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Centro de Investigación Regional del Pacífico Sur Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca Santo Domingo Barrio Bajo, Villa de Etla, Oaxaca, México Libro Técnico Núm. 19 Mayo de 2013 ISBN: 978-607-37-0020-7
METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR BIOMASA Y CARBONO EN BOSQUES
Pie de página
SECRETARÍA DE AGRICULTURA, GANADERÍA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACIÓN
Lic. Enrique Martínez y Martínez
Secretario
Lic. Jesús Aguilar Padilla Subsecretario de Agricultura
Prof. Arturo Osornio Sánchez
Subsecretario de Desarrollo Rural
Lic. Ricardo Aguilar Castillo Subsecretario de Alimentación y Competitividad
Lic. Marcos Bucio Mújica
Oficial Mayor
Lic. Víctor Hugo Celaya Celaya Coordinador General de Delegaciones
INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES FORESTALES,
AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
Dr. Pedro Brajcich Gallegos Director General
Dr. Salvador Fernández Rivera
Coordinador de Investigación, Innovación y Vinculación
M.Sc. Arturo Cruz Vázquez Coordinador de Planeación y Desarrollo
Lic. Marcial A. García Morteo
Coordinador de Administración y Sistemas
CENTRO DE INVESTIGACIÓN REGIONAL PACÍFICO SUR
Dr. René Camacho Castro Director Regional
Dr. Juan Francisco Castellanos Bolaños
Director de Investigación
Dr. Miguel Ángel Cano García Director de Planeación y Desarrollo
Lic. Jaime A. Hernández Pimentel
Director de administración
CAMPO EXPERIMENTAL VALLES CENTRALES DE OAXACA
M.C. Porfirio Simón López López Jefe de Campo
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METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR BIOMASA Y CARBONO EN BOSQUES
Juan Francisco CASTELLANOS BOLAÑOS1 Martín GÓMEZ CÁRDENAS1 José Rafael CONTRERAS HINOJOSA1 Rigoberto GONZÁLEZ CUBAS2
1. Investigador en el INIFAP-CE Valles Centrales de Oaxaca 2. Prestador de Servicios Técnicos Forestales
Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
Centro de Investigación Regional del Pacífico Sur Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca
Libro Técnico Núm. 19 ISBN: 978-607-37-0020-7
Fotografía de portada: Medición del diámetro de un árbol en un sistema agroforestal café-bosque mesófilo, en Pluma Hidalgo, Oaxaca, con el fin de estimar la biomasa aérea y el contenido de carbono.
Pie de página
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
Av. Progreso No. 5, Barrio de Santa Catarina, Delegación Coyoacán, México D. F.
C. P. 04010 Teléfono (55) 3871-8700 www.inifap.gob.mx
Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca Melchor Ocampo No.7
Santo Domingo Barrio Bajo, Villa de Etla, Oaxaca, México C.P. 68200 Teléfono (951) 521-5502
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques ISBN: 978-607-37-0020-7
Primera Edición 2013 Impreso en México Printed in Mexico
No está permitida la reproducción total o parcial de esta publicación, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de la Institución. Se sugiere citar esta obra de la forma siguiente: Castellanos-Bolaños, J. F., M. Gómez-Cárdenas, J. R. Contreras-Hinojosa y R. González-Cubas. 2013. Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Centro de Investigación Regional Pacífico Sur. Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca. Santo Domingo Barrio Bajo, Etla, Oaxaca, México. Libro Técnico Núm. 19. 101 p.
Pie de página
Contenido PÁG.
RESUMEN…………………………………………………………………………………………. 1
1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….. 2
2. FUNCIONES DE LOS BOSQUES RELACIONADAS CON LA EMISIÓN Y
ABSORCIÓN DE CARBONO……………………………………………………………
5
3. CATEGORÍAS DE USO DE LA TIERRA Y DEPÓSITOS DE CARBONO… 10
4. ACTIVIDADES FORESTALES QUE INCREMENTAN LOS ALMACENES
DE CARBONO……………………………………………………………………………….
14
5. METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR CARBONO EN BOSQUES…… 21
5.1. Método de ganancias y pérdidas……………………………….……………. 24
5.2. Método de diferencia de reservas………………………………………..…. 29
5.3. Método para cuantificar carbono a nivel predio……………………… 31
6. ELABORACIÓN DEL INVENTARIO FORESTAL DEL PREDIO…………… 32
6.1 Rodalización del ecosistema…………………………………………………… 32
6.2 Tamaño de la muestra……………………………………………………………. 34
6.3 Diseño de muestreo……………….…….………………………………………… 38
6.4 Registro de la información en campo…………......................................... 40
6.5 Análisis de la información………………………............................................. 42
7. ESTIMACIÓN DE VOLUMEN, BIOMASA Y CARBONO DE MADERA
DE ÁRBOLES A NIVEL ESPECIE……………………………………………............
43
7.1 Estimación del volumen de árboles………………………………………… 44
7.2 Estimación de biomasa aérea……………………………………………….… 48
7.2.1 Toma de muestras para estimar biomasa aérea……………………. 48
7.2.2 Estimación de la densidad de la madera……………………………….. 50
7.2.3 Estimación de contenido de carbono en laboratorio……………… 55
7.2.4 Generación de ecuaciones alométricas…………………………………. 59
8. ESTIMACIÓN DE BIOMASA Y CARBONO EN MADERA MUERTA,
HOJARASCA Y SUELO…………………………………………………………………...
63
8.1 Estimación de biomasa y carbono en madera muerta………………. 63
8.2 Estimación de biomasa y carbono en hojarasca……………………….. 64
8.3 Estimación de biomasa y carbono en el suelo y raíces….………..…. 66
Pie de página
9. EJEMPLIFICACIÓN DE LA ESTIMACIÓN DE BIOMASA Y CARBONO... 73
9.1 Estimación de biomasa y carbono a nivel predio…………….………. 73
9.2 Estimación de biomasa y carbono en el nivel 1……………..………… 77
9.3 Estimación de biomasa y carbono en el nivel 2……………..………… 77
10. MONITOREO DE CARBONO……………………………………………………..…… 83
11. MODELOS ALTERNATIVOS PARA ESTIMAR CARBONO…………..…….. 84
12. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………..……... 89
Pie de página
Índice de Cuadros PÁG
Cuadro 1. Ejemplos de modelos matemáticos empleados para el cálculo
de biomasa y carbono a través de diferentes variables como,
diámetro normal (Dn), diámetro de copa (D), altura total (H),
área basal (AB) y densidad de la madera (Dm)……………………….
61
Cuadro 2. Ejemplos de ecuaciones alométricas empleadas para la
estimación de biomasa arbórea en algunas especies de árboles
en México…………………………………………………………………………….
61
Cuadro 3. Clasificación de madera muerta de acuerdo al tiempo que un
combustible tarda en ganar o perder dos tercios de la
diferencia entre su contenido inicial de humedad y el del
ambiente (tiempo de retardo), con respecto a su diámetro
normal………………………………………………………………………………..
64
Cuadro 4. Valores promedio de variables dasométricas del estrato
arbóreo, en el sistema agroforestal bosque-café, bajo tres
condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín
Loxicha, Oaxaca……………………………………………………………………
74
Cuadro 5. Valores promedio de variables dasométricas de arbustos de café, en el sistema agroforestal bosque-café, bajo tres condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín Loxicha, Oaxaca…………………………………………………………………….
75 Cuadro 6. Existencias reales de biomasa y carbono (C), en el sistema
agroforestal bosque-café, bajo tres condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín Loxicha, Oaxaca………………..
75 Cuadro 7. Comparación de resultados de existencias de carbono (C)
aéreo, con la utilización de tres metodologías en un sistema agroforestal de bosque-café, en el área de Pluma Hidalgo-Loxicha, Oaxaca………………………………………………………………….
81 Cuadro 8. Comparación de resultados de incremento anual de carbono
(C) aéreo, con la utilización de tres metodologías en un sistema agroforestal de bosque-café, en el área de Pluma Hidalgo-Loxicha, Oaxaca………………………………………………………..
81
Pie de página
Índice de Figuras PÁG.
Figura 1. Los bosques a través de la fotosíntesis acumulan grandes
cantidades de carbono presentes en la atmósfera.……….…….....
5
Figura 2. Comportamiento de la captura de C aéreo en un bosque
conservado sin manejo forestal (Tomado de Bray et al.,
2010)………………………………………………………………………………..
15
Figura 3. Comportamiento de la acumulación de C de un bosque bajo
manejo para la producción de bienes maderables de larga
duración (Tomado de Bray et al., 2010)……………………………….
15
Figura 4. Potencial neta de captura de C aéreo por tipo de vegetación
en México (Tomado de De Jong et al., 2004)…………………………
16
Figura 5. Plantaciones de árboles de pino para destinarse como
árboles de navidad, una opción para la captura de CO2…………
19
Figura 6. Ejemplo de la delimitación de rodales a través de ortofotos… 33
Figura 7. Delimitación de rodales a través de ortofotos………………………. 33
Figura 8. Conglomerado constituido por cuatro sitios rectangulares de
400 m2, sub-sitios de 12.56 m2 y de 1 m2 sugerido para
inventarios forestales en climas tropicales (CONAFOR,
2010b)……………………………………………………………………………….
39
Figura 9. Conglomerado constituido por cuatro sitios circulares de 400
m2, sub-sitios de 12.56 m2 y de 1 m2 sugerido para
inventarios forestales de clima templado (CONAFOR, 2010b)..
40
Figura 10. Separación y pesaje de componentes de un árbol, para la
generación de ecuaciones alométricas………………………………….
43
Figura 11. Seccionamiento del árbol para la determinación del volumen
total y biomasa (adaptado de Henry et al., 2010)…….…………….
46
Figura 12. Separación de los componentes de un árbol, para ser pesados
en campo…………………………………………………………………………….
49
Figura 13. Pesaje en campo de componentes de un árbol para obtener el
peso fresco………………………………………………………………………….
49
Figura 14. Obtención de muestras de rodajas de madera de tallos y
Pie de página
ramas, para obtener la densidad del árbol………………………….. 50
Figura 15. Obtención de viruta de crecimiento, mediante el taladro de
Pressler, como una opción para estimar la densidad del árbol
54
Figura 16. Molino eléctrico para fraccionar muestras de los
componentes de un árbol…………………………………………………….
57
Figura 17. Horno analizador de carbono para muestras de los diferentes componentes de un árbol……………………………….……………...........
59
Figura 18. Ejemplo de un cuadrante de 30 cm x 30 cm, para colectar
muestras de hojarasca o mantillo……………………………………….
66
Figura 19. Excavación de perfiles para la toma de muestras de suelo….…. 68
Pie de página
METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR BIOMASA Y CARBONO EN BOSQUES
RESUMEN
México enfrenta el reto de conservar su biodiversidad y recursos naturales, además
de detener y revertir el deterioro ambiental. Como parte de la estrategia de
conservación, se consideró necesario integrar y dar a conocer los procedimientos
sobre diferentes metodologías para cuantificar carbono en ecosistemas forestales y
agroforestales (café-bosque) acordes con lo que sugiere el Panel Intergubernamental
de Cambio Climático (IPCC). La presente publicación está dirigida a técnicos
forestales y autoridades comunales y ejidales, con la finalidad de proponer
alternativas de conservación de los recursos naturales y búsqueda de mercados de
servicios ambientales, como parte del programa Reducción de Emisiones debidas a la
Deforestación y Degradación (REDD+). En la publicación se recopiló información
acerca de las funciones de los bosques relacionadas con la emisión y absorción de
carbono; las categorías de uso de la tierra; los depósitos de carbono; algunas
actividades forestales que incrementan los almacenes de carbono; metodologías para
cuantificar carbono en bosques; elaboración del inventario forestal a nivel de predio;
estimación de volumen, biomasa y carbono de madera de árboles a nivel especie;
estimación de biomasa y carbono en componentes no maderables; ejemplificación de
la estimación de biomasa y carbono para un predio en el estado de Oaxaca;
monitoreo de carbono y algunos modelos alternativos para estimar carbono.
Palabras clave: Agroforestería, Biodiversidad, Cambio climático, IPCC, Oaxaca,
REDD+, Servicios ambientales.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
2
1. INTRODUCCIÓN
El presente documento integra información sobre metodologías para cuantificar
biomasa y carbono (C) en bosques y sistemas agroforestales con especies perennes,
está dirigido a técnicos, estudiantes y autoridades relacionadas con la conservación
de los recursos naturales, con la intención de contribuir a proponer alternativas
sustentables de aprovechamiento y propuestas de mercado de servicios
ambientales.
El cambio climático inducido por el incremento de las concentraciones de gases de
efecto invernadero en la atmósfera, constituye junto con la deforestación, la
degradación de los ecosistemas y la pérdida de biodiversidad, el problema
ambiental más trascendente en la actualidad. Las alteraciones en la temperatura y
los regímenes de lluvia, así como en la frecuencia de eventos extremos del clima,
tiene impactos importantes sobre los recursos forestales, los servicios ambientales
que proveen y propician mayor tasa de pérdida de hábitat y una injerencia en la
extinción de especies.
México enfrenta el reto de conservar su biodiversidad y recursos naturales, además
debe detener y revertir el deterioro ambiental. Ante este escenario, el
mantenimiento y fomento de los bosques a través del manejo forestal sustentable, la
restauración de los ecosistemas y el establecimiento de plantaciones forestales
constituyen algunas alternativas para disminuir la pérdida de servicios ambientales
y producir ingresos económicos para los productores.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
3
En el contexto internacional, los procesos de transformación de los bosques, en la
mayor parte de los países en desarrollo, incrementan el problema del cambio
climático ya que contribuyen con casi 20% del total de emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI). En México, en el 2006 se estimó que las emisiones de GEI
provenientes del uso de suelo, cambios de uso de suelo y silvicultura, fueron de
70.20 megatoneladas de dióxido de carbono (CO2), equivalentes al 10% del total
nacional (CONAFOR1, 2010a).
El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (2007), define los GEI como
aquellos gases que se encuentran presentes en la atmósfera y que dan lugar al
fenómeno denominado efecto invernadero generando cambios en las escalas
climáticas de la tierra, actualmente los GEI de mayor motivo de preocupación son el
CO2, el Óxido Nitroso (N2O) y el Metano (CH4).
