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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS Estudio demográfico de Arbutus xalapensis, Kunth (Ericaceae) en el Bosque de Tlalpan, Distrito Federal, México T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: B I Ó L O G A P R E S E N T A : LAURA ELIZABETH MONTOYA PÉREZ DIRECTORA DE TESIS: MARÍA TERESA VALVERDE VALDÉS LICENCIATURA 2016 Lourdes Texto escrito a máquina Ciudad Universitaria, CDMX UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. HOJA DE DATOS 1. Datos del alumno Montoya Pérez Laura Elizabeth 26 13 11 83 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Biología 305060064 2. Propietario tutor Dra. María Teresa Valverde Valdés 3. Propietaria Dra. Ana Elena Mendoza Ochoa 4. Propietario Dr. Héctor Mario Benavides Meza 5. Suplente Dra. María del Consuelo Bonfil Sanders 6. Suplente Dra. Andrea Martínez Ballesté 7. Datos del trabajo escrito Estudio demográfico de Arbutus xalapensis, Kunth (Ericaceae) en el bosque de Tlalpan, D.F., México 99 p 2016 Índice general Resumen 1 1. Introducción 1.1. Los bosques mexicanos: su importancia y su manejo 3 1.1.1. Las Áreas Naturales Protegidas como una opción para la conservación de los bosques 11 1.1.2. Planes de manejo 15 1.1.3. Especies prioritarias 16 1.2. Ecología de poblaciones 18 1.2.1. Demografía de árboles 19 1.2.2. Importancia de la demografía en el diseño de planes de manejo 21 1.3. El Bosque de Tlalpan como Área Natural Protegida 22 1.3.1. Arbutus xalapensis, especie prioritaria del Bosque de Tlalpan 24 1.4. Objetivos 25 2. Sistema de estudio 2.1. Especie de estudio 26 2.2. Sitio de estudio 29 3. Métodos 3.1. Trabajo de campo 32 3.1.1. Germinación de semillas 32 3.1.2. Establecimiento de plántulas 34 3.1.3. Fenología vegetativa y reproductiva 35 3.1.4. Producción de semillas 35 3.1.5. Banco de semillas 36 3.1.6. Supervivencia y crecimiento de brinzales 36 3.1.7. Seguimiento de los individuos adultos y análisis demográfico 38 3.1.8. Evaluación de la densidad poblacional 40 3.2. Construcción de la matriz de proyección poblacional 41 3.2.1. Estructura de la población 41 3.2.2. Estimación de las probabilidades de supervivencia, crecimiento y permanencia 41 3.2.3. Entradas de fecundidad 42 3.2.4. Destinos de las plántulas y los brinzales 43 3.3. Análisis matricial 44 3.3.1. Propiedades asintóticas 44 3.3.2. Intervalos de confianza de l 44 3.3.3. Análisis de sensibilidad y elasticidad 45 3.4. Análisis estadísticos 45 a) Análisis de Varianza (ANOVA) para comparar la germinación de semillas 45 b) Comparación de las curvas de supervivencia de los brinzales (prueba de logrank) 46 c) Efecto de las características ambientales sobre el crecimiento de los brinzales 47 4. Resultados 4.1. Germinación de semillas 50 a) En condiciones controladas 50 b) Germinación de semillas en campo 51 4.2. Establecimiento de plántulas 51 4.3. Fenología vegetativa y reproductiva 53 4.4. Producción de semillas 56 4.5. Banco de semillas 58 4.6. Supervivencia y crecimiento de brinzales 59 4.7. Densidad y estructura poblacional 64 4.8. Matriz de proyección poblacional 66 4.8.1. Componentes de la fecundidad 68 4.9. Análisis de perturbación prospectivos 69 4.9.1. Análisis de sensibilidad 69 4.9.2. Análisis de elasticidad 69 5. Discusión 5.1. Etapas tempranas 71 5.2. Etapas juveniles 73 5.3. Reproducción 75 5.4. Demografía matricial 79 5.5. Implicaciones para la conservación 82 6. Conclusiones 85 7. Literatura citada 86 Índice de tablas y figuras Cuadro 1. Superficie ocupada por los diferentes tipos de bosques en México 5 Cuadro 2. Categorías de tamaño definidas para estudiar la población de A. xalapensis en BT 41 Cuadro 3. Promedio de las variables ambientales evaluadas como parte del experimento de supervivencia y crecimiento de brinzales 59 Cuadro 4. Promedio del crecimiento absoluto en altura (H) y área basal (AB) de los brinzales en diferentes ambientes 60 Cuadro 5. Resultados del GLM para la tasa relativa de crecimiento (RGR) en altura de los brinzales 60 Cuadro 6. Resultados del GLM para la tasa relativa de crecimiento (RGR) en área basal de los brinzales 61 Cuadro 7. Matriz de los valores obtenidos de de 2en el análisis Logrank 64 Cuadro 8. Matriz de Lefkovitch para la población de Arbutus xalapensis en el BT, en el periodo de 2012 a 2013 67 Cuadro 9. Componentes involucrados en la estimación de los valores de fecundidad por categoría de tamaño 68 Cuadro 10. Matriz de sensibilidades correspondiente a la matriz de Lefkovitch construida para Arbutus xalapensis en el BT 69 Cuadro 11. Matriz de elasticidades de Arbutus xalapensis 70 Cuadro 12. Variables fenológicas de la floración de algunas especies arbóreas ordenadas con base en su síndrome de polinización 77 Cuadro 13. Variables fenológicas de la fructificación de algunas especies arbóreas ordenadas con base en su síndrome de dispersión 78 Figura 1. Distribución proporcional de los diferentes tipos de bosques presentes en México 4 Figura 2. La especie de estudio, Arbutus xalapensis. Aspectos generales y detalles morfológicos 28 Figura 3. Localización del Bosque de Tlalpan en el sur del Distrito Federal 30 Figura 4. Tipos de vegetación presentes en el Bosque de Tlalpan 31 Figura 5. Diseño de la plantación “tres bolillo” para el experimento con brinzales 38 Figura 6. Ubicación de los individuos muestreados de A. xalapensis en el BT 39 Figura 7. Porcentaje promedio de germinación de las semillas que provenían de frutos de diferentes tipos 50 Figura 8. Supervivencia de las plántulas de A. xalapensis que se plantaron en dos micrositios diferentes en el BT 53 Figura 9. Fenología foliar de A. xalapensis a lo largo de 12 meses 54 Figura 10. Fenología reproductiva de A. xalapensis 56 Figura 11. Número promedio de semillas producidas por individuo de cada categoría de tamaño 57 Figura 12. Porcentaje promedio de germinación de las semillas con diferentes tiempos de permanencia en el suelo 58 Figura 13. Tasa relativa de crecimiento (RGR) en altura de los brinzales que se plantaron en diferentes micrositios en BT 61 Figura 14. Tasa relativa de crecimiento (RGR) en área basal de los brinzales que se plantaron en diferentes micrositios en BT 62 Figura 15. Curvas de supervivencia de los brinzales plantados en diferentes ambientes 63 Figura 16. Estructura