estimación de la densidad de madera en Árboles de comunidades

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ARTCULO DE INVESTIGACIN

1 Consultora Forestal. Linares, N.L., Mxico. 2* Profesor-Investigador de Manejo de Recursos Naturales. CIIDIR-IPN Unidad Durango. Sigma nm. 119.

Fracc. 20 de Noviembre II. Durango, Dgo. 34220. Mxico. c.e.: [email protected]. Autor para correspondencia.

Estimacin de la densidad de madera en rboles de comunidades forestales

templadas del norte del estado de Durango, Mxico

Estimating bole wood specific gravity in trees of temperateforest communities of northern Durango, Mexico

Flor Mara Silva-Arredondo1 y Jos de Jess Nvar-Chidez2*

rESUMEN

El objetivo de esta investigacin fue el de estimar la densidad bsica de la madera y su nivelde variacin con la altura y el dimetro en rboles de varias especies de los gneros Pinus y Quercusdel norte del estado de Durango, Mxico. Para esto se tomaron 843 especmenes a diferentes alturasdel fuste y en diferentes secciones diamtricas de un muestreo aleatorio en 113 rboles. Se elabo-raron probetas con dimensiones de 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm. Los resultados muestran que la densidadbsica es estadsticamente diferente entre los componentes de albura y duramen (P > F = 0,0001) yla altura relativa (P > F = 0,0001) del fuste en el gnero Pinus. Para el gnero Quercus no se encon-traron diferencias estadsticamente significativas con los componentes de la madera o con la alturarelativa. Los clculos matemticos indican que la densidad bsica se debe de estimar a una alturadada por 0,22H y no como convencionalmente se hace a 1,3 m.

PALABRAS CLAVE:Albura y duramen, altura relativa, densidad de madera, nivel de variacin.

ABSTrACT

The objective of this research was to estimate basic wood specific gravity and its level of varia-tion among biomass components of trees of several species of the genera Pinus and Quercus ofnorthern Durango, Mexico. A total of 843 wood core sepecimens were taken at different heights and atdifferent diameter sections from 113 trees. Fresh wood blocks of 2,5 cm x 2,5 cm x 2,5 cm were meas-ured and once they were oven dried they were weighted to estimate the wood specific gravity. Resultsshowed that the basic wood specific gravity was statistically different between biomass componentsalong the diameter and height gradients (P > F = 0,0001) for trees of the genus Pinus unlike for treesof the genus Quercus. Mathematical evaluations show that wood cores for measuring the bole woodspecific gravity must be taken at a height of 0,22H instead of the traditional height of 1,3 m at which itis conventionally evaluated.

KEy WORDS: Sapwood and heartwood, relative height, wood density, level of variation.

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INTrODUCCIN

La densidad bsica (peso seco entrevolumen hmedo) es un variable intrn-seca de la madera que describe la cuartadimensin del arbolado (Nvar, 2010).Esta variable se emplea para estimar labiomasa de rboles y rodales forestalespor medio de ecuaciones fsicas o emp-ricas (Mohren y Klein Goldewijkt, 1994;Chav et al., 2005; Nvar, 2011). Estambin necesaria para estimar los conte-nidos de varios elementos biogeo-qumicos que se encuentran en lasplantas (Chav, 2002; Nvar, 2009a,2009b). La densidad bsica se considerauna caracterstica de importancia econ-mica, ya que determina en gran medida lacalidad del producto final que se obtengadel rbol (Zobel y Van Buijtenen, 1989).Adems, la productividad total de un rodalque es una variable que se encuentra enfuncin de la biomasa de un rbol o de unrodal puede determinarse cuando seconoce la densidad promedio de lamadera (Jenkins et al., 2001; Zobel yTalbert, 1988).

