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Introducción
En la actualidad es necesario contar con información confiable sobre la calidad de las áreas forestales donde se establecen plantaciones con fines comerciales, en especial con especies de rápido crecimiento como Pinus patula Schltdl. et Cham., debido a que existe una fuerte relación de las variables ambientales con los rendimientos. Por lo tanto, se requiere evaluar alguna característica del árbol para visualizar la influencia de todos los actores que determinan la productividad de un área; por lo regular se evalúa la altura dominante (Arteaga-Martínez, 2000).
En este sentido, el manejo forestal centra su interés en la calidad del sitio en que se desarrolla un taxon, para ordenar los rodales, de acuerdo con su potencial productivo (Esse et al., 2007; Torres-Rojo y Valles-Gándara, 2007). En terminología forestal, la calidad de estación se refiere a la capacidad de un área específica para sustentar el crecimiento de árboles, y se evalúa por un índice denominado índice de sitio (IS), que se expresa por la altura máxima que alcanzan los árboles dominantes y codominantes de un rodal, en un tiempo determinado (edad base) (Cornejo et al., 2005; Vargas-Larreta et al., 2010).
Ugarte-Guerra y Domínguez-Torrejón (2010) afirman que la magnitud de crecimiento de los árboles es función de las potencialidades definidas por su genotipo, cuyo nivel de expresión es influenciado por la condición del sitio (Davel y Ortega, 2003). Con base en lo anterior, Martínez-Salvador et al. (2013) señalan la importancia de conocer el impacto de los factores ambientales sobre el crecimiento y productividad en las plantaciones forestales debido a que son una alternativa para obtener bienes y servicios a corto plazo, en especial para satisfacer las altas demandas de la industria maderera (Pérez et al., 2012; Martínez-Zurimendi et al., 2015).
En la literatura existen numerosas investigaciones que evalúan la calidad de sitio en diferentes especies forestales; la estiman mediante modelos matemáticos, o la relacionan con alguna variable del ambiente. Sin embargo, hay pocos trabajos que abordan la influencia de la calidad de sitio sobre el crecimiento de los árboles y las repercusiones en algunas variables anatómicas de la madera.
Diversos autores lo hacen a partir de modelos matemático-estadísticos, y han obtenido coeficientes de determinación altos (Cornejo et al., 2005; Hernández-Ramos et al., 2014; Rodríguez-Carrillo et al., 2015). González et al. (2013) evaluaron las clases de calidad de sitio en Pinus caribaea var. caribaea Morelet en Cuba, con base en variables del suelo, su modelo explicó solo 30 % de la variación de la calidad de sitio. Davel y Ortega (2003) estimaron el IS, mediante 12 variables ambientales, y obtuvieron un modelo que explica 67 % de la variación total.
En estudios sobre calidad de sitio únicamente se evalúan los máximos rendimientos de un área, no se indaga sobre la influencia de la calidad de sitio en la densidad específica de la madera, ancho de anillos, incrementos en madera temprana y tardía, variables que son de interés para la industria, ya que de ello depende el procesamiento y la calidad final de sus productos (León, 2010). Para documentar esos aspectos en el presente estudio se planteó evaluar la influencia de la calidad de sitio sobre el crecimiento e incremento de una plantación de Pinus patula en Ixtlán de Juárez, Oaxaca.
Materiales y Métodos
Área de estudio y muestreo
La investigación se realizó en una plantación de Pinus patula de 4.1 ha, ubicada a 12 km al noreste de Ixtlán de Juárez, Oaxaca, a 17°22’38.69’’ N y 96°28’44.8’’ O y a 2 550 m de altitud. El clima corresponde a C(w2) templado subhúmedo, la precipitación varía de 900 a 1 100 mm al año y la temperatura promedio anual es de 20 °C (Figura 1). La plantación fue establecida en 1995 en terrenos con pendiente de 16 a 42 %; del 2010 a la fecha no se han realizado aclareos y las densidades arbóreas son de 400 a 1 100 árboles ha-1; por lo tanto, existe una sobreposición de copas (Rodríguez-Ortiz et al., 2011).
Figura 1 Localización de la plantación de Pinus patula Schiede ex Schltdl. et Cham. en Ixtlán, Oaxaca.