poblacional y condición reproductiva de A. xalapensis en el BT por categoría de tamaño 65 1 Resumen Los bosques templados del centro de México se encuentran altamente amenazados por el cambio de uso de suelo. El Bosque de Tlalpan (BT), inmerso en la Ciudad de México, presenta un alto valor para la conservación. Arbutus xalapensis es una especie prioritaria del BT. Realizamos un análisis de la dinámica poblacional de A. xalapensis para contribuir al conocimiento de las especies prioritariasdel BT. Para esto, se marcaron 148 individuos a los cuales se les midió su área basal, se distinguieron ocho categorías de tamaño con base en esta variable y se construyó una matriz de Lefkovitch para proyectar su dinámica poblacional de 2012 a 2013. Adicionalmente, se monitoreó su fenología foliar y reproductiva, y se evaluó la lluvia de semillas y el establecimiento de plántulas. También se realizó un experimento de supervivencia de brinzales en zonas del BT con diferente tipo de vegetación, para estimar los parámetros demográficos de esta fase del ciclo de vida. La población de A. xalapensis en el BT presenta una densidad de 3.73 ind/ha (en zonas cubiertas por bosque templado). La categoría de tamaño dominante fue la de Adulto 3; los individuos pequeños son muy escasos y los individuos de gran tamaño son también relativamente raros. Una alta proporción de la población está compuesta por individuos reproductivos; sin embargo, los Adultos 4 y 5 aportaron casi el 90 % de la producción de semillas. La matriz arrojó un valor de = 0.989 (IC95% = 0.890 - 1.030), lo que sugiere que la población se encuentra en equilibrio numérico. Los valores de elasticidad más altos se concentraron en las entradas de permanencia (90.4 %). La mayor producción foliar se da durante la temporada de lluvias, y el máximo de floración se presenta en marzo, mientras que la producción de frutos y semillas ocurre de septiembre a noviembre. La germinación de semillas en campo fue nula, y las plántulas experimentales murieron en menos de dos semanas. Los brinzales presentaron la mayor supervivencia en las zonas con dosel forestal (>80 %). La población estudiada de A. xalapensis presenta limitaciones en el reclutamiento, lo que podría ser resultado de la reducida disponibilidad de hábitats con condiciones adecuadas para su regeneración. En este sentido, la delimitación de zonas de restauración ecológica puede constituir una estrategia adecuada para la recuperación de esta población. Palabras clave: área natural protegida, bosque templado, conservación, dinámica poblacional, madroño, matriz de Lefkovitch. 2 1. Introducción 1.1. Los bosques mexicanos: su importancia y su manejo La FAO (2001) define al bosque como un área, con una extensión superior a 0.5 ha, con cierto tipo de vegetación en el que más del 10% de la superficie está cubierta por las copas de los árboles; según esta definición, los árboles deben alcanzar una altura mínima de 5 m en el momento de su madurez. Este tipo de vegetación comprende formaciones forestales densas, en las que los árboles forman diversos estratos y, en conjunto con las plantas del sotobosque, cubren gran parte del terreno; o bien, formaciones forestales abiertas, con una cubierta de vegetación continua en la que las copas de los árboles cubren más del 10 por ciento de la superficie. En la categoría de bosque se incluye también a los rodales naturales jóvenes y a las plantaciones establecidas con fines de aprovechamiento forestal que todavía no han alcanzado una densidad de copas del 10 por ciento o una altura de 5 m. También se incluyen en ella las superficies que normalmente forman parte de un bosque, pero que están temporalmente desarboladas como consecuencia de la intervención humana o por causas naturales, pero que potencialmente volverán a convertirse en bosque. La definición también incluye viveros forestales y semilleros que forman parte integral del bosque; caminos forestales, senderos talados, cortafuegos y otros pequeños claros dentro del bosque que 3 forman parte de los parques nacionales, reservas naturales y otros espacios protegidos de especial interés ambiental, científico, histórico, cultural o espiritual (FAO-FRA, 2000). México destaca por tener una gran diversidad y extensión de bosques (Fig. 1): existen bosques de coníferas, bosques de encino, bosques mesófilos de montaña, bosques tropicales perennifolios, bosques tropicales subcaducifolios, bosques tropicales caducifolios; bosques de cactáceas columnares (en las comunidades de matorral xerófilo) y manglares, que se encuentran representados en las costas, en las vertientes tanto del Pacífico, como del Golfo de México y el Caribe (Vera, 2003). Figura 1. Distribución proporcional de los diferentes tipos de bosques presentes en México (Vera, 2003). 15% 19% 1% 11% 4% 8% 40% 2% Bosque de coníferas Bosque de encino Bosque mesófilo de montaña Bosque tropical perennifolio Bosque tropical subcaducifolio Bosque tropical caducifolio Bosques de cactáceas columnares Bosque de manglar 4 Los bosques tropicales de México son particularmente importantes, pues constituyen el límite norte de este tipo de vegetación en el continente americano. Y en lo referente a los bosques templados, México es el país que presenta la mayor diversidad de especies del género Pinus en el mundo y de Quercus en el continente americano (Miranda y Hernández, 1963; Valencia, 2004; Gernandt y Pérez, 2014). Por otro lado, los bosques mexicanos son sumamente importantes por su significado biológico, sus funciones ecológicas, así como por su valor social y económico. Los bosques cubren aproximadamente 55.3 millones de hectáreas del país (Cuadro 1). De éstos, el 80% de la superficie es propiedad ejidal y comunal, 15% es propiedad privada y 5% es propiedad de la nación (Semarnap-Uach, 1999). Cuadro 1. Superficie ocupada por los diferentes tipos de bosques en México (Vera, 2003). Tipo de vegetación Superficie (millones de hectáreas) Bosques templados 30.1 Bosques tropicales perennifolios y tropicales subcaducifolios 5.8 Bosques tropicales caducifolios 10.9 Bosques mesófilos de montaña 1.4 Manglares 0.7 Bosques de galería 0.2 Palmares 0.1 Selvas fragmentadas 5.7 Sabanas (pastos densos con árboles o matorrales dispersos) 0.5 Existen pocos ecosistemas terrestres que se acerquen a los bosques