratamientos. En el incendio, la afectación de copas fue casi total, 96.7 % (7.8), y la CT alcanzó 2.57 m (1.70), superó tanto en CHC a quemas en contra y a favor (en los dos casos p≤0.0001), como en la CT (p=0.0172 y p=0.0009). Ryan y Reinhardt (1988) establecen que tal nivel de afectación aumenta la probabilidad de mortalidad de coníferas norteamericanas. Pero Juárez et al. (2012) señalan que los encinos, como Q. crassifolia, aunque resulten con la copa 100 % quemada tienen una baja mortalidad y rebrotan. Esto último también se apreció en encinos juveniles (5 a 6 años de plantados) de Q. lobata Née, luego de quemas prescritas de primavera y de verano en California, las cuales implicaron baja mortalidad (3-4 %), si bien 66-72 % de los encinos resultaron con la parte aérea muerta pero también rebrotaron (Holmes et al., 2011). En bosques tropicales de Q. magnoliifolia en Guerrero, durante quemas prescritas con LL de 0.5 a 3 m, hubo mayor severidad que en nuestro estudio, pues 40 % de las alturas de CT tuvieron entre 1 y 2 m, y 50 % de la frecuencia del CHC con 25 a 50 % de afectación (López et al., 2015).
En masas de coníferas mixtas, con siete especies, una de ellas Q. kelloggii, en la Sierra Nevada, EUA, tal especie tuvo una supervivencia de 42.6 % ocho meses después de la aplicación de quemas prescritas. Los árboles vivos tuvieron mayor diámetro promedio (26.1 cm) que los muertos (7.6 cm) y alturas medias de 11.4 y 4.4 m, respectivamente. La máxima altura de la CT, en el mismo orden, alcanzó 1.4 y 1.7 m (Kobziar et al., 2006).
La información generada en nuestro estudio aporta un modelo de combustibles para este tipo de vegetación en la región, y es de utilidad en la modelación de emisiones y de peligro de incendio forestal. Además, como guía para la realización de quemas prescritas en la zona, con fines como reducción de combustibles y abatimiento de emisiones de CO2, en comparación con incendios forestales y, en general, como apoyo para el manejo integral del fuego.
Las quemas prescritas a favor, dentro de la prescripción aquí recomendada, tienen la ventaja de cubrir más terreno con mayor velocidad, así como la desventaja de requerir todavía más cuidados, pues es más fácil un escape durante quemas de este tipo, que durante una en contra.
Las quemas prescritas ayudan a reducir las emisiones de varias maneras. La primera es por las menores emisiones que implican por unidad de superficie, dadas sus menores intensidad y severidad. La segunda, a través de su efecto preventivo, pues si se acuerda una quema prescrita con un productor, puede evitarse un incendio forestal y tercero, las quemas prescritas tienden a tener una menor superficie que los incendios forestales. Todos estos factores reducen las emisiones de gases de invernadero y posicionan a las quemas prescritas como una herramienta con ese propósito, entre otros.
Conforme los resultados del presente experimento, las quemas prescritas tienen potencial para ser utilizadas en la reducción de emisiones de gases efecto invernadero por incendios forestales en la zona de estudio. Debe contemplarse también, la multiplicidad de objetivos de manejo de la tierra adicionales, que se pueden alcanzar con esta herramienta.
Conclusiones
En el área de estudio y bajo las condiciones de tiempo atmosférico analizadas, las quemas prescritas en contra o a favor de viento y pendiente, tuvieron la misma eficiencia para reducir los combustibles forestales y generan emisiones de CO2 similares. Comparadas con el incendio forestal, las quemas prescitas mostraron menor intensidad y aunque no se hallaron diferencias en el consumo de combustibles forestales superficiales, la mayor severidad del fuego sobre los árboles evidencia mayor consumo en combustibles aéreos y con ello una mayor emisión de gases de efecto invernadero. El nivel de afectación del arbolado en los tratamientos de quemas prescritas no compromete su supervivencia, pero no se puede concluir lo mismo del área afectada por incendio forestal. La información generada en el presente estudio es útil para el manejo del fuego en la región, pues proporciona: modelo de combustibles forestales, información sobre comportamiento del fuego, datos para normas de prescripción en quemas prescritas, consumo de combustibles, estimaciones de emisiones de CO2 y de severidad en el arbolado.
