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Using Locally Developed Allometric Equations Improves Biomass Estimation in Managed Forests

Este estudio demuestra que las ecuaciones alométricas desarrolladas localmente mejoran significativamente la estimación de la biomasa en bosques de pino contorta con manejo intensivo al capturar con precisión los cambios estructurales de la copa causados por el raleo precomercial, los cuales las ecuaciones nacionales generalizadas no logran contabilizar y, por consiguiente, subestiman.

Autores originales: Amanda Schoonmaker, Angeline Dongen, Dani Degenhardt

Publicado 2026-09-24

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CC BY 4.0

Autores originales: Amanda Schoonmaker, Angeline Dongen, Dani Degenhardt

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Los bosques no son solo colecciones de árboles; son sistemas vivos y complejos donde cada rama y hoja desempeña un papel en la salud del planeta. Los científicos dependen de las mediciones de la biomasa forestal —el peso total de todo el material vegetal vivo— para comprender cuánto carbono almacenan los árboles, qué tan productivo es un bosque y cuánto combustible hay disponible para propagar un incendio a través del dosel. Para obtener estos números sin talar cada uno de los árboles, los investigadores utilizan fórmulas matemáticas llamadas ecuaciones alométricas. Estas fórmulas actúan como un traductor, convirtiendo rasgos fáciles de medir, como el ancho del tronco de un árbol y su altura total, en una estimación de su peso total. Durante décadas, los científicos han utilizado versiones nacionales generales de estas fórmulas, que funcionan bien para bosques que han crecido de forma natural sin interferencia humana. Sin embargo, muchos bosques hoy en día son gestionados activamente. Los forestales suelen ralear rodales jóvenes de árboles, eliminando competidores para dar a los restantes más espacio para crecer. Esto cambia la forma de los árboles, pero no estaba claro si las viejas fórmulas generales aún podían pesar con precisión a estos gigantes recién moldeados.

En un estudio realizado en las estribaciones cerca de Whitecourt, Alberta, los investigadores se propusnden a probar si estas fórmulas nacionales estándar se mantienen en los bosques gestionados. Se centraron en el pino lodgepole, un árbol común en la región, que crece en rodales que han sido sometidos a un raleo precomercial. Esta práctica consiste en talar árboles jóvenes y competidores antes de que sean lo suficientemente grandes como para ser vendidos como madera, permitiendo que los árboles restantes expandan sus copas y crezcan más rápido. El equipo seleccionó nueve sitios diferentes donde este raleo se había llevado a cabo siete u ocho años antes. En cada sitio, establecieron parcelas que incluían tanto áreas raleadas como áreas de control no raleadas. Para obtener los datos más precisos posible, talaron 52 árboles en estas parcelas: 27 de las áreas no raleadas y 25 de las raleadas. De vuelta en el laboratorio, separaron meticulosamente cada rama y aguja, pesando el follaje, las ramas pequeñas y las ramas más grandes para determinar la biomasa exacta de cada árbol.

Con estos datos precisos en mano, los investigadores desarrollaron un nuevo conjunto de ecuaciones locales específicamente para estos rodales gestionados. A diferencia de las fórmulas nacionales, que dependen principalmente del ancho del tronco y la altura, los nuevos modelos locales incorporaron el porcentaje del árbol que estaba cubierto de ramas vivas. Este detalle resultó crucial. El estudio encontró que los árboles en las parcelas raleadas tenían significativamente más follaje y peso de ramas que los árboles no raleados del mismo ancho de tronco. Debido a que el raleo redujo la competencia por la luz solar, estos árboles habían retenido más de sus ramas inferiores y desarrollado copas más llenas. Las ecuaciones locales, que daban cuenta de este exceso de verdor, predijeron el peso de estos árboles con una alta precisión.

Cuando los investigadores aplicaron las ecuaciones nacionales estándar a los mismos árboles, los resultados fueron sorprendentemente diferentes. Para los árboles no raleados y densamente agrupados, las fórmulas nacionales funcionaron perfectamente, coincidiendo estrechamente con las predicciones locales. Sin embargo, en los rodales raleados, las fórmulas nacionales subestimaron consistentemente la cantidad de biomasa. En promedio, calcularon aproximadamente un 14 por ciento menos de follaje y un 7 por ciento menos de peso de ramas de lo que realmente había. Los modelos nacionales no lograron capturar los cambios estructurales causados por el tratamiento de raleo. Parecían asumir que un árbol con cierto ancho de tronco tendría una copa más pequeña, sin darse cuenta de que el árbol gestionado había sido liberado de la competencia y había crecido mucho más grande y lleno.

