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Resumen

Este trabajo explica las técnicas y métodos más apropiados para llevar a cabo un estudio de historia de incendios desde el inicio de la selección del sitio hasta el análisis final de la relación fuego-clima.

Resumen

Los patrones anuales de los anillos de los árboles son una fuente de información ecológica y ambiental, incluida la historia de los incendios en áreas boscosas. Los historiales de incendios basados en anillos de árboles incluyen tres fases fundamentales: recolección de campo, métodos de laboratorio (preparación y datación) y análisis de datos. Aquí proporcionamos instrucciones paso a paso y cuestiones a considerar, incluido el proceso para seleccionar el área de estudio, los sitios de muestreo, además de cómo y qué árboles marcados por el fuego muestrear. Además, describimos la preparación y datación de las muestras de cicatrices de fuego que se realizan en el laboratorio. Finalmente, describimos el análisis básico y los resultados relevantes, incluyendo ejemplos de estudios que han reconstruido los patrones de la historia de los incendios. Estos estudios nos permiten comprender la frecuencia histórica de los incendios, los cambios en esas frecuencias relacionados con factores antropogénicos y analizar cómo el clima influye en la ocurrencia de incendios a lo largo del tiempo. La descripción de estos métodos y técnicas debe proporcionar una mayor comprensión de los estudios de historia del fuego que beneficiará a investigadores, educadores, técnicos y estudiantes interesados en este campo. Estos métodos detallados permitirán a los nuevos investigadores en este campo, un recurso para iniciar su propio trabajo y lograr un mayor éxito. Este recurso proporcionará una mayor integración de los aspectos de los anillos de los árboles dentro de otros estudios y conducirá a una mejor comprensión de los procesos naturales con los ecosistemas boscosos.

Introducción

Los incendios forestales, provocados por causas naturales o antropogénicas, se consideran uno de los factores de perturbación ecológica más comunes que influyen en los ecosistemas terrestres1. Por ejemplo, el fuego y, más específicamente, los regímenes de incendios, influyen en la composición y estructura de las especies vegetales2. El fuego también es un proceso fundamental que vincula los ciclos biogeoquímicos y la variabilidad climática 3,4. En algunas zonas, el fuego contribuye a la degradación y la deforestación, mientras que en otras zonas, el fuego es fundamental para la regeneración y el mantenimiento de las estructuras forestales abiertas 5,6. Como resultado, comprender el papel ecológico de los incendios forestales es esencial para los programas de manejo y conservación.

Los regímenes de incendios se definen como el patrón de eventos de incendio a lo largo del tiempo caracterizado por la frecuencia y su variabilidad en tipo, extensión, intensidad, estacionalidad y severidad 7,8. Los regímenes de incendios forestales pueden estudiarse mediante la observación directa, informes, imágenes satelitales, historia oral, estructura de edad y composición de especies, y mediante el uso de métodos dendrocronológicos9. La dendrocronología utiliza los anillos de los árboles, datados con precisión anual, para estudiar los eventos climáticos y ecológicos10. Una de las ramas de la dendrocronología es la reconstrucción de la historia del fuego o dendropironología, que utiliza los anillos de los árboles para determinar los patrones espaciales y temporales de incendios pasados y contemporáneos, reconstruyendo así el régimen de incendios dentro de un área de estudio11,12. Los métodos dendrocronológicos proporcionan ventajas de precisión y resolución en comparación con otros métodos de datación, ya que permiten la datación de eventos ecológicos, con precisión anual a intraanual (es decir, estacional), a escalas temporales largas, a veces hasta varios miles de años13,14.

Las reconstrucciones de la historia de los incendios también son fundamentales para comprender cómo los patrones generales de circulación climática a escala regional han influido en la propagación del fuego. Estos análisis de la relación clima-fuego son novedosos porque proporcionan información sobre cómo el clima influye en las frecuencias de los incendios durante largos períodos de tiempo, lo que no es posible con los registros climáticos instrumentales modernos4. Con el fin de facilitar la reconstrucción de las historias de incendios, proporcionamos un protocolo de campo y laboratorio que describe métodos y técnicas dendrocronológicas que permitirán a investigadores, docentes, técnicos y estudiantes interesados en este campo de estudio iniciar sus propios proyectos y estudios.

En este protocolo, proporcionamos las herramientas para desarrollar una mayor comprensión y respuestas a diferentes preguntas ecológicas en el campo de la ecología forestal, tales como: 1) ¿Qué es el régimen de incendios? 2) ¿Han cambiado los regímenes de incendios en las últimas décadas o han continuado las frecuencias de los incendios sin cambios significativos? o 3) ¿Ha habido cambios atribuidos a la influencia antropogénica? 4) ¿Cómo se relacionan los patrones de frecuencia de incendios con la variabilidad climática?

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Protocolo

1. Estrategia de muestreo

  1. Determinación del área de estudio
    1. Generalmente, las áreas forestales son extensas (cientos o miles de hectáreas), por lo tanto, seleccione un área de estudio que cumpla con los objetivos, que en este caso, es determinar el historial de incendios y su variabilidad en el tiempo (Figura 1). Limite el área de estudio solo a las áreas que contienen árboles marcados por el fuego, que serán la unidad de muestreo. El reconocimiento del área de estudio a menudo se puede facilitar mediante el uso de drones y tecnologías de video, que proporcionan vistas del paisaje más amplio, ahorrando tiempo y dinero.
    2. Dentro de un área de estudio, identifique los posibles sitios de muestreo que sean idealmente similares en tamaño, a fin de facilitar las comparaciones. Los sitios de muestreo pueden variar en tamaño, desde áreas grandes (>50 ha) hasta sitios más pequeños (5-50 ha) o parcelas (<5 ha) dependiendo del área de estudio, la disponibilidad de árboles marcados por el fuego y los objetivos del estudio. El número de sitios dependerá, por supuesto, de la variabilidad, pero en general, se sugiere más de un sitio. La topografía y el tipo de bosque de cada sitio deben ser representativos de un ecosistema más amplio para permitir la extrapolación de los resultados9.