El CO2 es un elemento generado por la actividad humana cuando se utilizan
combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón) para la generación de energía y
para satisfacer otras demandas requeridas por la sociedad. Los procesos de
deforestación y cambios de uso del suelo se suman a este efecto; las concentraciones
de metano generadas por actividades agropecuarias contribuyen también al cambio
climático.
Debido a la importancia de detener la destrucción de bosques y selvas, los gobiernos
de países desarrollados consideran que frenar la deforestación es una forma
efectiva de reducir las emisiones de gases y de estabilizar relativamente rápida la
1 Comisión Nacional Forestal
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
4
concentración de CO2 en la atmósfera. En particular, se analiza y trata de
implementar una propuesta sobre Reducción de Emisiones ocasionadas por
Deforestación y Degradación, conocida como REDD+ (CONAFOR, 2010a); sin
embargo, aún existe incertidumbre sobre los costos reales de este servicio
ambiental y de los requisitos que se pretenden establecer a nivel mundial para este
mercado.
Parte de la estrategia REDD+ consiste en desarrollar metodologías de monitoreo y
verificación, que sean confiables. En este sentido, a nivel local, se carece de
información de las cantidades de captura y almacenamiento de carbono (C) en
ecosistemas naturales. Por lo que, el objetivo del presente documento es difundir los
procedimientos necesarios para cuantificar carbono en bosques, con la finalidad de
proponer alternativas de conservación de recursos naturales y búsqueda de
mercados de servicios ambientales.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
5
2. FUNCIONES DE LOS BOSQUES RELACIONADAS CON LA EMISIÓN Y ABSORCIÓN DE CARBONO
Una de las funciones principales de los bosques que se vinculan con el cambio
climático, es que a través de la fotosíntesis, absorben y acumulan grandes
cantidades de C presentes en la atmósfera (Figura 1). En este proceso, las plantas
convierten la energía de la luz solar en energía química aprovechable para los
organismos vivos, ofreciendo al paso del tiempo una alternativa para incrementar la
producción, tanto maderable como no maderable.
Figura 1. Los bosques a través de la fotosíntesis acumulan grandes cantidades de carbono
presente en la atmósfera.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
6
Durante el proceso de la fotosíntesis, el CO2 y el agua reaccionan para formar
carbohidratos y liberar oxígeno en forma simultánea. Parte de los carbohidratos se
consumen directamente para suministrar energía a la planta y el CO2 se libera a
través de sus hojas o de sus raíces. Las plantas mueren y sus partes son
transformadas por organismos degradadores, lo que da como resultado que parte
del C de sus tejidos se transforme en CO2 y otras partes pasen a formas más estables
de C (Ibrahim et al., 2007).
En los ecosistemas forestales el C participa en la composición de todas las
estructuras necesarias para el desarrollo del árbol (follaje, ramas, raíces y tronco).
Al ir creciendo, éste incrementa su follaje, ramas, flores, frutos y yemas de
crecimiento así como su altura y el grosor de su tronco (Ingerson, 2009).
Durante el tiempo en que el C se encuentra constituyendo alguna estructura del
árbol, se considera almacenado. En el momento de su liberación, el C es enviado
nuevamente al suelo o a la atmósfera en forma de CO2, ya sea a través de la
respiración por la descomposición de la materia orgánica o por la quema de la
biomasa para regresar al ciclo del C (Skog, 2008).
De manera general, se acepta que aproximadamente el 50% del peso seco de los
árboles lo constituye el C (FAO, 2010); sin embargo, este valor varía dependiendo de
la especie, del tipo de depósito, del componente y ubicación de que se trate. Algunos
valores generales de la fracción de C en materia seca procedente de biomasa viva
tiene un valor promedio de 0.47; cuando procede de biomasa muerta tiene un valor,
promedio de 0.509, cuando procede de hojarasca tiene un valor de 0.40 (Bird et al.,
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
7
2010) y la materia orgánica que procede del suelo tiene un valor 0.58 (West y Post,
2002; Yan y Cai, 2008).
El 50% restante del peso de la madera seca ó biomasa de los árboles, lo constituye
principalmente, el oxigeno (42%), hidrógeno (6%) y el 2% restante en nitrógeno,
fósforo y potasio (Vignote y Martínez, 2006). Debido a lo anterior, la quema de
vegetación no benefician en nada, por el contrario perjudica debido a la gran
cantidad de contaminantes que se liberan.
Un metro cúbico de madera, en promedio, equivale a 500 kg de biomasa o peso seco,
lo cual significa que contiene 250 kg de C. Si se quiere estimar la cantidad de CO2
que se emite a la atmósfera a partir de la quema de biomasa, se deberá multiplicar la
cantidad estimada de C por el factor 3.66, lo anterior significa que un metro cúbico
de madera seca libera 916 kg de CO2. El valor de 3.66, se obtiene al dividir el peso
atómico del CO2 que es 44.010 g/mol por el peso atómico del C que es 12.011 g/mol.
Adicionalmente, algunos bosques conservan grandes cantidades de C debajo de la
superficie del suelo. Es por esto que la pérdida de un bosque supone doble pérdida,
la del ecosistema que absorbe gases causantes del efecto invernadero y también, la
capacidad de almacenamiento de C en los suelos (CIFOR2, 2010).
El suelo es el principal almacén de C y supera ampliamente al de la vegetación; el C
orgánico del suelo contiene más de 1550 Pg, y de C inorgánico de 750 a 950 Pg
2 Centro Internacional para la Investigación Forestal
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
8
(Follet, 2001; Batjes, 1996), mientras que la vegetación aporta 600 Pg (Houghton,
1995).
Las entradas y salidas del C del suelo son influenciadas por el clima, la vegetación, la
topografía, las características físicas del suelo y el manejo, las cuales varían
espacialmente y estas diferencias promueven que no hay uniformidad en el C
almacenado (Brejda et al., 2001; Conant, et al., 2003) y en el perfil del suelo habrá
cambios conforme a la profundidad, el cual, en su conjunto será la base para estimar
el almacenamiento del C orgánico y la cantidad de éste es utilizado como un
indicador de calidad del suelo (Larson y Pierce, 1994; Feller et al., 2001).
La topografía puede afectar el balance de agua y la aireación, mientras que los
suelos con altas cantidades de arcilla tienen mecanismos físicos y químicos que
protegen la materia orgánica de la actividad microbial, contrariamente, los suelos
con mayores cantidades de arena tienen menores niveles de C orgánico y mayores
tasas de mineralización debido a que estos efectos de protección son limitados o
ausentes (Brejda et al., 2001).
Si bien existen procesos en el suelo que promueven el almacenamiento de C, las
prácticas de manejo del suelo y la vegetación son las que mayor inciden en su
pérdida y la quema de biomasa es el principal mecanismo por el cual el C se
transfiere del almacén terrestre al atmosférico (Bird et al., 2000).
En el caso de la pérdida de C por el manejo de los suelos, gran influencia tiene la
vegetación, el clima y la textura del suelo. Takahashi et al. (2010) al comparar el
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
9
contenido de C en el suelo bajo diferentes tipos de manejo en Japón, encontraron
que las tierras de cultivo tienen 21% menos que el bosque, pero el pastizal tiene
18% más que éste.
En Brasil, en zonas templadas, por la conversión de bosque a pastizal se pueden
perder de 30 a 50% de su contenido de C orgánico en 40 años, mientras que en las
regiones tropicales en un período de cinco años, un suelo con 15% de arcilla perdió
el 69% de su C orgánico, en tanto que el suelo con 30% de arcilla sólo perdió el 49%
(Sá et al., 2001).
En la atmósfera los principales gases son el nitrógeno (N2) y el oxigeno (O2) que
juntos componen cerca de 99% (Rügnitz et al., 2008), el 1% restante lo conforman
Argón, Kriptón, Zenón, Neón, Helio, vapor de agua y CO2.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
10
3. CATEGORÍAS DE USO DE LA TIERRA Y
DEPÓSITOS DE CARBONO
A nivel internacional se reconocen y aceptan seis categorías generales de uso de la
tierra que forman la base de la estimación y declaración de las emisiones y
absorciones de GEI (IPCC, 2006; Muhlia y García, 2008).
a) Tierras forestales
b) Tierras de cultivo
c) Tierras de pastizales
d) Humedales
e) Asentamientos
f) Otras tierras
Estas categorías pueden subdividirse más según el clima o la zona ecológica, el
suelo, el tipo de vegetación, entre otras, según sea necesario, para ajustar las
superficies de tierra a los métodos para evaluar los cambios en las existencias de C y
las emisiones y absorciones de GEI.
Las tierras forestales. Incluyen terrenos donde la vegetación está constituida por
árboles de cualquier tamaño, capaces de producir madera u otros productos
forestales, o bien influir sobre las condiciones climatológicas. Incluyen también
terrenos recientemente talados o quemados, pero que serán reforestados en un
futuro inmediato (FAO, 2002).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
11
Las tierras de cultivo. Se circunscriben a la superficie que es cultivada, como los
arrozales y los sistemas de agrosilvicultura donde la estructura de la vegetación se
encuentra por debajo de la categoría de tierras forestales.
Tierras de pastizales. Comprenden todas las tierras de pastoreo y los pastizales que
no se consideran tierras de cultivo. Así como las malezas que están por debajo de los
valores utilizados en la categoría de tierras forestales. La categoría también abarca
todos los pastizales, desde las tierras sin cultivar hasta las zonas de recreo, así como
los sistemas silvopastoriles.
Tierras humedales. Incluyen las zonas de tierra que están cubierta o saturada de
agua durante todo el año o durante parte de éste y los reservorios como los ríos
naturales y los lagos.
Asentamientos. Incorpora toda la tierra desarrollada, incluidas las infraestructuras
de transporte y los asentamientos humanos de cualquier tamaño.
Otras tierras. Esta categoría comprende el suelo desnudo, roca, hielo y todas
aquellas zonas que no estén incluidas en ninguna de las otras cinco categorías.
Los bosques y las selvas son el principal instrumento de almacén de C, debido a que
contribuyen en la absorción. Los cambios en las existencias de C y las estimaciones
de emisión/absorción para los bosques pueden incluir a los siguientes cinco
depósitos. (IPCC, 2006; FAO, 2002; Muhlia y García, 2008; Angelsen, 2010).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
12
1. Biomasa aérea
2. Madera muerta
3. Hojarasca
4. Suelos
5. Biomasa subterránea
Biomasa aérea. Toda vegetación viva, tanto maderera como herbácea, que se
encuentra por encima del suelo, incluidos tallos, cepas, ramas, corteza, semillas,
frutos y follaje.
Madera muerta. Madera leñosa muerta, ya sea en pie, tendida en el suelo, enterrada,
las raíces muertas y los tocones de 10 cm de diámetro o más.
Hojarasca. Vegetación no viva con un tamaño mayor que el límite establecido para la
materia orgánica del suelo (2 mm) y menor que el diámetro mínimo elegido para la
madera muerta en diversos estados de descomposición por encima o dentro del
suelo mineral u orgánico. Incluye la capa de hojarasca como se la define
habitualmente en las tipologías de suelos. Las raíces vivas finas por encima del suelo
orgánico se incluyen con la hojarasca cuando no se las puede distinguir de esta
última empíricamente.
Suelos. El C orgánico contenido en suelos minerales hasta una profundidad dada. El
valor por defecto para la profundidad del suelo es de 30 cm (IPCC, 2006). También
incluye las raíces finas vivas que miden menos que el límite de diámetro mínimo (2
mm).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
13
Biomasa subterránea. Raíces vivas, a menudo, las raíces finas, de menos de 2 mm de
diámetro, se excluyen porque, empíricamente, no se pueden distinguir de la materia
orgánica del suelo o de la hojarasca.
En adición, un sexto depósito se puede incluir, tal como la cosecha de productos
maderables. Para los bosques (tierras forestales), los cambios en la reserva de C se
estiman y suman:
ΔCLU = ΔCAB + ΔCBB + ΔCDW + ΔCLI + ΔCSO
ΔCLU = Cambio en bosques
ΔCAB = Biomasa aérea
ΔCDW = Madera muerta
ΔCLI = Hojarasca
ΔCSO = Suelos
ΔCBB = Biomasa subterránea
La variabilidad regional en las reservas de C en bosques se conoce que depende de:
1. Temperatura
2. Altitud sobre el nivel del mar
3. Precipitación
4. Composición de especies arbóreas
5. Disturbios
6. Fertilidad del suelo
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
14
4. ACTIVIDADES FORESTALES QUE INCREMENTAN LOS ALMACENES DE CARBONO
Los ecosistemas forestales simbolizan importantes depósitos de C, la mayor parte
del CO2 que se emite por la acción del hombre es absorbido principalmente por la
vegetación, los océanos y los suelos los cuales son los denominados “sumideros” de
C (Brown et al., 2008).
Las principales actividades forestales en la mejora y aumento de los almacenes de C
son:
Conservación del bosque. Se refiere a la suspensión de intervenciones de manejo y al
mismo tiempo se conservan, por lo tanto no se realizan aprovechamientos
forestales (FEMyP3, 2011). En las últimas décadas ha surgido un interés
considerable por incrementar el contenido de C evitando la deforestación en la
vegetación terrestre, ya que además proporciona otros servicios ambientales como
la conservación de la biodiversidad (FAO4, 2011). Otros autores, como Bray et al,
(2010) mencionan que los bosques más viejos liberan el C a la misma velocidad que
los absorben (Figura 2), neutralizando sus efectos en el cambio climático.
3Federación Española de Municipios y Provincias 4 Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
15
Figura 2. Comportamiento de la captura de C aéreo en un bosque conservado sin manejo
forestal (Tomado de Bray et al., 2010).
Manejo forestal sustentable. Una actividad alternativa viable y efectiva, para detener
el deterioro de los bosques es el manejo forestal sustentable (MFS), como la mejor
estrategia para capturar C, por encima del establecimiento de áreas naturales
protegidas o la reforestación (Figura 3 y 4).
Figura 3. Comportamiento de la acumulación de C de un bosque bajo manejo para la
producción de bienes maderables de larga duración (Tomado de Bray et al., 2010).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
16
Manejo de bosques naturales
Selvas Mínimo Máximo
Bosques
Áreas naturales protegidas
Selva alta
Selva baja
Bosque de pino
Bosque de pino–encino
Reforestación
Selva alta
Selva baja
Bosques de pino
Bosques de pino-encino
Plantaciones industriales
Plantaciones de pino
Plantaciones de eucalipto
Sistemas bajo sombra
Agroforestería
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Captura neta de C (t/ha)
Figura 4. Potencial neto de captura de C aéreo por tipo de vegetación en México (Tomado de De Jong et al., 2004).