Las implicaciones de esta discrepancia son significativas. Si los gestores forestales y los científicos climáticos utilizan las fórmulas estándar para los bosques raleados, subestimarán sistemáticamente cuánto carbono están almacenando estos bosques. Además, desde la perspectiva de la seguridad contra incendios, esta subestimación es peligrosa. La carga de combustible en el dosel es un factor crítico para predecir qué tan alto podría subir un fuego y qué tan rápido podría propagarse. Al subestimar el peso de las ramas y las agujas, las fórmulas nacionales podrían conducir a una subestimación del riesgo de incendio en estos paisajes gestionados. El estudio concluye que, si bien las fórmulas nacionales amplias son robustas para los bosques naturales no gestionados, no son suficientes para los bosques gestionados intensivamente que constituyen una gran parte del suministro de madera. Para obtener una imagen precisa de la biomasa, el carbono y el riesgo de incendio en estas áreas, los científicos necesitan utilizar ecuaciones desarrolladas localmente que reconozcan cómo la gestión humana remodela la arquitectura misma del bosque.

Planteamiento del Problema
Las ecuaciones alométricas de la biomasa forestal son esenciales para cuantificar la productividad, los depósitos de carbono y las cargas de combustible del dosel. Si bien las ecuaciones nacionales generalizadas (p. ej., Lambert et al. 2005; Ung et al. 2008) se utilizan ampliamente para estimaciones a gran escala, a menudo se derivan de conjuntos de datos agrupados que provienen principalmente de masas forestales no gestionadas. En consecuencia, estas ecuaciones pueden no reflejar con precisión la asignación de biomasa en masas gestionadas intensivamente, donde las prácticas de gestión de la densidad forestal, como el raleo precomercial (PCT, por sus siglas en inglés), alteran la densidad de la masa, la disponibilidad de luz y la morfología de la copa. Investigaciones previas indican que las ecuaciones generalizadas pueden introducir errores de predicción cuando se aplican a condiciones de sitio o regímenes de gestión específicos, lo que potencialmente conduce a la subestimación de la biomasa en masas raleadas. Sin embargo, ningún estudio había evaluado directamente el efecto del PCT sobre la biomasa de la copa y las relaciones alométricas del pino de lodgepole (Pinus contorta var. latifolia).

Metodología
El estudio se llevó a cabo cerca de Whitecourt, Alberta, Canadá, a través de nueve sitios de PCT replicados. El diseño experimental incluyó parcelas de control (sin raleo) y tres niveles de raleo (T1, T2, T3) aplicados de 7 a 8 años antes del muestreo. Se realizó un muestreo destructivo en 52 árboles de pino de lodgepole (27 de parcelas de control, 25 de parcelas raleadas).

Mediciones de Campo: Para cada árbol cosechado, los investigadores registraron el diámetro a la altura del pecho (DAP), la altura total, la altura de la copa viva y el ancho de la copa.
Muestreo de Ramas: Se midieron todas las ramas vivas y muertas. Una submuestra de 898 ramas primarias (que representa el 14% del total de las ramas) se secó y se separó en tres depósitos de biomasa: follaje, ramas pequeñas (diámetro < 0.5 cm) y ramas grandes (diámetro > 0.5 cm).
Desarrollo de Modelos: Se desarrollaron modelos lineales mixtos generalizados (GLMM) utilizando R. Primero se ajustaron los modelos a nivel de rama, incorporando variables como la longitud de la rama, el diámetro, la posición relativa de la copa y el tratamiento de raleo. Estos se escalaron a ecuaciones de biomasa de árbol completo utilizando el DAP, la altura del árbol y el porcentaje de copa viva (LCP) como predictores.
Comparación: Las ecuaciones desarrolladas localmente se compararon con las ecuaciones alométricas nacionales (Ung et al. 2008) tanto a nivel de árbol individual como a nivel de masa (agregado a kg ha⁻¹).

