Más allá de los modelos de crecimiento: Juan A. Blanco...

Más allá de los modelos de crecimiento: Modelos ecológicos híbridos en el contexto del manejo forestal sostenible

Juan A. Blanco

University of British Columbia

3a Reunión del Grupo de Modelización Forestal SECF. Lugo, Mayo 2011

1

2

• Modelos en manejo forestal

• Modelos híbridos

En un vistazo…1 2 3 4 5

3

4

• Un ejemplo: el modelo FORECAST

• Aplicaciones de FORECAST

• El futuro de los modelos forestales5

Juan A. Blanco - Lugo 2011 - 2 / 29

Ventajas:• Elevado nivel de poder predictivo� evita riesgos en la

planificación

• Basados en medidas fáciles de tomar

• Tablas de crecimiento y producción -> Población

• Modelos estadísticos

Modelos basados 2 3 4 51

en experiencia

• Basados en medidas fáciles de tomar

• Son capaces de resumir y reproducir largas series de datos de

campo

Requerimientos:• Extensas bases de datos de parcelas de campo de larga duración

• Las parcelas de campo deben cubrir un amplio rango de

regímenes de manejo y productividades de rodal


Las condiciones de crecimiento futuras son suficientementesimilares a aquellas que existieros durante el desarrollo de los rodales en los cuales se basa el modelo

n

Fin de turno

¿Será el futuro similar al pasado? Probablemente no:- Cambios en el clima- Cambios en los sistemas de manejo- Cambios en los sistemas ecológicos

2 3 4 51Modelos basadosen experiencia

etc…

producción

tiempo

Pasado Presente

Fin de turno

Similares condiciones de crecimiento

Mejores condiciones de crecimiento

Peores condiciones de crecimiento

¿Futuro?Volumen, biomasa,etc…


• Muy flexibles (permiten la proyección del crecimiento bajo

Puntos fuertes:

• Los procesos biológicos descritos como mecanismos matemáticos

• Desarrollados como herramientas de investigación-> Indivíduo / Población / Comunidad

2 3 4 51Modelos de procesos

• Muy flexibles (permiten la proyección del crecimiento bajocondiciones cambiantes)

• Mejoran el entendimiento del ecosistema• Guían la investigación

• Incompleto entendimiento de los mecanismos de crecimiento• Algunos parámetros son difíciles de determinar• Los ecosistemas tienen propiedades emergentes

(la suma de las partes no es siempre igual al conjunto)

Debilidades:


Niveles de organizaciónbiológica

Niveles de integraciónbiológica

Ecosistema Entendimiento + Predicción Ecosistema

Comunidad Entendimiento

Población Entendimiento

Los bosques son 2 3 4 51

sistemas complejos

Indivíduo Entendimiento + Predicción Indivíduo

Sistemas Entendimiento

Organos Entendimiento

Tejidos Entendimiento

Célula Entendimiento + Predicción Célula

Orgánulos, etc. Entendimiento

Rowe (1961) Ecology

42:420–427


Cualquier modelo científico tiene que ser:

“ tan simples como sea posible,

Guillermo de Occam (s. XIII)

“ tan simples como sea posible,

2 3 4 51

pero tan complejos

como sea necesario”

pero no más simples”

Los bosques sonsistemas complejos

La complejidad de los problemas del manejo forestalsostenible requiere el uso de modelos a nivel de

ECOSISTEMA

Albert Einstein (s. XX)


• Debe ser flexible para permitir la simulación de condicionesambientales cambiantes

• Debe proyectar múltiples indicadores de manejo forestal sostenible(madera y otros valores: carbono, hábitat, biodiversidad, agua…)

• Debe proporcionar un equilibrio entre credibilidad y entendimiento

• Ecosistema: árboles, suelo, sotobosque, etc.

Requerimientos:

El modelo ideal 3 4 51 2

• Ecosistema: árboles, suelo, sotobosque, etc.

Realidad:

• Ningún modelo en particular puede hacerlo todo

• El manejo ecosistémico requiere una variedad de modelos que seanadecuados para situaciones específicas (empíricos + de procesos)

• Modelos híbridos: una opción que está ganando popularidad


Simulación basada a la vez en la experencia y el conocimiento

Datos históricos de crecimiento del bosque

Conocimeintode procesos de crecimiento

Condicionesfuturas

previsibles

Modelos híbridos 3 4 51 2

Crecimiento futuro del bosque

¿Volverán a repetirse las pautashistóricas de crecimiento?