El uso de los productos forestales en sustitución de materiales de construcción o
como alternativa de fuente de energía, contribuyen a la mitigación del cambio
climático debido a la reducción de las emisiones ocasionadas por el empleo de
materias primas renovables (FEMyP, 2011).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
17
En específico, el manejo forestal sustentable promueve el desarrollo de
comunidades forestales al mismo tiempo conserva la biodiversidad y captura de C,
puede incluso eliminar la deforestación y restaurar la cobertura forestal si existen
condiciones adecuadas en la tenencia de la tierra, el reconocimiento de los derechos
de uso y una política pública que contribuya al buen manejo (Bray et al., 2010).
Simultáneamente con esta actividad se conserva y enriquece la cobertura forestal
manteniendo los almacenes de C. Si el manejo sustentable se expande a bosques
degradados, es posible generar nueva capacidad de captura y almacenamiento de C.
Además, la captura de C se logra durante largos periodos de tiempo por el uso de la
madera como materia prima para la fabricación de bienes, o la recuperación de la
cobertura forestal, por lo tanto se generan incentivos económicos para que las
comunidades locales, conserven la cobertura forestal y se combate de manera
permanente las plagas e incendios forestales.
En el MFS se utilizan los árboles maduros debido a que han pasado su fase
reproductiva, dejando en el bosque a los individuos jóvenes que aún se pueden
reproducir. Con este método se puede nuevamente aprovechar la madera después
de que el ecosistema se haya recuperado, para ello es necesario esperar un período
aproximado de 15 a 20 años.
Restauración de la vegetación nativa. Es la actividad o técnica fundamental para
lograr que las especies nativas tengan la potencialidad de crecer en suelos alterados
y que permita la recuperación de la fertilidad del suelo, esta acción también
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
18
contribuye para los almacenes de C. (Vargas y Mora, 2007). El aumento de la
superficie arbolada y las nuevas masas forestales establecidas contribuirán a la
fijación de C a través del crecimiento de la vegetación y el aporte de materia
orgánica al suelo.
Es importante señalar que el mecanismo más adecuado depende de las
características particulares del sistema a restaurar, así como de la intensidad del
deterioro, por lo tanto, los principales objetivos de esta actividad son la mejora del
aspecto ecológico, social y económico
Plantaciones forestales. Es el establecimiento de árboles que conforman una masa
boscosa y que tiene un diseño, tamaño y especies definidas para cumplir objetivos
específicos como plantación productiva, fuente energética, protección de zonas
agrícolas, corrección de problemas de erosión, creación de hábitat para la fauna,
captura de C, ingresos económicos, generación de empleos y la sustitución de
importaciones a largo plazo, entre otras (Figura 5).
Las plantaciones forestales suelen generar una condición de monocultivo, que
minimiza la complejidad ecosistémica requerida para contar con mayor número de
interconexiones entre los elementos vivos que pudieran aumentar la captura de CO2
(Bray et al., 2010).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
19
Figura 5. Plantaciones de árboles de pino para destinarse como árboles de navidad, una
opción para la captura de CO2.
Plantaciones agroforestales. Constituyen asociaciones diversas de árboles, arbustos,
cultivos agrícolas y pastos. Se basa en principios y formas de cultivar la tierra
orientado en mecanismos variables y flexibles en concordancia con objetivos y
planificaciones propuestos, permitiendo al agricultor diversificar la producción en
sus terrenos, obteniendo en forma asociativa madera, leña, frutos, plantas, forrajes y
otros productos agrícolas (Ramírez, 2005; SAGARPA5, 2010).
Este sistema puede mantener y hasta aumentar las reservas de C en la vegetación y
los suelos. En efecto, la agroforestería fomenta prácticas sustentables de bajos
insumos que minimizan la alteración de los suelos y plantas, enfatizando la
5 Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
20
vegetación perenne y el reciclaje de nutrientes, contribuyendo a almacenar C a largo
plazo (Nair et al., 2009).
Protección de los bosques a agentes externos. Los bosques constituyen un almacén de
C inestable, dependiente de factores externos, para mantener y conservar estos
sumideros naturales de C resulta necesario anticiparse y prevenir los daños que
ocasionan los incendios forestales, las plagas y las enfermedades que constituyen
los factores de riesgo más importantes para la estabilidad de los sumideros de C.
Estas perturbaciones pueden alterar el balance de C de los sistemas forestales y
provocar la liberación neta de CO2.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
21
5. METODOLOGÍAS PARA CUANTIFICAR CARBONO EN BOSQUES
La medición de las existencias de C a nivel de ecosistema es un elemento esencial
para el cálculo de balances de emisiones de GEI. La metodología que se recomienda
para la estimación de biomasa y C es la que sugiere el Panel Intergubernamental de
Cambio Climático (IPCC, 2006), para hacer comparaciones en tiempo y en
ecosistemas diversos, misma que se vincula con la información resultante del
inventario forestal para obtener en cada nivel del ecosistema la cantidad total de
biomasa y C.
La metodología del IPCC está diseñada para calcular las emisiones y absorciones de
CO2, a partir del uso de la tierra y los cambios que suceden a una escala nacional.
El IPCC adopta tres niveles jerárquicos dependiendo de la disponibilidad y la calidad
de los datos, mismos que abarcan desde factores de emisión ponderados y
ecuaciones simples hasta el uso de información detallada y modelos específicos para
cada condición.
El nivel 1 es el más simple de usar, pero también es el menos preciso. Consiste en
calcular los parámetros a partir de ecuaciones y valores propuestos que suministran
las Directrices del IPCC (2006). Para ello se requiere disponer de datos de la
actividad específica, aunque en este nivel, a menudo la información no está
disponible por lo cual puede ser reemplazada por estimaciones basadas en datos a
nivel país (anexo 2).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
22
Dependiendo de las circunstancias del país y del nivel seleccionado, los cambios
pueden no ser estimados para todos los depósitos. En el nivel 1 los métodos
incluyen los siguientes supuestos:
1) Los cambios en las reservas de biomasa y C subterráneos son cero. La madera
muerta y la hojarasca con frecuencia son agrupadas como materia orgánica muerta.
2) En el nivel 2 se aplican parámetros locales de emisión y de cambio en las
existencias, que los hace ser más apropiados para las condiciones de clima y
sistemas de uso de la tierra, aunque se emplea el mismo proceso metodológico que
en el nivel 1.
3) Es típico que en el nivel 2 se utilicen datos de resolución temporal y espacial y de
actividad más desagregada, de manera que correspondan con los coeficientes
definidos para el país por regiones específicas y por categorías de uso especializado
de la tierra.
4) En el nivel 3, se utilizan modelos y metodologías específicas de medición, hechos
a la medida para satisfacer circunstancias locales, que se pueden repetir en el
tiempo, basados en datos de la actividad de alta resolución y desagregados a nivel
zonal o regional. Estos métodos de orden superior ofrecen estimaciones de mayor
certeza que los niveles más bajos.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
23
Estos sistemas pueden incluir muestreos de campo exhaustivos realizados a
intervalos regulares o sistemas de datos sobre edad, clase, producción basados en
Sistemas de Información Geográfica, datos sobre suelos y datos de la actividad del
uso de la tierra, que integran varios tipos de monitoreo.
En la mayoría de los casos, estos sistemas son dependientes del clima y por lo tanto,
permiten obtener estimaciones de fuentes con variabilidad interanual. Los modelos
deben someterse a verificaciones de calidad, auditorías y validaciones, además de
documentarse minuciosamente. Se consideran modelos complejos, ecuaciones
alométricas y mediciones de inventarios específicos a las circunstancias locales,
repetidas en el tiempo.
Existen fundamentalmente dos métodos diferentes para cada nivel pero igualmente
válidos para estimar los cambios en las existencias: un método basado en procesos,
el cual estima el balance neto de adiciones y remociones a partir de un stock de C
(método de ganancias y pérdidas); y el método basado en existencias, el cual estima
la diferencia en C en dos puntos en el tiempo (método de diferencias de reservas)
A continuación se presentan los métodos para cuantificar C en bosques.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
24
5.1. Método de ganancias y pérdidas.
El método de ganancias y pérdidas se basa en estimaciones del cambio anual en C a
partir de sumar las diferencias entre las ganancia y las pérdidas en un depósito de C,
el cual se puede aplicar en los niveles 1 y 2.
Las ganancias incluyen el total del incremento de la biomasa (aérea y subterránea),
debido al crecimiento y a la transferencia de C de algún depósito a otro
(transferencia de C de la biomasa viva al depósito de materia orgánica muerta por
disturbios naturales).
Las pérdidas incluyen la recolección de madera para diferentes usos; recolección de
madera para aprovechamientos en rollizos, recolección de madera para
combustible, y pérdidas por perturbaciones provocadas por incendios, insectos,
enfermedades, entre otros: las cuales ocurren debido a la transferencia de C de un
depósito a otro o algún otro proceso como la descomposición, quema o cosecha.
Para cada depósito, el cambio de las existencias de C se calcula a través de la
siguiente ecuación:
ΔCB = ΔCG – ΔCP…………………………………………………...…….………………………………….…. (1)
Donde:
ΔCB = Cambio anual en las existencias en C de la biomasa (t/C/año).
ΔCG = Ganancia anual de C (t/C/año).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
25
ΔCL = Pérdida anual de C (t/C/año).
En este método se emplea el equilibrio de las entradas y pérdidas de los depósitos
de madera muerta y de hojarasca para estimar los cambios de las existencias
durante un período dado. Esto implica estimar la superficie de las masas forestales
que permanecen como tales bajo gestión y la transferencia anual promedio de
existencias de C y de los depósitos de madera muerta y hojarasca (IPCC, 2006).
Ganancia anual de C. Para la ganancia anual de las existencias de C en biomasa (ΔCG)
en tierras forestales, se usa la siguiente ecuación:
ΔCG = Σ(A • IMA • CF)…………………………………………………………………...…………………... (2)
Donde:
ΔCG = Ganancia anual de C (t/C/año).
A = Superficie de tierras forestales en hectáreas (ha)
IMA = Incremento medio anual de la biomasa, t/año/ha
CF = Fracción de C de materia seca (0.5) (Bird et al., 2010; IPCC, 2006).
Para el incremento medio anual de la biomasa en toneladas por hectárea por año, se
emplea la siguiente ecuación:
IMA = Σ{PI • 1+R)}…………..……………………………………………….………..………………………..(3)
Donde:
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
26
IMA = Incremento promedio anual de la biomasa aérea y subterránea, t/ha/año.
PI = Promedio del incremento anual de la biomasa aérea para un tipo específico de
vegetación boscosa, t/ha/año
R = Relación entre la biomasa subterránea y la aérea para un tipo específico de
vegetación en toneladas de biomasa subterránea. El factor R debe configurarse en
cero si se supone que no hubo cambios en las tazas de atribución de biomasa
subterránea.
Pérdida anual de C. Las estimaciones de pérdidas son necesarias para calcular el
cambio en las existencias de C. La pérdida anual de biomasa es la suma de las
pérdidas por remoción de bosques (cosecha), la recolección de madera para
combustible y otras pérdidas producidas por perturbaciones, como incendios y
plagas. La relación se calcula mediante la siguiente ecuación:
ΔCP = Premoción-bosques + Pleña-combustible + Pperturbación……………..……………………………….… (4)
Donde:
ΔCP= Reducción anual de las existencias de C debida a la pérdida de biomasa en
tierras que permanecen en la misma categoría de uso de la tierra, t/C/ha/año
Premoción-bosques = Pérdida anual de C debida a remoción de bosques, t/C/ha/año
Pleña-combustible = Pérdida anual de C en la biomasa debida a remoción de madera
combustible, t/C/ha/año
Pperturbación = Pérdidas anuales de C en la biomasa debidas a perturbaciones,
t/C/ha/año
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
27
Pérdida de biomasa y C por remoción de bosques (Premoción-bosques), es el método para
estimar la pérdida anual de C de la biomasa, debido a remoción de bosques, para
calcular las perdidas a continuación se presenta la siguiente ecuación:
Premoción-bosques = {H•BCEFS • (1+R) • CF}………………….……………………………………..... (5)
Donde:
Premoción-bosques = Pérdida anual de C debida a remoción de bosques, t/C/ha/año
H = Remociones anuales de bosques, madera en rollo, m3/ha/año
BCEFS = Factor de conversión y expansión de biomasa para la conversión de
remociones de volumen en rollo a remociones totales de biomasa, toneladas de
remoción de biomasa aérea (0.5) (IPCC, 2006).
R = Relación entre la biomasa subterránea y la aérea en toneladas (t) de biomasa
subterránea. R se debe configurar en cero si se supone que no hubo cambios en las
tazas de atribución de biomasa subterránea.
CF = Coeficiente de fracción de C de materia seca, t/C (0.5) (Bird et al., 2010; IPCC,
2006).
Pérdida de biomasa y C por remoción de leña combustible (Pleña-combustible). La
remoción de madera combustible incluye dos componentes. En primer lugar, la
remoción de madera combustible de árboles vivos y de partes de árboles, tales
como copas y ramas, por las que el árbol en sí permanece en el bosque, reduce el C
en la biomasa de las existencias en crecimiento y se debe considerar como pérdida
de C de la biomasa. El segundo componente es la recolección de madera muerta y
corte de renuevos. Esto reduce el depósito de C de la materia orgánica muerta. La
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
28
pérdida de C de la biomasa debido a remoción de leña combustible de árboles vivos
se estima utilizando la ecuación siguiente:
Pleña-combustible = [ {VAárboles •BCEFR • (1+R) } + VAparte•D] •CF…………………………..…..(6)
Donde:
Pleña-combustible = Pérdida anual de C debida a la remoción de madera combustible,
t/C/año
VAárboles = Volumen anual de remoción de madera combustible de árboles enteros,
m3/año
VAparte = Volumen anual de remoción de madera combustible como parte de árboles,
m3/año
R = Relación entre la biomasa subterránea y la aérea, en toneladas de biomasa
subterránea; R se debe configurar en cero si se supone que no hubo cambios en las
tazas de atribución de biomasa subterránea.
CF = coeficiente de fracción de C de materia seca, t/C (0.5) (IPCC, 2006).