A partir de un muestreo sistemático, se distribuyeron 30 sitios temporales, circulares de 400 m2. En cada uno se midieron, en todos los árboles, las siguientes variables: diámetro normal (DN, en cm) con cinta diamétrica Bioweb ® JIMG-59571; altura total (m) con la pistola Haga GmbH & Co D-90429; diámetro de copa (DC, en m), con cinta métrica Truper ® , se consideraron dos diámetros; posición sociológica de copas. Además, se registraron datos de sitio: altitud (m) y exposición con GPS Garmin e Trex 10, pendiente (%) con clinómetro Suunto Finland Pm5/360pc. En cada sitio, se extrajo una viruta con el taladro de Pressler Haglof JIM-GEM 14” a dos árboles dominantes, a una altura de 1.30 m del suelo, con el fin de analizar las variables de crecimiento, se aplicó la metodología descrita por Quiñones et al. (2015).
Análisis de virutas
Se procesaron un total de 60 virutas para calcular el incremento medio anual (IMA, en mm año-1) e incremento corriente anual (ICA, en mm año-1) en diámetro; para calcular la edad se contabilizó el número total de anillos del centro hacia la corteza; también se midieron diámetros (extremos y parte media, en cm) y la longitud total (cm). Con el visor del estereoscopio (Optika ® modelo SZ-CTV) se hicieron las marcas para diferenciar a la madera temprana y tardía de cada anillo, a los cuales se les midió la longitud (mm) y diámetro (mm) con vernier electrónico TITAN ® para posteriormente cubicarlos, con la fórmula dendrométrica de Newton (Romahn and Ramírez, 2006). Las virutas se colocaron en la estufa de secado (Memmert ® modelo UFP800DW) a una temperatura de 100 °C hasta alcanzar peso constante, después se determinó el peso anhidro (Ps, g) con una balanza analítica (SHIMADZU ® modelo ATY224). Con base en el volumen y peso seco se determinó la densidad específica de la madera con la relación:
Donde:
DE = Densidad específica (g cm-3)
V = Volumen (cm3)
Ps = Peso seco (g)
Análisis de la información
Se realizaron pruebas de normalidad y homogeneidad de varianzas con el procedimiento UNIVARIATE y las pruebas de Shapiro-Wilk y Bartlett, para cumplir con esos supuestos. A las variables que no lo hicieron, se les aplicó la transformación raíz cuadrada (SQRT-x).
Para construir el modelo de IS se recolectaron 90 virutas en el bosque natural adyacente y dentro de la plantación, distribuidos en todas las condiciones de crecimiento de P. patula. Con la información de altura y edad proveniente del análisis de virutas, se ajustaron funciones para estimar el índice de sitio (Montero y Kanninen, 2003; López and Valles, 2009; Pérez et al., 2012; Rodríguez-Carrillo et al., 2015). Para la rutina de análisis de regresión se usó el paquete estadístico SAS (SAS, 2004), mediante el método de mínimos cuadrados, con el procedimiento MODEL. El mejor modelo ajustado resultó el de Schumacher:
Donde:
IS = Índice de sitio (m)
e = 2.7182
Los siguientes estadísticos respaldan la función ajustada: coeficiente de determinación ajustado (R2 adj)=0.94, cuadrado medio del error (CME)=4.98, error estándar (EE)=2.23. Se construyeron curvas de IS a partir del método de la curva guía, a una edad base de 40 años; esto consistió en ajustar la tendencia promedio de las alturas dominantes en todo el intervalo de edades para obtener una curva denominada curva guía, a partir de la cual se construyó una familia de curvas por arriba y por abajo de ella, cada una de ellas representa una calidad de sitio diferente durante un periodo (Attis et al., 2015).
Para observar el momento óptimo del crecimiento en las variables madera temprana y madera tardía se graficó la intersección entre el IMA e ICA. Las ecuaciones se evaluaron con los siguientes estadísticos de bondad de ajuste: significancia, coeficiente de determinación (R2) ajustado, cuadrado medio del error (CME), coeficiente de variación (CV) y residuales.
Las agrupaciones de la calidad de sitio se hicieron de acuerdo con el IS: calidad baja (IS≤24 m), calidad regular (IS>24, ≤27), calidad buena (IS>27, ≤30), calidad muy buena (IS>30, ≤33) y calidad excelente (IS>33). Para comparar el comportamiento de las variables dasométricas y de crecimiento en relación a la calidad de sitio, se realizaron análisis de varianza (p = 0.05), cuya variable clasificatoria fue la calidad de sitio, además se utilizó el método de medias de Duncan (p = 0.05) para observar las diferencias.
Resultados y Discusión
Efecto de la calidad de sitio
Las variables dasométricas y de crecimiento de los árboles resultaron altamente significativas (p ≤ 0.0001); es decir, el comportamiento de las variables evaluadas fue diferente con respecto a la calidad de sitio (Cuadro 1). Esto coincide con Martínez-Salvador et al. (2013), quienes al evaluar la productividad de tres calidades de estación para Pinus arizonica Engelm. y P. engelmannii Carr., en Chihuahua, registran diferencias significativas entre las calidades de estación (p < 0.05) en su efecto sobre la productividad de los árboles. Por su parte, Mollinedo et al. (2005) demostraron que los sitios con mayor productividad se aglutinan en escenarios donde la calidad es mejor (Jerez-Rico et al., 2011).