Kimmins et al. (2010)

• Modelo a nivel de ecosistema (árboles + sotobosque + suelo) y orientado al manejo forestal sostenible

• Calibración específica para un rodal, una combinación de especies y unas condiciones iniciales del ecosistema

• Modelo híbrido datos históricos + simulación de procesos

Un ejemplo: FORECAST2 4 51 3

• Estructura modular diseñada para permitir diferentes grados de complejidad en una simulación

• (luz / nutrientes / humedad / sotobosque)

• El principal objetivo es la proyección del desarrollo del rodal en el futuro y la determinación de indicadores biofísicos de sostenibilidad bajo diferentes estrategias de manejo forestal

Kimmins et al. (1999) Ecological Modelling 122: 195-224


• Preparación del sito

• Plantación / Regeneración

• Control de malashierbas

• Control de densidad

• Alternacia de especies

• Mezcla de especies

• Duración del turno

• Calidad y tamaño de plántulas

• Quemas controladas /

Eventos simulados2 4 51 3

• Control de densidad

• Poda

• Cortas intermedias

• Corta final

• Nivel de utilización

• Fertilización

• Uso de árbolesnodriza

• Quemas controladas / espontáneas

• Defoliación por insectos

• Hábitats para fauna

• Reciclaje de resíduosorgánicos

• Cortas parciales / reservas


PRODUCCIÓN

EFICIENCIAFOTOSINTETICA

CONTENIDO DE NITRÓGENO FOLIAR

Principales procesosecosistémicos

representados en FORECAST

1. Crecimiento y distribución de carbono

AGUA

Máxima biomasa potencial de follaje determinada por la humedad

2. Limitación por luz

LUZ DISPONIBLE

2 4 51 3

PRODUCCIÓNPRIMARIANETA

DISTRIBUCIÓNDE LA BIOMASA

RAICES TRONCOS HOJAS

NUTRIENTESDISPONIBLES

3. Limitación por nutrientes DISPONIBLE

4. Limitación porhumedad

5. Competición porrecursos


5. Descomposición

HOJARASCA

HUMUS

………………… Contienen datos que describen cómo los arboles / plantas han crecido en el pasado, decomposición de hojarasca , etc. para un rango de calidades de sitio

Ficheros de entrada

……………... Derivan información sobre las tasas de procesos claves

Módulo de inicio

Verificaciónde resultados

Flujo de información2 4 51 3

……………... Definen los atributos de crecimiento de cada especie y calidad de sitio y los procesos ecosistémicos

Reglas de simulación

.………………... Proyecta las condiciones futuras del ecosistema

Módulo de simulación del ecosistema

Resultado de la simulación

Definición del manejo

Condicionesinciales


Condiciones inicialesdel ecosistema

Actividades de manejo

Interfaz de usuario2 4 51 3

Ficheros de calibración

Módulo de inicio Generador de gráficos

Generador de tablas

Módulo de simulacióndel ecosistema


Validación

Tras la validacion lasconclusiones de unasimulación pueden ser transferidas al manejo

forestal

Bosque templadoBlanco et al. (2007) Canadian Journal of

Forest Research

Plantación de abeto Douglas (Isla de Vancouver, Canadá)

DBH (cm)

Alturadominante(m)

DatoModelo

2 4 51 3

Forest Research

37: 1808-1820

Bosque semitropicalWei et al (2011)

Ecosystems en prensa

Bosque borealSeely et al. (2008)Forestry Chronicle

84:181-193

Edad del rodalBiomasaaérea(Mg / ha)

Altura

Volumen(m

3/ ha)

Bosque tropicalBlanco and Gonzalez (2010) Journal of

Tropical Forest

Science 22:139-154


• Plantaciones de pino caribeño in Pinar del Río (Cuba)

• En Cuba hay una carencia de energía y productos químicos,

• ¿se pueden utilizar las plantaciones forestales para

reducirla?

• ¿Cuáles son las consecuencias ecológicas?

2 3 51 4Productos alternativosen plantaciones cubanas


Cierre de las copas

Aperturas de claros

Productos alternativosen plantaciones cubanas

2 3 51 4

Biomasa arbórea Biomasa del sotobosque

Indice de calidad inicial del sitio: 24 m a los 25 años

Sin manejo

MOS estableC en el ecosistema estable

C almacenado Materia orgánica del suelo

Año de la simulación Juan A. Blanco - Lugo 2011 - 17 / 29

FertilizaciónClaras Corta


2 3 51 4

Biomasa arbórea Biomasa del sotobosque


Sin manejo

Madera

Preparacióndel sitio




2 3 51 4

Biomasa arboreaBiomasa arbórea Biomasa del sotobosque


Sin manejo

Madera

Pulpa

La calidad del sitio empeora

Reducción del C en el ecosistema



Biomasa

Understory expands


2 3 51 4

Biomasa arboreaBiomasa arbórea Biomasa del sotobosque


Sin manejo

Madera

Pulpa

Biomasa


Año de la simulación

La calidad del sitio empeora

Reducción del C en el ecosistema


En China, las plantaciones forestales se manejanpara producir muchos productos diferentes(madera, resina, hongos, hojarasca, leña, etc.)