D = Densidad básica de la madera, t/m3
BCEFR = Factor de conversión y expansión de biomasa para la conversión de
remociones en volumen a remociones totales de biomasa (incluida la corteza),
toneladas de remoción de biomasa (m3 de remociones por el factor 0.5) (IPCC,
2006)
Pérdida de biomasa y de C por perturbaciones (Perturbación). En la siguiente ecuación se
ofrece un método genérico para estimar la cantidad de C perdido a causa de
perturbaciones. En el caso específico de pérdidas por incendios de tierras
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
29
gestionadas, incluidos los incendios naturales y los controlados, debe emplearse
este método para ingresar información a la metodología para estimar las emisiones
de CO2 y no las de CO2 provocadas por incendios. La pérdida de biomasa y C por
perturbaciones se indica con la ecuación siguiente:
Ppertubación = {Aperturbación • BW • (1+R) • CF}…..…...……………………………………………..… (7)
Donde:
Pperturbación = Otras pérdidas anuales de C, t/C/año/ha
Aperturbación = Superficie afectada por perturbaciones, ha/año
BW = Biomasa aérea promedio de superficies de tierra afectadas por perturbaciones,
t/ha
R = Relación entre la biomasa subterránea y la aérea, en toneladas de biomasa
subterránea. R debe configurarse en cero si se supone que no hubo cambios en la
biomasa subterránea.
CF = Coeficiente de fracción de C de materia seca, t/C (0.5) (IPCC, 2006).
5.2. Método de diferencia de reservas
El método de diferencia de reservas implica la determinación de las existencias de C
en la madera muerta y la hojarasca en dos momentos diferentes y el cálculo de la
diferencia entre dos estimaciones de existencias de C. El cambio ocurrido en las
existencias anuales de C de un año de inventario se obtiene dividiendo el cambio en
las existencias de C por el período (años) transcurrido entre dos mediciones.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
30
El cálculo de los cambios en las existencias de C como la diferencia entre las
existencias de C en dos tiempos diferentes requiere que las superficies del tiempo t1
y del tiempo t2 sean idénticas, a fin de asegurarse de que las existencias de C
declaradas no sean el resultado de cambios en superficie.
Para este método se aplica la siguiente ecuación:
………………………………….……………………………………………………..………. (8)
Donde:
ΔC = Cambio anual en las existencias en C en el depósito t/C/año
Ct1 = Reservas de C en el tiempo 1
Ct2 = Reservas de C en el tiempo 2
t1 = Tiempo en el año 1
t2 = Tiempo en el año 2
Para obtener las reservas de C en el t1 y t2 se aplica la siguiente fórmula:
C = Σ {A • V • BCEFS • (1+R) • CF}……………………….……….……………………..….(9)
Donde:
C = Total de C en biomasa para el período t1 a t2
A = Superficie de tierra que permanece en la misma categoría de uso de la tierra
(ha).
V = Volumen de las existencias en crecimiento (m3/ha).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
31
R = Relación entre biomasa aérea y biomasa subterránea, toneladas de biomasa
subterránea. R debe configurarse en cero si se supone que no hubo cambios en la
biomasa subterránea.
CF = Fracción de C de materia seca, t/C. (0.5) (IPCC, 2006)
BCEFS = Factor de conversión y expansión de biomasa (0.5) (IPCC, 2006).
Los dos métodos esencialmente dan el mismo resultado en términos de emisiones,
pero difieren en términos de esfuerzo.
Por ejemplo, el método de ganancias y pérdidas no estima la existencia actual de
biomasa, lo cual tiene ventajas en ciertas situaciones. Por ejemplo, es casi imposible
aplicar el método de diferencias de reservas para C en el suelo, pero relativamente
sencillo de implementar el método de ganancias y pérdidas.
5.3 Método para calcular carbono a nivel predio.
Consiste fundamentalmente en tres etapas:
1. Elaboración del inventario forestal del predio
2. Determinación de volúmenes de árboles, biomasa y carbono a nivel de especie
3. Estimación de biomasa y carbono a nivel predial
En el capítulo 6 y 7 se explican cada una de estas etapas con mayor detalle.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
32
6. ELABORACIÓN DEL INVENTARIO FORESTAL DEL PREDIO
La primera etapa para calcular el C a nivel de predio es la elaboración del
inventario de los recursos forestales existentes dentro del territorio de interés.
Comprende la aplicación de técnicas de planeación, muestreo, registro, análisis e
interpretación de datos de campo. En seguida se describen las actividades
principales para el desarrollo del inventario forestal.
6.1. Rodalización del ecosistema
La rodalización consiste en la división del territorio objetivo en unidades
espaciales relativamente homogéneas en relación a características fisiográficas
como geoforma, altitud sobre el nivel del mar, exposición, pendiente, pero dando
preferencia a la asociación vegetal, como la edad, estructura general y condición
sanitaria de la población dominante. Otros criterios útiles para su división incluyen
el objetivo y el tipo de intervención silvícola propuesta. Las superficies continuas
resultantes con tipos de vegetación y características fisiográficas homogéneas
constituyen unidades de terreno forestal distintivas y se denominan rodales. Su
delimitación facilita la elaboración y mejora la calidad del inventario, y en
consecuencia incrementa la precisión y hace más comprensible la cuantificación
resultante de volúmenes, biomasa y C del arbolado.
Para hacer la delimitación de los rodales se recomienda utilizar fotografías aéreas,
imágenes satelitales, ortofotos o cartas topográficas, en la cual se ubica el polígono
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
33
del predio o el área del estudio, se hace la fotointerpretación del terreno forestal en
características determinadas utilizando un estereoscopio de espejos, donde se
debe representar, la rodalización y el diseño de muestreo (Figura 6 y 7).
Figura 6. Ejemplo de la delimitación de rodales a través de ortofotos.
Figura 7. Delimitación de rodales a través de ortofotos.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
34
6.2 Tamaño de muestra
El tamaño de la muestra depende de la dimensión del área, de la variabilidad de lo
que se va a muestrear, el costo que implica, el tiempo para realizarse y de la
precisión que se requiere.
En la Norma Oficial Mexicana (NOM-152-SEMARNAT-2006)6 se establecen los
lineamientos, criterios y especificaciones de los contenidos de los programas de
manejo forestal para el aprovechamiento de los recursos forestales maderables en
bosques, selvas y vegetación en zonas áridas, el cual señala que para la elaboración
de programas de manejo forestal se debe utilizar una intensidad de muestreo de 5%
en promedio.
Es importante señalar que la intensidad de muestreo se define como el tamaño de la
superficie que se muestrea expresada en porcentaje conocido en relación a la
superficie total de interés, mientras que el tamaño de una muestra es el número de
unidades de muestreo o parcelas de dimensión preestablecidas en que se divide el
total de la superficie muestreada en el área.
Según Segura and Kanninen (2002), para obtener el tamaño de muestra se puede
utilizar la siguiente ecuación:
6 Norma Oficial Mexicana
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
35
……….…………………………………………….……………….………………. (10)
Donde:
n = Tamaño de muestra
t2 = Valor de t student para un 95% de confiabilidad
Pse% = Desviación estándar de la población estratificada en porcentaje
E% = Error permisible
N = Número de parcelas
Ejemplo de cálculo del tamaño de muestra en un inventario forestal estratificado
(adaptado de Segura y Kanninen, 2002).
Un bosque natural de 100 hectáreas se ha divido en tres rodales considerando su
variabilidad de especies en: pino-pino (A=27 ha), pino-encino (B=33 ha) y pino-
abies (C=40 ha). Para conocer su variabilidad y calcular el tamaño de la muestra (n),
se realizó un premuestreo en cada rodal. Se obtuvieron los siguientes datos de
volumen total (en m3), por sitio, extrapolados a hectárea.
Sitio Rodal A B C
1 17 6 23 2 10 11 13 3 25 23 5 4 7 5 20 5 38 10 20
Suma 97 55 81 Promedio 19.4 11 16.2
Desviación estándar 12.501 7.176 7.259
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
36
La proporción que guardan los rodales con respecto al área total sería:
Rodal A: S1=
Rodal B: S2 =
Rodal C: S3 =
Ahora, se calcula la desviación estándar (Pse) común, Pse =
Rodal *Si Pi Si x Pi
A 12.50 0.27 3.37
B 7.17 0.33 2.36
C 7.25 0.40 2.9
Pse = 8.63
*Si = Proporción que guardan los rodales
Como el error permisible está expresado en porcentaje, también el Pse debe
convertirse en porcentaje. Para ello, primero se obtiene el volumen medio (V),
utilizando la ecuación de la media ponderada:
Rodal Si Pi Si * Pi
A 19.4 0.27 5.23
B 11 0.33 3.63
C 16.2 0.40 6.48
Vmedio = 15.34 m3/ha
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
37
De la anterior ecuación, se obtiene la desviación estándar de la población
estratificada (Pse%):
Pse% =
El valor de N = 1,000 sitios, se obtiene de la siguiente forma:
Error permisible = 20%
Nivel de confianza = 95%
Ahora se aplica la fórmula para 4 grados de libertad (gl) (n-1) y 0.05 de
confiabilidad. Así tenemos:
Posteriormente, se continua probando con diferentes gl en el rango entre 4
(premuestreo) y 63 (valor estimado); se recomienda trabajar con un valor
promedio. Para este caso, tomamos el valor correspondiente a 33 gl ((63+4)/2).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
38
Para la distribución de los sitios se utilizará la distribución proporcional, ya que se
toma en cuenta el área de cada rodal. La distribución se realizará de la siguiente
forma:
Rodal A: n1 = n(S1)= 35(0.27) = 9
Rodal B: n2 = n(S2)= 35(0.33) = 12
Rodal C: n3 = n(S3)= 35(0.40) = 14
6.3. Diseño de Muestreo
Para el diseño de muestreo, se sugiere seguir la metodología propuesta por
Comisión Nacional Forestal para el Inventario Nacional Forestal y de Suelos
(2010b), en seguida se presenta un resumen.
El inventario consiste en un muestreo estratificado por conglomerados con la
finalidad de disponer elementos estadísticos que permitan estimar la confiabilidad
del inventario e intensificar el muestreo en las zonas con mayor dinámica de cambio
y con las estructuras vegetativas más complejas.
Se siguiere utilizar el conglomerado como unidad de muestreo primario. El
conglomerado corresponde a una “Y invertida” integrada por cuatro unidades de
muestreo secundario o sitios de muestreo de forma rectangular para inventarios
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
39
forestales en climas tropicales o circular para inventario forestal de clima templado
(Figura 8 y 9).
El área de cada sitio es de 400 m2 por lo que cada conglomerado equivaldrá a 1600
m2. En estos sitios de 400 m2 se deben medir y registrar todos los árboles con
diámetro normal mayor de 7.5 cm. Se realiza la identificación de los árboles
(nombre común y científico).
Dentro de cada sitio de 400 m2, se tiene que delimitar sitios más pequeños
(subsitios), de 12.56 m2 y de 1 m2 para el registro de diferentes variables. En los
subsitios de 12.56 m2 se debe registrar arbustos y el renuevo con elementos con DN
< 7.5 cm y altura ≥ 25 cm y en los subsitios de 1 m2 se registrará la presencia y
cobertura de hierbas, helechos, musgos y líquenes.
Figura 8. Conglomerado constituido por cuatro sitios rectangulares de 400 m2, sub-sitios de
12.56 m2 y de 1 m2 sugerido para inventarios forestales en climas tropicales (CONAFOR, 2010b).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
40
Figura 9. Conglomerado constituido por cuatro sitios circulares de 400 m2, sub-sitios de 12.56 m2 y de 1 m2 sugerido para inventarios forestales de clima templado (CONAFOR, 2010b).
6.4. Registro de la información de campo
Ubicación y marcado físico del conglomerado: antes de iniciar cualquier actividad
del registro de datos de campo se debe determinar la ubicación geográfica de cada
conglomerado, para que se pueda regresar a este en visitas subsecuentes. Las
unidades de muestreo correspondientes, se ubicarán en las cartas topográficas del
INEGI a escalas 1: 50 000, mediante el par de coordenadas geográficas tomadas con
un posicionador geográfico (GPS).
La determinación de esta ubicación geográfica será por medio de un punto de
control marcado en el terreno (en algún objeto fácilmente identificable a simple
vista) con la leyenda “PC” (Punto de Control) y número de conglomerado que le
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
41
corresponda antes de llegar a la ubicación precisa del conglomerado y registrarlo en
el informe correspondiente.
El punto de control deberá ubicarse en lugares fácilmente identificables tanto en el
campo como en fotografías aéreas o mapas, tales como cruce de caminos,
confluencia de arroyos o ríos, un claro en el bosque. Posteriormente se elabora el
croquis del lugar plasmando los rasgos del terreno y características del lugar.
Información a recabar. En cada uno de los sitios de 400 m2 se miden y registran
todos los árboles cuyo diámetro a la altura de 1.3 m sobre la superficie del suelo sea
igual o mayor a 7.5 cm. Las variables a considerar serán: número de árbol, género,
especie, nombre común, distancia y azimut del centro del sitio a cada uno de los
árboles, condición (árbol vivo, muerto en pie o tocón), diámetro normal, grosor de
corteza, diámetro de copa, altura total, altura del fuste limpio, altura comercial
(hasta los 10 cm de diámetro del tallo principal y/o ramas secundarias). También se
registrará el vigor y el daño.
En los subsitios de 12.56 m2 se registra el renuevo (regeneración natural) solo para
aquellos elementos con diámetro normal menor a 7.5 cm y altura mayor o igual a 25
cm. Se anota el número de individuos por género, la frecuencia, vigor, tipo de daño y
afectación (%), usos, cobertura (%) por los diferentes estratos.
En los subsitios de 1 m2 se registrará la cobertura de hierbas, helechos, musgos y
líquenes.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
42
6.5. Análisis de la información
Los datos dasométricos de los sitios de muestreo, deberán ser capturados en
formato digital en hojas de cálculo para extrapolarlos a una unidad de superficie (se
recomienda por hectárea) y por tipo de vegetación o ecosistema. Posteriormente,
realizar un análisis estadístico, en cual se deberá obtener la frecuencia, media,
varianza, desviación estándar, de las variables, número de árboles, área basal,
diámetro de copa, cobertura de copa, entre otras.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
43
7. ESTIMACIÓN DE VOLUMEN, BIOMASA Y CARBONO DE MADERA DE ÁRBOLES A NIVEL DE ESPECIE
Dentro del método de cuantificación de biomasa y C aéreo a nivel predio (nivel 3), se
puede obtener mediante dos métodos: el indirecto y el directo. El método indirecto
consiste en utilizar ecuaciones o factores de expansión generadas en otros sitios,
que se adapten o adecuen a las especies arbóreas presentes y a las condiciones
locales. Cuando se carece de este tipo de información, entonces se procede a
desarrollar el método directo. El método directo o destructivo, consiste en cortar
uno o más árboles, determinar la relación peso fresco/peso seco, de cada uno de los
componentes (fuste, ramas y hojas) y generar ecuaciones alométricas y factores de
expansión de la biomasa, para las especies y condiciones locales (Figura 10).