Por otro lado, la densidad de lamadera vara dentro de la planta, durantela vida de la planta y entre individuos deuna misma especie (Chav, 2002; Danielet al., 1982; Hocker, 1984; Parolin, 2002;Zobel y Talbert, 1988; Zobel y Van Buij-tenen, 1989; Van Buijtenen, 1963). Variosfactores del sitio, especficamente lacantidad de humedad presente en formade precipitacin o de cantidad de aguadel suelo, parecen explicar en parte lavariacin tan amplia que presentan losindividuos de una misma especie(Parolin, 2002).

La densidad bsica vara tambin alo largo del fuste y de la corteza hacia elcentro del fuste. Esto sucede porque laparte distal de los rboles estcompuesta por madera relativamentenueva, del ao presente o anterior, mien-

tras que en la parte basal del fuste laproporcin de madera nueva es relativa-mente baja y la madera presente contieneun rango de edades anuales desde elnacimiento del rbol hasta el presente.Pocos trabajos han descrito la funcin dela densidad bsica con la altura relativadel rbol. De la periferia al centro del fustese encuentran: la corteza, la albura y elduramen. Estos componentes poseentambin diferentes valores de densidadbsica (Fearnside, 1997; Parolin, 2002;Nvar et al., 2005). Una fuente importantede datos fue publicada recientementesobre la densidad de la corteza y de lamadera para rboles de Norteamrica porMiles y Smith (2009) que refleja entrminos generales que la densidadbsica es similar en la madera y en lacorteza, pero que al nivel del rbol indivi-dual o de la especie se notan variacionesimportantes. A pesar de estas diferencias,el mtodo estndar para tomar muestrasde madera para la medicin de ladensidad bsica es a 1,30 m de la alturadel rbol. Esto es, la toma de muestras sehace convencionalmente al dimetro a laaltura del pecho (DAP) y corre el riesgode sesgar la estimacin de la cantidad dela biomasa y por consiguiente de otrosparmetros derivados, tales como labiomasa, el contenido y los flujos devarios elementos bio-geoqumicos o laproductividad de la especie o del rodal.

Como consecuencia, los objetivosdel presente estudio fueron: a) determinary b) modelar el comportamiento de ladensidad bsica a diferentes alturas rela-tivas del fuste en la albura y el duramende las principales especies de Pinus yQuercus del norte del estado de Durango,Mxico. La hiptesis intrnseca que seplantea es que no existen variaciones deesta variable con la altura relativa delrbol, as como tampoco entre los compo-nentes albura y duramen y, finalmente,que la densidad promedio de un rbol sepuede estimar utilizando muestras de un

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punto del fuste a 1,30 m. Las especies depino estudiadas fueron P. arizonica Engel-mann, P. durangensis Martnez, P. engel-mannii Carriere, P. teocote Schiede exSchelchdental et Chamisso, P.cooperiBlanco y P. leiophylla Schiede exSchelchdental et Chamisso. Las especiesde encino muestreadas, de donde secolectaron las probetas fueron: Q. side-roxylla Humb & Bonpl. y Q. crassifoliaHumb & Bonpl.

METODOLOGA

rea de estudio

El presente trabajo se realiz en las comu-nidades forestales El Tarahumar, El Tule yLa Soledad, que se ubican en la SierraMadre Occidental en los municipios deTepehuanes y Guanacev del estado deDurango. Se localizan especficamente alnoroeste de la cabecera municipal deTepehuanes y al oeste de la cabeceramunicipal de Guanacevi, dentro de lascoordenadas de 25 33 48 a 25 4907latitud Norte y de 106 1104 a 1063722 de longitud oeste con respecto almeridiano de Grenwich (Fig.1). Los tipos

de vegetacin presentes en la zonacorresponden a bosques de pino, de pino-encino, de encino y otras asociaciones depino-otras conferas y pino-otras hojosas,donde los bosques ms importantes en elrea son del gnero Pinus, con unaamplia distribucin, encontrndose lamayor presencia de las especies Pinusarizonica, Pinus teocote y Pinus duran-gensis, siendo posible encontrarmanchones puros de encino cuyas espe-cies presentes son Q. crasifolia, Q. rugosa, Q. sideroxylla, etctera.

