Efecto de la disponibilidad de recursos sobre la eficiencia de uso y conservación de los nutrientes en función de las condiciones edafoclimáticas, edad y manejo de las plantaciones de Pinus taeda L. en la Mesopotamia argentina

Abstract

El objetivo de la presente Tesis fue determinar el efecto de la disponibilidad de recursos sobre la eficiencia de uso y conservación de los nutrientes en función de las condiciones edafoclimáticas, edad y manejo de las plantaciones de Pinus taeda L. en la Mesopotamia Argentina. Materiales y Métodos. El trabajo se realizó entre los 28º 30’ S, en la provincia de Corrientes, hasta los 25º 30’ S, en la provincia de Misiones. Se seleccionaron 31 sitios con plantaciones de P. taeda entre 3 y 25 años de edad. Los 31 rodales fueron agrupados de acuerdo a la regionalización y el tipo de suelo. Se realizaron 3 agrupamientos que incluyeron: 1) plantaciones establecidas en sitios con suelos rojos en el norte de la zona de estudio (Ron), 2) plantaciones establecidas en sitios con suelos pedregosos en el norte de la zona de estudio (Pe) y, 3) plantaciones establecidas en sitios con suelos rojos en el sur de la zona de estudio (Ros). Para determinar las condiciones meteorológicas bajo las que crecieron cada una de las plantaciones, se recopilaron los datos meteorológicos históricos de 5 estaciones meteorológicas distribuidas a lo largo de la zona de plantación. En cada uno de los 31 rodales se tomaron muestras de suelo en cada horizonte del perfil para determinar la concentración de C, N, P, K, Ca, Mg, Fe y Mn. Se determinó la densidad aparente del suelo y el contenido de cada nutriente. En el estrato arbóreo se midieron las variables dasométricas de las plantaciones y se calculó el índice de sitio (IS) en cada una de ellas. Luego se apearon 233 árboles y se obtuvo el peso seco de los mismos por medio de técnicas de análisis dimensional. La cuantificación de los mismos se efectuó para los compartimentos fuste (sin corteza), corteza (sólo de fuste), ramas < 5 cm de diámetro, ramas > 5 cm de diámetro, ramas secas, hojas y conos. De cada uno de los 233 árboles se compuso una muestra de cada compartimento con material proveniente de diferentes partes del mismo, la cual se pesó en fresco, y se secó en horno a 70 °C hasta peso constante. Dichas muestras fueron molidas en un molino Wiley y tamizadas con malla 18 (1 mm), las cuáles fueron analizadas para la determinación de la concentración de C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe y Mn. Se realizaron en total 11.065 determinaciones químicas. Con los registros de crecimiento y condiciones químicas de suelo se efectuaron análisis de correlación simple para cada uno de los rodales. Con los datos de biomasa, para cada compartimento de cada árbol, se aplicaron modelos lineales mixtos utilizando como variables dependientes fuste, hojas, corteza y ramas, mientras que las variables independientes fueron el DAP (diámetro a la altura del pecho), Ht (altura total), la edad (efectos fijos del modelo) y la zona geográfica representada por los agrupamientos edafoclimáticos (efecto aleatorio del modelo). En segunda instancia, sobre la misma estructura de los modelos, se agregaron variables predictoras como la edad de la plantación, el índice de sitio (IS) y la densidad de rodal (N). Mediante un procedimiento de selección de variables de a pasos (“stepwise”) se obtuvo la combinación de variables que debían utilizarse para la obtención del modelo con mejor resultado. También se ajustaron modelos lineales con los promedios de concentración de cada nutriente en cada uno de los 31 sitios, para los nutrientes C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe y Mn en los compartimentos hojas, fuste, corteza y ramas < 5 cm. Las variables del rodal utilizadas para el ajuste fueron, N, DAP, Ht, altura dominante (Hdom), área basal (G), IS, latitud, edad, manejo, zona (el correspondiente agrupamiento edafoclimático Ron, Pe o Ros), suelo (suelo rojo o suelo pedregoso) y el coeficiente precipitación-evapotranspiración (P/ETP). El contenido de nutrientes se obtuvo a partir de los valores obtenidos de biomasa y concentración de nutrientes en