Retained pine density shapes short-term carbon reallocation after thinning and broadleaved enrichment in a Pinus massoniana plantation

Resumen Técnico: La densidad de pino retenida determina la reasignación de carbono a corto plazo tras el raleo y el enriquecimiento con frondosas en una plantación de Pinus massoniana

Planteamiento del problema
Las plantaciones de bosques gestionados son críticas para la mitigación climática global, sin embargo, la dinámica del carbono al transformar monocultivos en masas mixtas sigue siendo poco comprendida. Específicamente, no está claro cómo el raleo combinado con el enriquecimiento de frondosas (TMPT, por sus siglas en inglés) afecta la reasignación de carbono a corto plazo entre los sumideros del ecosistema (biomasa arbórea, sotobosque, hojarasca y suelo) en lugar de simplemente aumentar la biomasa total. Una incertidumbre clave radica en cómo las diferentes densidades de pino retenido influyen en este compromiso: mientras que el raleo libera espacio de crecimiento para las especies introducidas, elimina inmediatamente el carbono de los árboles maduros. El estudio aborda si la densidad de pino retenida controla la ganancia de carbono del ecosistema o si simplemente desplaza la distribución del carbono, y si las respuestas del carbono del suelo siguen la densidad del pino o covarián con las condiciones de nutrientes y microbianos del suelo.

Metodología
El estudio se llevó a cabo en una plantación de Pinus massoniana de 18 años en Guangxi, China. En 2018, se comparó un Control no raleado (750 tallos ha⁻¹) con cuatro tratamientos TMPT donde la densidad de pino se redujo a 600 (MP600), 450 (MP450), 300 (MP300) o 150 (MP150) tallos ha⁻¹. Inmediatamente después del raleo, todos los parcelas TMPT recibieron 300 plántulas de frondosas nativas ha⁻¹ (Mytilaria laosensis, Erythrophleum fordii y Castanopsis hystrix).

Seis años después del tratamiento (2024), los investigadores midieron:

• Estructura del rodal: Índices no espaciales (coeficiente de variación del DBH, asimetría, coeficiente de Gini, diversidad de tamaño de Shannon-Wiener) e índices espaciales (ángulo uniforme, dominancia, mezcla, apiñamiento).
• Reservas de carbono: Se cuantificaron la biomasa y las concentraciones de carbono para los componentes de pino, frondosas, sotobosque y hojarasca. El carbono del suelo (0–20 cm) se calculó utilizando la densidad aparente y la concentración de carbono orgánico.
• Propiedades del suelo: Propiedades fisicoquímicas (pH, SOC, TN, TP, densidad aparente, contenido de agua), biomasa microbiana (C, N, P) y actividades enzimáticas (BG, NAG, ACP).
• Análisis estadístico: ANOVA de una vía, g de Hedges para tamaños de efecto, análisis de regresión para relacionar la densidad de pino retenido con los sumideros de carbono, y Análisis de Componentes Principales (PCA) para resumir los ejes de nutrientes y microbios del suelo.

Resultos clave

1. Cambios estructurales: El TMPT aumentó significativamente la variación del tamaño de los árboles, la desigualdad de tamaño y la mezcla de especies en comparación con el Control. Sin embargo, la disposición espacial de los tallos (ángulo uniforme y dominancia) permaneció prácticamente sin cambios, lo que indica que los cambios estructurales fueron impulsados por la diferenciación de tamaño y la mezcla de especies, más que por una reorganización de las posiciones de los tallos.
2. Carbono del pino vs. Carbono del ecosistema: Aunque las menores densidades de pino resultaron en árboles individuales más grandes (aumento de DBH y altura), esto no compensó la pérdida de tallos de pino por unidad de área. El carbono del pino ($C_{pine}$) disminuyó linealmente con la reducción de la densidad. En consecuencia, el carbono del ecosistema ($C_{eco}$) cayó un 22% (MP300) y un 41% (MP150) en relación con el Control.
3. El equilibrio del MP450: El tratamiento MP450 (retención de 450 pinos + 300 frondosas) mantuvo el carbono del ecosistema (88.48 Mg ha⁻¹) comparable al del Control (92.03 Mg ha⁻¹), a pesar de una reducción del 22% en el carbono del pino. Este equilibrio se logró porque el MP450 exhibió:
   • Un 19% más de carbono en el suelo ($C_{soil}$).
   • Las mayores reservas de carbono en el sotobosque y en la media de las frondosas.
   • Un cambio en la asignación de carbono: los sumideros no pertenecientes al pino (suelo, frondosas, sotobosque, hojarasca) contribuyeron con el 50% del carbono total del ecosistema en MP450, frente al 38% en el Control.
4. Impulsores de los sumideros de carbono: La densidad de pino retenido predijo fuertemente el carbono del pino ($R^2 = 0.885$) y el carbono del ecosistema ($R^2 = 0.845$). Sin embargo, el carbono del suelo y el carbono de las frondosas no estuvieron significativamente relacionados con la densidad de pino retenida. En su lugar, el carbono del suelo covarió fuertemente con un "eje de nutrientes-microbios del suelo" (pH, TN, TP, biomasa microbiana y actividades enzimáticas), explicando el 62.4% de la variación del carbono del suelo.
5. Respuesta microbiana del suelo: El MP450 mostró las condiciones de suelo más favorables, con un 38% más de SOC, un 52% más de biomasa de carbono microbiano y un 56–65% más de actividades de enzimas para la adquisición de C, N y P en comparación con el Control. El MP600 (densificación) resultó en el menor carbono del suelo y la menor actividad microbiana entre los TMPT, mientras que el MP300 y el MP150 mostraron valores intermedios.

Contribuciones clave y significancia
El artículo desafía la suposición de que el raleo y el enriquecimiento conducen automáticamente a ganancias uniformes de carbono en el ecosistema. En cambio, demuestra que el TMPT causa principalmente una reasignación de carbono a corto plazo entre los sumideros. El estudio identifica la sustitución de densidad (MP450) como una configuración específica que equilibra la retención del carbono de los pinos maduros con el desarrollo del carbono del suelo y de la vegetación no arbórea.

Los autores concluyen que:

• Implicación de manejo: Simplemente añadir árboles de frondosas a un rodal denso (MP600) puede intensificar la competencia y limitar las ganancias del suelo/sotobosque, mientras que un raleo agresivo (MP300/MP150) crea un déficit de carbono a corto plazo que otros sumideros no pueden compensar de inmediato. La configuración MP450 ofrece un enfoque operativo viable para transformar las plantaciones de P. massoniana sin una pérdida sustancial de carbono a corto plazo.
• Perspectiva mecánica: Las respuestas del carbono del suelo están desacopladas de la densidad de pino retenida y son impulsadas en su lugar por los cambios coordinados en los nutrientes del suelo, la biomasa microbiana y las actividades enzimáticas.
• Advertencia: Estos hallazgos representan una instantánea a corto plazo (6 años). Los autores declaran explícitamente que se requiere un monitoreo a largo plazo para determinar si este equilibrio de carbono persiste a medida que los árboles de frondosas introducidos maduran y la competencia del rodal evoluciona. Los resultados se presentan como específicos para el sitio y la especie, en lugar de ser un óptimo universal.