La regin se encuentra dentro de laprovincia fisiogrfica denominada SierraMadre Occidental en la SubprovinciaSierra y Caones Duranguenses. El climaque prevalece en el rea de estudio estemplado fro hmedo, C(w0) y C(w2),con una temperatura media anual de 10,5 C y una precipitacin media anualde 932 mm, con lluvias en verano. Engeneral, los tipos de suelos que seencuentran en la regin son los Litosoles,aunque tambin existen con menorfrecuencia los Regosoles y los Feozems(INEGI, 2002).

Figura 1. Localizacin del rea de estudio en el noroeste de Durango, Mxico.


Seleccin de los rboles muestra

Se establecieron tres sitios de muestreoen las localidades conocidas como ElTule, La Soledad y Tarahumar, en loscuales se seleccionaron 66, 34 y 13 indi-viduos, respectivamente, cubriendo todaslas categoras presentes en las diferentesreas de corta de los aprovechamientosautorizados en los programas de manejoforestal vigentes de los servicios tcnicosforestales. La variabilidad en el tamaode muestra obedece al nmero de espe-cies presentes en cada uno de los sitios ylas categoras diamtricas existentes en las reas de corta.

Preparacin de las probetas

En cada rbol muestreado o derribado, elfuste se cort en secciones de 2,5 m y se

tomaron rodajas de cada seccin a partirdel tocn hasta la punta del rbol, regis-trndose el nombre de la especie,nmero de rbol, peso verde y altura de laseccin (Figura 2). Posteriormente, setrasladaron al laboratorio y de cadarodaja se obtuvo una seccin transversalde 6 cm de ancho y el largo en funcin deldimetro de la muestra. De esta muestrase tom una probeta de 2.5 x 2.5 x 2.5 cmde la albura y otra del duramen (Fig. 3),las cuales se pesaron y se midieron enestado verde, llevndose a la estufa desecado a una temperatura constante de 105 C hasta obtener un peso cons-tante determinando su peso seco yvolvindose a medir (Tabla 1). En total secolectaron 843 probetas, de las cuales758 y 85 correspondieron a los gnerosPinus y Quercus, respectivamente, y delas cuales 451 y 392 a la albura y elduramen, respectivamente.

Figura 2. Rodajas tomadas a cada 2,5 m de las secciones del rbol para la obtencinde las probetas.

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Procedimiento estadstico

A cada probeta obtenida de la albura y elduramen se le determin la densidadbsica, r, de la siguiente forma: r = pesoanhidro/volumen verde. Con los datos dedensidad bsica se realiz un anlisis devarianza para identificar diferencias con la

altura relativa del fuste y con los compo-nentes albura y duramen. Se utiliz elpaquete estadstico SAS para correr elanlisis estadstico y para el ajuste de lasregresiones conducentes. El modelolineal se ajusta bien a la relacin de ladensidad bsica promedio con la alturarelativa del rbol, como sigue:

Figura 3. Obtencin de probetas a lo largo de una seccin del fuste.

Tabla 1. Lugar de procedencia, nmero de individuos y probetas por componente de los rboles analizados.

Predio Gnero Nm. individuos Componente Probetasanalizadas

El Tule Pinus spp 36 Duramen 217Albura 193

Quercus spp 3 Duramen 12Albura 8

La Soledad Pinus spp 29 Duramen 132Albura 114


El Tarahumar Pinus spp 10 Duramen 55Albura 47



donde

a: parmetro que representa la interceptade la relacin r contra (h/H) y que seinterpreta como la densidad bsica a labase del fuste.

b: parmetro que representa la pendientede la relacin r contra (h/H) y querepresenta la tasa de cambio en ladensidad bsica en funcin de la alturarelativa del rbol.

h: altura i del fusteH: altura total del fuste.

