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FIJACIÓN DE CARBONO EN UN BOSQUE SECUNDARIO DE LA REGIÓN TROPICAL HÚMEDA DE COSTA RICA P. Chacón, H.A. Leblanc1, R.O. Russo Universidad EARTH Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica Recibido 21 de enero 2007. Aceptado 15 de junio 2007.
RESUMEN La conversión de pasturas abandonadas a bosques secundarios, constituye una alternativa para incrementar la fijación de carbono, contribuyendo así a la mitigación del calentamiento global. En la presente investigación se determinó el carbono fijado en la biomasa aérea de un bosque secundario de 15 años, ubicado en la Región Tropical Húmeda de Costa Rica. Diez parcelas de 100 m2 fueron cosechadas separadamente según el estrato (mantillo, herbáceas, lianas, sotobosque, latizales), para la determinación directa de su biomasa y del carbono fijado. Datos de diámetro a la altura del pecho (DAP), altura y densidad fueron tomados en los fustales para la determinación indirecta de su volumen y el C fijado. La biomasa aérea total fue de (99.9 ± 15.7) Mg ha-1. Se fijaron 46.4 Mg ha-1 de C, con una tasa de fijación de 3.1 Mg ha-1 de C por año. Palabras clave: Biomasa aérea, bosque secundario, fijación de carbono, fustales, latizales. ABSTRACT The conversion of abandoned pastures to secondary forests constitutes an alternative to increase carbon fixation, therefore contributing to the mitigation of global warming. The objective of this study was to determine the fixed carbon in the above-ground biomass of a 15 year-old secondary forest, located in the humid tropics of Costa Rica. Ten plots of 100 m2 were harvested separately by component (mulch, herbaceous plants, vines, understorey and saplings) for the direct determination of its above-ground biomass and fixed carbon. Data of diameter at breast height (DBH), height and density were taken in the plots for calculation of volume and stored carbon of trees over 10 cm diameter. The total above-ground biomass was (99.9 ± 15.7) Mg ha-1. In the secondary forest, 46.4 Mg ha-1 of C were fixed, with a fixation rate of 3.1 Mg ha-1 of C per year. Key words: Aerial biomass, secondary forest, carbon sequestration, saplings, understorey. INTRODUCCIÓN El calentamiento global es un fenómeno que genera cada vez mayor preocupación en la comunidad científica internacional. El dióxido de carbono (CO2), es el gas que más contribuye a incrementar el efecto invernadero, y por ende el calentamiento global (IPCC, 1995). La concentración de CO2 en la era preindustrial en el año 1750 era de 280 ppm; sin embargo, tal concentración aumentó a 377.1 ppm para el año 2004 (OMM, 2006). Estimaciones del IPCC (2001) proyectan que en el año 2100, las concentraciones de CO2 en la atmósfera serán de 540 a 970 ppm. Cerca de la mitad de las emisiones antropogénicas de CO2 permanecen en la atmósfera, una cuarta parte es absorbida por los océanos y bosques templados y el resto es absorbido por un 1
Contacto: Humberto Leblanc (
[email protected])
ISSN: 1659-2751
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sumidero terrestre aún desconocido (Koskela et al., 2000; IPCC, 2001). Es posible que una parte considerable de dicho sumidero desconocido sea terrestre; posiblemente los bosques tropicales o bosques boreales ubicados en zonas sin alteración (Koskela et al., 2000). Los bosques secundarios corresponden al 35% del total de los bosques tropicales del mundo (Emrich et al., 2000). Se considera que existen alrededor de 850 millones de hectáreas de bosques secundarios en el mundo, de los cuales, 335 millones de hectáreas se ubican en América (FAO, 2005). Los bosques secundarios de las zonas tropicales se originan en su mayoría por la tala de bosques primarios y el abandono de pasturas (Wadsworth, 2000). En Costa