en términos de la gran variedad de servicios ambientales que proporcionan (Daily, 1997). Los servicios ecosistémicos, también llamados servicios ambientales (SA), son los componentes de los 5 ecosistemas que se consumen directamente, que se disfrutan, o que contribuyen, a través de interacciones entre ellos, a generar condiciones adecuadas para el bienestar humano (Quijas et al., 2010). Los servicios ambientales que proveen los diferentes ecosistemas forestales, de manera natural o por medio de su manejo sustentable, influyen directamente en el mantenimiento de la vida del ser humano, generando beneficios y bienestar para las personas y las comunidades, ya sea a nivel local, regional o global (Balvanera, 2012). Según los bienes y servicios que ofrecen, los servicios ambientales han sido agrupados en cuatro categorías: de suministro, de regulación, culturales y servicios de soporte, (Millennium Ecosystem Assessment, 2005): - Los servicios de suministro, o de provisión, son recursos tangibles y finitos, que se contabilizan, se consumen y se extraen directamente de los ecosistemas. Pueden ser o no renovables. Entre ellos se encuentra la provisión de agua para el consumo humano, los productos maderables que se obtienen de los bosques y la producción de diferentes recursos alimenticios. - Los servicios de regulación mantienen los procesos y funciones naturales de los ecosistemas, que regulan las condiciones del ambiente. Entre ellos encontramos la regulación del clima y de los gases de efecto invernadero, el control de la erosión y de las inundaciones, el mantenimiento de la biodiversidad, la regulación del ciclo hidrológico y de los ciclos de nutrientes, la producción primaria y la protección contra el impacto de los huracanes. - Los servicios culturales son el resultado de percepciones individuales o colectivas; por lo tanto, son dependientes del contexto socio-cultural en el que se presentan y de la forma en la quelos seres humanos interactuamos con nuestro entorno y con las demás 6 personas. Entre ellos se encuentra la belleza escénica de los ecosistemas como fuente de inspiración, la capacidad recreativa que ofrece el entorno natural a las sociedades humanas, y el valor ritual o simbólico asociado a ciertos sitios o especies. - Los servicios de soporte son aquellos que garantizan los procesos de los ecosistemas que mantienen y permiten la provisión del resto de los servicios. Estos pueden o no tener implicaciones directas sobre el bienestar humano. Entre ellos se encuentra el mantenimiento de la biodiversidad, el ciclo hidrológico y el ciclo de nutrientes. En los siguientes párrafos se detallan las particularidades de algunos de los servicios ecosistémicos que ofrecen los bosques, específicamente: • Regulación del ciclo hidrológico. El papel de los bosques en la regulación del ciclo hidrológico no se puede subestimar. Si bien cubren sólo un 6% de la superficie del planeta, captan casi el 50% de la lluvia que cae sobre la superficie emergida de la Tierra (Myers, 1997). Debido a su compleja estructura, los múltiples estratos de vegetación que se presentan en los bosques interceptan el agua de lluvia de manera muy eficiente, canalizándola lentamente por sus hojas, ramas y troncos hacia el suelo. De esta forma, disminuye la velocidad del escurrimiento pluvial y así evitan la saturación del suelo (Sündborg y Rapp, 1986). Una vez que el agua de lluvia llega al suelo, la densa hojarasca y la alta porosidad que frecuentemente presenta el sustrato, así como su alto porcentaje de materia orgánica, actúan como esponjas que absorben el agua y permiten su lenta infiltración hacia el subsuelo, que a su vez recarga los mantos acuíferos (Brujinzeel, 1990). 7 • Mitigación de los efectos del cambio climático. Los árboles, como todas las plantas, absorben CO2 de la atmósfera, fijan el carbono en moléculas orgánicas que les permiten crecer y llevar a cabo su metabolismo, y liberan oxígeno como resultado de la fotosíntesis, proceso que presta un servicio ambiental global al planeta, al regular la composición de los gases de la atmósfera. Por otro lado, el suelo de los bosques constituye el medio donde se lleva a cabo una parte importante de los ciclos biogeoquímicos a partir de los cuales se recicla la materia. Se estima que el contenido de carbono almacenado en el primer metro del suelo es 1.5 veces mayor que el acumulado en la biomasa en pie (Sombroek et al., 1993), constituyendo la tercera fuente más importante de carbono en la biosfera (Lal, 1999). El secuestro de carbono reduce la concentración de CO2en la atmósfera en forma, cuya acumulación excesiva ha sido la principal causa del cambio climático (de Deyn et al., 2008). • Regulación del clima a escalas locales y regionales. Los bosques no sólo captan agua de lluvia, sino que pueden modificar los patrones de precipitación a través de la regulación del clima regional. La remoción de la cobertura boscosa (que es de color verde oscuro) y su reemplazo por otros tipos de coberturas vegetales (por ejemplo, por pastizales, que son de color verde claro), llevan a un aumento del albedo y una disminución de la cantidad de radiación solar absorbida por la superficie de la Tierra, así como a una reducción en la tasa de evapotranspiración, lo que a su vez afecta la turbulencia y el movimiento vertical de las corrientes de aire. Estos cambios, a su vez, pueden afectar la tasa de la formación de nubes y la cantidad de precipitación que recibe una cuenca o una región (Zeng y Neelin, 1999). En igualdad de circunstancias, una superficie cubierta de bosque recibirá más precipitación que una con otro tipo de cobertura vegetal. 