Los parmetros estadsticos a y bfueron estimados por medio de la tcnicade cuadrados mnimos en regresinlineal, expresada en Nvar (2009c). Elpunto de la altura en el cual se debe detomar la muestra para obtener unaprobeta y medir la densidad bsicapromedio se determina, de acuerdo conNvar (20011), por medio de la ecuacinsiguiente:

donde

d: Densidad bsica promedio.a y b: Parmetros estadsticos a estimar.h/H: Altura relativa del rbol.

La desviacin estndar y el intervalode confianza de la longitud de la troza,donde se puede evaluar el intervalo de laaltura, de donde se puede determinar la

densidad bsica de la madera, se esti-maron, de acuerdo con Nvar (2011) dela siguiente manera:

donde

S: Desviacin estndar. X: Altura relativa.a y b: Parmetros estadsticos a estimar.

El intervalo de confianza se estimade acuerdo con la ecuacin siguiente:

donde

I.C.: Intervalo de confianza.a: 0,05.SD: Desviacin estndar, n: Nmero de datos

rESULTADOS Y DISCUSIN

El valor promedio encontrado en ladensidad bsica del gnero Pinus fue de0,47 g cm-3 con valores mnimo y mximode 0,35 g cm-3 y 0,59 g cm-3, por lo quepuede considerarse, de acuerdo conEchenique y Plumptre (1994), como unamadera medianamente pesada (Tabla 2).El valor promedio estimado en este gneroparece ser ligeramente menor al calculadopor Lpez y Valencia (2001) para Pinus

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greggii en el norte de Mxico, quienesencontraron valores de entre 0,40 g cm-3 y0,58 g cm-3 y mayor a los valores promedioregistrados por Prez et al. (2000) en Pinustaeda, quienes determinaron un valorpromedio de 0,38 g cm-3, con valores mnimoy mximo de 0,29 g cm-3 a 0,58 g cm-3.

La densidad bsica promedio varientre las especies estudiadas (Fig. 4).Aunque las variaciones ms notorias fueronentre los gneros de pino (0,47 0,05) yencino (0,77 0,02), tambin se registrarondiferencias estadsticamente significativasentre las especies del gnero Pinus. P. teocote (0,52 0,07) registr valoresmayores que P. arizonica (0,42 0,03).

Para los componentes de la madera,para el gnero pino, el duramen fue dife-rente tambin entre las especies P. teocote (0,57 0,10) y P. arizonica(0,39 0,028). En la albura, P. duran-gensis (0,53 0,05) registr mayoresvalores que P. cooperi (0,44 0,025).

Las variaciones tan amplias en ladesviacin estndar fueron del orden de0,05 g cm-3; con desviaciones mnimas ymximas de 0,032 y 0,085 g cm-3, respec-tivamente. Considerando que estavariable se distribuye normalmente, 68%de la densidad bsica que se ha publi-cado para estos pinos tendr valores de0,47 g cm-3 0,05 g cm-3. Se ha discutidoque esta variable se encuentra en funcinde las caractersticas del sitio tales como:contenido de humedad del suelo, produc-tividad, densidad o grado de densidad delarbolado, etc. (Parolin, 2002). Sinembargo, estas variables no fueronmedidas cuando se cosecharon losrboles para este estudio y como conse-cuencia tampoco se puede especularms sobre la dependencia de estavariable con aquellas no medidas.

El valor promedio encontrado en ladensidad bsica del gnero Quercus fuede 0,77 g cm-3 con valores mnimos ymximo de 0,61 g cm-3 a 0,86 g cm-3, por

Figura 4. Los estadsticos de la densidad bsica para las especies estudiadas en el noroeste del Estado de Durango, Mxico.

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lo que puede considerarse, de acuerdocon Echenique y Plumptre (1994) comouna madera altamente pesada (Tabla 2).El valor promedio estimado de la densidadde la madera en este gnero es mayor alregistrado por Njera et al. (2005) paraQuercus laeta de la regin centro sur de laSierra Madre Occidental del estado deDurango, Mxico. Estos investigadoresmidieron un promedio de 0,68 g cm-3. Losestadsticos estimados para esta especiese encuentran dentro del rango de valoresmencionados en la literatura de la clasifica-cin de la madera de acuerdo con sudensidad (Echenique y Daz, 1972).