Rica, más de 400 000 hectáreas de pasturas se encuentran abandonadas (Russo, 1998). Las principales razones para el abandono de estas pasturas se deben a la baja rentabilidad de las actividades ganaderas, pobre fertilidad de los suelos, invasión de malezas y la imposibilidad del uso de estas tierras para otras actividades agrícolas (Russo, 1998; Leopold et al., 2001). Los bosques secundarios son ecosistemas de rápido crecimiento, por lo que en ellos se fijan grandes cantidades de carbono (C) en periodos de tiempo cortos (Feldpausch et al., 2004). La conversión de pasturas abandonadas a bosques secundarios y plantaciones forestales constituye una alternativa para incrementar las tasas de fijación de C, con el beneficio adicional de aumentar la biodiversidad local (Silver et al., 2004). Son pocos los estudios realizados para analizar el potencial fijador de C en la biomasa de los bosques secundarios en Costa Rica, y aún en menor cantidad, en la Región Tropical Húmeda de este país. La presente investigación pretende aportar más información sobre la capacidad de los bosques secundarios para fijar C en su biomasa aérea en la Región Tropical Húmeda de Costa Rica. MATERIALES Y MÉTODOS La investigación se realizó en la Universidad EARTH, ubicada en la Región Atlántica de Costa Rica (10°10' N; 83°37' O). La temperatura media es de 25.1 °C, la precipitación media anual es de 3464 mm, distribuidos a lo largo del año y la altitud del sitio es de 95 msnm (Rodríguez, 2006). De acuerdo con el sistema de clasificación de las zonas de vida de Holdridge, el bosque en estudio se considera como bosque muy húmedo premontano transición a basal (Bolaños y Watson, 1993). Los suelos son andisoles, de tipo aluvial, en forma de terrazas casi planas, con buen drenaje y textura predominantemente franca (Sancho et al., 1989). La zona del estudio tiene un área de 20 ha, las cuales fueron dedicadas al cultivo del banano (Musa AAA subgrupo “Cavendish” “Valery”) por un periodo de aproximadamente 20 años. Luego se establecieron pasturas que fueron pastoreadas por 10 años; para finalmente ser abandonadas en 1991. A partir de esta fecha se inició el proceso de regeneración natural. En la actualidad el bosque secundario en estudio cuenta con 37 especies arbóreas, pertenecientes a 32 géneros, y 21 familias. Las familias más abundantes son Fabaceae, Malvaceae y Cecropiaceae (Russo y Leblanc, 2006). En el área del estudio, se establecieron 10 parcelas de 100 m2, cada 50 m a lo largo de un transecto trazado de un lado al otro del terreno. El tamaño de muestra fue determinado mediante una curva de distribución de especies por área, donde se pudo determinar que al muestrear 1000 m2, se abarcaría un 73 % del total de las especies presentes en el bosque secundario. La biomasa fresca (BF) fue determinada mediante el muestreo destructivo de la vegetación en cada parcela. Los componentes de la vegetación fueron recolectados separadamente: hojarasca o
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mantillo, herbáceas ( 10 cm), la determinación de la biomasa fue realizada de manera indirecta. Primero, se midió el DAP y la altura total (h) para determinar el volumen del fuste (V): V = At * h * 0.5
(Ecuación 1)
Donde, At es el área transversal = π (DAP/2)2 = DAP2 * 0.7854. El coeficiente de forma es 0.5. Posteriormente, para determinar el contenido de biomasa seca (BS), se obtuvieron muestras cilíndricas de cada fustal con un barreno de Pressler, a las que se les determinó el volumen. Las muestras fueron secadas en un horno a 60 °C, hasta que alcanzaron peso constante. Posteriormente se calculó la biomasa seca total del árbol (BS): BS (árbol) = V * BS (muestra)
(Ecuación 2)
Para cada componente de la vegetación, se determinó el C en el componente (CC): (CC = % C * BS)