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Figura 1: Bosques de Pinus hartwegii. (A) Variabilidad topográfica del sitio en términos de pendiente, cobertura forestal, barreras orográficas, combustible, entre otros. (B) Una perspectiva paisajística más amplia sobre las condiciones del terreno y el bosque, las variables que influyen en el comportamiento del fuego y la selección de los sitios de estudio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Estrategia de muestreo (selección del sitio dentro de un área de estudio)
    1. Dentro del área de estudio, seleccione un sitio de muestreo por método, ya sea aleatorio, sistemático o selectivo15. Esto dependerá de los objetivos del estudio, la disponibilidad de personal y los recursos financieros.
    2. Por lo general, para reconstruir el historial de incendios, se utiliza el muestreo selectivo. Es decir, dentro del área de estudio, seleccione sitios que se sabe que contienen árboles marcados por el fuego.
    3. Usando esta estrategia de muestreo, seleccione sitios donde haya evidencia de que han ocurrido incendios y se registraron como cicatrices de fuego. Las áreas que muestran signos de incendios recientes, como árboles quemados o muertos recientemente, pero que no tienen evidencia de cicatrices de incendios anteriores, no son adecuadas para la reconstrucción de regímenes de incendios, pero a menudo se confunden con sitios adecuados (Figura 2A).
      NOTA: Si el objetivo fuera medir los daños causados por el fuego en la regeneración, su efecto sobre las tasas de crecimiento, o evaluar la recuperación de estos bosques después del incendio, este tipo de áreas serían sin duda ideales. Sin embargo, dado que el objetivo es determinar la historia del incendio y su variabilidad a lo largo del tiempo, se requieren sitios donde los árboles muestren signos (cicatrices) de daños por incendios anteriores pero hayan comenzado a sanar (Figura 2B).
    4. Explore el área de estudio y localice un sitio con numerosos (>10) árboles longevos y evidencia de cicatrices de incendio (Figura 2C). Registre la ubicación (coordenadas GPS) de todos los árboles marcados por el fuego utilizando las de los puntos para delinear el límite del sitio de estudio.
    5. Cartografiar la superficie espacial del sitio en un Sistema de Información Geográfica u otro software de mapeo para asegurarse de que los sitios tengan un tamaño similar.
    6. En particular, dentro de cada sitio, ubique los árboles más longevos marcados por el fuego para permitir la reconstrucción de la historia de los incendios del sitio lo más atrás posible en el tiempo (uno o varios siglos en el pasado) y una mayor comprensión de la variabilidad de la frecuencia de los incendios durante ese período de tiempo.