8 • Control de la erosión del suelo. La presencia de vegetación, en particular de árboles y arbustos, disminuye de manera significativa la tasa de erosión de suelos (Sündborg y Rapp, 1986; Gade, 1996). Los bosques ayudan a estabilizar el paisaje y a proteger a las zonas expuestas del efecto del viento y la lluvia. Las profundas raíces de los árboles funcionan mucho mejor que las de otros tipos de vegetación para prevenir deslaves (Woodwell, 1993; Abe, 1997; Wilmhurst, 1997). La erosión de los suelos no sólo afecta su productividad, sino que también causa muchos problemas adicionales; al disminuir la retención del suelo, su arrastre como resultado de las lluvias y la pendiente ocasionan sedimentación en los ríos, es decir, su azolve. El azolve de los ríos hace que sus cauces sean menos profundos y en combinación con el incremento del escurrimiento pluvial, aumenta significativamente el riesgo de inundaciones (Kramer et al., 1997; Fitzpatrick y Knox, 2000). • Servicios de suministro. En los bosques se producen una gran variedad de recursos forestales maderables y no maderables que constituyen una fracción importante del ingreso en la economía de subsistencia de la población de las regiones forestales (World Bank, 1995). En ellos se cosecha leña para cocinar, así como tallos, hojas y frutos que se utilizan con fines alimenticios, medicinales, ornamentales y/o rituales; además, de los bosques se obtiene madera para construir viviendas y fabricar muebles, entre otros bienes. Estos recursos permiten reducir los gastos monetarios de las familias de esas regiones, que en su mayoría se dedican a la agricultura (Merino et al., 1997). Las especies de copal (Bursera sp.) se utilizan para la extracción de resinas, aceites esenciales y en ceremonias religiosas (Peters et al., 2003; Meave et al., 2012) y, en la actualidad, su madera sirve para la elaboración de vistosas artesanías llamadas alebrijes, lo que ha 9 llevado a muchas de sus abundantes poblaciones al borde de la extinción local (Hernández et al., 2006). • Belleza escénica. El aprecio de los paisajes naturales por su belleza natural se deriva de la presencia de bosques y elementos de la biodiversidad que además son atractivos y forman la base para el desarrollo del turismo en sus diferentes formas, especialmente el turismo de la naturaleza y el turismo ecológico. • Conservación de la biodiversidad. Permitir el mantenimiento de la biodiversidad es un servicio central sobre el cual se fundamenta la conservación de los recursos naturales, mediante la protección y el uso sostenible de las especies útiles, la conservación de los ecosistemas y los procesos ecológicos de los cuales se deriva la diversidad biológica y las diversas formas de vida, así como el acceso a elementos de la biodiversidad para fines científicos y comerciales. Oficialmente, el volumen total de la producción forestal maderable en México es de 8 millones de metros cúbicos por año, aunque esta cifra resulta poco confiable debido a lo generalizado de la extracción clandestina y a la falta de cobertura territorial de los planes de manejo utilizados para estimar esta producción (Cabarle, 1991; Merino et al., 1997). La mayor parte (98%) de la producción maderera en México proviene de bosques de vegetación primaria, mientras que la cobertura de plantaciones representa sólo el 0.3% del total de las áreas arboladas en la actualidad (World Resources Institute, 1995). Una característica importante de los bosques mexicanos es que la mayoría de la superficie está a cargo del sector social, es decir, está constituida por ejidos que son propiedad de comunidades indígenas, lo cual da al manejo forestal comunitario una perspectiva particularmente interesante, tanto en términos de producción como de conservación de los 10 recursos naturales (Arnold, 1987). Hacia el final de la década de los ochentas se empezó a reconocer el manejo comunitario de los bosques como una estrategia para fomentar su conservación. Entre los argumentos usados a favor de la forestería comunitaria, se plantea que las comunidades asentadas en áreas forestales están enmejor posición para encargarse del manejo de los bosques que las burocracias ubicadas generalmente lejos de ellos y con escasos recursos disponibles para intervenir en lugares remotos (Cabarle, 1991). Se ha manifestado también que cuando los campesinos tienen derechos de largo plazo sobre los bosques, se ven motivados a conservarlos. En México, la propiedad social de la tierra, tiene una gran importancia, ya que ocupa el 48 % del territorio y el 80% de las superficies forestales (Bray, 1996). En México, la Ley General de Desarrollo Forestal Sustentable (LGDFS, 2003), considera la conservación de los bosques como asunto de interés público, aun cuando se encuentren en terrenos privados. Dicha ley exige que el aprovechamiento de la madera se hagan con base en Planes de Manejo previamente autorizados, y que los desmontes se restrinjan a las zonas de aptitud ganadera o agrícola, solicitando que se demuestre previamente que el nuevo uso de suelo puede dar mayores beneficios sociales y económicos que el uso forestal, también impone restricciones al uso de los recursos forestales por parte de particulares, y exige la presentación de Manifestaciones de Impacto Ambiental para cualquier propuesta de aprovechamiento forestal, así como estudios ecológicos detallados para planear el aprovechamiento maderable de los bosques (Merino et al., 1997). 11 1.1.1. Áreas Naturales Protegidas: una opción para la conservación de los bosques En México, las áreas naturales protegidas (ANPs) representan una importante porción del territorio nacional y albergan a cientos de especies, tanto de flora como de fauna. En estos sitios se vigila que la explotación de los recursos naturales, cuando la hay, sea racional y moderada. Además, las ANPs se valoran explícitamente por la importancia de los servicios ambientales que prestan. Del gran número de ANPs que existen en el territorio nacional, hay una diversidad de objetivos que las sustentan; para cada una se establecen objetivos específicos de manejo, los cuales dependen del tipo de ANP de que se trate. Algunos de los objetivos de las ANPs son (CONANP, 2012): - Investigación científica: Se considera uno de los objetivos principales de las ANPs. En principio, su desarrollo no tiene restricciones, en la medida que cumpla con la normatividad establecida y sus actividades no se contrapongan con los objetivos de la ANP y sus instrumentos de planificación. El diseño de las actividades de investigación idealmente responde a las necesidades de información para la gestión de la ANP y su entorno. - Protección de zonas silvestres: La protección de zonas que han sufrido poca o nula intervención humana y en las que predomina el carácter silvestre es también uno de los objetivos principales de las ANP. En estas áreas se requiere de una intervención activa de manejo que garantice la conservación de los hábitats, así como la satisfacción de las necesidades fisiológicas y ecológicas particulares de especies de interés para la conservación, tales como la presencia de sitios de reproducción, y/o sitios libres de depredación, los cuales pueden ser críticos para recuperar o mantener las poblaciones de tales especies. 