Recursos naturales renovables

 

Análisis dendroclimático de Ahuehuete (Taxodium mucronatum Ten.) en el centro de México

 

Dendroclimatic analysis of baldcypress (Taxodium mucronatum Ten.) in central Mexico

 

Arian Correa-Díaz¹, Armando Gómez-Guerrero¹*, José Villanueva-Díaz¹, L. Ubaldo Castruita-Esparza¹, Tomás Martínez-Trinidad¹, Rosalinda Cervantes-Martínez²

 

¹ Forestal. Campus Montecillo, Colegio de Postgraduados. 56230, Montecillo, Estado de México. * Autor responsable (agomezg@colpos.mx).

² Laboratorio de Dendrocronología, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Gómez Palacio, Durango, México.

 

Recibido: agosto, 2013.
Aprobado: junio, 2014.

 

Resumen

La información histórica de los anillos de crecimiento en árboles longevos y su relación con el clima es útil para comprender la variabilidad climática y los impactos del hombre en el ciclo del agua. El objetivo de este estudio fue desarrollar series dendrocronológicas de anillo total de ahuehuete (Taxodium mucronatum Ten.) en el centro de México para estudiar su relación con el clima. Los sitios estudiados fueron: San Felipe, Estado de México (SF), San Miguel, estado de Querétaro (SM), Tasquillo, estado de Hidalgo (TA) y Jantetelco, estado de Morelos (JA); situados en condiciones climáticas diferentes. La amplitud mínima y máxima de las cronologías flueron 109 para SF y 260 años para TA. Excepto para TA, todas las cronologías fueron altamente significativas. La variación mayor entre índices de ancho de anillo (IAA) fue para SF (σ=2.66) y la menor para JA (σ=0.97). Hubo una correlación significativa entre IAA y el incremento en área basal (IAB). El IAB se ha mantenido estable en la mayoría de los sitios, pero en SF el IAB se redujo 85 % después de 1970, pese a tener los árboles más jóvenes. No se encontró asociación entre los índices dendrocronológicos de los sitios estudiados, pero en episodios de baja frecuencia hubo coincidencia. En la mayoría de los sitios, desde 1910 los periodos de exceso de humedad han sido menos frecuentes, pasando de un periodo de retorno aproximado de 15 a 40 años, mientras que los episodios de sequía extrema desde 1970 han pasado de un periodo de retorno de 20 a 10 años. El crecimiento del ahuehuete mostró mínima influencia de la precipitación de años previos; sin embargo, para el año de crecimiento, la precipitación enero-febrero fue determinante para su desarrollo. La correlación entre las variables climáticas y crecimiento varió entre los sitios; en SM la precipitación fue significativa, pero en SF la temperatura estuvo más correlacionada con el crecimiento. Para fines de reconstrucción y proyección climática, los anillos de crecimiento de ahuehuete de algunos sitios son adecuados para reconstruir el historial de temperatura, y para otros la precipitación.

Palabras clave: Ahuehuete, sabino, cronologías de anillos, variabilidad climática.

 

Abstract

The historic information of growth rings in long-living trees and their relationship with climate is useful for understanding climatic variability and impact of man on the water cycle. The objective of the present study was to develop total ring dendrochronological series of Montezuma baldcypress (Taxodium mucronatum Ten.) in central Mexico to study their relationship with climate. The study sites were: San Felipe, State of Mexico (SF), San Miguel, state of Querétaro (SM), Tasquillo, state of Hidalgo (TA) and Jantetelco, state of Morelos (JA); located in different climatic conditions. The minimum and maximum amplitude of the chronologies were 109 for SF and 260 years for TA. Except for TA, all of the chronologies were highly significant. The highest variation among indices of ring width (RWI) was for SF (σ=2.66) and the lowest for JA ((σ=0.97). There was a significant correlation between RWI and basal area increment (BAI). BAI has remained stable in most of the sites, but in SF the BAI decreased by 85 % after 1970, although it had the youngest trees. No association was found among the dendrochronological indices of the sites studied, but in episodes of low frequency there was coincidence. In most of the sites, since 1910 the wet periods have been less frequent, going from a return period of approximately 15 to 40 years, whereas since 1970 the periods of extreme drought have gone from a return period of approximately 20 to 10 years. The growth of the Montezuma baldcypress presented minimum influence from the precipitation of previous years; however, for the growth year, the January-February precipitation was determinant for its development. The correlation among the climatic and growth variables varied among the sites; in SM precipitation was significant, but in SF temperature was more correlated with growth. For purposes of reconstruction and climatic projection, the growth rings of the Montezuma baldcypress of some sites are adequate for reconstructing the history of temperature, and for others rainfall.