• La quema de los restos de corta y recogida de hojarasa son prácticas comunes que eliminan la

Fallo de plantaciones 2 3 51 4

EL PROBLEMA

de abeto en China

hojarasa son prácticas comunes que eliminan la materia orgánica del suelo del bosque y dejan sólo el suelo mineral

En estas condiciones, en unos pocosturnos las plantaciones suelen fallary sólo prosperan arbustos


Bi et al. (2007) Canadian Journal of

Forest Research 37, 1808-1820

2 3 51 4

OBSERVACIONES

HIPOTESIS

Fallo de plantacionesde abeto en China

abeto

Biomasaaérea(Mg ha-1)

Años Juan A. Blanco - Lugo 2011 - 22 / 29

abetosotobosque

RECUPERACIÓN - paso final en las operaciones mineras- el objetivo final es conseguir un bosque con plenacapacidad productiva

PROBLEMA - insuficiente conocimiento para conseguir una programade recuperación exitoso

Recuperación del bosqueen minas en Canadá

2 3 51 4

Paso 1: reconstrucción del terreno


Paso 1: reconstrucción del terreno� nueva topografía

Paso 3: Revegetación� selección de especies� Plantación / siembra� Fertilización

Paso 2: colocación del nuevo suelo� turba + suelo mineral� Selección del grosor del

suelo

150 kg N ha-150 cm

100 cm

FORECAST está siendo utilizado para determinar el grosor óptimodel suelo y el mejor programa de fertilización

Recuperación del bosqueen Alberta Oil Sands

2 3 51 4

aérea(Mg ha-1)

Sin fertilizar

20 cm

Edad de la plantación

Biomasaaérea

Grosor de la capa de turba


Otras aplicaciones

Alelopatía en bosques templados• Blanco (2007) Ecological Modelling, 209: 65-77.

Búsqueda del nivel adecuado de complejidad en modelos forestales• Kimmins et al. (2008) Forest Ecology and Management, 256: 1646-1658.

Simulación de regeneración en bosques boreales• Blanco et al. (2009)The Forestry Chronicle, 85: 427-439.

Uso de la materia orgánica del suelo como un indicador de sostenibilidad• Seely et al. (2010) Ecological Indicators, 10: 999-1008.

2 31 54

• Seely et al. (2010) Ecological Indicators, 10: 999-1008.

Impacto a largo plazo de la introducción de árboles resistentes a plagas• Schwab et al. (2011) Forest Policy and Economics, 13: 61-68.

Efectos ecológicos a largo plazo del manejo intensivo para biomasa• Blanco y González (2010) Forest Systems, 19: 249-262• Blanco (2011) Ecosystems, en revisión

Contaminación atmosférica y plantaciones de abeto en China• Blanco et al. (2011) Environmental Pollution, en revisión• Jiang et al. (2011) Ecological Modelling, en revisión• Wei et al. (2011) Ecosystems, en prensa.


El futuro de los modelos 2 3 41 5

• Ningún modelo en particular puede hacerlo todo

• Distintos modelos simulan cambios a distintas escalas

• Distintos problemas necesitan distintos grados de complejidad en los procesos simulados

Modelos Modulares

Meta-modelos


POSSIBLE FOREST

FUTURES: Modeloa nivel de cuencahidrográfica

FORECASTModelo ecosistémico no espacial modular a

nivel de rodal

CALP-Forester:

Modelo visualización 3D

Modelos Modulares2 3 41 5

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FORCEE

Modelo de árbolindividual en rodales complejos

Árboles

EcotonoClaro

0 100 200 300 4000

100

200

300

400

m

m

Celdillas 10m x 10m

LLEMS: Modelo a nivel de paisaje


SIMULACION

SIMULTANEA

ProyecciónProyección InterpretaciónInterpretaciónModeloModelo de de cortascortas a a nivelnivel de de bosquebosque

(ATLAS)(ATLAS)ModeloModelo de de disponibilidaddisponibilidad de de hábitathábitat

((SimForSimFor))

PolígonosPolígonos

PixelsPixels

2 3 41 5Meta - Modelos

ModeloModelo de de rodalrodal(FORECAST)(FORECAST)

ModelosModelos de de visualizaciónvisualización

PolígonosPolígonos

Merchantable VolumeVolumen

Ecosystem C C ecosistémicoStorage

Snags (>25cm Arboles muertosdbh)

Early Seral Shrub Cobertura de sotobosuqe


SVSSVS

ENVISIONENVISIONSIMULACION

SECUENCIAL

Agradecimientos Para saber más sobre modeloshíbridos en Manejo Forestal

Sostenible:Hamish KimminsBrad SeelyClive WelhamAdam WeiOlaf SchawbUniversity of British Columbia, Canadá

Eduardo González

Kimmins et al. (2010) Earthscan Ltd. London, UK.

ISBN: 978-1-84407-922-3

http://www.forestry.ubc.ca/ecomodels

Universidad de Pinar del Río, Cuba

Hong JiangZhejiang Agriculture and Forestry University, China

Juan A. [email protected]


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