12 - Mantenimiento de los servicios ambientales: El establecimiento de ANPs permite, a su vez, mantener la gran variedad de beneficios que las poblaciones humanas obtienen de los ecosistemas, de manera natural o mediante su manejo sustentable. - Turismo y recreación: Los espacios con rasgos paisajísticos atractivos para los visitantes, que por su naturaleza permiten un uso recreativo compatible con los objetivos del área, son también prioridad en la creación de ANPs. - Educación: Un objetivo adicional de la creación de ANP es promover la sensibilización de la población en general, y animar el surgimiento de nuevas conductas en relación con el ambiente, mediante la promoción de una cultura de conservación de los ecosistemas, basada en el conocimiento de su valor cultural, biológico y ecosistémico. A la vez, también se promueve el conocimiento sobre la biología, geología, geomorfología y características florísticas de las zonas protegidas. - Utilización sostenible de los recursos derivados de los ecosistemas naturales: La creación de ANPs, en algunos casos, contempla el aprovechamiento sostenible de recursos naturales, cuando éste no interfiere con el cumplimiento de los fines para los cuales se ha establecido el área. - Mantenimiento de los atributos culturales y tradicionales: El establecimiento de ANP considera también la conservación de los elementos con valor histórico o arqueológico, cuyo manejo debe orientarse a su mantenimiento, integrándolos al entorno natural. De acuerdo con estos objetivos, la LGEEPA (Ley General de Equilibrio Ecológico y Protección al Ambiente) establece ocho categorías o tipos de ANPs, las cuales se 13 determinan según las diferentes características de las zonas y obviamente de los objetivos mencionados anteriormente (LGEEPA, 2013): - Reservas de la Biosfera: Son áreas de gran relevancia a nivel nacional, ya que en ellas se encuentran especies, paisajes y/u otros elementos representativos de la biodiversidad nacional. - Parques Nacionales: Al igual que las Reservas de la Biosfera, son de importancia nacional, pues en ellas se encuentran ecosistemas de gran valor científico, y/o histórico, además de caracterizarse por su gran belleza escénica. - Monumentos Naturales: Son áreas de interés estético y/o alto valor tanto histórico como científico; se caracterizan por poseer lugares u objetos naturales excepcionales. Sin embargo, dichos lugares no poseen una alta variedad de ecosistemas, ni la superficie suficiente para ser considerados en alguna otra categoría. - Áreas de Protección de Recursos Naturales: En estas zonas se intenta preservar, principalmente, los elementos no vivos de los ecosistemas, por ejemplo, los suelos, las cuencas hidrográficas, las aguas y demás recursos que se asocian con los terrenos forestales. - Áreas de Protección de Flora y Fauna: Éstas albergan los hábitats de los cuales depende la existencia de las especies de flora y fauna silvestres que en ella se encuentran, incluyendo especies endémicas, raras y las que se encuentran en alguna categoría de la Norma Oficial Mexicana (NOM-059-SEMARNAT-2010). - Santuarios: Son lugares con una riqueza considerable de flora y fauna, así como de especies, subespecies y hábitats de distribución restringida. Además incluyen unidades topográficas o geográficas que requieren ser preservadas y/o protegidas (CONANP, 2012). 14 Las ANPs representan una de las mejores estrategias para la conservación de la biodiversidad y para asegurar los beneficios ambientales que proporcionan los ecosistemas naturales, siendo resultado del interés público para el bienestar de las generaciones actuales y futuras. 1.1.2. Planes de manejo Para su buen funcionamiento y el cumplimiento de sus objetivos, las ANPs necesitan un manejo adecuado, es decir, el diseño, planeación y ejecución de una serie de actividades que se deben llevar a cabo en tiempos definidos, y que son los elementos rectores de su plan de manejo. Algunas de las actividades que se consideran en cualquier plan de manejo son la vigilancia, la señalización, la difusión, la educación, la rehabilitación de flora y fauna, el uso adecuado de los recursos naturales, la realización de estudios e investigaciones, el desarrollo de proyectos productivos, y la planeación y delimitación de actividades turísticas y recreativas. Para que todas estas actividades sean posibles y estén adecuadamente reguladas, es necesario contar con instrumentos legales y administrativos, tales como decretos, programas operativos y acuerdos específicos con las autoridades responsables. El instrumento principal para el manejo adecuado de las ANPs, se estableceen el Plan de Manejo (PM) que contempla la LGEEPA. Para cada tipo de ANP, se establecen normas de acuerdo con su categoría, con el objeto de asegurar su control y manejo adecuado. El manejo de las zonas forestales que son parte de alguna ANP debe efectuarse de conformidad con el plan de manejo establecido para cada una de ellas, siendo éste el 15 instrumento rector de planeación y regulación que establece las actividades, acciones y lineamientos básicos para su administración, con el objeto de garantizar la conservación de sus particularidades y riqueza biológica. Uno de los elementos importantes de un plan de manejo es la identificación y protección de especies prioritarias para la conservación, la condición de estas especies nos informa sobre el estado de salud o de conservación en el que se encuentra un ecosistema; asimismo, pueden utilizarse para evaluar la magnitud de una perturbación, para darle seguimiento a otras especies y/o para localizar zonas de alta biodiversidad regional (INE, 2007). 