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Figura 2: Sitios de estudio con y sin potencial para la reconstrucción de la historia de incendios. (A) Bosque de pinos que ha sido afectado (chamuscado) por un incendio reciente, pero los árboles no muestran evidencia de cicatrices; Tales sitios no son útiles para este tipo de estudio porque carecen de árboles marcados por el fuego. (B) Bosque de pinos con evidencia de incendios pasados, los árboles tienen una sección carbonizada visible en la base del tronco en forma de triángulo, conocida como "cara de gato", que se forma a medida que el árbol se cura después de repetidos eventos de incendio. Se considera que estos sitios tienen potencial para la reconstrucción de la historia de los incendios. (C) Vista de cerca de la base de un árbol marcado por el fuego que parece haber registrado numerosos incendios. Cada una de las diferentes capas representa una cicatriz de fuego. En este caso, 11 cicatrices de incendio son visibles. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Consideraciones generales para el muestreo (selección de muestras de árboles dentro de los sitios)
    NOTA: La recolección de árboles marcados por el fuego es uno de los pasos más importantes en este tipo de estudio.
    1. Una vez que se hayan determinado el área de estudio y los límites del sitio, comience a explorar el sitio seleccionado desde un punto conocido, progrese gradualmente hasta cubrir todo el sitio. El objetivo de la exploración es realizar un inventario lo más completo posible de todos los árboles marcados por el fuego, anotando su condición (árbol vivo, enganche o tronco), el número de cicatrices de fuego, ubicaciones y accesibilidad (dificultad para extraer la muestra de la cicatriz del fuego del árbol). (Figura 3A,B).
    2. Con base en esta información, determine qué árboles contribuirían mejor a reconstruir la historia de incendios más larga y completa para ese sitio. Recoja al menos 10 árboles marcados por el fuego de cada sitio, dando la máxima prioridad a los árboles con el mayor número y las cicatrices del fuego mejor conservadas9 (Figura 3B,D). Tenga en cuenta que no es necesario muestrear todos los árboles marcados por el fuego dentro de un sitio. En la mayoría de los casos, el número de incendios registrados aumenta a medida que aumenta el tamaño de la muestra (número de árboles); Sin embargo, esta relación suele asíntotas más allá de 10-15 árboles16.
    3. Con el fin de tener la mayor profundidad de muestra posible a lo largo del tiempo, haga esfuerzos para recolectar troncos y enganches marcados por el fuego, que es más probable que contengan las cicatrices de fuego más antiguas, así como árboles vivos que tendrán cicatrices de incendios más recientes.
    4. Evite recoger muestras de cicatrices de fuego sueltas o muy deterioradas que, al cortarse, podrían perderse y ser casi imposibles de volver a ensamblar.
    5. Cuando los árboles seleccionados tengan el mismo número de cicatrices y robustez, considere muestrear las especies con los anillos de crecimiento más claros, lo que facilitará la datación de las cicatrices9.
    6. Antes de recolectar cualquier muestra, elabore una hoja de datos de campo que permita recopilar la información más relevante de cada muestra y sitio, incluyendo la siguiente información17.
      1. Utilice hojas de datos de campo que incluyan información general como: nombre y código del área de estudio (preferiblemente tres letras, por ejemplo, Cuenca Río Nazas, CRN), número de sitio, número de muestra, condición de la muestra (sólida, seccionada, podrida), fecha de recolección y colector.
      2. Determine la descripción del micrositio (seco, húmedo, intermedio), la pendiente y el aspecto.
      3. Determine los atributos del árbol: especie, diámetro, altura, condición (vivo, enganche, tronco, tocón).
      4. Determine la ubicación geográfica: Coordenadas (UTM y en grados), elevación.
      5. Determine la descripción de la muestra: Altura y lado de la muestra en el tronco, número de muestras tomadas, número de piezas/muestra, número de cicatrices/muestra visibles, exposición de las cicatrices.
      6. Tome fotos y/o dibujos de muestras de campo: Esta información documentará la forma de la muestra de cicatriz de incendio y el número de secciones en caso de que partes de la muestra se desprendan y deban volver a ensamblarse más adelante. Esto ayudará en su restauración (pegada y preparada) en el laboratorio. Dibujar dentro de la hoja de datos suele ser útil porque permite anotaciones.
  2. Recolección de muestras (recolección de árboles marcados por el fuego)
    1. Después de determinar qué árboles se muestrearán, pero antes de iniciar la extracción de la muestra de la cicatriz del incendio, examine el área que rodea al árbol. Este examen puede revelar ramas, rocas sueltas u otros problemas de seguridad que pueden necesitar ser abordados antes de la ignición de la motosierra, para proporcionar un entorno de trabajo seguro.
    2. Para extraer cicatrices de fuego de tocones o troncos, tome secciones transversales completas (Figura 3C). Sin embargo, para extraer muestras de troncos en pie y árboles vivos, puede ser necesario cortar secciones transversales parciales (Figura 3A,D). Cuando sea posible, haga hincapié en la toma de muestras de árboles muertos para minimizar el daño a los árboles vivos18. La herramienta principal para el muestreo es una motosierra, con una barra de al menos 20 pulgadas (por ejemplo: barra de 18 a 24 pulgadas) para permitir la extracción de muestras tanto de árboles pequeños como de árboles grandes. También se recomienda tener piezas de equipo adicionales durante los muestreos para que el muestreo de campo no se retrase si ocurre una falla mecánica.
    3. Al elegir el lado y la altura de la muestra de cicatriz de incendio que se va a extraer, considere el lado y/o la altura con el mayor número de cicatrices de fuego visibles y mejor conservadas. A menudo, el número de cicatrices de incendio es mayor más cerca del suelo12 (Figura 3A,B). Las cicatrices de incendio a menudo pueden tener hasta varios metros de altura y las cicatrices que se observan en la parte superior pueden no ocurrir en la base del tronco (Figura 3B). En tales casos, será necesario recolectar múltiples muestras de un solo árbol, incluidas muestras tanto de la base como de la parte superior, con el fin de capturar un registro de historial de incendios lo más completo posible de ese árbol. Sin embargo, la recolección de cicatrices de fuego en la base suele ser más difícil y peligrosa, especialmente cuando se corta la sección transversal con una motosierra pesada. Además, cortar más abajo en el árbol puede requerir arrodillarse, lo que puede dificultar una evacuación rápida del sitio, si es necesario.
    4. Antes de comenzar a cortar el árbol, asegúrese de tomar todas las precauciones de seguridad necesarias, incluido el equipo de protección adecuado, como guantes, casco, protección auditiva, chaparreras y zapatos adecuados.
    5. Una vez que se haya seleccionado el árbol marcado por el fuego junto con la altura y el lado de donde se extraerá la muestra, tenga a una persona adicional cerca que vigile de cerca el árbol, listo para alertar al aserrador en caso de que el árbol comience a caer. Asegúrese de que esta persona adicional y el aserrador tengan una forma no verbal o no visual de comunicarse, como un toque en el hombro, en caso de una emergencia de este tipo. Además, asegúrese de que ambas personas tengan una estrategia de evacuación predeterminada y una zona de seguridad antes de iniciar cualquier corte.
    6. Después de seleccionar el árbol y el lado con el mejor registro, y las precauciones de seguridad necesarias, extraiga la muestra de la cicatriz del fuego de un árbol vivo o muerto en pie.
      1. Primero, corte una sección transversal parcial del árbol 9,19. Para hacer esto, haga un corte horizontal a lo largo de la sección transversal en un lado del tronco marcado por el fuego (cara de gato) que se extienda desde la corteza hasta el centro del árbol y corte todas las cicatrices que deben extraerse (Figura 3D).
      2. Después de realizar el primer corte horizontal, realice un segundo corte horizontal paralelo de 2 a 3 cm por encima o por debajo del primer corte (Figura 3D). Cuanto más delgado sea el corte, menos daño le hará al árbol; Sin embargo, el grosor dependerá de qué tan sólido sea el árbol. Si el árbol está muy deteriorado, la muestra debe ser más gruesa (>3 cm) para proporcionar una mayor estabilidad.
      3. Después de hacer los dos cortes horizontales a través del tronco, haga dos cortes de inmersión, uno desde la parte posterior y otro desde la parte delantera del árbol hacia el centro del árbol para eliminar la sección transversal del árbol. Realice el corte de inmersión con la punta de la hoja de sierra para entrar en el árbol en el punto donde terminan los dos cortes horizontales paralelos. Los cortes de inmersión deben cortar cualquier madera que sujete la sección transversal al árbol, permitiendo así que se extraiga la sección transversal (Figura 3, E,F).
        NOTA: Comience el corte de inmersión colocando la barra de la motosierra en un ángulo de 45° con respecto al tronco del árbol (Figura 3E), al final de los dos cortes horizontales paralelos. Comience el corte con la punta superior de la barra, cortando lentamente en el árbol con un movimiento ascendente para evitar que la sierra retroceda. Una vez que se inicia el corte y la hoja ha penetrado en el árbol, la barra se puede llevar a una posición horizontal (Figura 3F) para penetrar más profundamente en el árbol. Comenzar en un ángulo de 45 grados permite un inicio más seguro del corte. Si se intenta iniciar el corte desde una posición horizontal al tronco, la hoja de la motosierra rebotará lejos del árbol con gran fuerza y podría causar lesiones.
      4. Extraiga la muestra (Figura 3G).
      5. Etiquete la muestra con el código del sitio, el número de árbol y el número de muestra (por ejemplo, la primera muestra del CRN del sitio se etiquetaría como CRN-01-a. Número de árbol (1, 2, 3, ...) y número de muestra, este último se indica con letras, a, b, c, etc.) (Figura 3H).
      6. Tome una foto de la muestra en el campo; Esto permite capturar el estado físico de la muestra en el momento de la extracción, incluyendo la forma, el número de piezas (si se ha dividido en varias piezas), el estado de la muestra, la etiqueta de la muestra en caso de que se borre, etc. Si la muestra se divide en varias partes cuando se extrae, reconstruya la muestra lo mejor posible, incluidas todas las piezas, y marque cada pieza con un marcador.
      7. Para facilitar la reconstrucción de la muestra, marque dónde se unen las piezas dibujando líneas perpendiculares a través de las piezas adyacentes. Cada una de estas piezas debe estar etiquetada individualmente con el ID del sitio y del árbol, además de un número único para cada pieza individual. Por lo tanto, si se mezclan las piezas de la muestra, esta información complementará la foto y facilitará determinar cómo se dispone cada pieza dentro de la muestra17. Un dibujo en el campo en el momento de la extracción también puede facilitar esta reconstrucción. La ventaja de un dibujo es que permite la anotación y, por lo tanto, la etiqueta de piezas individuales dentro del dibujo.
      8. Finalmente, use cinta aislante o envoltura de plástico para asegurar la muestra de la cicatriz de fuego y todas las piezas individuales lo más cerca posible de la disposición original. Esto es particularmente importante para muestras de cicatrices de fuego con cierto grado de deterioro o podredumbre. Envolver firmemente la muestra también protegerá la muestra mientras se transporta al laboratorio17 (Figura 3I).
      9. Aunque la mayoría de los estudios de reconstrucción de incendios utilizan secciones transversales parciales o completas, es importante mencionar que otra alternativa, aunque no muy utilizada, es el uso de núcleos incrementales. Este tipo de muestreo solo es posible en árboles vivos o muertos sólidos y teniendo en cuenta las consideraciones de extracción indicadas en la Figura 4.