(Ecuación 3)
El análisis por separado del promedio de C acumulado en cada estrato, permitió determinar el aporte aislado de cada uno al C total (CT) fijado en el bosque secundario: CT = CMAN + CHER + CSOT + CLAT + CFUS
(Ecuación 4)
Donde, CMAN es el C fijado en el mantillo; CHER es el C fijado en las herbáceas; CSOT es el C fijado en el sotobosque; CLAT es el C fijado en los latizales y CFUS es el C fijado en los fustales. La tasa de fijación (TF) de C en la biomasa aérea del bosque secundario, se determinó dividiendo el CT por el número de años, 15. RESULTADOS Producción de biomasa aérea Se determinó que la biomasa seca total del bosque secundario en estudio era de (99.9 ± 15.7) Mg ha-1. Esta biomasa se distribuyó en cada estrato de la vegetación de la siguiente manera: (0.1 ± 0.02) Mg ha-1 en el mantillo, (1.5 ± 0.3) Mg ha-1 en las herbáceas, (2.9 ± 0.5) Mg ha-1 en las lianas, (5.6 ± 1.0) Mg ha-1 en el sotobosque, (5.8 ± 1.5) Mg ha-1 en los latizales y (84.0 ± 15.8) Mg ha-1 en los fustales (Figura 1). Los latizales presentaron una tasa de crecimiento en biomasa de 0.4 Mg ha-1 por año, y los fustales de 5.6 Mg ha-1 por año. Los fustales aportaron el mayor porcentaje a la biomasa total del bosque, representando el 84.1 %. Los latizales representaron un 5.8 % y el sotobosque un 5.6 % de la biomasa total. El resto de los estratos (mantillo, herbáceas y lianas) representaron juntos un 4.5 % de la biomasa total.
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120
Biomasa seca (Mg ha -1)
100
80
60
40
20
0 mantillo herbáceas
lianas sotobosque latizales
fustales
Componente
Figura 1. Biomasa aérea seca en los diferentes estratos de un bosque secundario en la Región Tropical Húmeda de Costa Rica. Al separar los latizales y los fustales en sus diferentes componentes, ambos siguieron la misma tendencia en cuanto al aporte de cada componente a la biomasa. En el caso de los latizales los fustes representaron un 90.2 % (5.2 Mg ha-1) del total de su biomasa, seguido de las ramas con 6.4 % (0.4 Mg ha-1) y finalmente las hojas con 3.4 % (0.2 Mg ha-1). A su vez en los fustales, los fustes representaron 90.2 % (75.8 Mg ha-1) del total de su biomasa, seguido de las ramas con 6.4 % (5.4 Mg ha-1) y finalmente las hojas con 3.4 % (2.9 Mg ha-1). Fijación de carbono en biomasa aérea El C total fijado en el bosque secundario fue de (46.4 ± 7.1) Mg ha-1, con una tasa de fijación de 3.1 Mg ha-1 de C por año. Al separar los diferentes estratos del bosque secundario, se determinó que el C fijado en el mantillo fue de (0.04 ± 0.01) Mg ha-1, en las herbáceas (0.6 ± 0.1) Mg ha-1, en las lianas (1.2 ± 0.2) Mg ha-1, en el sotobosque (2.5 ± 0.4) Mg ha-1, en los latizales (2.6 ± 0.8) Mg ha-1 y en los fustales (39.4 ± 7.1) Mg ha-1. Los fustales aportaron la mayor fijación de C en el bosque secundario, representando un 84.9 % del total del C fijado. Los latizales, por su parte, representaron el 5.7 % del total de C fijado (Figura 2).
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50
Carbono fijado (Mg ha-1)
40
30
20
10
0 mantillo herbáceas
lianas sotobosque latizales
fustales
Componente
Figura 2. Carbono fijado por la biomasa aérea en los diferentes componentes de un bosque secundario en la Región Tropical Húmeda de Costa Rica. Al separar los latizales y los fustales en sus diferentes componentes, ambos siguieron una tendencia similar en cuanto a la fijación de C. En los latizales, los fustes representaron un 90.4 % (2.4 Mg ha-1 de C) del total del C fijado, seguido de las ramas con 6.2 % (0.2 Mg ha-1) y finalmente las hojas con 3.4 % (0.1 Mg ha-1). En el caso de los fustales, los fustes representaron 90.6 % (35.7 Mg ha-1) del total del C fijado, seguido de las ramas con 6.1 % (2.4 Mg ha-1) y finalmente las hojas con 3.3 % (1.3 Mg ha-1) (Figura 3).