Figura 10. Separación y pesaje de componentes de un árbol, para la generación de
ecuaciones alométricas.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
44
7.1. Estimación de volumen de árboles
Los árboles que serán muestreados para determinar el volumen para cada uno de
sus componentes, deberán cubrir la mayor parte de las categorías diamétricas
cuando sea posible para cada especie de árbol.
Las mediciones que se realiza de los árboles son:
Altura total del Árbol (Htotal)
Altura de Fuste Limpio (Hfuste)
Diámetro de la copa (Dcopa)
Diámetro y longitud de las ramas gruesas (Vramas-gruesas)
Diámetro a la altura del pecho DAP (a 1.3 m cuando los árboles no presenten
contrafuertes, o la medición del diámetro normal cuando se terminan los
contrafuertes)
Altura del contrafuerte (Hcontrafuerte)
Área basal
Se recomienda dividir el árbol en cinco componentes para una mejor estimación del
volumen (Segura and Kanninen, 2005):
a) Fuste limpio/comercial. El volumen comercial total (VFcomercial) será la suma total
de cada uno de los volúmenes de las trozas, utilizando la fórmula de Smalian (la
longitud de las trozas variarán de 1 a 2 m.)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
45
b) Tocón. (Vtocón) será medido por la fórmula de neiloide truncado, o en caso de
presentar contrafuertes, será la suma del volumen de los contrafuertes mas el tocón
utilizando la fórmula de un cilindro.
c) Fuste no comercial. Es la sección del fuste del árbol que debido a sus
características o defectos no puede ser considerado dentro del volumen comercial
del fuste. El volumen del Fuste no Comercial (VFno-comercial) será calculado por la
fórmula de Smalian.
V = π / 4 x (D1 + D2) / 2 x L…………………………………………………………………………… (11)
Donde:
V = Volumen en metro cúbico
π = Constante (3.1416)
D1 = Diámetro 1 en metros
D2 = Diámetro 2 en metros
L = Longitud de la troza
d) Ramas gruesas. Se consideran a las ramas ≥ 10 cm de diámetro, cuyo volumen
(Vramas-gruesas) será estimado mediante la fórmula de Smalian, la longitud de las
ramas será de 2 m.
e) Ramas pequeñas. El volumen de estas ramas menores a 10 cm de diámetro,
estarán determinadas usando la biomasa y gravedad específica (Figura 11).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
46
Figura 11. Seccionamiento del árbol para la determinación del volumen total y
biomasa (adaptado de Henry et al., 2010).
Donde T1…Tn representa las diferentes secciones del tronco del árbol; R1….Rn
representa las secciones de las ramas, en el caso del volumen de los contrafuertes
será determinado a través de la fórmula de una pirámide, considerando un cuarto
de la circunferencia como hipotenusa (Henry et al., 2010).
El volumen de cada uno de los contrafuertes estará determinado por la siguiente
fórmula (Henry et al., 2010), donde Vc= Volumen del contrafuerte; Lc=longitud del
contrafuerte; Hc=altura del contrafuerte; Ac= Ancho del contrafuerte.
……………………………………………………………………... (12)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
47
El volumen del tocón debe ser determinado por la fórmula de un neiloide truncado
para el caso de los árboles que no presenten contrafuertes, donde L es la longitud
del tocón; A1 y A2 son las aéreas de uno y otro extremo; A´ corresponde al área a la
mitad del tocón:
……………………………………………………..………………………….. (13)
Para el volumen del tocón que presente contrafuertes se considerará la fórmula de
un cilindro utilizando la fórmula de Smalian, como también en las secciones del
tronco (trozas), ramas grandes:
……………………………………………………………..……….………………. (14)
Donde Vs es el volumen de la sección, Ls es la longitud de la sección y D1 y D2 son los
diámetros mayor y menor de la sección.
Volumen total del árbol: para el volumen total del Fuste o del Tronco será la suma
de los siguientes componentes Volumen del fuste comercial, Vf no comercial y el
volumen del tocón:
VFtotal= VFcomercial + VFno-comercial + Vtocón……………………………………………………….… (15)
El volumen Total del árbol será determinado por la suma de Volumen total del
Tronco, ramas gruesas y las ramas de menor tamaño, con la siguiente ecuación:
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
48
Vtotal= VFtotal + Vramas-gruesas + Vramas-pequeñas……………………………………..…………..……. (16)
7.2. Estimación de biomasa aérea
7.2.1. Toma de muestras para estimar biomasa aérea
Se deben seleccionar árboles de cada especie representativos en cuanto a su DN,
posteriormente se procede a derribarlos para obtener submuestras representativas
de cada uno de sus componentes separándoles, es decir, del fuste, de las ramas y
follaje, mismas que deberán ser prensadas y pesadas en campo con una báscula de
precisión para obtener su peso fresco (Figura 12 y 13).
Todas las muestras se deben identificar y deberán transportar a un laboratorio
donde se seca a una temperatura de 75 °C hasta alcanzar su peso seco constante. Se
debe determinar la relación entre el peso fresco y seco de cada componente del
árbol, a partir de la suma de todos ellos se obtendrá la biomasa total de cada árbol.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
49
Figura 12. Separación de los componentes de un árbol, para ser pesados en campo.
Figura 13. Pesaje en campo de componentes de un árbol para obtener el peso fresco.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
50
7.2.2. Estimación de la densidad de la madera
El término densidad se define como la relación entre la masa de un cuerpo y el
volumen que ocupa. La densidad de la madera es una variable que nos permite
conocer la calidad de la madera, el contenido de biomasa y C por unidad de volumen
y el mejoramiento genético, entre otros.
La densidad específica de la madera es una variable que puede medirse de diversas
formas, es una relación que existe entre la masa seca de una muestra de madera,
que previamente fue sometida a un proceso de secado en una estufa a peso
constante y el volumen verde de la muestra (Chave, 2006). Para determinar la
densidad de la madera se recomienda tomar las mismas muestras donde se obtuvo
la biomasa y se propone las siguientes técnicas (a, b y c):
a) Para obtener la densidad de la madera será necesario extraer rodajas de madera
(Figura 14) como muestras de cada uno de los componentes del árbol: tocón,
tronco, ramas con una motosierra. Se deben tomar tres muestras de discos de las
ramas y una para el tronco y el tocón (Henry et al., 2010 ) para después ser
llevadas a laboratorio en el cual se dividirán en sub-muestras de 2.0 x 2.0 x 10 cm,
donde se extraerán estas submuestras en intervalos de 2 cm desde la médula
(centro) hasta la periferia del disco, las cuales para tener mayor precisión en estas
deben de ser medidas con un calibrador digital entre los puntos de ancho, longitud y
altura para las estimaciones del volumen fresco.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
51
Figura 14. Obtención de muestras de rodajas de madera de tallos y ramas, para obtener la densidad del árbol.
Las submuestras resultantes serán colocadas en un horno para obtener su peso
constante a una temperatura de 105 ⁰C y ser pesadas en una balanza digital. Los
datos obtenidos de volumen y masa seca de cada submuestra permitirán estimar la
densidad de la madera de la siguiente forma:
………………………………………..…………..…………………………………..... (17)
Donde:
Dmadera = Densidad básica-especifica de la madera (g/cm3).
MSm = Masa seca de la submuestras de la madera K (g),
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
52
Vm = Volumen fresco (verde) de las submuestras (cm3)
b) Se deben de recolectar muestras de madera de 5 x 5 x 15 cm de la parte superior
del tocón (40 cm de altura del árbol) y de la parte superior del tronco para todas las
especies (Segura and Kanninen, 2005) con las cuales se determinará su gravedad
especifica (g/cm3) a través del método de desplazamiento de agua, que consiste de
acuerdo a Chave (2006) en colocar cada una de las muestras en un contenedor que
se llena de agua para ser pesadas en una balanza de precisión de al menos 0.001
gramos.
No se debe llenar el contenedor totalmente con agua, para que contenga la muestra,
esta no debe tocar los extremos del contenedor ni el fondo y debe mantenerse
sumergida con la ayuda de una pinza o aguja. El peso del agua desplazada es igual al
volumen de la muestra (ya que el agua tiene una densidad de 1). La balanza
electrónica debe ser tarada después de cada medición.
El peso seco de cada muestra se determina colocándolas en un horno hasta que
alcance un peso constante (lo cual conlleva, generalmente 48 o 72 horas). El secado
depende de la calidad de la máquina de secado y es necesario comprobar la
hipótesis de peso constante, pesando las muestras a intervalos regulares. Las
muestras deben pesarse inmediatamente después de haberse retirado del horno,
porque el aire puede estar saturado de agua. Una vez obtenidos los resultados de
cada variable masa seca y volumen de cada muestra se determina la densidad de la
madera con la fórmula del inciso (a).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
53
c) Otra alternativa para determinar la densidad de la madera es a través de una
“viruta de crecimiento” (Figura 15), es decir una muestra cilíndrica de madera
obtenida con taladro de incremento (Chave, 2006) la cual permite extraer muestras
de madera a diferentes alturas del árbol, para este caso será necesario obtener
muestras del tronco y tocón para cada una de las especies. Para cada muestra
obtenida se podrá determinar su volumen fresco por medio del método
dimensional, asumiendo que tiene una forma cilíndrica regular, para ello es
necesario medir la longitud total del cilindro y su diámetro en puntos diferentes,
con un ”Vernier”, evitando hacer presión con los filos del “Vernier” sobre la madera,
con la siguiente fórmula:
……………………………………………..………………………………………………...… (18)
Donde:
l = Longitud total de la muestra y
π = Constante (3.1416)
D = La media del diámetro.
Una vez obtenido el volumen fresco para cada muestra es necesario calcular su peso
seco, el cual se determina colocándolas en un horno hasta que alcance un peso
constante. Las muestras deben pesarse inmediatamente después de haberse
retirado del horno, los resultados de cada variable masa seca y volumen de cada
muestra permitirán determinar la densidad de la madera con la fórmula del inciso
(a).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
54
Es muy importante un análisis estadístico de las muestras de madera por
cualquiera de los métodos anteriores, desde medidas descriptivas como la media y
desviación estándar para cada uno de los componentes del árbol. También es
necesario una prueba de normalidad y homogeneidad, así mismo un análisis de
Varianza (ANOVA).
Figura 15. Obtención de viruta de crecimiento mediante el taladro de Pressler, como una opción para estimar la densidad de madera.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
55
7.2.3. Estimación de contenido de carbono en laboratorio
Las determinaciones de C se hacen en laboratorio a partir de las muestras de
biomasa. Este procedimiento a continuación se describe de manera general.
Para la concentración de C en un árbol se debe dividir en componentes (fuste, ramas
y hojas) de los cuales se obtendrán muestras representativas:
Fuste. Es necesario seleccionar tres rodajas, una en la base, otra a la mitad y la
tercera en la base de la copa, los cuales proporcionan la variación de C contenido en
el fuste, otra alternativa que también representa el promedio de C contenido en el
fuste es la viruta obtenida a 1.30 m con el taladro pressler (ya que la muestra
atraviesa trasversalmente el fuste y contiene material del centro a la periferia
incluyendo corteza).
Ramas. Se debe seleccionar tres rodajas de las ramas las cuales deben ser
representativas de la copa del árbol.
Hojas. Se deben seleccionar al menos tres muestras de hojas aproximadamente de
50 g donde se puede incluir flores y frutos, si es que presenta en el árbol.
Submuestras de madera y follaje para ser molidas
Fuste y ramas. Se obtendrá una submuestra aproximadamente de 50 gramos para
cada una de las rodajas (Etchevers et al., 2005), es importante que esta submuestra
sea realmente representativa. Si la rodaja es muy grande se obtendrá esta
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
56
submuestra con un corte de forma de rebanada de pastel con un hacha o cualquier
otro instrumento, de tal forma que incluya proporcionalmente material de la
periferia (corteza) y el centro de la rodaja. Estas submuestras se deben cortar en
fracciones pequeñas, es decir reducirlas a astillas con un machete, hacha o cualquier
otro instrumento, procurando no perder ningún material para que estén listas para
su molienda.
Para el caso de las virutas obtenidas a 1.30 estas se molerán completamente ya que
incluyen de igual forma material del centro y de la periferia.
Hojas. Las hojas también se deben reducir a fracciones pequeñas, estas se pueden
realizar con tijeras o navajas, procurando no perder ningún material para su
molienda.
Se debe preparar una muestra compuesta aproximadamente de 50 gramos a partir
de las tres muestras de fuste, ramas y follaje. Estas muestras se deberán colocar en
una bolsa de plástico o papel debidamente etiquetados para llevarlas a una estufa de
secado de circulación forzada de aire por 48 horas a 70 a 75 °C para quitar la
humedad y facilitar la molienda en caso de que no sean muestras obtenidas de la
biomasa.
Molienda de submuestras de madera y follaje
Las muestras se deben moler en un molino apropiado, como puede ser uno
eléctrico, hasta obtener un material fino, hasta alcanzar partículas menores a 10
micras (Figura 16). El material molido se deberá mezclar hasta homogeneizar, el
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
57
cual se guardará en un sobre debidamente etiquetado hasta su determinación de la
concentración C en laboratorio y colocarlo en un lugar fresco libre de humedad.
Figura 16. Molino eléctrico para fraccionar muestras de los componentes de un árbol.
Resecado de submuestras
Antes de iniciar con el proceso de determinación de C, cada una de las muestras se
deben colocar nuevamente en una estufa de secado a una temperatura de 60-70 °C
por 2 horas para eliminar la humedad y después se colocan en un desecador para
evitar que absorba humedad del ambiente y poder iniciar con el análisis.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
58
Pesaje de las submuestras
Una vez secas las muestras contenidas en los sobres, se debe pesar en una balanza
analítica de 1-5 gramos del material (el cual debe estar muy bien homogeneizado
para que sea representativo) para colocarlo en crisoles y en el analizador de C.