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Figura 3: Proceso de muestreo de cicatrices de incendio. (A) Se selecciona un árbol con cicatrices de incendio y (B) una vista de cerca de la cara del gato (áreas con cicatrices de fuego expuestas en la base del árbol) muestra numerosas cicatrices de fuego y sería un ejemplo de un árbol que podría seleccionarse para el muestreo. (C) Extracción de una muestra marcada por el fuego de un tronco. En el caso de los troncos, la extracción de la sección parcial o completa es más fácil porque el corte se puede realizar verticalmente. En el caso de los árboles vivos y los enganches, el proceso es más difícil e incluye los siguientes pasos: (D) para extraer cicatrices de fuego de árboles vivos, el primer paso es seleccionar la cara con los registros más claros y hacer dos cortes horizontales en la base del tronco del árbol. (E,F) Para extraer la muestra, realice un corte de inmersión, en el que la punta de la motosierra se empuja verticalmente a lo largo del extremo posterior de los dos cortes horizontales, desde la corteza hacia el centro del árbol para romper la muestra, (G) luego se extrae la muestra y (H) se etiqueta (área de estudio, sitio y número de árbol, número de muestra, coordenadas), y finalmente (I) la muestra se envuelve en plástico para evitar daños mientras se transporta al laboratorio. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Figura 4: Muestreo de árboles marcados por el fuego mediante la extracción de núcleos de crecimiento (núcleos de incremento) con un taladro Pressler. Para ejecutar con éxito esta técnica de muestreo, es importante tener en cuenta el ángulo de la extracción en relación con la cicatriz. 1) El núcleo de la muestra que cruza la cicatriz del fuego estará incompleto porque faltarán todos los anillos después de la cicatriz, 2) en el segundo núcleo también pueden faltar los primeros anillos después de la cicatriz, pero 3) idealmente un tercer núcleo tendrá todos los anillos de crecimiento y permitirá la identificación y datación de la cicatriz del fuego al año exacto y 4) un cuarto núcleo lejos de la cicatriz del fuego, Por lo tanto, con todos los anillos de crecimiento se obtendrán, pero no servirá para identificar y datar el incendio. Sin embargo, esta última puede servir como cronología de referencia para el árbol. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Preparación de la muestra en el laboratorio