Contribuciones Clave

Desarrollo de Ecuaciones Locales: El estudio produjo ecuaciones alométricas calibradas localmente específicamente para el pino de lodgepole en masas de PCT, identificando el DAP, la altura y el porcentaje de copa viva como los predictores más fuertes de la biomasa de la copa.
Incorporación de Atributos de la Copa: A diferencia de muchos modelos nacionales que dependen principalmente del DAP y la altura, los modelos locales integraron explícitamente atributos de la copa viva, los cuales son críticos para capturar los cambios estructurales inducidos por el raleo.
Cuantificación de los Efectos del PCT: La investigación cuantificó el impacto específico del PCT en la asignación de biomasa, demostrando que el raleo conduce a una mayor retención de biomasa de follaje y ramas en comparación con las masas no gestionadas de un DAP similar.

Resultos

Desempeño del Modelo: Las ecuaciones derivadas localmente demostraron ajustes de modelo sólidos, con coeficientes de determinación ( $R^2$ ) de 0.92 para el follaje, las ramas pequeñas y las ramas grandes vivas, y de 0.91 para las ramas grandes muertas.
Efectos del Raleo: Los árboles en las parcelas raleadas exhibieron una biomasa de follaje y de ramas vivas significativamente mayor que los árboles de control con un DAP similar. Esta divergencia aumentó con el tamaño del árbol. Los árboles raleados mantuvieron proporciones de copa viva más grandes, mientras que los árboles de control experimentaron una recesión de la copa más pronunciada y retuvieron más ramas muertas.
Comparación con Ecuaciones Nacionales:
- Nivel de Árbol Individual: Tanto las ecuaciones locales como las nacionales mostraron coeficientes de correlación similares con la biomasa observada tanto en masas controladas como raleadas. Sin embargo, las ecuaciones nacionales exhibieron un sesgo sistemático, subestimando consistentemente la biomasa de follaje y ramas en las parcelas raleadas a medida que la biomasa aumentaba.
- Nivel de Masa: Al escalar al nivel de parcela, las ecuaciones nacionales subestimaron significativamente la biomasa en las masas raleadas en comparación con las ecuaciones locales (14% menos para follaje, $P < 0.0001$ ; 7% menos para ramas, $P = 0.004$ ). En contraste, las predicciones para las parcelas de control no gestionadas fueron comparables entre ambos tipos de ecuaciones.

Significancia y Afirmaciones
Los autores concluyen que las ecuaciones alométricas generalizadas pueden no capturar adecuadamente los cambios estructurales de la copa asociados con el raleo precomercial. El estudio afirma que el uso de ecuaciones desarrolladas localmente, o de factores de ajuste específicos del sitio, es necesario para mejorar la estimación de la biomasa en masas gestionadas.

Específicamente, el artículo destaca que:

Precisión en Masas Gestionadas: Las ecuaciones nacionales, desarrolladas en gran medida a partir de masas naturales o no gestionadas, no tienen en cuenta el desarrollo mejorado de la copa (mayores proporciones de copa viva y retención de ramas) resultante de la reducción de la competencia en las masas de PCT.
2.Implicaciones para el Modelado de Carbono e Incendios: La subestimación de la biomasa en las masas raleadas por parte de las ecuaciones nacionales tiene consecuencias directas para la predicción de la productividad de la masa, la contabilidad de los depósitos de carbono y el modelado de las cargas de combustible del dosel. La subestimación de la masa de combustible del dosel es particularmente preocupante para el modelado de incendios, ya que conduce a una densidad de volumen del dosel subestimada, una variable crítica para predecir la propagación de incendios de copas.
Limitaciones de la Generalización: Los hallazgos respaldan la noción de que a medida que aumenta la extensión geográfica de los conjuntos de datos agrupados, el error de predicción también puede aumentar cuando se aplica a regímenes de gestión específicos. El estudio sugiere que, si bien las ecuaciones nacionales siguen siendo robustas para masas densamente pobladas y no gestionadas, requieren modificación o reemplazo cuando se aplican a bosques con gestión de densidad.

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