1.1.3. Especies prioritarias Las especies prioritarias para la conservación permiten canalizar y optimizar los esfuerzos de conservación y recuperación de una ANP. Primero, es necesario tener presente que una especie puede considerarse prioritaria por diversas razones, ya sean estratégicas, suponiendo que los resultados de su conservación trasciendan más allá de la especie misma; ecológicas, tratándose de especies que pueden impulsar la conservación de procesos ecológicos clave; económicas, cuando la especie en cuestión cuenta con reconocimiento o valor social, lo cual funciona como motor para la conservación; o bien, porque su protección permite proteger, a su vez, a especies en alto riesgo de extinción y/o a hábitats críticos (Ley General de Vida Silvestre, 2011). La idea de especies prioritarias se inscribe en el marco conceptual general de lo que se ha definido como especies sucedáneas o representantes (“proxy species”; Caro, 2010), es decir, especies cuyo estatus puede representar o ejemplificar otros procesos de importancia 16 ecológica. Dicha idea apunta hacia la posibilidad de dirigir esfuerzos para optimizar recursos y maximizar los resultados positivos de la conservación. Por ejemplo, un enfoque basado en especies prioritarias puede considerar el riesgo de extinción del taxón como un factor relevante para priorizar diferentes actividades de conservación. Sin embargo, éste no es el único criterio de importancia, pues el objetivo principal de identificar especies prioritarias es promover la conservación de otras especies y hábitats críticos por medio de la conservación de un número razonable y atendible de especies y subespecies de importancia crucial, que permitan extender los beneficios logrados a otros hábitats y especies. En parte, la determinación de especies prioritarias tiene relación con el concepto de especies focales (Miller et al., 1998; Caro, 2010), consideradas en sus connotaciones más específicas como especies sombrilla, especies bandera, u otras categorías que se han utilizado con distintos grados de éxito en varias partes del mundo. La política ambiental mexicana no busca hacer una aplicación mecanicista de esos conceptos, pues reconoce que proteger a una especie que requiere de un amplio territorio no necesariamente protege en forma automática a toda la biodiversidad del área. Lo que se pretende con la selección de especies prioritarias es ponderar las características de un grupo de especies candidatas, y elegir a aquéllas cuya conservación tenga el mayor alcance y la mayor derrama de beneficios para sus respectivos ecosistemas y para otras especies con las que se asocian. Así mismo, se toma en cuenta la percepción socioeconómica y cultural de dichas especies, en la búsqueda de oportunidades estratégicas para la conservación. De esta manera, las especies prioritarias pueden considerarse como núcleos en torno a los cuales se articulan estrategias integradas de manejo, complementarias a otras que se aplican a distintas escalas y con diferentes enfoques (INE, 2007). 17 Actualmente se mantiene un debate académico respecto a la definición e interpretación del término especies prioritarias para la conservación (Caro, 2010), y mundialmente se han realizado esfuerzos para tratar de aplicar este concepto de manera efectiva en favor de la conservación de la biota nativa (Pärtel et al., 2005). Desde la perspectiva de México, las especies prioritarias pueden entenderse como aquéllas cuya conservación (en el sentido amplio del concepto) permite lograr objetivos que trascienden la conservación misma del taxón, favoreciendo la conservación de hábitats y de otros rasgos importantes de la biodiversidad a distintas escalas geográficas y niveles de integración biológica (March et al., 2009; LGVS, 2011). Esto coincide con perspectivas y estrategias de conservación a mayor escala, que hacen énfasis en la necesidad de priorizar la conservación de especies considerando ecorregiones y tipos de hábitat, con el fin de optimizar los esfuerzos y resultados positivos de la conservación (Joseph et al., 2009). Sin embargo, hasta ahora no se ha seguido un método sistemático para evaluar y priorizar a las especies por sus atributos estratégicos, ecológicos y económicos. 1.2. Ecología de poblaciones La demografía es una de las herramientas numéricas más robustas para efectuar proyecciones de la dinámica de una población a futuro, debido a que resume estadísticamente los procesos de supervivencia, fecundidad y crecimiento de los individuos (Primack, 2001), así como los parámetros que determinan los cambios en el tamaño poblacional. La información proveniente de los estudios demográficos puede usarse para calcular la tasa de cambio de la población, evaluar la importancia de distintos procesos del ciclo vital e identificar estados críticos del ciclo de vida, ya sea para informar sobre la 18 implementación de esfuerzos de conservación, de control de plagas, especies invasoras, o de planes de manejo de recursos bióticos (Caswell, 2000). A finales del siglo XX y principios del presente siglo y con el desarrollo de la demografía, los ecólogos adoptaron diferentes métodos para estudiar poblaciones de animales y plantas, desarrollando nuevas herramientas y teorías sobre la evolución de los ciclos de vida basada en modelos de dinámica poblacional (Franco, 1990). El uso de modelos matriciales en demografía surgió a mediados de la década de 1940. Éstos incorporan las probabilidades de supervivencia, crecimiento y reproducción específicos para cada categoría reconocida al interior de una población (Caswell, 1978; Granados y López, 2001). Los modelos matriciales no realizan predicciones precisas, sino que proyectan a futuro las consecuencias del escenario demográfico actual (Valverde y Silvertown, 1998). En la mayoría de las plantas, la fecundidad, la supervivencia y el crecimiento de los individuos están relacionados más cercanamente con la talla o estadio que con la edad; así, las matrices de Lefkovich son las más apropiadas para el estudio de estas poblaciones, pues están basadas en categorías de talla, o de alguna otra variable distinta de la edad (Silvertown et al., 1993). 