Monitoreo de la biomasa y el carbono en
ecosistemas forestales
William Fonseca G.
UNA, Costa Rica
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