  1. Una vez que las muestras de cicatrices de fuego lleguen al laboratorio, desempaquételas con cuidado, separando las secciones transversales de una sola pieza de las que constan de varias piezas.
  2. Restaure muestras con varias piezas. Este procedimiento consiste en identificar todas las piezas que forman parte de la muestra, y pegar las diferentes piezas entre sí (utilizando cola blanca para la madera). Si es necesario, use las fotografías tomadas en el campo para determinar la disposición de cada pieza individual.
  3. En muestras que están muy deterioradas debido a la putrefacción, la aplicación de pegamento puede no ser suficiente para crear la robustez requerida que se necesitará en los procesos de lijado/pulido y datación. Para crear la estabilidad necesaria, monte estas muestras. Es decir, después de ensamblar todas las partes de estas muestras, montar todas las piezas individuales de la muestra sobre una superficie de madera (por ejemplo, madera contrachapada), adherir todas las piezas de muestra utilizando una grapadora mecánica durante el proceso de encolado, si es necesario17.
  4. Una vez finalizado el proceso de preparación, seque las muestras al aire libre a la sombra durante 3 a 5 días. No seque las muestras directamente al sol, ya que la pérdida repentina de humedad puede hacer que la muestra se parta y se rompa.
  5. Una vez que las muestras se hayan secado, corte las muestras más gruesas (>3 cm) hasta un grosor de 2 a 3 cm para facilitar el manejo bajo el microscopio y el sistema de medición.
  6. Lijar/pulir todas las muestras con diferentes granos de papel de lija, de grano 40 a 1.200. Comience con el grano de menor número (más grueso) para eliminar las piezas cortadas más ásperas y continúe lijando con granos de número progresivamente mayor (más finos) hasta lograr una superficie uniforme y las estructuras celulares de los anillos de los árboles sean claramente visibles bajo un microscopio. Esto permitirá identificar la posición de la cicatriz del incendio dentro del anillo anual (Figura 5).

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Figura 5: Muestra de Pinus hartwegii con cicatrices de fuego después de la preparación o el lijado. El recuento inicial de anillos de árboles marcados con puntos azules indica la edad de la muestra (121 años). Los anillos anuales fechados se muestran en negro (1891-2011). La datación directa es posible en muestras recogidas de árboles vivos en las que se conoce el año del anillo más externo (2011 en este caso), los anillos son claros y no hay problemas de crecimiento (anillos faltantes y falsos) o tales problemas se pueden distinguir fácilmente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Datación de anillos de árboles

  1. Cuente los anillos de crecimiento en cada muestra para determinar la edad, comenzando desde el centro hacia la corteza. Marque cada período de 10 años con un punto, 50 años con dos puntos y tres puntos para indicar cada 100 años20.
  2. Determinar el año exacto de formación de cada uno de los anillos anuales comparando los patrones de crecimiento20.
  3. En muestras de árboles jóvenes vivos, se conoce la fecha del anillo más externo (adyacente a la corteza) porque es el año en que se recolectó la muestra. En este caso, fecha directamente en la muestra contando los anillos desde el exterior (corteza) hacia el centro de la muestra. Por ejemplo, si la muestra se recolectó en los últimos meses de 2011, el crecimiento de ese año ya estará casi completo en su totalidad, por lo tanto, la fecha de este último anillo exterior será 2011. Comience la cuenta regresiva desde este anillo y marque la fecha de los anillos subsiguientes hasta el anillo más interno (Figura 5). Como se mencionó anteriormente, marque el comienzo de cada década usando un punto, dos puntos para el quincuagésimo año y tres puntos para cada siglo.
  4. Para los árboles vivos más longevos, desarrolle un gráfico de crecimiento o diagramas esqueléticos para cada muestra y compare los patrones de crecimiento entre los árboles. Para obtener más detalles sobre cómo crear una trama básica, consulte Stokes y Smiley20. La sincronía (de anillos delgados y anchos) entre diferentes árboles es una indicación de que no hay problemas de crecimiento (anillos falsos o faltantes). Por lo tanto, es factible asignar fechas (años calendario) a los anillos de la misma manera que se hizo con los árboles vivos.
  5. Es posible que algunas muestras de cicatrices de incendio no muestren patrones de crecimiento sincrónicos con otros árboles, esto se debe a supresiones de crecimiento (anillos muy pequeños) que pueden llevar a la falta de anillos (es decir, años calendario en los que el árbol no agregó madera a esa parte del árbol) en años específicos y que no se consideraron en el conteo. Por el contrario, es posible tener "anillos falsos". Un anillo falso es un anillo de árbol que aparece como dos anillos, pero que en realidad está asociado con un solo año calendario. Esto se produce cuando el árbol está estresado debido a la sequía estacional y comienza a depositar madera tardía en preparación para detener el crecimiento, solo para reiniciar el crecimiento regular después de recibir suficiente humedad. Determine cuál de estos dos problemas está impidiendo la falta de sincronía comparando cada anillo individual entre la muestra no sincronizada y una muestra que no registró problemas de crecimiento.
  6. Una vez identificado el problema, se corrija el recuento de anillos de árboles en la muestra no sincronizada y su gráfico de crecimiento. Repita este procedimiento para todas las muestras que no estén sincronizadas.
  7. Para datar todos los árboles vivos, se desarrolla un gráfico promedio comúnmente llamado la "cronología maestra", que es el promedio de todas las parcelas de esqueleto individuales e indica el patrón de crecimiento del sitio. Para obtener más detalles sobre cómo crear una cronología maestra, consulte Stokes y Smiley20.
  8. Después de que se hayan datado los árboles vivos con un anillo de árbol más externo conocido, comience a datar los árboles muertos, donde se desconoce el anillo más externo. Para ello, comience por crear un diagrama esqueleto para cada muestra de árboles muertos, compare el diagrama esqueleto de cada árbol muerto con la cronología maestra derivada de árboles vivos (con fecha cruzada)20. La clave para hacer coincidir los patrones de crecimiento de los anillos de los árboles entre los árboles muertos y la cronología maestra es hacer coincidir el patrón de años con crecimiento suprimido (pequeños anillos de los árboles). Por definición, los anillos pequeños de los árboles se deben a un patrón climático que resulta en una falta de humedad. Debido a que las sequías son experimentadas y registradas por todos los árboles, este patrón comunal se reflejará en los patrones de anillos de árboles de todos los árboles en el área de estudio.
  9. Cuando el patrón de crecimiento del árbol muerto coincida perfectamente con el gráfico de cronología maestra, determine el año calendario en que murió el árbol. Es decir, el anillo más externo de la muestra corresponderá a los años en que murió el árbol, pero solo si la corteza aún está presente. Sin la corteza, es imposible saber el año en que murió el árbol, aunque todavía es posible datar el resto de los anillos de los árboles en la muestra.
  10. En los casos en que los árboles muertos no estén perfectamente sincronizados con la cronología maestra, identifique el problema (identifique los anillos faltantes y/o falsos) y realice los ajustes adecuados, siguiendo el mismo procedimiento utilizado para los árboles vivos.
  11. Una vez que cada muestra de cicatriz de incendio ha sido predatada (datación preliminar), mida el ancho de cada anillo de árbol individual a lo largo de una línea perpendicular a través de la sección transversal utilizando un sistema de medición (por ejemplo, Velmex con una precisión de 0.001 mm)21. Aquellos que no tienen un Velmex, pueden usar un escáner de alta resolución. Es decir, las mediciones y dataciones de los anillos de los árboles también se pueden realizar utilizando imágenes escaneadas de las secciones transversales y un software como CDendro/CooRecorder. Las mediciones de los anchos de los anillos de los árboles se utilizarán para verificar estadísticamente la calidad de la datación con el programa COFECHA22. Esto se recomienda para validar la calidad de la datación.
  12. Si hay una cronología previa desarrollada en la región de estudio basada en los anillos de los árboles anuales que ha sido verificada estadísticamente, entonces use esa cronología o serie maestra para respaldar la datación de las muestras de cicatrices de incendio.

