monitoreo de la biomasa y el carbono en ecosistemas forestales

Monitoreo de la biomasa y el carbono en

ecosistemas forestales

William Fonseca G.

UNA, Costa Rica

wfonseca@una.cr

2017

Contenido

Cambio climático

Importancia de los bosques

Planificación de inventarios

Medición de biomasa

Cálculo de carbono

Cambio climático: un fenómeno global

que ocupa una posición destacada en los

debates internacionales.

La solución (CMNUCC)?

Cambio climático

Cambio climático

Los recursos forestales a nivel mundial se están agotando

Con la pérdida de los bosques

se pierde biodiversidad

Deforestación

Componentes de almacenamiento de carbono

Biomasa arriba del suelo (árboles, arbustos, vegetación herbácea, flores y semillas

ECOSISTEMA Biomasa abajo del suelo (raíces) (10- 30% de la biomasa aérea)

Hojarasca y necromasa (5%)

Suelo: Materia orgánica (70-75%)

Fuente: IPCC (2003)

Importancia de los bosques

Importancia de los bosques

Planif. de inventarios: tamaño y forma de unidades de muestreo

Área por árbol

(m2)

Tamaño de

parcela (m2)

Aplicación

0-15 100 Vegetación muy densa, rodales con gran

número de tallos de diámetros pequeños,

distribución uniforme de tallos grandes

15-40 250 Vegetación leñosa moderadamente densa

40-70 500 Vegetación leñosa moderadamente

esparcida

70-100 666,7

Vegetación leñosa esparcida

+100 1000 Vegetación leñosa muy esparcida

MacDicken (1997)

Parcela circular concéntrica: distribución aleatoria de los individuos (regeneración natural)

Fustales: Dap ≥ 10 cm

Latizales altos: Dap ≥5-9,9 cm

Latizales bajos: > 1,5 m de altura

a 4.9 cm Dap

Brinzales : 0,30 m a 1,5 m de altura

Parcela rectangular anidada: distribución sistemática de los individuos

Fustales

Latizales altos

Latizales bajos

Brinzales

Lineales: plantaciones en línea, cercas vivas, cortinas rompevientos

Planif. de inventarios: tamaño y forma de unidades de muestreo

En bosque natural: parcelas desde 100

a 1225 m2

En plantaciones forestales: parcelas de

64 a 625 m2

Tipo de parcelas

Permanentes: para monitorear los cambios

de C en el tiempo

Temporales: para estimar C en un

momento dado

Planif. de inventarios: tamaño y forma de unidades de muestreo

Objetivos – precisión – presupuesto

Depende de la tasa de crecimiento y dinámica de la población

- Bosque natural: -B seco (+5 años), B húmedo (3-5 años).

- Plantaciones: jóvenes cada año, de media o más cada 2-3 años.

Depende del componente a medir:

- Vegetación: Anualmente o cuando existan cambios considerables en el tiempo (Propuesta REDD+ de Costa Rica cada 5 años)

- Suelos: tiene una tasa de cambio lenta

Época del monitoreo: preferiblemente en la misma época del

año (mismo mes)

Planif. de inventarios: frecuencia del monitoreo

Planif. de inventarios: Niveles de esfuerzo en el monitoreo de

C según la relación B/C y la cantidad de Carbono fijado

Nivel básico: menor costo, menor exactitud con

E= 30%. El inventario se hace al inicio del proyecto y en la cosecha final.

Nivel moderado: mayor exactitud, E= 20%. El inventario se realiza cada 2 a 3 años y en la cosecha final.

Nivel alto: E= 10 al 15%, implica mayores costos porque los inventarios se realizan anualmente.

Las PPM para evaluar los cambios temporales de biomasa son consideradas como un medio estadísticamente superior

Fuente: MacDiken (1997)

Evaluación de biomasa: biomasa arriba del suelo

Biomasa del componente leñoso:

árbol, arbustos, palmas, bambúes

Biomasa del sotobosque:

vegetación herbácea, estados

juveniles de árboles, pastos,

otros (helechos, lianas, epífitas).

Evaluación de biomasa ¿Cómo estimar o medir biomasa

aérea en árboles?

Método directo = método destructivo:

1. mediciones de campo

2. ecuaciones alométricas

3. tablas locales

Ecuaciones alométricas:

- modelo específico o tabla específica de biomasa para cada

especie

- ecuación genérica, cuando no existen modelos específicos para zonas o condiciones particulares o cuando varias especies presentan un patrón morfológico de crecimiento similar

Método directo

1. Cortar el árbol (árbol promedio

MacDicken 1997)

2. Separar y pesar componentes

(hojas, ramas, fuste, raíz)

3. Recolección de muestras

4. Determinación de materia seca

5. Determinación de FC

Evaluación de biomasa ¿Cómo estimar o medir biomasa

aérea en árboles?

