Influencia de la poda en el desarrollo de masas de Pinus radiata D. Don y Pinus Pinaster Aiton en Asturias

Resum

Esta tesis doctoral presenta los resultados preliminares de un trabajo de investigación orientado a producir madera de sierra de calidad, bajo una selvicultura sostenible, en masas regulares de Pinus radiata D. Don y Pinus pinaster Aiton en Asturias. El objetivo del trabajo es evaluar el efecto de las podas y las claras en el crecimiento, desarrollo y calidad de la madera en ambas especies, así como la influencia de distintos modelos de gestión en la persistencia y desarrollo sostenible de las masas en aspectos relacionados con el balance nutricional, el contenido de carbono y el riesgo de incendio de la masa. Los ensayos permanentes empleados en este trabajo fueron instalados en el invierno 2005-2006 en masas jóvenes regulares de ambas especies. Tras la instalación de las parcelas se llevó a cabo la primera fase experimental de los ensayos, en la que fue realizada una primera poda bajo diferentes intensidades. Después de esta intervención, se realizó un inventario exhaustivo de las masas para la evaluación y caracterización de la poda aplicada en cada pie de forma individual. En los años sucesivos al tratamiento fueron realizados diversos inventarios en los que se tomaron variables dendrométricas asociadas con la intervención de poda, la forma del fuste y el tamaño del árbol. El período de estudio planteado para este trabajo comenzó a finales de 2005 y terminó a finales de 2010-inicios de 2011, coincidiendo estas fechas con la puesta en marcha de la segunda fase experimental de los ensayos: realización de la primera clara y de la poda alta. La mayoría de las variables dendrométricas evaluadas en los inventarios (diámetro normal, altura total, etc.) se tomaron en todos los árboles pertenecientes a la red de ensayos, siendo caracterizadas otras variables más específicas de los tratamientos de poda (diámetro máximo sobre muñón, cicatrización, brotes epicórmicos, etc.) en alguno de los ensayos. Dado que para ciertos objetivos planteados era necesario realizar un muestreo destructivo detallado de las diferentes fracciones arbóreas, fueron instaladas adicionalmente parcelas temporales, en el invierno 2008-2009, sobre masas regulares de P. pinaster, en las que fueron caracterizadas variables dendrométricas y de biomasa. Además, tanto en las parcelas permanentes como en las parcelas temporales se incluyó la recogida de muestras de suelo para su análisis físico y químico en un laboratorio externo acreditado. El tratamiento de poda fue caracterizado en cada árbol mediante la medición de variables de copa y fuste en el inventario realizado inmediatamente después de la intervención en las parcelas permanentes de la red experimental. Las variables de copa fueron tomadas en todos los árboles podados (5.425 de P. radiata y 6.002 de P. pinaster), a excepción del diámetro de copa que fue evaluado tan solo en dos de los árboles centrales de cada subparcela de poda (480 de P. radiata y 512 de P. pinaster). Las principales variables de fuste fueron medidas en campo para los árboles centrales de cada subparcela de poda (2.160 de P. radiata y 2.304 de P. pinaster), a excepción del diámetro sobre muñón situado en el verticilo de mayor grosor, conocido como diámetro máximo sobre muñón (DSMm), que fue medido únicamente en una parcela de cada especie (576 árboles centrales en cada ensayo). Una vez realizadas las intervenciones de poda y efectuados los inventarios, se valoraron diferentes criterios para la definición de la intensidad real del tratamiento aplicada sobre cada pie. La descripción de la poda real en función de la altura relativa eliminada fue un criterio más exacto que el número de verticilos de la copa. De esta manera, la altura relativa eliminada fue seleccionada para describir la intensidad real de poda, expresada también en porcentaje y agrupada en tres severidades de poda (15%, 30% y 45%). El DSMm ha sido una variable de referencia para describir la calidad de la poda y el momento óptimo de la intervención en los países de mayor experiencia selvícola para la obtención de madera de calidad. La caracterización de este diámetro en el momento inmediatamente posterior a la intervención de poda mostró en este trabajo menores valores para P. pinaster que en el caso de P. radiata, indicando a priori una intervención temporal más adecuada para P. pinaster teniendo en cuenta el objetivo de producción de madera de calidad libre de nudos. El tamaño del DSMm mostró una buena correlación con otras variables dendrométricas del árbol, encontrando la mejor asociación para el diámetro normal (d). Esta buena asociación entre el DSMm y el d del árbol fue confirmada, para una parcela de cada especie, mediante el desarrollo de modelos lineales sencillos de predicción del DSMm en el momento de