Análisis de concentración de C
Este proceso se realiza por combustión seca en analizador de carbono total (TOC
5050 AC Total Organic Carbon Analyser marca Shimadzu). Antes de iniciar el
proceso, este analizador se debe calibrar con distintas dosis de sacarosa para poder
obtener curvas crecientes de concentración de carbono (se pesarán cantidades
crecientes de sacarosa para obtener cantidades crecientes de carbono). Cada
muestra contenida en el crisol se colocará en el horno del analizador de carbono de
4-5 minutos.
En este horno de la muestra desprende C02 por combustión seca a 900 °C y llega a
un detector que mide la cantidad de carbono, que es registrado por el software del
analizador de carbono total (Figura 17). Finalmente este analizador de carbono total
nos proporciona la concentración de C orgánico para cada muestra, a través del
software. Es indispensable colocar patrones de sacarosa cada 10 muestras para
verificar que el equipo esté funcionando de manera correcta.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
59
Figura 17. Horno analizador de carbono para muestras de los diferentes componentes de un árbol.
7.2.4. Generación de ecuaciones alométricas.
Las ecuaciones alométricas son funciones matemáticas que relacionan la biomasa
con variables del árbol medibles en pie, tales como el diámetro normal del árbol a la
altura del pecho (1.30 m de altura), altura total y diámetro de copa, principalmente.
Debido a la facilidad de medición y alta correlación, el diámetro normal del árbol se
prefiere utilizar como variable independiente confiable para elaborar las ecuaciones
alométricas. Para el desarrollo de estos modelos es necesario realizar un muestreo
destructivo de árboles.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
60
Una vez obtenido los resultados de volumen, biomasa y C para cada componente y
total de los árboles de cada especie, se ajustarán a modelos de regresión con las
variables dasométricas medidas en campo.
Altura total del Árbol (Htotal)
Altura de Fuste Limpio (Hfuste)
Diámetro de la copa (Dcopa)
Diámetro a la Altura del pecho Dn (a 1.3 m cuando los árboles no presenten
contrafuertes, o la medición del diámetro normal cuando se terminan los
contrafuertes)
Altura del contrafuerte(Hcontrafuerte)
Área basal (AB)
La biomasa total del árbol, ramas, tocón, follaje (y) se ajustan mediante regresión
con los valores de las variables de diámetro normal (Dn) y altura total (Htotal)
principalmente, entre otros de menor uso para el cálculo de biomasa son el
diámetro de copa (Dcopa), área basal (AB), densidad de la madera (Dm) (Segura y
Kanninen, 2005; Henry et al., 2010). Para ello se utilizan las variables y modelos
incluidos en el Cuadro 1 y 2. Para el contenido de C total del árbol, se sigue el mismo
procedimiento.
El mejor modelo que se seleccionara para la estimación de biomasa será de acuerdo
a los criterios de: coeficiente de determinación (R2), Cuadrado Medio del Error
(CME), significancia de los parámetros evaluados, suma de residuales, Índice de
Furnival (IF).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
61
Cuadro 1. Ejemplos de modelos matemáticos empleados para el cálculo de biomasa y carbono a través de diferentes variables como, diámetro normal (Dn), diámetro de copa (D), altura total (H), área basal (AB) y densidad de la madera (Dm).
Modelo Fuente
y= b0 * Dnb1 Segura y Kanninen, 2005 y= b0 * b1* Dn* b3 * Dcopa Henry et al., 2010 y= b0 * b1* Dn* Dcopa Henry et al., 2010 y = b0*Dnb1 * Htotalb2 Henry et al., 2010 y= b0 * Dnb1 * Dcopab2 + Dmb3 Henry et al., 2010 y = b0*Dnb1 * Htotalb2 * Dcopab2 Henry et al., 2010 y = b0*Dnb1 * Htotalb2 * Dcopab2* ABb3 * Dmb4 Henry et al., 2010
Donde b0, b1, b2….bn son los parámetros de regresión Cuadro 2. Ejemplos de ecuaciones alométricas empleadas para la estimación de biomasa arbórea en algunas especies de árboles en México. Especie Ecuación alométrica R2 Fuente
Alnus arguta B= 0.1649 DN2.2755 0.96 Acosta (2011) Coffea arabica Ln(y) = -0.66+1.37 ln(X) 0.55 Acosta (2002) Mangle Y = exp [-2.977+Ln(rD2h) 0.99 Chave et al. (2005) Pinus patula B = 0.0357 * DN2.6916 0.98 Díaz et al. (2007) Especies tropicales yi = 0.3700(DBH)1.9600 0.85 Návar (2009) Pinus leiophylla yi = 0.1751(DBH)2.2629 0.93 Návar (2009) Pinus teocote yi = 0.2057(DBH)2.2583 0.96 Návar (2009) Pinus ayacahuite yi = 0.2893(DBH)2.1569 0.97 Návar (2009) Pinus cooperi yi = 0.2018(DBH)2.2907 0.94 Návar (2009) Quercus spp. yi = 0.0890(DBH)2.5226 0.95 Návar (2009) Pinus durangensis yi = 0.1382(DBH)2.3573 0.91 Návar (2009) Pinus arizonica yi = 0.0819(DBH)2.4293 0.97 Návar (2009) B, Y, yi: biomasa en kg (árbol) D y X: diámetro normal, en cm, a 1.3 m. H: altura total, en m. p= densidad de la madera. DBH: diámetro normal.
Factores de Expansión de la Biomasa (FEB). Otra forma de determinar el contenido
de C, es mediante factores de expansión de biomasa y carbono, donde Gracia et al
(2004) define a estos factores como parámetros que transforman el volumen fustal
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
62
por árbol en densidad de biomasa y C por árbol por cada tipo de vegetación. Estos
factores normalmente se aplican con el interés de reducir costos y tiempo, así como
hacer aproximaciones (Husch et al., 2003).
Consiste en utilizar los volúmenes de madera calculados en los inventarios
forestales y con los denominados FEB, este FEB se obtiene a través densidad de la
madera (Capítulo 7.2.2) para cada especie, se estima la biomasa arbórea y
posteriormente con otro factor de conversión se transforma la densidad en C
(Návar, 2009; Silva-Arredondo y Návar, 2009).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
63
8. ESTIMACIÓN DE BIOMASA Y CARBONO EN OTROS COMPONENTES
8.1. Estimación de biomasa y carbono en madera muerta
Para determinar la biomasa muerta en el bosque, se sugiere medir cuatro
transectos de muestreo de 15 m de longitud, se recomienda ubicarlo en el sitio 3 de
cada conglomerado del inventario forestal, en los transectos se deberá colectar
todo el material vegetativo muerto (ramas, hojas, frutos, troncos caídos, cortezas,
entre otros) por el método de barrido a ras de suelo (se tiene que recoger todo el
material en dirección a los cuatro puntos cardinales partiendo del centro del sitio)
cubriendo un área de 2 metros de ancho.
Se determinará la pendiente por transecto, considerando como punto inicial
el centro de sitio y punto final el extremo del sitio.
Delimitación de los transectos.
Entre los 10 m y 15 m del transecto se debe registrar la frecuencia de piezas
leñosas finas (0.1-0.5 cm de diámetro) y regulares (0.51-2.5 cm de
diámetro). A lo largo de los 15 m del transecto se debe registrar las piezas
medianas (de 2.5 cm a 7.5 cm de diámetro) y gruesas (>7.5 cm de
diámetro), como se muestra en el cuadro 3 (CONAFOR, 2010b).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
64
También se tiene que registrar la frecuencia de aparición de combustibles
leñosos caídos medianos y gruesos, y se medirán los diámetros de las piezas
leñosas y el grado de putrefacción en el que se encuentran.
Cuadro 3. Clasificación de madera muerta de acuerdo al tiempo que un combustible tarda en ganar o perder dos tercios de la diferencia entre su contenido inicial de humedad y el del ambiente (tiempo de retardo), con respecto a su diámetro normal.
Categoría Tiempo de retardo Diámetro normal
Finos 1 hora 0.1 a 0.5 cm
Regulares 10 horas 0.6 a 2.5 cm
Medianos 100 horas 2.6 a 7.5 cm
Gruesos Más de 1000 horas >7.5 cm
Se requiere obtener muestras de los diferentes tamaños de las piezas leñosas, se
pesan en “fresco” en campo y se identifican con una etiqueta para su transporte al
laboratorio donde, se determinará la relación entre el peso seco y húmedo,
obteniendo la biomasa.
Para el cálculo del contenido de C se recomienda clasificar las muestras de acuerdo
a sus diámetros para un análisis más detallado, posteriormente se llevan las
muestras a un laboratorio para la determinación de C.
8.2. Biomasa y carbono en hojarasca o mantillo
Las mediciones para obtener información cuantitativa de hojarasca o mantillo,
como es la capa de hojarasca (Ho) y la capa de fermentación (F), se recomienda
realizar en el sito 3 de cada conglomerado del inventario forestal.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
65
La capa de hojarasca o mantillo, es la que se encuentra sobre el suelo, el cual actúa
como conservador de humedad y como protector del suelo contra la erosión. La
capa de mantillo actúa como una esponja almacenadora de humedad.
La toma de muestras de mantillo se efectúa en puntos relacionados con los cuatro
transectos utilizados para estimar la biomasa en madera muerta. En cada transecto
se tienen que ubicar dos puntos de muestreo, para un total de ocho sitios de
muestreo de la capa de hojarasca y de fermentación.
El procedimiento consiste en medir y registrar inicialmente el espesor de cada
capa de mantillo.
Se debe considerar la capa de materia orgánica como el manto de hojarasca (Ho)
que es la capa superior del horizonte orgánico de suelo, resultado de hojas
recientemente caídas con una mínima alteración por la descomposición, que
conservan en mayor medida su estructura original. También se pueden encontrar
algunas otras estructuras como: frutos, semillas, flores, conos, corteza,
principalmente.
La capa de fermentación (F) se ubica por debajo de la capa Ho, donde se encuentra
la materia orgánica que perdió completamente su estructura original y en
diferentes grados de descomposición, que va desde la materia orgánica
completamente descompuesta (humus) hasta la parcialmente descompuesta.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
66
El siguiente paso es recolectar una muestra del material asociado a cada capa, en
un cuadrado de muestreo de 30 cm x 30 cm (Figura 18), para luego pesar con una
báscula de precisión en campo la totalidad del material y de cada capa recolectada.
Se debe etiquetar cada capa del material colectada para guardarlo en bolsa de
plástico. Se determinará la relación entre el peso seco y húmedo, obteniendo la
biomasa, posteriormente tomar una submuestra representativa para enviar al
laboratorio para la determinación de C.
Figura 18. Ejemplo de un cuadrante de 30 cm x 30 cm, para colectar muestras de hojarasca o mantillo.
8.3. Estimación de biomasa y carbono en el suelo y raíces
Para estimar la biomasa y C en el suelo se sugiere seguir el procedimiento que se
describe a continuación.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
67
a) Toma de la muestra
Tomar como referencia el área de 1 m2 del sitio número 3 de cada conglomerado del
inventario forestal, se quitan todo los componentes que no sea el suelo que pudiera
alterar el resultado.
La estimación del C del suelo puede ser a través de perfiles de suelo (Figura 19)
estudiado mediante la apertura y análisis de las distintas capas que integran, hasta
una profundidad determinada, que puede ser de un metro (Batjes, 1996; Zhao et al.,
2006).
Los perfiles de suelo se observan normalmente en excavaciones hechas al efecto
denominadas calicatas. Las dimensiones de las calicatas deben ser tales que
permitan una cómoda observación y la profundidad debe estar en relación al
problema planteado (Fadda, 2009).
Otra forma de determinar el contenido de C en el suelo, es mediante la toma de
muestras del suelo con una barrena para muestras inalteradas, con lo que facilita
determinar la densidad aparente. De no contar con este instrumento se puede
utilizar otro tipo de barrena, como la helicoidal, Viehmeyer o de media caña.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
68
Figura 19. Excavación de perfiles para la toma de muestras de suelo.
b) Procesamiento de la muestra
Una vez obtenida la muestra, se extiende sobre una charola de aluminio y se seca a
la sombra hasta peso constante o en una estufa de secado por 24 horas a 105 °C. La
muestra seca, se pasa por el tamiz con apertura de malla de dos milímetros,
eliminando los materiales que atraviesen (residuos, gravas). En la fracción útil se
envía a laboratorio para la determinación de C orgánico e inorgánico.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
69
c) Determinaciones analíticas
Al laboratorio se le solicita el servicio para cuantificar el contenido de materia
orgánica, como una forma indirecta para estimar el contenido de C. Bajo esta
premisa se considera que el 58% del contenido de materia orgánica es C, o bien
obtener la conversión al dividir la cantidad de materia orgánica entre 1.72 (West y
Post, 2002; Yan y Cai, 2008).
Algunos laboratorios cuentan con los procedimientos, material y equipo para
cuantificar directamente el contenido de C orgánico e inorgánico, tanto en
muestras vegetales como en el suelo, se deberá optar por aquel que más convenga
al usuario.
d) Conversión de volumen a masa del suelo por unidad de superficie
Debido a que la muestra de suelo que se toma con la barrena para muestras
inalteradas considera un cilindro de volumen conocido, es necesario convertir éste
a unidad de masa. Esta conversión de volumen a masa se realiza al determinar la
densidad aparente mediante la relación:
…………………………………………………….………….…………………………….. (19)
Donde:
Da = Densidad aparente del suelo (gr/cm3 o Mg/m3).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
70
M = Masa del suelo (gr o Mg).
V = Volumen del suelo (cm3 o m3).
Cabe indicar que existen otros métodos para determinar la densidad aparente,
como el del terrón cubierto con parafina o del recipiente de volumen conocido de
suelo lleno con agua, sin embargo, se debe utilizar el más preciso.
e) Cuantificación de C
La cuantificación del C se obtiene al integrar la suma de cada capa con base en la
siguiente relación (Batjes, 1996):
…………………………………………………….………………….. (20)
Donde:
COST = Carbono orgánico del suelo total (Mg m2) sobre una profundidad;
COSi = Carbono orgánico del suelo en la iava-capa; (g C g-1);
pi = densidad aparente de la iava-capa (Mg m-3);
Di = Espesor de la iava-capa (m) y
Si = Volumen de la fracción de fragmentos mayores de 2 mm de la iava-capa.