Método indirecto:

- Determinación del volumen

- Usar la densidad específica de la madera

- Factores de expansión de biomasa

BS=Volumen*DE*FEB

- Uso de sensores remotos/SIG (Índices de vegetación)

- CO2Fix

- CO2Land

Evaluación de biomasa ¿Cómo estimar o medir biomasa

aérea en árboles?

Evaluación de biomasa: factor de expansión de biomasa (FEB)

Factor que permite hacer correcciones para

incluir ramas y follaje a la biomasa estimada en función del

diámetro y la altura.

FEB= BAT/BF

FEB = 1,75 * biomasa de fuste, si la biomasa > 190 ton/ha

FEB= e{ 3,213 - 0,506 * ln(biomasa)}, si la biomasa < 190 ton/ha

(Brown y Lugo 1992)

Evaluación de biomasa: factor de expansión de volumen (FEV)

Factor que permite hacer correcciones volumétricas cuando se usan datos de volumen comercial extraídos de inventarios forestales con fines comerciales (DAP>30 cm), en donde se desprecia el volumen no comercial, comprendido entre 10 cm y 30 cm de diámetro.

El ajuste depende del volumen conocido.

< 250 m3/ha, FEV = e{1,3 - 0,209*ln(Vol)}

> 250 m3/ha, FEV = 1,13

(Brown 1997)

Evaluación de biomasa: biomasa en raíces

Clasificación según diámetro

1. Finas < 2 mm

2. Pequeña 2-5 mm

3. Mediana 5-10 mm

4. Gruesa 10-20 mm

5. Muy gruesa > 20 mm

Evaluación de biomasa: ¿Cómo estimar o medir biomasa

de raíces?

Métodos de estudio de raíces

- Métodos directos = destructivos: muestreo de suelo-

raíz y excavaciones

- Modelos alométricos

Evaluación de biomasa: Biomasa de raíces (fina y pequeña)

Métodos con barreno

- Barreno de Goettingen (8 x 25 cm)

- Barrenos de motor

- Barreno de golpe

- Extracción de suelo con otras

herramientas

Evaluación de biomasa: Biomasa de raíces (mediana y mayor)

Evaluación de biomasa: Biomasa de raíces (mediana y mayor)

Excavación - extracción

Evaluación de biomasa: Biomasa de raíces

Estimación de biomasa radical usando una relación de BR/BA. Hay poca información.

- En bosques tropicales la relación BR/BA varía de 0,03 a 0,49, para ser conservador utilizar un valor de 0,1 a 0,15 (MacDiken 1997)

- En zonas húmedas la BR representa en 10% de la BA y en zonas semiáridas cerca del 30% (Dixon 1995)

Evaluación de biomasa: Modelos para estimar

biomasa de raíces

BR: Biomasa de raíces (Mg ha-1), BA: Biomasa sobre el suelo (Mg ha-1), Pf:

proporción de raíces finas (máximo 0.9 (Kurz et al. 1996, IPCC 2003)

Especie Modelo

Madera suave BR= 0,31*(BA)

Madera dura BR= e0,359*BA0,639

Todas Pf= e1,007*BR-0,841

BR= e[-1,0587+0,8836*ln(BAT)]

Evaluación de Biomasa: vegetación no arbórea

Incluye: pastos, vegetación

herbácea, cultivos (IPCC 2003).

Se muestrea en subparcelas

de 0,25 -1,0 m2

Cosecha del material – pesado

y recolección de muestras

para determinar materia

seca

Evaluación de biomasa: materia orgánica muerta (necromasa)

Hojarasca “litter”: residuos orgánicos

( hojas, semillas, ramas delgadas,

raíces finas) sobre la superficie del

suelo. Se muestrea en cuadros

de 0,25 m2

La medición es fácil, se recolecta

el material dentro del cuadro, se

pesa en el campo y se recoge una

muestra

Madera muerta: material leñoso en pie o

caída no contenida en la hojarasca

Métodos de evaluación de madera caída

- Juicio de experto (IPCC 2003):

Basado en la cantidad esperada de

madera respecto a la biomasa aérea

- Por muestreo (parcelas)

Evaluación de biomasa: materia orgánica muerta (necromasa)

Determinación de carbono en la biomasa

Procedimiento de combustión seca, a partir la biomasa seca (Acosta et al. 2001).

Método de Walkley-Black (1938), consiste en oxidar los materiales orgánicos del suelo con dicromato de potasio en un medio ácido, luego se determina el dicromato de potasio que no se ha reducido (Briceño y Pacheco 1984).

IPCC recomienda FC=0,45–0,5 para la biomasa en el trópico.

Conversión de volumen a biomasa

* Biomasa = Vol x DE

Conversión de biomasa a carbono

* C = MS x %C en MS

* C = MS x 0,5 (IPCC)

Volumen de madera a carbono almacenado

1 m3 de madera = 200 kg de C

Cálculos de biomasa y carbono

Resultados: Modelos para estimar biomasa y carbono para el fuste y el árbol

completo en bosque seco.