4. Datación de cicatrices de fuego

  1. Después de que se haya completado la datación de los anillos de los árboles dentro de cada muestra, identifique todas las cicatrices de fuego dentro de la muestra y determine el año en que ocurrió el incendio (Figura 6A).

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Figura 6: Posición de la cicatriz del incendio y estacionalidad dentro del anillo del árbol y año calendario correspondiente. El panel A es un ejemplo de una sección transversal marcada por el fuego con cicatrices de fuego individuales indicadas por la flecha roja y precedidas por el año en que ocurrió cada incendio entre 1902 y 2003. Los paneles B, C y D muestran ejemplos ampliados de cicatrices de incendio en la madera inactiva (D), la madera temprana (EE) y la madera temprana media (ME) dentro del anillo anual del árbol, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

5. Determinación de la estacionalidad de las cicatrices del incendio

  1. Utilice la posición de la cicatriz del incendio dentro del anillo anual del árbol para determinar la estación en la que ocurrió el incendio. En general, asigne la ubicación de cada cicatriz de incendio a una de las siguientes categorías (Figura 6B) dentro del anillo del árbol: EE (parte temprana de la madera temprana), ME (parte media de la madera temprana), LM (parte final de la madera temprana), L (madera tardía) y D (latencia o límite del anillo)23,18.
  2. Asigne las cicatrices de incendio que ocurren durante el período de latencia (entre los límites del anillo), al comienzo de la madera temprana del próximo año (incendios de primavera) a menos que otras muestras tengan cicatrices de fuego en la sección de madera tardía del anillo del árbol 24,25,26. Las categorías de estacionalidad también se pueden agrupar en temporadas de primavera (D + EE) y verano (ME + LE + L)11.
    NOTA: La agrupación de estas categorías puede variar según la región geográfica y el tipo de bosque.