la poda en ambas especies. Para la definición de los modelos fueron empleados datos procedentes de 576 árboles centrales de cada especie. El modelo determinado para P. pinaster logró explicar un mayor porcentaje de variabilidad (90,20%) que en el caso de P. radiata (87,59%), con un menor valor de la raíz del error medio cuadrático (0,80 cm para P. pinaster y 1,22 cm para P. radiata). El proceso de formación del centro con defectos fue analizado, de forma preliminar, a partir de los datos recogidos en sucesivas mediciones del DSM a diferentes alturas del fuste podado. Se confirmó que este diámetro presentaba también una buena relación con el d y con el DSMm en el momento de la poda. El incremento medio anual del DSM, a diferentes alturas del fuste, mostró diferencias significativas entre especies, con un mayor incremento medio para P. pinaster. Este resultado, con una mayor velocidad de engrosamiento de la zona que contiene las heridas de poda, junto con el menor diámetro medio observado para las heridas de P. pinaster, hace pensar en unas condiciones de partida más favorables para la cicatrización de esta especie que en el caso de P. radiata. El crecimiento corriente del DSM no mostró diferencias significativas para los verticilos podados evaluados a diferentes alturas. La cicatrización de las heridas de poda fue evaluada en una de las parcelas de ensayo de P. radiata hasta el tercer año transcurrido desde la intervención. Los datos empleados se correspondieron con las cuatro ramas podadas de mayor tamaño, seleccionadas en cada árbol después del tratamiento (una herida de poda en cada cuadrante del fuste). Estos datos fueron utilizados para evaluar el porcentaje de heridas cicatrizadas en el tiempo de estudio y la relación existente entre el tamaño y ubicación de las heridas con el tamaño del árbol y la severidad de la poda, así como la velocidad de cierre de las mismas con características del tamaño del árbol y de la herida de poda y de crecimiento corriente en d y en DSM. Se observó una relación positiva entre el d de los árboles podados y el diámetro de las heridas de poda evaluadas. La cicatrización de las mayores heridas de poda, superiores a 3 cm de diámetro, precisaron mayor tiempo para su oclusión, estando cerradas tan sólo la mitad de ellas tres años después de la intervención. Los árboles pertenecientes a las clases diamétricas por debajo de 12 cm mostraron ramas de menor grosor y el cierre completo de las cuatro heridas de mayor tamaño en el 80% de los pies a los tres años de la poda. Estos resultados sugieren la recomendación de la poda de ramas pequeñas, que no presenten una gran superficie a cicatrizar, garantizando el cierre de las heridas en el menor tiempo posible. La severidad de poda mostró menor porcentaje de cicatrización a mayor intensidad del tratamiento. La velocidad de oclusión presentó una relación positiva con el diámetro de la herida y con el tamaño del árbol, con un valor medio de dicha velocidad de 0,5 cm/año. La aparición de brotes epicórmicos como respuesta a la poda fue evaluada en todas las parcelas de ensayo dos años después del tratamiento. En ese tiempo, no se observaron brotes epicórmicos para P. pinaster, pero sí para P. radiata (11% de los árboles podados). La caracterización de los brotes mostró el desarrollo de estas formaciones para todas las intensidades de poda efectuadas, con una escasa representación para el tratamiento de poda más débil (15%) y una mayor frecuencia para el tratamiento de poda más severo (45%). El tratamiento de mayor severidad mostró, además, la mayor proporción de brotes extendidos, observando en este tratamiento las formaciones de mayor tamaño, que podrían causar una depreciación importante en la calidad de la madera. Los árboles de menor tamaño (diámetro normal y longitud de copa remanente) en el momento de la poda, mostraron una mayor disposición para formar brotes después del tratamiento (indistintamente de su tamaño), siendo además ese tipo de árboles los que presentaron una mayor cantidad de brotes largos (longitud mayor de 10 cm). Dentro del fuste, los brotes surgidos se distribuyeron con mayor frecuencia en la mitad de la altura del fuste podado y en las orientaciones de mayor exposición (sur), siendo también más frecuente la aparición de estas formaciones entre verticilos y, dentro de los verticilos, entre nudos. La respuesta de P. radiata no supuso la producción de numerosos brotes epicórmicos tras la poda, pero su mayor susceptibilidad para desarrollar estas formaciones permite constatar que, al menos para este factor, P. pinaster sea mejor candidato para la producción de madera de calidad. Previa evaluación de diversas funciones, el perfil del centro defectuoso del fuste podado fue definido para P. radiata y P. pinaster mediante el ajuste del modelo de Biging (1984). Este modelo se ha desarrollado a