cada compartimento y en cada uno de los rodales. Posteriormente se efectuó la evaluación del impacto nutricional de la cosecha a través del índice de exportación de nutrientes (IE) y la retraslocación de nutrientes, mientras que luego se simularon diferentes escenarios de cosecha para determinar el impacto de la exportación de nutrientes en cada rodal. En todos los casos, para las comparaciones de concentración y contenidos de nutrientes en el suelo entre agrupamientos edafoclimáticos, contenido de biomasa arbórea y, concentración de nutrientes y contenido de nutrientes en el estrato arbóreo para comparar agrupamientos edafoclimáticos, rangos etarios y manejo forestal, se realizó ANOVA y test de Tukey con significancia de 0.05, para lo cual se utilizó el paquete estadístico INFOSTAT 2.0. Resultados. Los resultados mostraron que el crecimiento de las plantaciones de P. taeda se diferenció entre sitios. El agrupamiento edafoclimático Pe mostró más nutrientes, menor profundidad efectiva, menor volumen ocupado por la fracción fina, con consiguiente menor capacidad de retención de agua y un menor volumen posible de ser explorado por las raíces de las plantas, lo que constituye un contexto relativamente limitante para el crecimiento de la plantación. El ajuste de modelos se realizó para cada agrupamiento edafoclimático, ya que la inclusión del agrupamiento edafoclimático como variable aleatoria en los modelos mixtos determinó diferencias entre sitios y mejoró la precisión en la estimación de biomasa en cada uno de los compartimentos. La biomasa acumulada en los diferentes compartimentos aéreos de las plantaciones de P. taeda aumentó en sitios de mejor calidad. La acumulación porcentual de biomasa en el fuste, en plantaciones adultas, también incrementó en sitios de mejor calidad. Las concentraciones de P y K en los compartimentos arbóreos lignificados disminuyeron con el aumento de la edad de la plantación. La relación de disponibilidad de nutrientes en el suelo, en líneas generales, no se asoció con la concentración de nutrientes en los compartimentos arbóreos. La incorporación de variables ambientales en los modelos ajustados para la determinación de la concentración de nutrientes mejoró los parámetros estadísticos; de ellos, 21 modelos resultaron con indicadores estadísticos confiables. Conclusiones. Las concentraciones de nutrientes en los compartimentos del P. taeda dependen, en mayor medida, de la disponibilidad de agua para las plantas. Independientemente de la disparidad, principalmente física de los suelos de la región de estudio y, de la disponibilidad de agua, las plantaciones actuales de P. taeda no registraron mayores deficiencias nutricionales. No obstante, el acortamiento del turno de rotación, y por ende, la aceleración de la extracción de nutrientes del sistema, aumenta el riesgo de agotamiento de los nutrientes más escasos en los sistemas forestales. Esto podría conducir a la disminución de la productividad de los sitios en las futuras rotaciones. Los índices relacionados con el uso de los nutrientes (IE y retraslocación) pusieron en evidencia que en estas plantaciones existe una mayor conservación y uso más eficiente de los elementos de menor disponibilidad en los suelos (P y K), y que esta es mayor donde su disponibilidad es menor y su IS es mayor (suelos rojos profundos). El mantenimiento de la capacidad productiva del sitio en el largo plazo debe efectuarse en la totalidad de sitios donde se realice la actividad forestal, no obstante algunos sitios, son más propensos a perder capacidad productiva que otros, particularmente por las condiciones intrínsecas de cada uno de ellos. Finalmente, los resultados hallados en esta Tesis indican que de acuerdo con el sitio en que sea plantado el P. taeda sería recomendable determinar una nueva área basal óptima, ajustar la intensidad y oportunidad de los raleos y concentrar la acumulación de biomasa en el fuste a partir de las podas. También, que la cosecha forestal se realice con la máxima edad posible, conservando los compartimentos de la copa en el terreno y reponer los nutrientes exportados para mantener la capacidad productiva de los sitios.