6. Análisis de datos

  1. Para analizar los datos de cicatrices de incendios, primero cree una base de datos de historial de incendios utilizando una hoja de cálculo, donde cada muestra es una fila y cada columna es una variable asociada a esa muestra. Considere la posibilidad de incluir los siguientes campos para cada muestra.
    1. Incluya el nombre científico del árbol: género y especie.
    2. Incluir el número de muestra: El número designado a la muestra durante la recolección en campo, por ejemplo, CRN01a (Cuenca Río Nazas, árbol 01, muestra a).
    3. Incluir el año: Esta sección incluye dos fechas, el año del anillo más interno (o central) y el anillo más externo (más cercano a la corteza). Es importante indicar cuándo el primer anillo corresponde a la médula y si el anillo más externo es adyacente a la corteza, lo que indica la fecha en que la muestra murió o dejó de registrarse. Esta información es requerida por la mayoría de los programas utilizados para el análisis del historial de incendios.
    4. Incluye la fecha del anillo más interior.
    5. Incluya la fecha del anillo más exterior.
    6. Incluya la médula (Sí o No).
    7. Lista de todos los años y estaciones con cicatrices de incendio. Por ejemplo: 1902EE, indicaría que se registró un incendio en la parte temprana del bosque temprano dentro del año 1902 (Figura 6C).
  2. Cargue el archivo de historial de incendios en el Sistema de análisis y exploración del historial de incendios (FHAES) versión 2.0.0-SNAPSHOT27. Si el programa no está disponible, descárguelo a través de este enlace: https://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/.
    1. Abre el programa. Habrá tres opciones: Crear un nuevo archivo FHX, Cargar archivo(s) FHX existente y Ejecutar análisis de época superpuesto.
    2. Seleccione la primera opción: Crear un nuevo archivo FHX. Se abrirá una nueva ventana llamada Registrador de historial de incendios y proporcionará las siguientes opciones: Datos, Metadatos, Resumen y Gráficos.
    3. Seleccione Datos, para seleccionar las muestras cargadas actualmente, y haga clic en el signo de cruz verde para agregar una nueva muestra a este conjunto de datos.
    4. Se abrirá una nueva ventana preguntando: Nombre de la muestra, Primer año (¿el anillo más interno corresponde a la médula o no?), Último año (¿el año corresponde a la corteza o no?). Una vez que se haya proporcionado esta información general, haga clic en Aceptar para continuar.
    5. La ventana con la información general que se agregó ahora está activada e incluye tres campos: Tipo de evento, Temporada del evento y Año del evento. Comience a agregar la información específica, incluido cada evento de incendio, a la primera muestra. Haga clic en Agregar evento para agregar información para cada uno de los tres campos.
    6. La información requerida para cada uno de los campos es: En Tipo de evento seleccione Cicatriz de incendio, en Temporada de evento seleccione la posición de la cicatriz de incendio dentro del anillo del árbol, y en el Año de evento incluya el año calendario en el que ocurrió el incendio. Comience desde el registro más antiguo hasta el más reciente.
    7. En Agregar evento, agregue el siguiente evento de incendio hasta que se haya agregado el último incendio dentro de esa muestra.
    8. Después de finalizar el ejemplo, guarde el archivo de acuerdo con el nombre del sitio y la extensión FHX (por ejemplo: CRN. FHX), preferiblemente en la misma carpeta que el programa FHAES, cuando se le da la opción de guardar. A continuación, se le notificará que el archivo se ha guardado correctamente, a menos que haya habido un problema con el archivo, en cuyo caso ese mensaje no aparecerá. En ese caso, será necesario corregir el problema antes de continuar.
    9. Para agregar la información de la nueva muestra, haga clic en Agregar una nueva muestra a este conjunto de datos y proporcione la información para la nueva muestra.
    10. Haga clic en Aceptar para continuar.
    11. Esto activa una nueva ventana para agregar información sobre cada incendio dentro de la muestra. Siga el mismo procedimiento para agregar todas las muestras de cicatrices de incendio al archivo. Guarde la información cada vez que se agregue una nueva muestra y compruebe que se ha guardado correctamente anotando el mensaje que indica que el archivo FHX se ha guardado correctamente.
    12. Si no puede agregar toda la información dentro de una sesión, continúe trabajando en la base de datos más tarde. Para hacer esto, abra el programa FHAES y haga clic en Cargar archivos FHX existentes. Seleccione el archivo en el que desea seguir trabajando. Haga clic en Abrir y se abrirá una nueva ventana con los datos de la muestra. Seleccione Editar archivo ubicado en el menú de arriba, que debería abrir una nueva ventana Fire History Recorder-CRN.FHX con el archivo; A partir de aquí, continúe ingresando la información que aún se necesita.
    13. Para finalizar el archivo, agregue la información que pueda ser importante como parte de los metadatos. Esta información podría incluir Resumen y Gráficos, que se generaron con ese archivo. Otra opción para el análisis del historial de incendios y los gráficos es el nuevo software "quemador en R"28.
  3. Generación de un gráfico de historial de incendios. Abra el programa FHAES y abra el archivo creado con la base de datos descrita anteriormente (CRN. FHX). Seleccione la opción Gráfico y el historial del incendio se puede ver gráficamente.
  4. Genere estadísticas descriptivas del historial de incendios basadas en el año y la temporada en que ocurrieron los incendios. De forma similar a los procesos utilizados para crear los gráficos, abra el archivo en FHAES y seleccione Análisis > Ejecutar análisis > Aplicar. En el lado derecho de la pantalla del programa, se abrirá una nueva ventana (resultado del análisis FHAES) que muestra tanto el Resumen del análisis de intervalos como el Resumen de estacionalidad. Los estadísticos descriptivos más importantes son: el intervalo medio de incendio (MFI), los intervalos mínimo y máximo, el intervalo medio de incendio por muestra y el intervalo de probabilidad mediana de Weibull (WMPI) o recurrencia del fuego. Esta última es una medida de distribución central utilizada para modelar la distribución asimétrica de los intervalos de disparo y para expresar los intervalos de recurrencia en términos probabilísticos29,30.
  5. Para cada estadística, considere tres filtros: 1) todas las cicatrices, 2) filtro del 10%, que son años de incendio registrados como cicatrices por el 10% o más de las muestras, y 3) filtro del 25%, que son años de incendio registrados como cicatrices por el 25% o más de las muestras. El último filtro permite determinar los intervalos de los incendios más extensos30.
  6. En cuanto a la estacionalidad del incendio, se muestran diferentes parámetros, siendo el más importante el número y porcentaje de cicatrices registradas para cada categoría intra-anillo. Asimismo, se proporciona el número y porcentaje de incendios registrados en las temporadas de primavera y verano11.