Key words: Baldcypress, juniper, ring chronologies, climatic variation.

 

INTRODUCCIÓN

La dendrocronología estudia los anillos de crecimiento de los árboles y su fechado, y en conjunto con la climatología dieron lugar a la dendroclimatología, que estudia las relaciones entre el crecimiento arbóreo y el clima del pasado (Fritts, 1976; Cerano et al., 2009). Ambas disciplinas son importantes por su potencial para estudiar el cambio climático global y su efecto en los ciclos del agua y del carbono en especies forestales (Gómez-Guerrero et al, 2013).

El ahuehuete (Taxodium mucronatum Ten.) es una especie arbórea de México que por su longevidad (hasta 1650 años) y sensibilidad climática es adecuada para estudios dendroclimáticos (Villanueva et al., 2007). Es la especie arbórea más representada en México y se encuentra en 23 de los 32 estados y en ocho de 12 provincias fisiográficas (Contreras-Medina y Luna-Vega, 2007), por lo cual es una especie estratégica para comprender efectos de variabilidad climática y los cambios en reservorios de agua superficial (Durazo y Farvolden, 1989). Geográficamente, T. mucronatum es importante ya que sus cronologías combinadas con las de T. distichum del sureste de los EE.UU. permiten la reconstrucción de la precipitación y eventos de El Niño en amplias regiones geográficas (Stahle, 2012).

Los anillos de los árboles son útiles porque a diferencia de los registros climáticos cubren periodos de tiempo más amplios por lo cual se pueden usar para generar reconstrucciones climáticas en escala de siglos o milenios en el caso del ahuehuete (Constante et al., 2010). Las comunidades de ahuehuetes del centro de México están desapareciendo por el crecimiento urbano y la sobreexplotación de los mantos acuíferos (Durazo y Farvolden, 1989; Martínez, 1999; Nieto de Pascual, 2009), lo que causa una pérdida de información registrada en sus anillos de crecimiento anual, la cual puede ser útil para comprender la variabilidad climática. A pesar de que los ahuehuetes están asociados a reservorios de agua, son sensibles a la variación de la precipitación y la calidad del agua. Por ejemplo, cuando la salinidad del agua aumenta, las comunidades de ahuehuete pueden ser desplazadas por especies del género Salix (Durazo y Farvolden, 1989).

Las hipótesis de este estudio son: 1) dada la sensibilidad de la especie a la precipitación, las comunidades de ahuehuete del centro de México muestran cronologías con un patrón similar y; 2) la temperatura y precipitación media anual explican los cambios en crecimiento radial de ahuehuete. Para probar las hipótesis se realizó un análisis de los anillos de crecimiento anuales de ahuehuete y se correlacionaron con variables climáticas locales (precipitación y temperatura) en cuatro poblaciones del centro de México: San Felipe, Estado de México (SF); San Miguel, estado de Querétaro (SM); Tasquillo, estado de Hidalgo (TA) y, Jantetelco, estado de Morelos (JA).