Introduction and Objectives. The aim of this study was to determine the effects of the resources availability over the use efficiency and nutrients conservations according to edaphoclimatic conditions, age and management of Pinus taeda L. in the Mesopotamia Argentina. Materials and methods. The study was conducted between 28 30 'S (Corrientes province) and, 25º 30' S (Misiones province). Thirty one sites of P. taeda plantations between 3 and 25 years old were selected. The 31 stands were grouped according to the regionalization and soil type. Three groups were performed: 1) plantations established on sites with red soils in north of the study area (Ron), 2) plantations established on sites with stony soils in north of the study area (Pe) and, 3) plantations established on sites with red soils in the south of the study area (Ros). To determine the meteorological conditions in which grew each plantation, meteorological history data were collected from 5 meteorological stations distributed in all over the plantation zone. Soil samples of each horizon were collected in each of the 31 stands, to determine the concentration profile of C, N, P, K, Ca, Mg, Fe and Mn. The bulk density and nutrient content were determined. The dasometric variables and the site index (SI) were calculates in the different tree layer of the plantation forest variables. Two hundred and thirty three trees were then cut and the dry weight thereof was obtained by dimensional analysis techniques. The quantification of the same was done to the stem compartments (bark), bark (stem only), branches <5 cm in diameter, branches> 5 cm in diameter, twigs, leaves and cones. Each of the 233 trees a sample of each compartment from different parts of it, which was weighed fresh and dried in an oven at 70° C to constant weight material is composed. These samples were ground in a Wiley mill and sieved with 18 mesh (1 mm), which were analyzed for determining the concentration of C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe and Mn. 11,065 chemical determinations were performed in total. With growth records and chemical soil conditions simple correlation analysis for each of the stands they were made. With biomass data for each compartment of each tree, linear mixed models using as dependent variables (stem, leaves, bark and branches) were applied, while independent variables were the DBH (diameter at breast height), Ht (total height), age (fixed effects model) and the geographical area represented by edaphoclimatic groupings (random effect model). Secondly, on the structure of the models, predictors such as age of the plantation site index (IS) and stand density (N) were added. Through a selection process variable steps ("stepwise") a combination of variables to be used for obtaining model best result was obtained. Linear models were also adjusted to the average concentration of each nutrient in each of the 31 sites for nutrients C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe and Mn in the compartments leaves, stem, bark and branches <5 cm. Stand variables were used for setting N, DAP, Ht, dominant height (Hdom), basal area (G), IS, latitude, age, management, area (corresponding grouping Ron, Pe or Ros), soil (red soil or stony soil) and the precipitation-evapotranspiration ratio (P / ETP). The nutrient content was obtained from the values obtained from biomass and nutrient concentration in each compartment and in each of the stands. The evaluation of the nutritional impact of harvesting subsequently made through the export ratio of nutrients (IE) and retraslocation of nutrients while then different scenarios harvest were simulated to determine the impact of the export of nutrients in each stand. In all cases, comparisons of concentration and content of soil nutrients between soil and edaphoclimatic groupings content tree biomass and nutrient concentration and nutrient content in the tree layer to compare edaphoclimatic groupings, age ranges and forest management is performed ANOVA and Tukey test with significance of 0.05, for which INFOSTAT 2.0 statistical package was used. Results. The results showed that the growth of P. taeda plantations differed between the different analyzed sites. The edaphoclimatic grouping Pe showed more nutrients, less effective depth, smaller occupied volume by the fine fraction, resulting in lower water retention capacity and a lower volume to be explored for the plant roots. This is a relatively limited context for the growth of the plantation. The setting of models were carried out for each edaphoclimatic group, since the inclusion of edaphoclimatic variable as a random variable in the mixed models determined differences between sites and improved the accuracy in biomass estimation in each one of the compartments. The accumulated biomass in the different aerial compartments of the P. taeda plantations were increased in sites of better quality. The percentage biomass accumulation in the stem in adult plantations, also were increased in sites of better quality. The concentrations of P and K in the woody tree compartments were decreased with the increasing of the age of the plantation. The relationship between the availability of nutrients in the soil were not associated with the concentration of nutrients in the tree compartments. The incorporation of environmental variables in the adjusted models to determine the nutrients concentration improved the statistical parameters; of them, 21 models resulted as a reliable statistical indicators. Conclusions. The nutrient concentrations in the P. taeda compartments in general depend more on the water availability for the plants. Regardless of the disparity (mainly soil physics of the study area and the water availability), the present P. taeda plantations not recorded higher nutritional deficiencies. However, the shortening of shift rotation, and thus, the acceleration of the nutrients removal from the system, increase the risk of depletion of the scarce nutrients in the forest systems. This could lead to a decreased productivity of the sites in future rotations. The related index is to the use of nutrients (IE and retraslocation) had highlighted that in this plantations exist more conservation and a better efficiency of the use of the elements with lower availability in the soils (P and K), and this is greater where its availability is less and IS is higher (deep red soils). The maintenance of the productive capacity of the site in the long term should be performed in the totality of the places where forestry is made. However some sites are more likely to lose productive capacity than others, particularly for the intrinsic conditions of each them. Finally, the results obteined in this study reveal that according to the site where P. taeda is planted would be advisable determine a new optimal basal area, adjust the intensity and timing of the thinning and concentrate the biomass accumulation in the stem from the pruning. Also, that forest harvesting is made with the maximum possible age, retaining the compartments of the cup on the ground and replenish the nutrients exported to maintain the productive capacity of the sites.