partir de los datos de diámetro sobre muñón tomados a diferentes alturas del tronco (DSMj) en árboles en pie, en dos momentos diferentes transcurridos tras la poda (tres y cuatro años después de la intervención). La muestra utilizada estuvo conformada por 2.827 árboles de P. radiata y 1.340 árboles de P. pinaster. Para minimizar el efecto de la autocorrelación de los residuos, relacionada con los datos longitudinales no equidistantes utilizados, fue utilizada una estructura del error expresada como un modelo continuo autorregresivo de orden uno. El ajuste del modelo con variables dummy por especie no mostró diferencias significativas para ambas coníferas por lo que se llevó a cabo el ajuste de una única función de perfil para P. radiata y P. pinaster. El ajuste de este modelo fue efectuado mediante métodos de regresión no lineal. La función propuesta explicó un 98% de la variabilidad del DSMj, con un error medio de 1,10 cm. La comparación de esta ecuación con las funciones de perfil previamente definidas para estas coníferas en Asturias (Canga (2008) para P. radiata y Arias (2009) para P. pinaster), de acuerdo con la función de Fang et al. (2000), en las que no se consideran los defectos asociados a los verticilos del tronco, permitió evaluar el engrosamiento producido en la zona que contiene las ramas podadas, de especial interés para la cuantificación de la parte del tronco que contiene los defectos, a partir de la cual se forma la madera libre de nudos. El engrosamiento de los verticilos mostró valores superiores a mayor diámetro de los árboles y mayor severidad de poda en ambas especies. De forma comparativa, P. radiata mostró los mayores engrosamientos, condicionado por unas ligeras diferencias en las parcelas de ensayo, con mayores clases diamétricas en el caso de pino radiata. Se ha ajustado una ecuación de estimación del DSMj a partir del diámetro sin defectos (dj) determinado mediante la funciones de perfil propuestas para estas especies por Canga (2008) y Arias (2009), en base a la ecuación de Fang et al. (2000), incluyendo la especie y la intervención de poda como variables explicativas del engrosamiento. Para la especie se consideró un valor constante mientras que para la severidad de poda se planteó un valor variable, añadiendo variables dummy asociadas a la intensidad real del tratamiento. La ecuación ajustada logró explicar un 97% de la variabilidad del DSMj, con un error medio de 1,34 cm. El efecto de la poda sobre la forma del tronco fue evaluado mediante la estimación del coeficiente de forma para cada especie, encontrando tres años después de la poda diferencias significativas por tratamiento (severidades de poda del 15%, 30% y 45%) con una mayor forma cilíndrica para la poda de mayor intensidad en ambas especies. Este efecto deja de ser significativo a los cuatro años transcurridos desde la intervención. La influencia de la poda sobre el crecimiento en diámetro y altura de los árboles de P. radiata y P. pinaster fue evaluada tras la realización de tres inventarios dasométricos en cada una de las parcelas permanentes, analizando un total de 26.167 pares de valores diámetro-altura. La respuesta en el crecimiento de los árboles a la poda fue ligeramente diferente para ambas coníferas. El sitio de ensayo también mostró diferencias significativas en el crecimiento posterior de los árboles podados. P. pinaster mostró un mayor reparto de los recursos para el crecimiento en diámetro, mientras que P. radiata mostró el mayor crecimiento para la altura. En términos generales, el tratamiento de poda afectó de forma significativa sobre el crecimiento en grosor de ambas especies, no así para el crecimiento en altura. El crecimiento individual en diámetro y altura en ambas especies fue analizado también mediante el desarrollo de modelos de árbol individual independientes de la distancia, incluyendo en su formulación variables de árbol, variables de masa, índices de competencia y variables asociadas con el tratamiento de poda efectuado. El ajuste de las funciones fue efectuado, por separado y de forma simultánea. Los modelos obtenidos en ambas especies lograron explicar un mayor porcentaje de la varianza para el incremento individual en diámetro que en el caso de la altura, siendo mayor el total de la varianza explicado por los modelos de crecimiento ajustados para P. radiata que en el caso de P. pinaster (para el diámetro 90,68% en P. radiata y 85,26% en P. pinaster; para la altura 88,15% en P. radiata y 84,19% en P. pinaster). La influencia de la poda sobre el crecimiento en grosor de los árboles mostró un cambio en la distribución de la masa, con una mayor pérdida de árboles dominantes para el tratamiento de poda de mayor severidad (45%). El volumen unitario final evaluado cuatro y cinco años después de la intervención en ambas especies mostró una reducción de la