The importance of large trees as carbon sinks in UK woodlands

Resumen Técnico: La importancia de los árboles de gran tamaño como sumideros de carbono en los bosques del Reino Unido

Planteamiento del problema
El mapeo preciso del carbono por encima del suelo (AGC, por sus siglas en inglés) en los bosques templados es fundamental para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero y para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas. Sin embargo, los métodos convencionales para estimar el AGC dependen de ecuaciones alométricas de relación tamaño-masa derivadas de cosechas destructivas de árboles más pequeños. Estos conjuntos de datos suelen estar sesgados hacia cohortes más pequeñas debido a restricciones logísticas y éticas, lo que hace que las ecuaciones resultantes no sean "invariantes de escala". En consecuencia, la aplicación de estas alometrías estándar a árboles más grandes —particularmente en bosques antiguos o seminaturales— probablemente conduce a una subestimación significativa del depósito de carbono. Los autores plantean la hipótesis de que la contribución de los árboles grandes al AGC total en los bosques del Reino Unido está siendo actualmente subestimada por los métodos de inventario existentes.

Metodología
El estudio se llevó a cabo en Kew Wakehurst (West Sussex, Reino Unido), una finca de 211 hectáreas que representa un mosaico de tipos de bosque del sur del Reino Unido. Los investigadores seleccionaron tres tipos de hábitat distintos para el análisis:

1. Bosque de frondosas: Un Sitio de Especial Interés Científico (SSSI) dominado por Quercus robur, Fagus sylvatica y Fraxinus excelsior.
2. Bosque de matorral (coppice): Gestionado activamente con una rotación de siete años, compuesto principalmente por cepas de Corylus avellana con un dosel de Quercus robur.
3. Plantación de coníferas: Un monocultivo de mediados del siglo XX de Picea abies (pícea de Noruega) en un Sitio de Bosque Antiguo (PAWS).

Adquisición y procesamiento de datos:

• LiDAR Terrestre (TLS): Los datos se capturaron utilizando un escáner RIEGL VZ-400i. Los escaneos fueron corregidos y procesados en un sistema de coordenadas de la Red Nacional Británica.
• Segmentación y modelado: Los árboles individuales se aislaron utilizando el flujo de trabajo TLS2trees. El volumen leñoso se estimó mediante modelos de estructura cuantitativa (QSM), que encierran los datos de la nube de puntos con primitivas geométricas (cilindros).
• Cálculo de masa: El volumen se convirtió a AGC utilizando densidades de madera específicas de la especie procedentes de la Base de Datos Global de Densidad de la Madera y ratios de biomasa a carbono específicos del bioma. La incertidumbre se propagó a través del volumen, la densidad y los factores de conversión.
• Análisis comparativo: El AGC derivado de TLS se comparó con dos enfoques convencionales:
  1. Ecuación "Combinada" de Bunce: Un modelo alométrico ampliamente utilizado para árboles de frondosas.
  2. Código de Carbono Forestal (WCC): El método estándar del Reino Unido para la contabilidad de carbono, que utiliza ecuaciones alométricas específicas para especies de frondosas y coníferas.
• Validación del inventario: Un subconjunto de árboles fue medido manualmente (DBH y altura) para validar las métricas derivadas de TLS y servir como entradas para los modelos alométricos comparativos.

Resultados clave

• Almacenamiento de carbono desproporcionado: Los árboles grandes actúan como un sumidero desproporcionado para el AGC. En los bosques de frondosas y de matorral, los árboles más grandes (en términos de DBH, el 3–4%) representan aproximadamente el 50% del AGC total del hábitat. Incluso en la plantación de coníferas, ~50% del AGC se almacena en el ~25% de los árboles más grandes.
• Subestimación sistemática por alometría:
  • Frondosas y Matorral: La ecuación alométrica de Bunce subestimó el AGC en un 50–60% en comparación con el TLS. El método WCC tuvo un desempeño aún peor, subestimando el AGC en aproximadamente un 70% en bosques antiguos de frondosas y un 50% en bosques de matorral.
  • Coníferas: Para Picea abies, el TLS y la alometría de Bunce mostraron una buena concordancia, aunque el WCC todavía subestimó el AGC en un 10–20%.
• Fuente de sesgo: El principal motor de la subestimación en las alometrías existentes es la incapacidad de capturar el aumento en la asignación de material leñoso hacia copas grandes y extendidas. A medida que el tamaño del árbol aumenta (DBH ≥ 30 cm), la proporción de carbono del tallo respecto a la copa cambia significativamente (de 45:55 a 29:71), un cambio morfológico que no es capturado por las ecuaciones entrenadas en árboles más pequeños.
• Incertidumbre: Aunque la incertidumbre individual de los árboles es alta (media ~41% para frondosas), esta se reduce a ~27% cuando nos centramos en los árboles más grandes que comprenden el 90% del AGC total. Para estos árboles grandes, la incertidumbre está dominada por la variabilidad de la densidad de la madera más que por los errores de estimación de volumen.

Contribuciones clave

1. Evidencia empírica de sesgo: El estudio proporciona evidencia cuantitativa de que los métodos estándar de contabilidad de carbono en el Reino Unido (específicamente las ecuaciones WCC y Bunce) subestiman significativamente el AGC en bosques que contienen árboles grandes y maduros.
2. Perspectiva morfológica: La investigación identifica el cambio en la asignación de carbono del tallo a la copa como una función del tamaño del árbol como el mecanismo biológico detrás del fallo de las alometrías invariantes de escala.
3. Validación metodológica: El artículo demuestra que el LiDAR terrestre, junto con QSM, puede estimar con precisión el AGC en diversos tamaños de árboles y estructuras forestales sin necesidad de cosecha destructiva.

Significancia y afirmaciones
Los autores afirman que la concentración de AGC en unos pocos árboles grandes implica una "subestimación grave" de los depósitos de carbono reportados a nivel nacional en el Reino Unido si se aplican los métodos actuales de forma generalizada. Enfatizan que los métodos alométricos existentes son "aptos para su propósito" para los tipos de bosques y tamaños de árboles específicos para los que fueron diseñados (por ejemplo, plantaciones gestionadas con árboles más pequeños). Sin embargo, advierten que la aplicación de estos métodos a bosques "fuera de la muestra" —específicamente aquellos con árboles grandes, antiguos o seminaturales— conduce a errores sistemáticos.

El artículo concluye que se deben desarrollar nuevas alometrías de tamaño-a-masa utilizando árboles de tamaño apropiado. Dada la imposibilidad ética y logística de la cosecha destructiva para árboles grandes, los autores proponen un enfoque híbrido: utilizar el LiDAR terrestre para estimar el componente de "masa" de las ecuaciones de tamaño-a-masa, que luego puede combinarse con mediciones de inventario convencionales (como el DBH) para un reporte nacional escalable. Además, argumentan que la gestión y la política forestal deben priorizar la retención de árboles grandes y el reclutamiento de futuros individuos grandes para mantener estos hábitats como sumideros de carbono significativos.