1.2.1. Demografía de árboles La dinámica poblacional de especies arbóreas tiene características peculiares, pues dada la relativamente alta longevidad, su construcción modular, y la presencia de tejido secundario, presentan una gran plasticidad ante las diferentes condiciones ambientales con las que se enfrentan en su medio ambiente en lo que respecta a su crecimiento, supervivencia y 19 reproducción. Un ejemplo de un fenómeno que ocurre en poblaciones de árboles es la presencia de individuos que crecen suprimidos bajo un dosel cerrado, en los cuales el crecimiento se ve comprometido por la baja disponibilidad de luz;o la presencia de individuos con múltiples ramificaciones basales como resultado de lesiones tempranas, o por encontrarse en áreas abiertas (Bormann, 1965); asimismo, la presencia de tejido secundario permite que los individuos sobrevivan ante ciertos eventos de disturbio, como incendios y huracanes, entre otros, y que la muerte de un individuo (i.e. la caída de un árbol) genere una perturbación significativa en el ambiente, dando lugar a una dinámica poblacional con características particulares. 1.2.2. Importancia de la demografía en el diseño de planes de manejo Los resultados de los estudios del comportamiento numérico de las poblaciones y la identificación de los estadios del ciclo de vida que tienen mayor impacto en la dinámica poblacional, particularmente de especies prioritarias, son indispensables para diseñar e implementar planes de manejo y conservación de las áreas de interés (Durán y Franco, 1995). Las tablas de vida, por ejemplo, representan una manera de plasmar en forma cuantitativa las principales características demográficas de una población, tales como la mortalidad especifica por categoría de edad; y por otro lado, son un punto de partida para calcular parámetros que reflejan aspectos fundamentales de la dinámica poblacional (supervivencia, crecimiento y fecundidad), y de esta manera evaluar importantes características concernientes al estado de la población en estudio. 20 Los modelos matriciales, por su parte, permiten cuantificar la influencia, sobre la tasa de crecimiento poblacional, de cambios particulares en las tasas vitales, a través de los análisis de sensibilidad y elasticidad. Estos análisis se abocan a evaluar el efecto que tendría sobre la tasa finita de crecimiento poblacional (, cambios absolutos (sensibilidad) o relativos (elasticidad) en las diferentes entradas de la matriz (aij). Las entradas de la matriz resumen las tasas vitales de las diferentes categorías de la población, y los análisis de sensibilidad y elasticidad permiten identificar qué tan importante es cada una de ellas para el crecimiento poblacional, y evaluar el efecto que tendrían los cambios ambientales, o los diferentes tipos de manejo sobre la dinámica de la población (de Kroon et al., 1986; Menges, 1990 Caswell, 2001). Por esta razón, estos análisis son de gran utilidad para la conservación y el manejo de los recursos bióticos, ya que permiten proyectar cómo se modificaría la dinámica de la población (resumida en el valor de ) debido a perturbaciones realizadas en cada aij, y así analizar su dependencia funcional. Utilizando estos análisis prospectivos (Horvitz, et al., 1997), es posible reconocer qué procesos demográficos y fases del ciclo de vida contribuyen más al valor de de Kroon et al., 1986; Menges, 1990; Silvertown et al., 1993; Silvertown et al., 1996; Ehrlén y van Groenendael, 1998; de Kroon et al., 2000; Caswell 2001). Por esta razón, estos modelos son herramientas poderosas en la exploración de los efectos potenciales de diferentes estrategias de manejo sobre la viabilidad poblacional (Brigham y Thompson, 2003). Esta exploración se puede llevar a cabo a través de la realización de simulaciones numéricas para explorar cómo cambiaría al modificar ciertos parámetros demográficos que se sabe tienen influencia en el crecimiento de la población (Valverde et al., 2006). En este sentido, estos ejercicios pueden ser el fundamento de los análisis de 21 viabilidad poblacional, que tienen por objeto evaluar las probabilidades de que una especie permanezca en cierto lugar por un tiempo determinado (Menges, 1992), tomando en cuenta tanto sus características poblacionales, como las tendencias de fragmentación, deterioro y pérdida del hábitat del sitio en cuestión (Primack, 2001). Toda esta información debe permitir un análisis detallado de las causas que amenazan la persistencia de una especie, así como la planeación de estrategias para su conservación a largo plazo (Valverde et al., 1999). 1.3. El Bosque de Tlalpan como Área Natural Protegida Como consecuencia de su localización geográfica, su historia ecosistémica, y sus condiciones ambientales, en el Bosque de Tlalpan (BT) se presenta una gran diversidad de especies vegetales y animales, entre ellas varias endémicas del eje Neovolcánico Transversal, que encuentran en este sitio uno de sus últimos refugios en el sur del Valle de México. Adicionalmente, presenta características como su belleza escénica y su importancia histórico-cultural y como sistema captador de agua. Por estas razones, este sitio está catalogado como Área Natural Protegida (ANP), bajo la categoría de Zona Ecológica y Cultural (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). El Bosque de Tlalpan contiene muestras valiosas de flora y fauna características del Pedregal de San Ángel, con un registro de 510 especies vegetales (Valiente-Banuet y de Luna, 1990), aproximadamente 1,000 especies de invertebrados y 141 especies de vertebrados (Cano et al., 2008). Los beneficios ambientales que ofrece el BT como ANP adquieren especial relevancia ante la grave problemática ambiental que se tiene hoy en día 22 en la Ciudad de México. Las áreas naturales relacionadas con núcleos urbanos tienen un papel vital en la calidad del ambiente y el bienestar público (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). Uno de los objetivos del Bosque de Tlalpan, como ANP, es contribuir a la protección, rescate y preservación de las especies nativas, mediante acciones de reforestación, conservación de suelos, protección y mantenimiento de las áreas arboladas; así como la promoción y la participación de las dependencias federales y locales, organizaciones sociales, iniciativa privada y población en general en el financiamiento y ejecución de los proyectos de investigación, protección y restauración que se requieren para mantener a esta ANP (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). El 20 de junio de 2011 se decretó el Plan de Manejo (PM) del Bosque de Tlalpan, el cual se concibe como instrumento rector de planeación y regulación que establece las actividades, acciones y lineamientos básicos para el manejo y la administración de esta ANP. Este documento define las políticas y estrategias de manejo dirigidas a dar cumplimiento a los objetivos de conservación y protección de los ecosistemas de esta área. En este sentido, la ejecución de las actividades propuestas en cada uno de los Subprogramas está sujeta a ser ajustada en todo momento, en función de las capacidades institucionales, prioridades, factibilidades y recursos económicos, humanos y materiales disponibles (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). 