En los casos que no sea posible determinar en forma directa el contenido de C, es
posible interpolar éste al cuantificar el contenido de materia orgánica, bajo la
siguiente relación (Yan y Cai, 2008).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
71
………………………………………………….……………………….. (21)
Donde:
MO = Contenido de materia orgánica (g) y
0.58 = Factor de conversión de materia orgánica en el suelo a C orgánico;
pi = densidad aparente de la iava-capa (Mg m-3);
Di = Espesor de la iava-capa (m)
En los casos que se requiera cuantificar el contenido de C para una profundidad
específica, por ejemplo el estrato superior de 0-10 cm cualquiera de las dos
relaciones se utilizará una sola vez.
Así mismo, en los casos que se requiera estimar la cantidad de materia orgánica
mediante el análisis de C, el factor de conversión es 1.69 (Brejda et al., 2001)
Ejemplo de la determinación de biomasa y C en el suelo
Se desea determinar el contenido de C orgánico en el suelo en una plantación de
pino de 10 años de edad. Se tomó una muestra de suelo con una barrena para
muestras inalteradas de 10 cm de espesor; ésta se procesó y se envió al
laboratorio, quien reportó que la densidad aparente fue de 1.23 gr.cm3 y 14% de
materia orgánica.
Con base en esta muestra, se estima el contenido de C orgánico por hectárea.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
72
a) Cantidad de suelo por hectárea
Se considera que la plantación implica una parcela de 100 X 100 m, o sea 10,000
m2 y una profundidad de 10 cm, lo que resulta en 1,000 m3. Como la densidad
aparente es de 1.23, al multiplicar estas dos últimas cifras se obtiene la cantidad de
suelo en unidades de masa o sea 1,230 toneladas (1, 230,000 kg/ha).
b) Cantidad de C
Como el resultado del laboratorio indicó que la muestra contenía 14% de materia
orgánica, por lo tanto el 14% de 1, 230,000 kg de suelo considera que existen
172,200 kg de materia orgánica por ha. De esa cantidad se estima que el 58% es C,
por lo tanto existen 99,876 kg de C o sea 9.98 kg de C por metro cuadrado a 10 cm
de profundidad.
Estimación de biomasa y C de raíces. En este proceso se deben tomar muestras de
una superficie de 1 m2 en los mismos sitios donde se obtuvo la biomasa y C en el
suelo. Se deben extraer todas las raíces mayores de 2 mm debajo del suelo, a una
profundidad de un metro aproximadamente, de acuerdo al tamaño, a la altura y al
tipo de estrato arbóreo del sitio de estudio, de la misma forma se pesan todas las
raíces en fresco, para posteriormente llevarse a una estufa para su secado hasta
obtener su peso constante en seco (biomasa). Al laboratorio se envía una
submuestra de la biomasa para la determinación del contenido de C.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
73
9. EJEMPLIFICACIÓN DE LA ESTIMACIÓN DE BIOMASA Y CARBONO
9.1. Estimación de biomasa y carbono a nivel predio.
Para este ejemplo se tomó el área de Pluma Hidalgo-Loxicha, la cual se localiza en la
vertiente del Pacífico de la Sierra Madre del Sur, pertenece al Distrito de Pochutla,
Oaxaca, geográficamente se localiza entre los meridianos 15° 52’-15° 59’ de latitud
Norte y 96° 21’-96° 30’ de longitud Oeste. El estudio se realizó en un sistema
agroforestal café-bosque, la vegetación predominante en la zona es principalmente,
selva mediana subperennifolia y bosque mesófilo de montaña, la cual sirve de
sombra para el cultivo de café.
Se determinó la cantidad de biomasa y C almacenado en la vegetación aérea, madera
muerta y hojarasca en tres condiciones diferentes (A, B y C), con porcentajes
promedios de 53.9% (condición A), 70.1% (condición B) y 91.5% (condición C) en
cobertura de copa. Para el desarrollo de la investigación se basó en la metodología
empleada a nivel predio como se indicó en el sub-capítulo 5.3.
Se realizó un inventario forestal para conocer la densidad y el tipo de vegetación del
lugar, se establecieron 36 sitios de 400 m2, para calcular la biomasa de los arbustos
de café se utilizó el modelo Ln(y) = -0.66+1.37 ln(X) diseñado por Acosta et al.,
2002, una vez determinada la cantidad de biomasa de los arbustos de café, el
siguiente paso fue determinar la cantidad de C mediante un factor de fracción de C.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
74
Para los cálculos de biomasa y C en los árboles se utilizó el factor de 0.5, dicho valor
promedio que se ha mostrado en diversas investigaciones realizadas en trabajos
sobre biomasa (West y Post, 2002; IPCC, 2006; Yan y Cai, 2008; Bird et al., 2010).
Posteriormente se obtuvieron muestras de madera muerta y hojarasca o mantillo,
como se determinó en los sub-capítulo 8.1 y 8.2, esto con la finalidad de conocer la
biomasa existente en cada uno de los depósitos de C.
En los cuadros 4, 5, 6 se presentan los resultados por unidad de superficie de
variables dasométricas del estrato arbóreo arbustivo y existencias de biomasa y C.
Cuadro 4. Valores promedio de variables dasométricas del estrato arbóreo, en el sistema agroforestal bosque-café, bajo tres condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín Loxicha, Oaxaca.
*DCC. Densidad Cobertura de copas
Condición
Núm. Árboles por ha.
Área basal
(m2/ha)
Altura (m)
Área de copa
(m2/ha)
DCC* en (%/ha)
A 227 14.98 12.2 5,391 53.9
B 216 13.62 12.4 7,016 70.1
C 242 16.55 12.8 91,51 91.5
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
75
Cuadro 5. Valores promedio de variables dasométricas de arbustos de café, en el sistema agroforestal bosque-café, bajo tres condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín Loxicha, Oaxaca.
*DCC. Densidad Cobertura de copas
Cuadro 6. Existencias reales de biomasa y carbono (C), en el sistema agroforestal bosque-café, bajo tres condiciones de cobertura de copas, en el área de San Agustín Loxicha, Oaxaca. Condición Almacén Biomasa/ha
(toneladas) C/ha
(toneladas) Baja cobertura de copas del estrato arbóreo (53%)
Árboles (fuste, ramas, follaje) 60.94 30.47 Hojarasca y mantillo 29.32 14.66 Combustibles delgados 2.80 1.40 Combustibles gruesos 10.98 5.49 Arbustos de café 9.72 4.86 Total 113.76 56.88
Intermedia cobertura de copas del estrato arbóreo (70%)
Árboles (fuste, ramas, follaje) 75.6 37.80 Hojarasca y mantillo 29.18 14.59 Combustibles delgados 5.56 2.78 Combustibles gruesos 9.58 4.79 Arbustos de café 2.4 2.7 Total 125.32 62.66
Alta cobertura de copas del estrato arbóreo (91.5%)
Árboles (fuste, ramas, follaje) 95.58 47.79 Hojarasca y mantillo 30.32 15.16 Combustibles delgados 3.86 1.93 Combustibles gruesos 16.28 8.14 Arbustos de café 8.3 4.15 Total 154.34 77.17
Condición
Núm. Arbustos por
ha.
Área basal (m2/ha)
Altura (m)
Área de copa
(m2/ha)
DCC* en (%/ha)
A 637 1.51 2.3 997 9.9
B 1204 2.71 3.1 2,980 29.8
C 1197 2.31 3.0 3,027 30.2
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
76
La estimación del valor de incremento anual de C, se basó en los datos del
incremento medio anual de volumen de madera (5 m3/ha/año aproximadamente)
para sistemas agroforestales, (CONAFOR, 2012) el cual se estimó en 1.25
t/C/ha/año.
En otros estudios sobre la captura de C en sistemas agroforestales han mostrado
datos muy parecidos a los registrados en este informe, por ejemplo, De Jong et al.
(2004) en sistemas bajo sombra en general en México fue entre 49 y 74 t/C/ha. Por
su parte Callo et al. (2002) citan para sistemas agroforestales de café más sombra
en la amazonía peruana 80.16 t/C/ha. Callo et al. (2004) en sistemas agroforestales
en Veracruz, México, en asociaciones de cultivos de cítricos con plátano, cítricos con
café y plátano, cítricos con café, cítricos con pelibuey, cítricos con cobertura y el
control pastura reportó cantidades entre 39.2 y 73.38 t/C/ha. Por último
Espinoza-Domínguez et al. (2012) en la región de Huatusco del estado de Veracruz,
México, reportaron en un sistema agroforestal de café-plátano, café-macadamia,
café-cedro rosado y café-chalahuite valores entre 27 y 114 t/C/ha.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
77
9.2. Estimación de biomasa y carbono en el nivel 1
Para estimar las existencias reales y el incremento neto de la biomasa aérea en
bosques naturales se tomaron los valores para un bosque natural que aparecen en el
anexo 2 y 3 (adaptado del IPCC, 2006) para un ecosistema subtropical y con la
vegetación de bosque húmedo subtropical (el más parecido al bosque mesófilo de
montaña que predomina en el área de estudio), posteriormente se multiplicaron los
valores obtenidos por 0.5 definido como el coeficiente de fracción de C (IPCC, 2006).
De esta forma se obtuvieron los resultados que se muestran a continuación.
La estimación de las existencias reales de C por hectárea con el método de pérdidas
y ganancias fue de 110 t/C/ha/año; con el método de diferencia de existencias fue
de 110 t/C/ha/año. En cuando al incremento anual de C por hectárea con el método
de pérdidas y ganancias fue de 3.5 t/C/ha/año y con el método de diferencia de
existencias se obtuvo un incremento de 3.5 t/C/ha/año.
9.3. Estimación de biomasa y carbono en el nivel 2
Para el nivel 2 se tomaron los valores que se presentan a nivel país que aparecen en
el anexo 2 (adaptado del IPCC, 2006), a partir de cual, se procedió a obtener las
existencias reales de C por hectárea; para obtener el incremento de la biomasa en C
por hectárea se usaron datos de incremento en volumen por hectárea por año.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
78
Para las existencias reales de C por hectárea con el método de pérdida y ganancias y
con el método de diferencia de existencias se tuvo el mismo resultado que para el
nivel 1 en ambos métodos, con valores de 110 t/C/ha/año.
Para la estimación de los valores de incremento anual de C por hectárea con el
método de pérdidas y ganancias se siguieron también los procedimientos
propuestos por el IPCC (2006), y se asume el ecosistema a nivel país más parecido a
la selva mediana subperennifolia que comprende la zona de estudio, es el bosque
húmedo subtropical.
El incremento en promedio anual de las existencias en volumen de madera para un
bosque tropical natural es de aproximadamente 5 m3 ha. (CONAFOR, 2012). Como
se señaló en el capítulo 2, un metro cúbico de madera, en promedio, equivale a 500
kg de biomasa o peso seco, por lo tanto en 5 m3 es igual 2,500 kg biomasa, igual a 2.5
ton de biomasa.
Se parte de los supuestos siguientes:
No se tiene aprovechamiento forestal
No existe recolección de leña
No existen perturbaciones.
Estimación del incremento de C con el método de ganancias y pérdidas:
1. Ganancia anual de C (ΔCG): Para obtener la ganancia anual de las existencias de C
en biomasa en tierras forestales, primero se tiene que calcular el incremento medio
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
79
anual de biomasa (IMA), usando la ecuación 3, posteriormente se aplica la ecuación 2
para obtener la ganancia anual de C.
Por lo tanto se sustituyen los valores del incremento medio anual de biomasa (IMA)
en la ecuación 3.
IMA = Σ{PI • (1+R)}………………………………………………...………(3) Ver capítulo 5, pág. 25
IMA = Σ{2.5 • (1+0)}
IMA = 2.5 t/biomasa/año
Posteriormente se sustituyen los valores en la ecuación 2. Para estimar la ganancia
anual de carbono (ΔCG).
ΔCG = Σ(A • IMA • CF)……………………………….…………………. (2) Ver capítulo 5, pág. 25
ΔCG = Σ(1 ha • 2.5 • 0.5)
ΔCG = 1.25 t/C/ha
2. La pérdida de biomasa (ΔCL): es la suma de la pérdida de debido a recolección de
madera (Lremosión-bosque), recolección de madera para combustible (Lmadera-combustible) y
perturbaciones (Lperturbación). Para esta actividad no se tiene ningún registro de algún
tipo de actividades antes mencionado en la zona, por tal motivo para este factor el
valor asignado es 0.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
80
Finalmente se sustituyen los valores en la ecuación 1, para obtener el incremente en
toneladas de C por hectárea con el método de ganancias y pérdidas.
ΔCB = ΔCG – ΔCL………………………………………………………….. (1) Ver capítulo 5, pág. 24
ΔCB = 1.25 t/C/ha – 0 = 1.25 t/C/ha
Incremento anual de C por hectárea por el método de diferencia de existencias
Los cambios anuales de las existencias de biomasa en C (ΔC) por hectárea, para el
municipio de Pluma hidalgo, Oaxaca, se obtuvieron empleando la ecuación 8 de
acuerdo a la metodología que sugiere el IPCC (2006). Para ello se asumió que el tipo
de ecosistema que predomina en la zona es de bosque húmedo subtropical y se
utilizaron los mismos valores de los datos usados con el método de pérdidas y
ganancias.
Para obtener las reservas de C en el tiempo 1 (t1) y tiempo 2 (t2) se aplica la
ecuación 9, por lo tanto:
C = Σ {A • V • BCEFS • (1+R) • CF}……………………………….… (9) Ver capítulo 5, pág. 30
C = Σ {1 ha • 5 m3 • 0.5 • (1+0) • 0.5}
C = 1.25 t/C/ha
Sustituyendo valores en la ecuación 8, para obtener el cambio anual en las
existencias de C en toneladas por año.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
81
………………………………………………...……….…... (8) Ver capítulo 5, pág. 30
A continuación se presenta un cuadro comparativo de los resultados para cada nivel
y método del incremento y de las existencias reales de C aéreo por unidad de
superficie.
Cuadro 7. Comparación de resultados de existencias de carbono (C) aéreo, con la utilización de tres metodologías en un sistema agroforestal de bosque-café, en el área de Pluma Hidalgo-Loxicha, Oaxaca.
Nivel Método C/ha (t)
Nivel predio
Baja cobertura de copa (Condición A)
Intermedia cobertura de copa (Condición B)
Alta cobertura de copa (Condición C)
56.88
62.66
77.17
Nivel 1 M. ganancias y pérdidas 110
M. diferencia de reservas 110
Nivel 2
M. ganancias y pérdidas 110
M. diferencia de reservas 110
Cuadro 8. Comparación de resultados de incremento anual de carbono (C) aéreo, con la utilización de tres metodologías en un sistema agroforestal de bosque-café, en el área de Pluma Hidalgo-Loxicha, Oaxaca.