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Carbono (Mg ha-1)
(a) 3
2
1
0 50 (b)
Carbono (Mg ha-1)
40
30
20
10
0 Hojas
Ramas
Fustes
Total
Componentes del árbol
Figura 3. Carbono fijado en (a) hojas, ramas y fustes en latizales y (b) fustales de un bosque secundario en la Región Tropical Húmeda de Costa Rica. Los contenidos de C en la biomasa variaron en los diferentes estratos. Tanto el sotobosque como los latizales y fustales mostraron un contenido de C muy similar (44.7 %, 45.8 % y 46.9 %, respectivamente). Las lianas, las herbáceas y el mantillo por su parte, contenían 41.7 %, 40.5 % y 42.0 % de C en su biomasa. Se determinó un promedio de 46.5 % de C fijado en la biomasa seca en todos los estratos y componentes muestreados. DISCUSIÓN Producción de biomasa aérea La cantidad total de biomasa aérea en el bosque secundario del estudio (99.9 Mg ha-1) es similar a la reportada por Ortiz y Kanninen (2000), quienes registraron 96 Mg ha-1 para bosques secundarios menores de 20 años en la misma Región. En bosques secundarios de 12 a 14 años originados de pasturas en la Amazonia Central de Brasil, Feldpausch et al. (2004) estimaron la biomasa de los árboles en 120.9 Mg ha-1. En dicho estudio se tomó en cuenta únicamente la
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biomasa encontrada en los fustes, los cuales presentaban un DAP entre 1 cm y 30 cm. En el bosque secundario en nuestro estudio, la biomasa de los fustes fue de 86.8 Mg ha-1. El bosque secundario de nuestro estudio, tiene una taza de incremento de biomasa de 6.6 Mg ha-1 por año. En investigaciones realizadas por Silver et al. (2000) para el Trópico Húmedo, se muestra que la biomasa aérea en bosques secundarios incrementa a una tasa de 6.2 Mg ha-1 por año, durante los primeros 20 años de sucesión y a una tasa de 2.9 Mg ha-1 por año en una segunda etapa que puede llegar hasta los 80 años, datos que son congruentes con los encontrados en el presente estudio. Fijación de carbono en biomasa aérea El C almacenado en este bosque secundario es menor al reportado por Segura et al. (2000) en los bosques naturales de esta región. Dichos autores utilizaron ecuaciones alométricas para la determinación de la biomasa (122 Mg ha-1) y el C almacenado (55 Mg ha-1 de C) en bosques naturales. A pesar de tener una mayor biomasa y C almacenado, la tasa de fijación obtenida (0.9 Mg ha-1 de C por año) fue mucho menor a la de nuestro estudio, por tratarse de bosques maduros. Lo anterior confirma que los bosques naturales o maduros son buenos depósitos de C; sin embargo, el bosque secundario en estudio resultó tener un mayor potencial como fijador de C. Es importante resaltar que en un estudio realizado simultáneamente en las mismas parcelas de nuestro bosque secundario, Daqui (2006) indica que en el suelo se almacenan 96.98 Mg ha-1 de C hasta los 30 cm de profundidad. Por consiguiente, se calcula un total de 143.38 Mg ha-1 de C almacenados en el sistema del bosque secundario. La tasa de fijación de C (3.1 Mg ha-1 de C por año) encontrada en el bosque secundario de nuestro estudio, es ligeramente mayor a la reportada por Ortiz y Kanninen (2000), quienes mencionan una tasa de fijación promedio de 2.5 Mg ha-1 de C por año. Sin embargo, la tasa determinada por el presente estudio se encuentra dentro del rango para los bosques secundarios de 0 a 20 años en el Trópico Húmedo (2 Mg ha-1 a 3.5 Mg ha-1 de C por año) (Silver et al., 2000). Debido a que 1.0 Mg de C equivale a 3.67 Mg de CO2, se estarían removiendo 11.4 Mg ha-1 de CO2 por año de la atmósfera con el C fijado por el bosque secundario de nuestro estudio. Los fustes aportaron la mayoría del C fijado en el bosque secundario muestreado; de los 39.4 Mg ha-1 de C fijados en la