7. Análisis de incendios climáticos

  1. Abra el programa FHAES y seleccione Ejecutar análisis de época superpuesto (SEA).
  2. Para este análisis, utilice dos archivos: 1) Archivo de series temporales continuas y 2) Archivo de lista de eventos. El primer archivo se refiere a los datos climáticos ordenados en columna (por ejemplo: Precipitación, Temperatura, PDSI, ENOS, etc.) y el segundo archivo enumera los incendios reconstruidos ordenados dentro de una columna, ambos archivos deben estar en formato de texto (.txt).
  3. Cargue cada uno de estos archivos en sus formatos apropiados.
  4. Al ejecutar el análisis SEA, es posible modificar el número de años anteriores y posteriores a los años de incendio en la ventana Simulación y estadísticas. Sin embargo, se recomienda encarecidamente mantener los parámetros predeterminados.
  5. En la parte inferior, haga clic en Ejecutar para ejecutar el análisis.
  6. Esto genera la información resumida; desde allí, haga clic en Gráfico para crear los resultados que se muestran automáticamente como gráficos de barras.
  7. Interprete estos gráficos: en el eje X "0" representa el año del incendio, los valores negativos y positivos indican años antes y después del incendio. Los intervalos de confianza a 95, 99 y 99,9% se muestran en forma de líneas por encima y por debajo del eje promedio, lo que expresa la importancia del análisis.
  8. Guarde la salida en formato PNG o PDF.
  9. A partir de este análisis, es posible evaluar la influencia de la variabilidad climática en la ocurrencia de incendios a lo largo del tiempo, incluyendo las condiciones climáticas durante los años anteriores, durante y posteriores a los incendios incluidos en el análisis. Para obtener más información sobre la ejecución e interpretación de los resultados con FHAES, consulte el manual del usuario31.

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Resultados

Cuando un incendio superficial arde en un bosque, los troncos de algunos árboles a menudo se dañan, causando lesiones que posteriormente se curan (Figura 7A). Estas cicatrices se forman cuando el fuego es lo suficientemente intenso o tiene un tiempo de residencia lo suficientemente largo como para penetrar en la corteza y matar parte del cambium. Históricamente, tales incendios ocurrían con la frecuencia suficiente para evitar la acumulación de combusti...

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Discusión

En los ecosistemas boscosos, el fuego es un proceso ecológico clave; Por lo tanto, la reconstrucción de los regímenes históricos de incendios es importante para comprender la frecuencia, la estacionalidad y la variabilidad de los incendios a lo largo del tiempo. Los cambios en el régimen histórico de incendios pueden tener consecuencias no deseadas en lo que respecta a la estructura y la salud de los bosques; Por lo tanto, esta información es fundamental en la ordenación forestal...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

El proyecto de investigación se llevó a cabo gracias al financiamiento a través del proyecto: Estudio de la relación clima-incendios en el centro-norte de México, financiado por el fondo SEP-CONACYT.

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Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Belt SanderDewalt Dwp352vs-b3 3x21 PuLGFor sanding samples
Chain Saw BootsForestry SuppliersThere is no any specific characteristichttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Boots
Chain Saw ChapsForestry SuppliersPGI 5-Ply Para-Aramidhttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Chain%20Saw%20Chaps
ChainsawStihl or Husqvarna for exampleMS 660Essential equipment for taking samples (Example: 18-24 inch bar)
ClinometerForestry SuppliersSuunto PM5/360PC with Percent and Degree Scaleshttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Clinometer
COFECHA Softwarehttps://www.ldeo.columbia.edu/tree-ring-laboratory/resources/software
CompassForestry SuppliersSuunto MC2 Navigator Mirror Sightinghttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=compass
Dendroecological fieldwork programProgram where dating skills can be acquired or honedhttp://dendrolab.indstate.edu/NADEF.htm
Diameter tapeForestry SuppliersModel 283D/10M Fabric or Steel.https://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Diameter%20tape
Digital cameraCANONEOS 90D DSLRTo take pictures of the site and the samples collected (https://www.canon.com.mx/productos/fotografia/camaras-eos-reflex)
Digital camera for microscopeOLYMPUSDP27https://www.olympus-ims.com/es/microscope/dp27/
Electrical tape or Plastic wrap to protect samplesuline.comhttps://www.uline.com/Product/Detail/S-6140/Mini-Stretch-Wrap-Rolls/
FHAES Softwarehttps://www.frames.gov/partner-sites/fhaes/fhaes-home/
Field formatThere is no any specific characteristicTo collect information from each of the samples
Field notebookTo take notes on study site information
GlovesFor field protection
Hearing protectionForestry SuppliersThere is no any specific characteristichttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Hearing%20protection
Large backpacksThere is no any specific characteristicStrong backpack for transporting samples in the field
Safety GlassesForestry SuppliersThere is no any specific characteristichttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Safety%20Glasses
SandpaperFrom 40 to 1200 grit
Software CDendro/ CooRecorderTree-ring-measurements and dating can also be done using scanned images of the cross-sectionshttps://www.cybis.se/forfun/dendro/
Software Measure J2XVersion 4.2ttp://www.voortech.dreamhosters.com/projectj2x/tringSubscribeV2.html
StereomicroscopeOLYMPUSSZX10https://www.olympus-ims.com/en/microscope/szx10/
Topographic map, land cover mapObtained from a public institution or generated in a first phase of research
Velmex equipmentVelmex, Inc.0.001 mm precisionwww.velmex.com
Wildland Fire HelmetForestry SuppliersThere is no any specific characteristichttps://www.forestry-suppliers.com/Search.php?stext=Wildland%20Fire%20Helmet

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