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Sitios de estudio

El estudio se desarrolló en cuatro poblaciones de ahuehuete del centro de México (Figura 1). Los sitios SF y SM tienen un clima templado subhúmedo, temperaturas promedio de 15 °C y precipitación de 600 a 750 mm, TA es árido con temperatura promedio de 18 °C y precipitación menor a 350 mm, y JA es cálido subhúmedo con precipitación de 1000 mm.

 

Muestreo de campo

Los árboles seleccionados tenían apariencia sana, longeva, y ubicados en lugares con el menor disturbio posible (incendios, ataque de plagas, enfermedades y daños físicos), y se procuró muestrear individuos con sección de fuste circular para lograr mediciones más aproximadas de incremento en área basal (IAB). En cada árbol se tomaron dos a tres virutas (núcleos de crecimiento) en forma perpendicular con un taladro de Pressler (marca Haglöf, modelo BS009) de 12 mm de diámetro interno. Las virutas se tomaron a 1.30 m sobre el nivel del suelo (diámetro normal), se secaron 5 d a temperatura ambiente y se lijaron con diversos grados de lija en una secuencia de 80 a 600, con el fin de resaltar los anillos de crecimiento.

 

Fechado y medición

Los anillos de crecimiento de cada viruta se contaron y fecharon con un estereoscopio trinocular de alta resolución. Después se midió el ancho de anillo total con un sistema VELMEX de precisión 0.001 mm, con el programa de medición MeasureJ2X para Windows (Stokes y Smiley, 1968; Fritts, 1976; Robinson y Evans, 1980).

En cada sitio se muestrearon en promedio nueve árboles pero no se usaron todas las muestras ya que éstas deben pasar por un proceso de validación en su calidad dendrocronológica. La presencia de anillos falsos y perdidos, crecimientos excéntricos derivados de contrafuertes provocan que algunos árboles no reflejen la condición ambiental del sitio. La calidad del fechado y exactitud de medición de cada anillo se verificó con el programa COFECHA (Holmes, 1994). La correlación se consideró significativa con valores mayores a 0.32 (Holmes, 1983). Las muestras representativas de cada sitio variaron de cuatro a ocho virutas como se indica en el Cuadro 1.

 

Índice de ancho de anillo (IAA) y curva suavizada (Spline)

Las series de crecimiento generadas por COFECHA se estandarizaron con el programa ARSTAN que permite generar una serie de índices normalizados con media de 1.0 y varianza homogénea. Con este procedimiento se eliminan tendencias biológicas (competencia, supresión y liberación) y geométricas (aumento en el área del fuste con la edad) no relacionadas con el clima (Cook, 1987). La curva suavizada de IAA (spline) se hizo considerando una escala de 100 años con parámetro de ajuste de 10 años, mediante la subrutina FMT, que es parte de la Librería de Programas Dendrocronológicos de la Universidad de Arizona (DPL) (Cook y Peters, 1981).

 

Incremento en área basal (IAB)

El IAB se calculó sólo con muestras significativas para la construcción del índice de ancho de anillo, y de secciones de fuste con forma circular obtenidas a la altura del pecho, y se usó la ecuación (1):

donde IAB = aumento en área basal (cm² año^-1), π=constante matemática pi (3.1416), R= radio del árbol (cm), n= año de formación del anillo.

El IAB se correlacionó con el IAA para establecer el grado de asociación en cada sitio.

 

Variables climáticas

La información mensual recopilada fue la temperatura máxima, media y mínima, así como la precipitación acumulada en las estaciones climáticas más cercanas a los puntos de muestreo que tuvieran información histórica de al menos 30 años. Las bases climáticas usadas fueron ERIC III (Extractor Rápido de Información Climática) (IMTA, 2006) y del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) (SMN, 2013). Los datos climáticos de cada estación se promediaron para construir una base de datos regional por sitio y asociarla al crecimiento de los árboles.