Diferencias de la densidad bsicaentre la albura y duramen

La densidad bsica result ser estadsti-camente igual cuando se contrastaron loscomponentes albura y duramen, en losgneros Pinus (P F = 0,5409) y Quercus(P F = 0,0526). Es decir, las probetas sepueden obtener en estos gneros inde-pendientemente del componente de lamadera, en la albura o el duramen. Paraesto se recomienda seguir con lasinstrucciones descritas por Chav (2002).La densidad tampoco vari estadstica-mente entre los componentes albura y

duramen y la altura relativa de la troza enel gnero Quercus (P > F = 0,2243). Estoconcuerda con el reporte de Pearson yWilliams (1952) y Parolin (2002), de quelas variaciones entre algunas especies delos rboles son ms significativas que lavariacin dentro del mismo rbol.

Sin embargo, la densidad bsica delduramen cambia con la altura relativa en lasespecies de pino estudiadas (P > F = 0,0001) y se ajusta la tendencia a una lnea recta conpendiente negativa (r2 = 0,30 y Sx = 0,06). Esdecir, la densidad bsica disminuyeconforme aumenta la altura relativa delrbol. Por ejemplo, esta adquiere un valor de0,46 g cm-3 cuando la altura relativa es de10% y disminuye hasta 0,41 g cm-3 cuandola altura relativa del rbol es 100%. Porejemplo, en un rbol que mide 13 m de alto,existe una reduccin de 10% en la densidadcuando la probeta se toma a 1,3 m, que encontraste a cuando se toma a 11,7 m. Estavariacin hace que un fuste con 1 m3 demadera posea o 460 kg o 410 kg, con unadiferencia de 50 kg que cuando se multiplicapor los rboles que componen un bosqueesta diferencia aumente notoriamente.

La relacin entre la densidad bsicapromedio de la madera y la altura relativapara el duramen de especies del gnero

Tabla 2. Densidad bsica promedio para los gneros Pinus y Quercus en el Norte de Durango, Mxico.

Gnero Valor mximo Valor mnimo Promedio DS IC(g cm-3) (g cm-3) (g cm-3) (g cm-3) (g cm-3)

Pinus 0,52 0,40 0,47 0,05 0,05

Quercus 0,86 0,61 0,77 0,11 0,02

donde: g cm-3 = gramos sobre centmetros cbicos; DS= desviacin estndar; IC= inter-valo de confianza.

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Pinus (P. arizonica, P. durangensis, P. engelmannii, P. teocote, P.cooperi y P. leiophylla) del norte del estado deDurango, Mxico, se presenta en la figura5. La ecuacin que describe la lnea rectade la tendencia, cuando se integra paraestimar el promedio, la desviacinestndar e intervalo de confianza resultanen: 0,222H; 0,044H y 0,015H, respectiva-mente. Esta informacin indica que ladensidad bsica del duramen se puededeterminar a alturas relativas con unintervalo de 0,222H 0,015H. Es decir,para rboles de 10 m, 15 m, 20m o 25 mde altura, la probeta debe de tomarse a2,2 (0,15); 3,3 (0,22); 4,4 (0,30) o 5,5(0,37) metros, respectivamente. Solocuando los rboles tienen una altura de 6m, la probeta puede tomarse a 1,3 m.

La relacin entre la densidad bsicapromedio de la madera y la altura relativapara la albura de especies del gneroPinus (P. arizonica, P. durangensis, P. engelmannii, P. teocote, P.cooperi y P. leiophylla) del norte del estado de

Durango, Mxico se presenta en la figura6. La densidad bsica de la albura cambiacon la altura relativa en las especies depino estudiadas (P > F= 0,0001) y seajusta la tendencia a una lnea recta conpendiente negativa (r2 = 0,36 y Sx = 0,06).En rboles de 13 m de altura, la densidadbsica de la albura cambia desde 0.493 g cm-3

cuando la probeta se toma a 1,3 m hasta0.433 g cm-3 cuando la probeta se toma a11,7 m. Es decir, existe una reduccin de12% en el valor de la densidad bsicacuando se toma a 11,7 m con respecto aaquella medida a 1,3 m.