biomasa total de los fustales, 35.7 Mg ha-1 (2.4 Mg ha-1 de C por año) fueron almacenados en los troncos. De igual manera, de los 2.6 Mg ha-1 de C fijados en la biomasa total de los latizales, 2.4 Mg ha-1 (0.16 Mg ha-1 de C por año) fueron almacenados en los troncos. Se considera el fuste de los árboles como el sumidero de C con mayor permanencia; por esta razón, en la actualidad los proyectos de fijación de C únicamente remuneran el C fijado por los fustes. El monto promedio establecido en el mercado internacional de venta de certificados de C para el año 2000 fue de US$10.0 Mg-1 de C (Ortiz y Kanninen, 2000). Así mismo, para el 06 de noviembre de 2006, la cotización por Mg de C fijado, era de € 10.38 (equivalentes a $ 13.3 Mg-1) (Point Carbon, 2006). Consecuentemente, en el bosque secundario en nuestro estudio, con una tasa de fijación en fustes de 2.5 Mg ha-1 de C por año, el C fijado estaría valorado en $ 33.3 Mg ha-1 por año; lo que equivaldría a $ 666 por año en las 20 ha de bosque secundario (según los valores de Point Carbon para el 06 de noviembre de 2006).
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El valor del uso del bosque secundario en Costa Rica se estima en US$ 41.8 ha-1 por año; de los cuales US$ 29.3 ha-1 por año (70.1 %) corresponden al valor por fijación de C, US$ 2.5 ha-1 por año (6.0 %) por protección de aguas, US$ 7.5 ha-1 por año (17.9 %) por protección de la diversidad y fuente de investigación y US$ 2.5 ha-1 por año (6.0 %) por protección de ecosistemas y belleza escénica (Sancho Villalobos y Pratt, 1999). Dichos autores estiman una productividad de 2.8 Mg ha-1 de C por año en los bosques secundarios tropicales, valor concordante con la tasa de fijación de C obtenida en nuestro estudio (3.1 Mg ha-1 de C por año). De acuerdo con el valor por fijación de C propuesto por Sancho Villalobos y Pratt (1999), para proyectos dentro del régimen de pago por servicios ambientales, se estimó un valor de US$ 9.4 Mg-1 de C para el bosque secundario del presente estudio y de US$ 10.4 Mg-1 de C para la tasa de fijación que se menciona en el estudio de dichos autores. Como se puede apreciar, al haber un precio fijo por el servicio de fijación de C por hectárea (US$ 29.3 ha-1 por año), los bosques secundarios con una mayor tasa de fijación tendrían un valor por Mg de C menor que aquellos bosques secundarios con una menor tasa de fijación. Por otro lado, el valor asignado comprende la tasa de fijación total sin discriminación de los componentes, ya que se valoriza el servicio ambiental que brinda el bosque secundario en su totalidad. La determinación de C fijado total, así como las tasas de fijación, varían en otros estudios consultados, principalmente debido a la utilización de diferentes factores para la estimación de C en la biomasa seca. Mientras que algunos estudios utilizan el factor por defecto establecido por el IPCC de 0.50 (Silver et al., 2004), otros utilizan un factor de 0.45 (Ortiz y Kanninen, 2000), recomendado por Brown et al., (1989). En este estudio, la determinación del factor se realizó de manera experimental (0.465) y se asemeja a los obtenidos por Johnson et al. (2001), quienes utilizaron una metodología de muestreo similar a la de esta investigación (muestreo directo). Dichos autores analizaron un bosque secundario originado de tierras dedicadas a la tumba y quema en la Amazonía Oriental de Brasil, donde reportaron contenidos de C en la biomasa de 46.6 % en el follaje y 47.3 % en la madera de árboles con DAP > 5 cm a los 10 años posteriores al inicio de la sucesión. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en este estudio indican que el bosque secundario contiene una biomasa aérea total de (99.9 ± 15.7) Mg ha-1, de las cuales, la mayor cantidad proviene de los fustales debido a su componente leñoso. Dichos valores son similares a los encontrados por otros autores bajo condiciones y edades semejantes. Además, en el bosque se fijaron (46.4 ± 7.1) Mg ha-1 de C, con una tasa de fijación de 3.1 Mg ha-1 de C por año. Dicha tasa fue similar a las encontradas por otros estudios, y es mayor que la tasa determinada para bosques naturales maduros en la misma Región. La mayor cantidad de C en el bosque secundario es fijada por los fustales, representando el 84.9 % del total del C fijado en el bosque secundario. El C fijado como porcentaje de la biomasa seca fue muy variable según el estrato; sin embargo, en promedio, la biomasa seca del bosque secundario en estudio contiene un 46.5 % de C. Los porcentajes de C en la biomasa del sotobosque, los latizales y los fustales varía de 44.7 % a 46.9 %.
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RECONOCIMIENTOS Esta investigación contó con el apoyo financiero de la Unidad de Investigación de la Universidad EARTH, a través del convenio con la Universidad del Estado de Ohio (Ohio State University, OSU) y el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). DISCLAIMER This report was prepared as an account of work sponsored by an agency of the United States Government. Neither the United States Government nor any agency thereof, nor any of their employees, makes any warranty, express or implied, or assumes any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed, or represents that its use would not infringe privately owned rights. Reference herein to any specific commercial product, process, or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise does not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favoring by the United States Government or any agency thereof. The views and opinions of authors expressed herein do not necessarily state or reflect those of the United States Government or any agency thereof. LITERATURA CITADA Bolaños, R.A.; Watson, V.C. 1993. Mapa ecológico de Costa Rica, según el Sistema de Clasificación de Zonas de Vida del Mundo de Holdridge. Centro Científico Tropical. San José, CR. 1 mapa. Brown, S.; Andrew, G.; Lugo, A. 1989. Biomass estimation methods for tropical forests with applications to forest inventory data. Forest Science 35: 881-902. Daqui, N. 2006. Distribución espacial de carbono, nitratos y amonio en estructuras biogénicas en un bosque secundario de la región tropical húmeda de Costa Rica. Proyecto de Graduación Licenciatura Ingeniero Agrónomo. Universidad EARTH. Guácimo, CR. 47 p. Emrich, A.; Pokorny, B.; Sepp, C. 2000. Importancia del manejo de los bosques secundarios para la política de desarrollo. GTZ. Eschborn, DE. 197 p. FAO (Organización de las Naciones Unidads para la Agricultura y la Alimentación, IT). 2005. Situación de los bosques del mundo. Roma, IT. 153 p. Feldpausch, T.; Rondon, M.; Fernandes, E.; Riha, S.; Wandelli, E. 2004. Carbon and nutrient accumulation in secondary forests regenerating on pastures in Central Amazonia. Ecological Applications 14(4) Suplemento 2004: 164-176. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, CH). 1995. IPCC Second Assessment Climate Change 1995. IPCC. Ginebra, CH. 73 p. IPCC (Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, CH). 2001. Tercer Informe de evaluación cambio climático 2001, la base científica (Resumen para responsables de políticas y Resumen técnico)(documento electrónico). IPCC. Ginebra, CH. 94 p. Johnson, C.; Vieira, I.; Zarin, D.; Frizano, J.; Johnson, A. 2001. Carbon and nutrient storage in primary and secondary forests in eastern Amazonia. Forest and Ecology Management 147: 245-252.
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