 

Correlación y respuesta climática de ahuehuete

El análisis de correlación entre IAA y clima incluyó los meses del año previo y del año actual de crecimiento (24 meses), para determinar si el crecimiento actual estuvo influenciado por variables climáticas de años previos y no sólo por la variable climática del año en curso. El intervalo de tiempo estuvo en función de la disponibilidad y calidad de los datos. Para el sitio SF se usaron cinco estaciones del periodo de 1952 a 2010, en SM dos estaciones de 1944 a 2010, en TA tres estaciones de 1922 a 2011, y para JA tres estaciones de 1926 a 2011.

El IAA se relacionó con el promedio mensual calculado de temperatura máxima, media, mínima y precipitación regional para cada sitio, para lo cual se usó el programa DENDROCLIM 2002 (Biondi y Waikul, 2004). Comparado con otros procedimientos, este programa permite calcular intervalos de confianza por un método de remuestreo (bootstrap) que asegura pruebas precisas para la significancia de las variables (α=0.05). Además de correlacionar los valores medios anuales de las variables climáticas con el IAA, DENDROCLIM 2002, detecta los meses del año más significativos y que explican el crecimiento del árbol a partir de variables climáticas.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cronologías y cofechado

La intercorrelación entre series fue significativa para todos los sitios excepto para TA. El sitio con mejor intercorrelación y sensibilidad media fue SM, seguido por SF y JA. La autocorrelación fue de un año para todos los sitios, excepto TA, donde fue de dos años (Cuadro 2). Lo anterior indica que en los sitios SF, SM y JA, el crecimiento del año actual está correlacionado con el del año previo y este efecto se prolongó por dos años para TA.

Las edades encontradas en el estudio confirman la longevidad para la especie reportada por Cortés et al. (2010), Villanueva et al. (2011) y Stahle et al. (2012). La edad más común del ahuehuete en los bosques de galería mexicanos fluctúa entre 100 y 600 años (Villanueva et al., 2010).

La versión estándar de la cronología mostró correlación significativa con las variables climáticas, y por esta razón se empleó en todos los sitios como un indicador del ritmo de crecimiento del árbol y cambios en episodios favorables y no favorables de clima (Figura 2).

La cronología SF mostró un IAA con una media de 0.92 (±0.3). Se identificaron cuatro periodos por debajo de la media (indicativos de periodos secos), donde los años críticos fueron 1952 con un índice de 0.32, 1961 con 0.27, 1987 con 0.15 y 2006 con 0.23. Sólo se distingue un periodo claro por arriba de la media, el cual abarca aproximadamente de 1965 a 1975. En el sitio SM destacan cuatro periodos por debajo de la media, a inicios de 1880, finales de 1890, y los periodos de 1930-1940 y 1970-1990. Los años críticos fueron 1881 (0.30), 1898 (0.25), 1930 (0.40), 1983 (0.25) y 1998 (0.18). Los máximos IAA están representados en los años 1870 (2.15), 1908 (2.0), 1949 (2.0) y 2007 (1.70).

El sitio con menor significancia fue TA; la media del IAA fue 0.94 (± 0.35). Destacan los periodos de 1895-1905, 1945-1950 y 1980-1985 por estar por debajo de la media, y con años críticos como 1905 (0.39), 1946 (0.43) y 1982 (0.22). Los periodos por arriba de la media fueron 1885-1890 y 1910-1920. En JA se encontraron valores promedio de IAA de 0.93 (±0.28). Los periodos por arriba de la media fueron 1930-1940, 1960-1964 y 1978-1983, con máximos en 1933 (1.7), 1965 (1.38) y 1981 (1.5).