Cuadro 1 Efecto de la calidad de sitio en variables dasométricas y de crecimiento en Pinus patula Schltdl et Cham.
Los valores de los cuadrados medios están elevados a la raíz cuadrada; ** = Altamente significativo (p ≤ 0.01); DN = Diámetro normal; DA = Densidad arbórea; DE = Densidad específica de la madera; IMA =Incremento medio anual; ICA = Incremento corriente anual; GA = Grosor de anillo; CS = Calidad de sitio (excelente, muy buena, buena, regular y baja); FV = Fuentes de variación; GL = Grados de libertad; CM = Cuadrados medios.
El grosor de anillo con respecto a la calidad de sitio presentó una relación positiva en la que, con más calidad de estación mayor grosor de anillo. Por ejemplo, en los sitios con calidad de estación excelente el grosor de anillo = 8.45 mm, a diferencia de la baja, en la que el grosor = 5 mm (Figura 2), y son estadísticamente diferentes (p = 0.0001).Al respecto, en especies de rápido crecimiento como Pinus patula es importante determinar el grosor de los anillos por cada tipo de IS, porque ello posibilita conocer la velocidad del incremento en la variable diámetro normal (Melandri et al., 2007).
Las líneas verticales representan la desviación estándar; letras diferentes en las barras corresponden a diferencias estadísticas (Duncan, 0.05).
Figura 2 Grosor de anillo en relación a la calidad del IS.
En esta investigación, se determinó que la calidad del sitio influye en el grosor de anillo, lo cual coincide con lo citado por Goche-Télles et al. (2003) para dos calidades de sitio (baja y alta) en Pinus patula en la provincia fisiográfica Sierra Madre Oriental, dichos autores indican diferencias estadísticas significativas (p = 0.0001); y que esas diferencias se atribuyen a las condiciones donde se desarrolla la especie, y que el crecimiento depende, en gran medida, de las propiedades edáficas, siempre y cuando las condiciones climáticas sean uniformes (Afif et al., 2010). Sobre el particular, Moya et al. (2010) estudiaron la influencia de las propiedades físicas y químicas del suelo sobre la calidad en la madera en Tectona grandis Linn F. y discuten que no solo inciden en ella, sino también en su crecimiento.
La densidad específica de la madera es uno de los criterios más importantes para determinar su calidad, debido a que se relaciona de manera directa con la resistencia y rendimientos de pulpa para la industria papelera (Daniel et al., 1982; Monteoliva et al., 2002). En plantaciones forestales, es importante monitorear la variable densidad específica de la madera, ya que a partir de ella se puede inferir la calidad de los productos maderables que ofrece la industria.
En el presente estudio se observa que los valores más altos de gravedad especifica están en calidades de sitio regular y buena (0.37 y 0.36 g cm-3, respectivamente); en contraste con las calidades excelente y muy buena (0.33 y 0.32 g cm-3) (Figura 3). Lo anterior sugiere que no existe un patrón definido; por lo tanto, los árboles ubicados en sitios con mejor calidad de estación (muy bueno y excelente) muestran crecimiento más activo y desarrollan madera de menor gravedad específica. Sin embargo, la calidad baja también mostró una gravedad específica baja, lo cual se explica a partir de que la calidad de sitio es la combinación de varios factores: clima, suelo, fisiografía, manejo, entre otros, y que alguno de ellos al presentar una variación en menor o mayor proporción, puede resultar en un crecimiento heterogéneo; por ubicarse en sitios de calidad de estación diferentes (Cuadro 2) (Mora et al., 2015). Además, se considera que la densidad específica baja de la madera, entre 0.32 y 0.37 g cm-3, es debido a que los árboles son jóvenes, de 21 años de edad, en los que gran parte de las células del tallo falta que aumenten el grosor de sus paredes celulares (López y Valencia, 2001). Lo anterior explicaría que los valores obtenidos sean inferiores al señalado por Vázquez-Cuecuecha et al. (2015), de 0.46 g cm-3 de densidad básica de la madera en árboles maduros de Pinus patula, con respecto a propiedades del suelo. Goche et al. (2011) coinciden con el mismo valor (0.46 g cm-3) en árboles de Pinus patula; sin embargo, discuten que la densidad de la madera varía dentro de las partes del árbol, entre individuos y especies, además de que es posible que esté influenciada por la edad, forma del árbol, diferencias genéticas, velocidad de crecimiento e historia evolutiva, entre otros (Jovanovski et al., 2005; Castillo et al., 2013).