Nivel Método C/ha (t)
Nivel predio Baja cobertura de copa (Condición A) 1.25
Nivel 1 M. ganancias y pérdidas 3.1
M. diferencia de reservas 3.1
Nivel 2
M. ganancias y pérdidas 3.1
M. diferencia de reservas 3.1
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
82
La diferencia en los resultados, tanto en las existencias como en el incremento anual
de C es debido a que en el nivel 1 y 2 se tomaron datos generalizados para bosques
naturales a comparación del nivel predio, cuyo análisis se hizo con base en datos
directos de campo tomados en sistemas agroforestales de café bajo sombra.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
83
10. MONITOREO DE CARBONO
El monitoreo de las existencias de C, o cualquier otro beneficio ambiental, consiste
principalmente en realizar mediciones secuenciales y comparar los resultados a
través del tiempo. El ámbito de acción se define desde un inicio; el monitoreo puede
realizarse a escalas globales, regionales, o locales. Posteriormente se define la
temporalidad del monitoreo y otros criterios operativos (UNFCCC, 2010).
Para el monitoreo es recomendable diseñar el tamaño del sitio (100 a 500 m2)
dependiendo del sistema forestal o de producción de interés (Etchevers et al.,
2005). La frecuencia de las mediciones depende del componente del ecosistema, se
puede cuantificar anualmente o de 5 a 10 años. Posteriormente se calculan las
variables de interés (humedad, carbono, entre otros).
Por razones prácticas, a nivel de campo, el monitoreo se recomienda utilizar
parcelas permanentes de medición que se miden al inicio de un proyecto para
establecer una línea base y periódicamente durante la vida del proyecto o
investigación, así determinando su progreso (Danielsen et al., 2007).
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
84
11. MODELOS ALTERNATIVOS PARA ESTIMAR CARBONO
El desarrollo de nuevos software y herramientas que tienen como principal objetivo
la proyección del mejoramiento de rodales en un futuro y la determinación de
indicadores biofísicos de sostenibilidad bajo diferentes estrategias de manejo
forestal, entre ellos está el modelo CO2FIX (Nabuurs et al., 2002; Masera et al.,
2003) y el modelo CBM-CFS3 (Kurz et al., 2009). Otros modelos para describir el
desarrollo de los bosques, pueden también utilizarse para análisis de secuestro de C;
algunos ejemplos son Forska (Lasch et al., 2002), Forecast (Seely y Kimmins, 2002)
y Century (Song y Woodcock, 2003).
Otra forma de calcular los depósitos de C es mediante el uso de sensores remotos o
imagen LANDSAT TM, ya que permite obtener datos de las propiedades del bosque
y hasta cierto nivel es posible separar bosque en regeneración de bosques maduros.
La percepción remota en estudios locales dirigidos a la estimación de biomasa y C,
es que varios de ellos usan píxeles individuales, o grupos de ellos como unidad de
análisis. Entre estos métodos están los paramétricos, como el ajuste de modelos
matemáticos mediante regresión entre las variables de interés y los datos
espectrales de las imágenes de satélite (Hall et al., 2006).
A continuación se hace una breve descripción de cada uno de los modelos antes
mencionando.
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
85
Modelo CBM-CFS3. Permite contabilizar los flujos de C a diferentes escalas
espaciales: nacional, paisaje, rodal. Fue implementado por el Servicio Forestal
Canadiense como el componente central del Sistema Nacional Canadiense de
Monitoreo, Contabilidad y Reporte de C Forestal para estimar los inventarios y
flujos de C que se encuentran en la biomasa forestal, los suelos y los producto de
madera de acuerdo con los requerimientos de la escala “Nivel 3” definido por el
IPCC (Kurz et al., 2009).
Modelo CO2FIX. Este modelo permite comprender de forma simplificada el sistema,
y poder comparar los flujos de C estimados bajo distintas hipótesis. Resultan
también de utilidad para estimar el C que será fijado en el futuro, y poder usar esta
información a la hora de tomar decisiones relacionadas con la captura de C.
Para conocer la simulación del ciclo del C en los bosques se utiliza el modelo CO2FIX
v.3.2. Software desarrollado desde la universidad de Wageningen dentro del
programa CASFOR “Captura de C en repoblación forestal y manejo forestal
sostenible”.
De acuerdo con Masera et al (2001) la duración de la simulación no debe ser menor
a 400 años para poder disponer de 2 planos de comparación (200 años y 400 años).
No puede ser menor debido a que 200 y 400 años son los 2 primeros múltiplos
comunes de las edades de corta analizadas (40 y 50 años). Son las únicas edades en
las que podemos comparar de forma efectiva las alternativas de gestión a estudiar.
El CO2FIX V.3.2 es un modelo de fijación de C que consiste en 4 módulos diferentes:
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
86
1. Módulo de biomasa
2. Módulo de suelo
3. Módulo de productos
4. Módulo de bioenergía
Modelo Forska. Este modelo fue desarrollado originalmente para simular la
dinámica de los bosques (Lasch et al., 2002). Simula el crecimiento, la regeneración
y la mortalidad de los árboles individuales en pequeños rodales de bosque. Forska
comparte la estructura de espacio modelo común con muchos otros modelos, pero
incluye formulaciones más mecanicistas de crecimiento de los árboles y algunas
limitaciones ambientales de crecimiento de los bosques que la mayoría de los
modelos anteriores.
El modelo Forecast. Es un simulador de crecimiento forestal a nivel de rodal y
orientado al manejo forestal. Este modelo ha sido diseñado para simular una amplia
variedad de sistemas silvícolas con el objetivo de comparar y contrastar sus efectos
sobre la productividad del bosque, la dinámica del rodal y una amplia serie de
indicadores biofísicos y valores alternativos a la madera (Blanco, 2008).
Fue diseñado para calcular una amplia variedad de estrategias de cosecha y
silvicultura para comparar y contrastar su efecto sobre la productividad de los
bosques y secuestro de C. El modelo utiliza un enfoque híbrido por el que se utilicen
crecimiento local y los datos de rendimiento para derivar estimaciones de las tasas
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
87
de los procesos clave del ecosistema relacionados con la productividad de las
especies seleccionadas.
Es un modelo que se utiliza a nivel de ecosistema, y que para ello se necesitan datos
de altura, densidad del rodal, distribución de tamaños dentro del rodal, acumulación
de biomasa, concentración de nutrientes en los distintos componentes de la
biomasa, entradas de nutrientes en el ecosistema (deposición atmosférica,
mineralización), lavado foliar, tasas de producción de hojarasca, adaptación
fotosintética del follaje y otra información variada sobre propiedades físicas o
químicas del rodal en una secuencia de lugares que varían en la calidad del sitio.
Modelo Century. Es un modelo general de los ciclos de nutrientes vegetales del suelo
que se utiliza para simular la dinámica de nutrientes y C para diferentes tipos de
ecosistemas, incluidos los pastizales, tierras agrícolas, bosques y sabanas.
El Century se compone de un submodelo materia orgánica del suelo/
descomposición, un submodelo de balance hídrico, un submodelo de pastizales/
cultivos, un submodelo de bosque de producción, y funciones de gestión y
programación de eventos.
Se calcula el flujo de C, nitrógeno, fósforo, y azufre a través de compartimentos del
modelo. La configuración mínima de elementos es C y N para todos los
compartimentos del modelo. La estructura de la materia orgánica para el carbono
(C), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S) son idénticos, los componentes
inorgánicos se calculan para el compuesto inorgánico específico. El paso de tiempo
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
88
es mensual y el modelo requiere de las siguientes variables de conducción como
entrada:
Temperatura máxima, mínima y promedio del aire mensual
Precipitación mensual
Textura del suelo
Nitrógeno, fósforo, y azufre en la planta
El contenido de lignina del material vegetal
Aportes de nitrógeno atmosférico y del suelo
C y nitrógeno inicial del suelo (fósforo y azufre opcional)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
89
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Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
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Anexo 1
Unidades de conversión (IPCC, 2006)
1 tonelada (t) = 1 000 kilogramos (kg) = 106 gramos (g) = 1 Megagramo (Mg)
1 Megatonelada (Mt) = 1 000 000 t = 1012 g = 1 Teragramo (Tg)
1 Gigatonelada (Gt) = 1 000 000 000 t = 1015 g = 1 Petagramo (Pg)
1 tonelada de carbono = 3.664 toneladas de dióxido de carbono (t CO2)
1 tonelada de dióxido de carbono = 0.273 toneladas de carbono (t C)
3.664 el cociente obtenido de dividir el peso molecular del CO2 (44.010 g/mol) por
el peso atómico del carbono (12.011 g/mol)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
100
Anexo 2
Valores por defecto en las existencias reales de biomasa sobre el suelo
Dominio Zona ecológica Continente Biomasa aérea (ton/ha) Referencias
Tropical
Bosque tropical lluvioso
América del Norte y
del Sur 300 (120-400)
Baker et al.
(2004)
Bosque tropical húmedo de hojas caducas
América del Norte y
del Sur 220 (210-280)
IPCC (2003)
Bosque tropical seco
América del Norte y del Sur 210 (200-410) IPCC (2003)
Arbustos tropicales
América del Norte y del Sur 80 (40-90)
IPCC (2003)
Sistemas montañosos tropicales
América del Norte y del Sur 60-230 IPCC (2003)
Subtropical
Bosque húmedo subtropical
América del Norte y del Sur
220 (210-280) IPCC (2003)
Bosque seco subtropical
América del Norte y del Sur
210 (200-410) IPCC (2003)
Estepa subtropical América del Norte y del Sur
80 (40-90) IPCC (2003)
Sistemas montañosos subtropicales
América del Norte y del Sur
60-230 IPCC (2003)
Templado
Bosque oceánico templado
América del Sur 180 (90-310) Battles et al.
(2002)
Bosque continental templado
América del Norte y del Sur (≤20 años)
60 (10-130) IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
130 (50-200) IPCC (2003)
Sistemas montañosos templados
América del Norte y del Sur (≤20 años)
50 (20-110) IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
130 (40-280) IPCC (2003)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
101
Anexo 3
Valores por default del incremento de la biomasa aérea en bosques naturales
(Adaptado del IPCC, 2006).
Dominio Zona ecológica Continente Crecimiento de la biomasa aérea (ton/ha/año)
Referencia
Tropical
Bosque tropical lluvioso
América del Norte 0.9-18 Clark et al. (2003)
América del Sur (≤20 años) 11 Feldpausch et al. (2004)
América del Sur (>20 años) 3.1 (1.5-5.5) Malhi et al. (2004)
Bosque tropical húmedo de hojas caducas
América del Norte y del Sur (≤20 años)
7.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años) 2.0 IPCC (2003)
Bosque tropical seco
América del Norte y del Sur (≤20 años)
4.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
1.0 IPCC (2003)
Arbustos tropicales
América del Norte y del Sur (≤20 años)
4.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
1.0 IPCC (2003)
Sistemas montañosos tropicales
América del Norte y del Sur (≤20 años) 1.8-5.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años) 0.4-1.4 IPCC (2003)
Subtropical
Bosque húmedo subtropical
América del Norte y del Sur (≤20 años)
7.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
2.0 IPCC (2003)
Bosque seco subtropical
América del Norte y del Sur (≤20 años)
4.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
1.0 IPCC (2003)
Estepa subtropical
América del Norte y del Sur (≤20 años) 4.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
1.0 IPCC (2003)
Sistemas montañosos subtropicales
América del Norte y del Sur (≤20 años)
1.8-5.0 IPCC (2003)
América del Norte y del Sur (>20 años)
0.4-1.4 IPCC (2003)
Templado Bosque oceánico templado
América del Sur 2.4-8.9 Echevarria and Lara (2004)
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca
Personal investigador
Edición Dr. Juan Francisco Castellanos Bolaños
Fotografía
Dr. Juan Francisco Castellanos Bolaños
Nombre Programa de Investigación
Dr. José Rafael Contreras Hinojosa Manejo Integral de Cuencas
Dr. Martín Gómez Cárdenas Plantaciones y Sistemas Agroforestales
Dr. Sergio Iván Román Ponce Leche
MC. Ernesto Bravo Mosqueda Sanidad Forestal y Agrícola
MC. Flavio Aragón Cuevas
Recursos Genéticos: forestales, agrícolas,
pecuarias y microbianos.
MC. Leodegario Osorio Alcalá Trigo y Avena
MC. Manuel Enrique Ovando Cruz Frutales
MC. Porfirio Simón López López Sanidad Forestal y Agrícola
MC. Rafael Rodríguez Hernández Socio-Economía
MC. Horacio Espinoza Paz Bioenergía
MC. Fernando Edgar Martínez Silva Pastizales y Cultivos Forrajeros
I.A.Z. Fernando Romero Santillán Becario
Ing. Finlandia Barbosa Moreno Becario
Lic. Verónica Mariles Flores Becario
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
Revisión Técnica Grupo Científico-Técnico del CE Valles Centrales de Oaxaca
Presidente: MC. Rafael Rodríguez Hernández
Secretario: MC. Porfirio Simón López López
Vocales:
Dr. José Rafael Contreras Hinojosa MC. Ernesto Bravo Mosqueda M.C. Leodegario Osorio Alcalá
Comité Editorial del CIRPAS
Presidente: Dr. René Camacho Castro
Secretario: Dr. Juan Francisco Castellanos Bolaños
Vocales: Dr. Pedro Cadena Iñiguez
Dr. Sergio Iván Román Ponce MC. Marino González Camarillo
Dr. Guillermo López Guillén MC. Leonardo Hernández Aragón
Código INIFAP
MX-0-310606-13-07-32-09-24
Esta publicación se terminó de imprimir en mayo de 2013 en los talleres de Diseño Gráfico Editorial, Camino Nacional No. 61 Santa María El Tule, Oaxaca, México. CP.
68297 Su tiraje constó de 250 ejemplares
Metodologías para cuantificar biomasa y carbono en bosques
La presente publicación fue resultado del proyecto: Almacenamiento de Carbono y Conservación de la Biodiversidad Vegetal en el Área de Pluma Hidalgo-Loxicha, Oaxaca, con financiamiento de la Fundación Produce Oaxaca, A. C.
Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca Melchor Ocampo No.7
Santo Domingo Barrio Bajo, Etla, Oaxaca, México C.P. 68200 Teléfono (951) 521-5502
www.inifap.gob.mx [email protected]