No se encontraron correlaciones significativas entre las cronologías estándar de los cuatro sitios, pero existe correspondencia en al menos tres de cuatro sitios en años húmedos: 1880, 1909, 1965 y 1992; y años secos, 1896, 1926, 1948, 1969, 1983 y 1998, como se observa en la Figura 3. Lo anterior sugiere que algunos episodios climáticos extremos regionales fueron captados por los anillos de ahuehuete. Por ejemplo, se identifican las sequias de la década de 1950 y del periodo de 1994 a 2005, que afectaron al norte y centro de México (Cerano et al., 2009; Stahle et al., 2011). En la mayoría de los sitios, y desde 1910, los periodos de exceso de humedad han sido menos frecuentes, con un cambio en el periodo de retorno aproximado de 15 a 40 años, mientras que los periodos de sequía extrema desde 1970 han pasado de un periodo de retorno de 20 a 10 años (Figura 3). Estos datos no son suficientes para demostrar cambios en el clima, pero sí son indicadores de cambios recientes de la variabilidad climática que muestran la probabilidad de eventos de sequía más frecuentes en el centro del país. Con base en estos resultados y en otros estudios en la región se puede concluir que el ahuehuete es una especie adecuada para estudios de variabilidad climática (Suzán-Azpiri et al., 2007).

 

Incremento en área basal (IAB)

El mayor crecimiento de los sitios se encontró en SF, mientras que el más bajo fue en SM (134.0 y 58.0 cm² año^-1, respectivamente). El IAB promedio en TA y JA fue de 117.0 y 128.0 cm² año^-1, respectivamente. La correlación entre el IAA y IAB fue significativa en todos los sitios y r varió de 0.48 a 0.72 (Figura 4).

Las tendencias indican que el IAB se ha mantenido estable en TA, SM y JA. Sin embargo, en SF la reducción de crecimiento es más evidente comparado con los otros sitios, aunque es el sitio con arbolado más joven. Este resultado se podría explicar por el nivel de alteración de las condiciones originales para el crecimiento de los árboles, porque en este sitio hay un disturbio mayor. El IAB generalmente se mantiene constante en la mayor parte de la vida del árbol y los árboles de SF son de 130 años aproximadamente, un valor muy lejano a su longevidad promedio (600 años) en el centro de México. Estudios realizados con ahuehuete en el estado de Querétaro muestran las mismas tendencias estables en IAB y la alta sensibilidad de esta especie a los años secos, en los que el IAB disminuye notablemente (Suzán-Azpiri et al., 2007; Enríquez-Peña y Suzán-Azpiri, 2011).

 

Relación de los IAA y variables climáticas

En SF y JA, la temperatura media, máxima y mínima mensual mostraron correlación negativa con IAA; en especial, las temperaturas medias y mínimas fueron las más significativas para ambos sitios (Figura 5). La precipitación de octubre presentó correlación positiva en SF y el periodo enero-marzo en JA.

En SM se encontró una correlación positiva entre temperatura máxima y crecimiento para febrero, agosto y septiembre del año del crecimiento (r=0.30) y con el periodo de julio a septiembre del año previo (r = 0.21) (no se muestran datos del año previo). La temperatura media no se correlacionó significativamente con ningún mes del año del crecimiento, pero sí con febrero, marzo y julio del año previo. Para la temperatura mínima hubo una correlación significativa negativa en octubre (r=-0.30) y una asociación positiva con marzo del año previo. Para la precipitación se observó una correlación en los 20 años más recientes, entre IAA y precipitación total (r=0.74), como lo reportan Villanueva et al. (2007).

El sitio TA no mostró ninguna correlación significativa con temperatura máxima para el año de crecimiento, pero si con enero, febrero del año previo. La temperatura media de abril del año previo se correlacionó positivamente con el crecimiento. La temperatura mínima se correlacionó positivamente con junio (r=0.27) y noviembre (r=0.20). La precipitación del año actual no mostró correlación con el crecimiento, pero si la del año previo con febrero (r=0.22) y abril (r=0.24).