La ecuacin que describe la lnearecta de la tendencia, cuando se integrapara estimar el promedio, la desviacinestndar e intervalo de confianza resultanen: 0,225H; 0,043H y 0,015H, respectiva-mente. Esta informacin indica que ladensidad bsica de la albura se puededeterminar a alturas relativas con unintervalo de 0,225H 0,015H. Es decir,para rboles de 10 m, 15 m, 20 m o 25 mde altura, la probeta debe de colectarse a

Figura 5. Relacin entre la densidad promedio y la altura relativa para el duramen deespecies de Pinus (P. arizonica, P. durangensis, P. engelmannii, P. teocote, P.cooperi y

P. leiophylla) del norte del Estado de Durango, Mxico.


2,25 (0.15); 3,37 (0.22); 4,5 (0,30) o 5,62(0,37) metros, respectivamente. Solocuando los rboles tienen una altura de 6 m, la probeta puede tomarse a 1,3 m.

Las lneas rectas que describen larelacin r vs h/H para la albura y elduramen en el gnero Pinus no se dife-rencian estadsticamente, de acuerdo conel anlisis de covarianza (P > F = 0,58).Por esta razn, se deriva finalmente unasola ecuacin, con la siguiente funcinmatemtica: r = [0,487 - 0,0697(h/H)]; r2 = 0,32; P = 0,0001. Esta ecuacinposee interpretaciones fsicas, 0,487 es ladensidad bsica promedio esperada paraestas especies a la base del fuste. Lapendiente negativa de la ecuacin explicala reduccin relativa de la densidad de lamadera vieja en contraste con la maderanueva, as como tambin la proporcin dealbura y duramen. Es decir, a mayoraltura del rbol, el contenido relativo demadera nueva y de albura son mayoresque en la base del fuste.

CONCLUSIONES

El valor promedio encontrado en ladensidad bsica del gnero Pinus fue de0,47g cm-3 0,04 g cm-3, considerndosecomo una madera medianamente pesada,mientras que el valor promedio encon-trado en el Quercus fue de 0,77 g cm-3 0,02 g cm-3, considerndose como unamadera altamente pesada, de acuerdocon la clasificacin vigente. En general, ladensidad bsica result ser estadstica-mente igual entre los componentes alburay duramen, en los gneros Pinus yQuercus. Tampoco la altura relativa delrbol fue una fuente de variacin impor-tante en el gnero Quercus. Sin embargo,se encontraron diferencias estadsticasen la densidad bsica entre los compo-nentes de albura y duramen y la alturarelativa de la troza en el gnero Pinus.Cuando se desarrolla una ecuacin quedefine el cambio de la densidad bsicacon la altura relativa del rbol, se reco-mienda extraer las probetas para deter-minar este componente tecnolgico a una

Figura 6. Relacin entre la densidad promedio y la altura relativa para la albura deespecies del gnero Pinus (P. arizonica, P. durangensis, P. engelmannii, P. teocote,

P.cooperi y P. leiophylla) del norte del Estado de Durango, Mxico.

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altura relativa promedio con un intervalode entre 0,21H m a 0,24H m. Solo enrboles con 6 m de altura, la probeta sedebe extraer a 1,3 m.

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Manuscrito recibido el 13 de enero de 2011.Aceptado el 12 de marzo de 2012.

Este documento se debe citar como: Silva-Arredondo, F.M. y J.J. Nvar-Chidez. Estimacin de la densidad demadera en rboles de comunidades forestales templadas del norte del estado de Durango, Mxico.Madera y Bosques 18(1):77-88.

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