Las líneas verticales representan la desviación estándar; letras diferentes en las barras corresponden a diferencias estadísticas (Duncan, 0.05).
Figura 3 Densidad específica en relación a la calidad del IS.
Cuadro 2 Características del arbolado de Pinus patula Schltdl et Cham. en relación a la calidad de sitio en que crece.
Los valores corresponden a la media y su respectiva desviación estándar. Letras distintas por columna indican diferencias estadísticas (Duncan, 0.05); IS = Índice de sitio; DA = Densidad arbórea; DN = Diámetro normal; DC = Diámetro de copa; CV = Coeficiente de variación. * = p = 0.0001.
Desde un punto de vista industrial, la densidad específica de los árboles que provienen de plantaciones forestales debe ser uniforme, porque ello influye en la calidad del producto final, lo que ayudaría a evitar especulaciones en la calidad (Silva-Arredondo y Návar-Cháidez, 2012).
El IMA e ICA, con respecto a las calidades de sitio se comportan de manera ascendente; es decir, los incrementos en madera temprana y tardía aumentan a medida que la calidad mejora. Por ejemplo, el IMA de madera temprana para la calidad baja es de 3.7 mm año-1, mientras que en una calidad excelente es igual a 6.76 mm año-1, ambas fueron significativamente diferentes (Duncan, 0.05) (Cuadro 3). Una posible razón es que los árboles que se encuentran en calidades de estación mejores poseen copas de mayor tamaño y que, generalmente, conforman el dosel superior; por lo tanto captan mayor cantidad de luz solar (Interián-Ku, et al., 2014) (Cuadro 2). En este sentido, a medida que disminuya la calidad de estación, los recursos serán limitados, lo cual se reflejará en la dinámica de crecimiento del árbol (Mayo et al., 2008).
Cuadro 3 Incremento medio anual (IMA) e incremento corriente anual (ICA) de madera temprana y tardía en relación a la calidad del IS.
Los valores corresponden a la media y su respectiva desviación estándar. Letras distintas por columna indican diferencias estadísticas (Duncan, 0.05). IS = Índice de sitio; ICA = Incremento corriente anual (mm año-1); IMA = Incremento medio anual (mm año-1); CV = Coeficiente de variación. * = p = 0.0001
Estimación del crecimiento en madera temprana y tardía
La intersección entre el ICA e IMA muestra el momento preciso en el que los incrementos son los óptimos; es decir, cuando el árbol alcanza los mejores rendimientos maderables (Martínez et al., 2014). Los sitios que difieren en calidades de estación presentan incrementos óptimos casi al mismo tiempo (calidad baja a los 8 años y calidad excelente a los 9 años), lo que implica que tienen un comportamiento similar. Sin embargo, los incrementos de madera temprana en sitios con calidad excelente fueron de 9 mm, a diferencia de los sitios con calidad baja que alcanzaron 5 mm (Figura 4). Sobre el particular, Pompa-García y Domínguez-Calleros (2015) indican que las buenas capacidades ecológicas del sitio impactan positivamente en el crecimiento de los árboles.
La madera tardía es importante en la densidad específica, debido a que repercute en la proporción de materia seca por unidad de volumen; de tal manera que, si se eleva el porcentaje de madera tardía, la densidad de la madera aumenta (Pereyra y Gelid, 2002). La edad en que Pinus patula obtuvo los rendimientos óptimos para esta variable fue a los ocho años, con casi 2.4 mm para la calidad excelente, en contraste con 1.5 mm a los 10 años para la baja (Figura 5). Esto puede relacionarse con que los árboles presentan estrategias de crecimiento diferentes en función del ambiente en que se desarrollan; por lo tanto, la proporción de madera tardía estará en función de las variaciones de sitio (Cambrón et al., 2013; Piraino, 2016). Es importante que el administrador forestal identifique de manera adecuada el sitio donde se establecerá la plantación de P. patula, para que la variable se comporte de manera uniforme en los árboles.
Conclusiones
El crecimiento e incremento de Pinus patula bajo plantación está determinado por la calidad de sitio (p=0.0001); cuando los factores ambientales son favorables, los incrementos en madera temprana y tardía alcanzan 6.76 y 1.69 mm año-1, respectivamente. Sin embargo, los árboles con crecimiento más activo por encontrarse en sitios con mejor calidad de estación, formaron madera con densidad específica menor (0.33 y 0.32 g cm-3), que los ubicados en sitios con calidad de estación menos favorable (0.37 y 0.36 g cm-3).