La mayoría de las cronologías muestran que el IAA está directamente correlacionado con la precipitación e inversamente con la temperatura durante la estación de crecimiento, lo cual concuerda con lo informado por Stahle et al. (2012). En esta última relación, las temperaturas altas limitan la actividad cambial en la mayoría de los arboles usados para propósitos dendrocronológicos. Una probable explicación de los resultados obtenidos es que la temperatura influye en la actividad meristemática y fotosíntesis neta de la planta. Conforme se alejan de su óptimo, las temperaturas altas limitan la fotosíntesis y la respiración afectando el crecimiento. De esta manera, una temperatura alta durante la estación de crecimiento reduce el tamaño de anillo, particularmente cuando existe limitación de agua. Además, temperaturas altas en invierno se pueden traducir en un incremento mayor durante la estación de crecimiento, al crear condiciones más favorables para la formación de traqueidas (Fritts, 1976).

La mayor correlación con mediciones del año actual indica que el crecimiento del ahuehuete es poco influenciado por la precipitación de años previos. Sin embargo, del año actual, los dos meses con mayor relación en el crecimiento son enero y febrero. En resultado concuerda con la sugerencia de Cortés et al. (2010) de que la precipitación de enero-abril explica el crecimiento de ahuehuete. La relación del crecimiento de ahuehuete con variables climáticas depende de cada sitio; así, mientras el sitio SM fue muy sensible a precipitación, en SF las temperaturas medias, mínimas y máximas del año actual están más correlacionadas con el crecimiento. Este resultado es importante porque indica que para estudiar la variabilidad de clima local y su relación con crecimiento arbóreo, se debe poner atención especial en los meses de enero y febrero.

Considerando todos los sitios, la correlación en periodos comunes mostró que para la precipitación no existe ningún periodo común, y la mayor asociación se encontró con la precipitación total anual y el IAA de SM (r=0.74). Para temperatura máxima hubo correlación negativa con el sitio de SF, sugiriendo una disminución en el crecimiento conforme aumenta la temperatura máxima. Hubo un periodo común de correlación negativa con la temperatura máxima (agosto-septiembre) en SF y SM. Para la temperatura media se encontró un periodo común de enero a abril entre SF y TA, con una asociación mayor entre los dos primeros meses (r=-0.43 y -0.29, respectivamente). Finalmente, para la temperatura mínima hubo dos periodos comunes entre diferentes sitios; una primera asociación entre el periodo enero-abril de SF y TA, y una segunda entre SF y SM octubre y diciembre, y en ambos casos la correlación fue negativa (Figura 5).

Aunque el ahuehuete es una especie con alto potencial dendrocronológico (Villanueva et al., 2007), los resultados indicaron que no todos los sitios son igualmente útiles para estos fines. De cuatro sitios estudiados, SM y SF tuvieron correlaciones mejores entre el IAA y las variables climáticas. Es posible que la correlación dependa de la distribución de la lluvia previa y durante el verano, ya que en los ahuehuetes la formación de madera temprana ocurre de abril a junio, cuando la precipitación y temperatura aumentan; mientras que la formación de madera tardía se presenta de julio a agosto (Villanueva et al., 2013).

 

CONCLUSIONES

Los anillos de crecimiento de árboles longevos como la especie estudiada aportan información valiosa para comprender la variación del clima en el centro de México. La sensibilidad climática muestra que los ahuehuetes permiten estimar indirectamente la intensidad de los impactos naturales y la perturbación antropogénica. En el sitio San Felipe, el crecimiento en área basal se ha reducido 85 % en las cuatro décadas recientes, a pesar de tener el arbolado más joven, y esto indica el grado de alteración del área de estudio. En la mayoría de sitios y desde 1910, los periodos de exceso de humedad han sido menos frecuentes, pasando de un periodo de retorno aproximado de 15 a 40 años, mientras que los episodios de sequía extrema desde 1970 han pasado de un periodo de retorno de 20 a 10 años.

 

AGRADECIMIENTOS

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el financiamiento otorgado para los estudios de Maestría en Ciencias del primer autor. Al programa UC-Mexus (proyecto CN-13-546) y al Colegio de Postgraduados por el apoyo a la Investigación (a través de línea Prioritaria de Investigación ocho, Impacto y Mitigación del Cambio Climático).

 

LITERATURA CITADA

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