producción tras la poda, que fue menos marcada para los árboles de los estratos dominante y codominante. Atendiendo a la evaluación conjunta crecimiento-perfil, se podría apuntar que el menor volumen de los árboles podados con mayor intensidad podría verse compensado por una mayor forma cilíndrica de los mismos, cuyo aprovechamiento tecnológico resulta mucho mejor. Por otra parte, considerando la respuesta de ambas coníferas a la poda, y dadas las diferencias observadas para cada una de ellas, podría apuntarse la necesidad de adoptar unas pautas de poda específicas para cada especie. El estudio de la distribución de la biomasa arbórea aérea de P. pinaster fue efectuado tras la medición, apeo y procesado de 28 árboles en las tres parcelas temporales instaladas con este fin. La evaluación de la distribución real de los componentes arbóreos del fuste y de la copa consideró las fracciones de madera, corteza, ramas gruesas (2-7 cm), ramas finas (0,6-2 cm) y ramillas (0-0,3 cm y 0,3-0,6 cm). La madera mostró ser la más representada en el total del árbol (68%), siendo las ramillas (0-0,3 cm) las menos representadas. Los árboles de mayor diámetro mostraron un aumento en la proporción de biomasa del fuste y de ramas gruesas en el árbol, con un menor porcentaje de biomasa de las fracciones finas (ramillas y acículas) y de las ramas finas de la copa. Para las fracciones de copa, la función de distribución de Weibull mostró caracterizar adecuadamente la distribución vertical de las mismas, observando el porcentaje de cada fracción a lo largo de la copa, estando todas ellas repartidas mayormente hacia la mitad de la copa. La biomasa total de cada componente arbóreo y la distribución vertical de la biomasa de copa fueron modelizados considerando madera y corteza, como fracciones del fuste, y ramas (ramas de 0,6-7 cm) y finos (acículas y ramillas hasta 0,6 cm), como fracciones de la copa. Las ecuaciones desarrolladas emplearon como variables independientes el d, en todos los casos, y la altura total y el ratio de copa para las fracciones del fuste y de la copa, respectivamente. Los modelos de biomasa ajustados para el árbol completo fueron de tipo alométrico mientras que las ecuaciones de biomasa ajustadas por alturas para la biomasa de copa se correspondieron con una función de distribución de Weibull de dos parámetros. El problema de la heterocedasticidad fue solucionado mediante la ponderación de las ecuaciones. Como resultado, se obtuvieron seis ecuaciones de biomasa para las fracciones madera, corteza, finos de la copa y ramas de la copa, y una séptima ecuación para la biomasa total. La aditividad del sistema de ecuaciones definido fue asegurado mediante el ajuste simultáneo de las ecuaciones. La aplicación de estos modelos permite estimar la biomasa de copa extraída en una actividad de poda, hasta una altura conocida, así como la biomasa de fuste y copa extraída en una intervención de clara en la que se corta el árbol completo. El análisis nutricional de las diferentes fracciones arbóreas del fuste y de la copa mostró una baja proporción de macronutrientes en la madera, siendo más importante la cantidad de estos elementos en la corteza. Las fracciones de copa mostraron una acumulación importante de macronutrientes, especialmente las acículas. Esto puso de manifiesto que la poda puede suponer una importante extracción de nutrientes si los restos de esta operación selvícola son eliminados del sistema forestal intervenido. Los valores de nutrientes de las acículas reportaron niveles marginales de N y K, y niveles críticos de P, de acuerdo con el trabajo de Bará (1991) y Bonneau (1995). La proporción de micronutrientes fue menos importante para las acículas, estando la mitad de estos nutrientes en la copa. La evaluación del contenido de carbono de un sistema forestal ha adquirido una importancia creciente en los últimos años. El análisis de nutrientes realizado para las diferentes fracciones arbóreas y los modelos de estimación de biomasa por alturas fueron aplicados en los ensayos permanentes de P. pinaster para evaluar los efectos de la poda y la gestión de su biomasa residual en la reserva de carbono del sistema forestal. La relación entre el carbono total fijado y la biomasa total en este estudio fue del 57,3%. La aplicación de las ecuaciones por alturas permitió estimar la biomasa de la copa extraída en los ensayos permanentes, a nivel individual y para cada severidad de poda. En total, sin diferenciar la intensidad del tratamiento, el porcentaje medio de biomasa de copa extraído fue del 50% para las ramas de la copa y del 35% para los elementos finos. Los resultados obtenidos resaltan nuevamente la importancia de considerar el balance de nutrientes en el caso de extraer los restos selvícolas, por ejemplo para usos energéticos o evitar riesgos de incendios. La carga de combustibles finos (acículas y ramillas hasta 0,6 cm) y su distribución a lo largo del dosel de copas determinan, junto con la humedad de dichos combustibles, el riesgo de que un incendio de superficie se trasmita a las copas y su posterior comportamiento. Los modelos de predicción del riesgo de inicio y propagación de fuegos de copas, así como los que simulan el comportamiento de este tipo de fuegos, requieren conocer, entre otras cosas, los valores de dos variables estructurales del dosel de copas: ¿Canopy Bulk Density¿ (CBD) y ¿Canopy Base Height¿ (CBH), cuyos valores dependen directamente de la distribución de la carga de combustibles finos en el dosel. Estas dos variables no pueden medirse directamente en campo, por lo que es necesario contar con modelos que permitan estimarlas a partir de variables dasométricas sencillas de medir. Gracias a los modelos de distribución de biomasa en altura, ha sido posible evaluar la distribución de la carga de combustibles finos para P. pinaster. En cada sitio de ensayo se consideraron las intensidades de poda diseñadas así como diferentes intensidades simuladas de clara (de 0% a 60%, en rangos de 10% de área basimétrica extraída) y poda (de 0% a 60%, en rangos de 10% de altura de copa extraída) combinadas entre sí. Asimismo, fueron estimados los valores de intensidad lineal crítica y de velocidad de propagación crítica, analizando la modificación de estas variables en función del esquema selvícola considerado. De acuerdo con los distintos tratamientos de poda se observó una reducción significativa en el valor medio del CBD y un aumento significativo del CBH medio. Las diferentes intensidades de los tratamientos simulados lograron modificar el valor del CBD, que se vio reducido desde un 0,158 (control) a un 0,048 (poda del 60% con clara fuerte 60%), y del CBH, que aumentó de 1,67 (control) a 4,49 (poda del 60% con clara fuerte 60%). La evaluación de la biomasa que permanece tras la realización de las intervenciones selvícolas simuladas destacó también la importancia de la biomasa remanente y su relación con el riesgo de incendio. Una vez obtenida la distribución de la carga de combustibles finos de cada sitio de ensayo se ha ajustado la función de densidad de Weibull a cada una de ellas y, posteriormente, se han relacionado los parámetros de dicha función de densidad (b y c) con variables de rodal. Esta ecuación fue ajustada, antes y después de poda, para cada subparcela e inventario. Se observaron diferencias significativas para los parámetros de la ecuación en función del tratamiento e inventario. Se encontró una relación lineal entre los parámetros de la función de Weibull y variables sencillas de rodal, seleccionando finalmente la altura dominante y la longitud de copa del rodal para estimar ambos parámetros, siendo incluido también el número de pies por hectárea en la ecuación de estimación del parámetro c. La aplicación de las ecuaciones estimadas en las parcelas permanentes no mostró diferencias significativas con la distribución vertical de densidad observada, salvo para una subparcela en el inventario 2008-2009. Por tanto, la ecuación de Weibull podría servir para modelizar la distribución de la carga de combustibles finos y estimar directamente el valor del CBD efectivo y del CBH, a partir de variables sencillas del rodal, para diferentes criterios de definición de la variable CBH. Los modelos desarrollados en este estudio han contado, en su mayoría, con una limitación en el número de datos utilizados, siendo por ello interpretados como modelos explicativos, que no han sido validados. En todos ellos, se ha tratado de incluir alguna variable asociada con los tratamientos de poda, lo que permite un mejor entendimiento del efecto de esta intervención sobre el comportamiento posterior de los árboles y su influencia en el sistema forestal. En todo caso, los modelos permiten generar una primera información sobre posibles pautas de gestión para la maximización de la calidad del producto final, bajo una selvicultura preventiva y equilibrada para el sistema forestal. En el futuro es necesario continuar esta línea de trabajo en masas de Pinus radiata y Pinus pinaster en el noroeste peninsular, para mejorar el desarrollo de herramientas de gestión prácticas, que faciliten la predicción del comportamiento de los árboles y los esquemas selvícolas óptimos para la realización de la poda, sola o combinada con claras. Palabras clave: madera libre de nudos, diámetro máximo sobre muñón, cicatrización, brotes epicórmicos, crecimiento en diámetro normal, crecimiento en altura, dominancia, biomasa arbórea aérea, nutrientes, contenido de carbono, combustible fino de la copa, distribución vertical de la biomasa de copa, función de densidad de Weibull, riesgo de incendio, densidad aparente del combustible en la cubierta de copas, altura de la base de la cubierta de copas.