Modelo R2 EEE EMA DW n E% AIC

Btotal = Exp(-1,53009 +

2,17632*ln(Dap))

89,82 0,512 0,412 2,26072

(P=0,9487)

156 11,8 6,09

Ctotal = Exp(-2,27186 +

2,17651*ln(Dap))

89,84 0,512

0,412 2,26209

(P=0,9496)

156 11,7 5,35

Bfuste = Exp(Exp(1,93002 -

8,7641/Dap))

87,29 0,160

0,122 1,84687

(P=0,1687)

157 15,3 5,81

Cfuste = exp(-2,76241 +

2,10518*ln(Dap))

86,30

0,586

0,440

2,25951

(P=0,9485)

157 20,6 4,68

Resultados: Modelos para estimar biomasa vegetal y carbono en la biomasa vegetal

para el ecosistema en bosque seco.

Modelo R2 EEE EMA DW n E% AIC

Beco = (0,301575 +

2,46272*√(G))^2

95,81

0,537 0,430 2,21472

(P=0,8067)

81 0,59 2,60

Log(Ceco) = (1,2923 +

0,242744*ln(G))^2

96,30 0,022 0,018 2,348

(P=0,9307

81 0,33 1,80

Barborea = exp(1,78492 +

0,99869*ln(G))

96,68 0,086 0,069 1,89706

(P=0,2807)

81 0,36 2,49

Carboreo= exp(1,04351 +

0,99867*ln(G))

96,70 0,086 0,069

1,8932

(P=0,2748)

81 0,37 1,75

Resultados

Modelos para estimar la biomasa total y el carbono en la biomasa (Mg

ha-1) en plantaciones forestales de V. guatemalensis y de H.

alchorneoides. Todos los modelos poseen una P < 0,0001.

Modelos con otras especies (Costa Rica)

Especie Modelo R2 (R2 aj)

(%)

n Fuente

T. grandis Bh= -2,138 +2,272*log10dap

Br = -2,38 + 2,92*log10dap

Bf= -0,804 + 2,305*log10dap

Bat= -0,815 + 2,382*log10dap

0,83

0,89

0,98

0,98

Pérez y Kanninen

2003

T. amazonia Bh= exp(-7,928 + 3,451*lndap)

Br= exp(-5,526 + 3,026*lndap)

Bf= exp(-1,602 + 2,299*lndap)

Bat= exp(-1,648 + 2,392*lndap)

0,77(0,64)

0,95(0,73)

0,99(0,95)

0,99(0,96)

35

35

35

35

Montero y Kanninen

2002

V.

guatemalensis

Ln (Bf)= -3,044 + 2.450*ln(dap)

Ln (Br)= -1,872 + 1,202*ln(dap)

Ln (Bh)= -4,661 + 2.014*ln(dap)

Ln (Bat)= -2,815 + 2.428*ln(dap)

(0,99)

(0,90)

(0,95)

(0,96)

9

6

9

9

Montero y

Montagnini 2004

(10 especies)

Resultados

Factores de expansión de la biomasa (FEB) y relación biomasa

radical (Bra)-biomasa aérea total (Bat) y biomasa radical-

biomasa del fuste (Bf).

Tipo de bosque Estadístico FEB Bra/Bat Bra/Bf

V. guatemalensis n 54 45 45

promedio 1,56 0,26 0,39

E (%) 12,68 21,16 18,16

H. alchorneoides n 58 42 42

promedio 1,57 0,30 0,52

E (%) 7,03 11,77 15,57

Resultados

Fracción de C (%) en la biomasa en bosque natural.

Zona Estadístico Hojas Ramas Fuste Raíz Necro-

masa

Vegetación

herbácea Hojarasca Suelo

Pacífico

centra

l

X 35,9 44,6 43,9 44,4 43,9 37,9 37,0 4,1

n 61 61 61 32 35 36 33 31

E% 3,8 3,1 4,1 3,2 5,3 3,3 3,5 14,2

Bosq

ue

altu

ra

X 37,2 44,1 45,6 45,6 44 37,7 36,8 4

n 108 89 106 46 50 41 36 51

E% 2,9 1,4 1,8 2,8 3,5 3,1 3,9 11,7

Bosq

ue

seco

X 39,1 42,7 42,5 42,8 42,6 38,5 33,3 2,2

n 46 30 31 37 26 18 27 48

E% 6 7,9 6,6 4,4 4,7 4,2 6,5 16,8

Zon

a

Norte

X 36,7 45,0 44,7 41,8 45,2 35,3 34,2 2,9

n 66 34 42 34 11 16 12 20

E% 4 3,4 3,1 3,3 9,1 6,1 7 3,1

Muchas gracias