23 1.3.1. Arbutus xalapensis, especie prioritaria del Bosque de Tlalpan Como parte del subprograma de protección de los recursos naturales del BT se consideran una serie de especies animales y vegetales prioritarias para la restauración ecológica, entre las que destacan las plantas: Bletia spp. (Orquídea), Bursera spp. (Copal), Mammilaria spp. (Biznaguita de chilito), Arbutus xalapensis (Madroño); y los animales: Sceloporus grammicus (Lagartija escamosa de mezquite), Crotaluss spp. (Víbora de cascabel), Pituophis deppei (Cincuate o Alicante), Aphelocoma spp. (Chara), Didelphis virginiana (Tlacuache), Sylvilagus floridanus (Conejo sabanero), Bassariscus astutus (Cacomixtle norteño), Spilogale putorius (Zorrillo manchado) y Mephitis macroura (Zorrillo). Estas especies se han definido como “prioritarias” con el objetivo de que, a través de su presencia o ausencia, se puedan identificar sitios del BT que requieren de medidas concretas para controlar su deterioro y para llevar a cabo acciones dirigidas a su restauración ecológica. Ya sea que se desee llevar a cabo una restauración, rehabilitación o recuperación, es importante detener en primera instancia el deterioro ambientaly controlar las fuentes que lo causan. En este sentido, el PM considera intentar disminuir o suspender las actividades que pudieran estar provocando impactos ambientales negativos sobre el paisaje, la integridad ecológica de las comunidades, las poblaciones, las especies prioritarias y los hábitats. Una de las especies prioritarias del BT es Arbutus xalapensis, debido a que aparentemente su presencia está relacionada con un buen estado de conservación del bosque (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). Este trabajo se centra precisamente en el estudio de la dinámica poblacional de A. xalapensis, con el objeto de poner en marcha una de las medidas requeridas por el PM de esta ANP. 24 1.4. Objetivos Objetivo General: Analizar la dinámica de la población de Arbutus xalapensis del Bosque de Tlalpan, con el fin de brindar elementos para el manejo y la conservación de esta especie prioritaria y, en consecuencia, del ecosistema en el que se presenta. Objetivos particulares: • Determinar la densidad y la estructura poblacional de A. xalapensis en el BT. • Estimar los diferentes parámetros demográficos de la población (mortalidad, supervivencia, crecimiento y reproducción), subdividida en categorías de tamaño. • Construir una matriz de proyección poblacional para estimar el potencial de crecimiento de la población. • Identificar los estadios clave del ciclo de vida sobre los cuales se deben concentrar los esfuerzos de conservación (análisis de elasticidad y simulaciones numéricas). • Describir la fenología vegetativa y reproductiva, así como la dinámica de las fases tempranas (semillas, plántulas) de A. xalapensis en el BT. • Evaluar la capacidad de establecimiento de plántulas e individuos juveniles en diferentes micrositios del BT. 25 2. Sistema de estudio 2.1. Especie de estudio El género Arbutus L. (Ericaceae) es un componente importante de algunos bosques templados en el Hemisferio Norte. En México es donde presenta su mayor diversidad, pues en nuestro territorio se encuentran siete de las 11 especies conocidas a nivel mundial (González-Elizondo et al. 2012). Arbutus xalapensis Kunth es un árbol perennifolio que llega a medir hasta 12 m de altura; aunque en raras ocasiones alcanza los 20 m (Fig. 2A). Su corteza es de color café oscuro y de tipo exfoliante, llegando a exponer nuevos colores del tronco que pueden ser de color naranja, rosa, rojo intenso, canela o negro. El tronco y las ramas crecen en formas irregulares con numerosos tallos retorcidos (Hardesty y Whitenberg, 1976; Powell, 1988; Vines, 1960). Este árbol presenta hojas simples, alternas, coriáceas, de oblongas a ovado- elípticas, generalmente crenadas de 5 a 11 cm de largo por 2 a 5 cm de ancho, ápice agudo u obtuso, haz glabro o pubescente y peciolo de 2 a 4 cm de largo. Produce flores pequeñas en racimos o panículas terminales de 6 a 9 mm de largo sobre pedicelos rojizos, cada flor presenta una bráctea y dos pequeñas bractéolas con un cáliz cuyos lóbulos son agudos en el margen y una corola blanca o ligeramente rosa; anteras con un par de espolones (antófilos) finamente tuberculados; ovario con hasta 10 óvulos por lóculo (Fig. 2B). Sus frutos son bayas de 7 a 9 mm de diámetro, de color rojo brillante, naranja o amarillo. Cada fruto 26 contiene de una a diez semillas fusiformes de 2 a 3 mm de largo de color marrón (Rzedowski, 2001; Sargent, 1901; Simpson, 1988; Fig. 2B). La floración de A. xalapensis en el Bosque de Tlalpan ocurre durante la primavera y los frutos maduran hacia finales del verano. La polinización es entomófila, aunque aparentemente las flores también pueden autopolinizarse. Sus frutos son dispersados por aves (endozoocoria) (Cortés et al., 2011). Arbutus xalapensis se distribuye desde el sur de Estados Unidos, en Norteamérica, hasta Nicaragua en Centroamérica, principalmente en bosques templados. En México se le encuentra en bosques de encino y pino-encino en altitudes desde 1600 hasta 3370 m s.n.m. según el SIRE-CONAFOR (2007). Rzedowski (2001) refiere una altitud de 2400 a 3400 m. El nombre común que recibe A. xalapensis es “madroño”, tanto en el continente americano como en Europa. En trabajos realizados para el estado de Michoacán, se reporta que su madera es muy apreciada por los artesanos de la región debido a las características que presenta, entre ellas, la albura es de color rosa y el duramen castaño rojizo, es brillante, su veteado es suave y su textura es media; esta madera se utiliza en la fabricación de chapa, muebles, decoración de interiores, así como en elaboración de artesanías, para tallar figuras y artículos de cocina (Bravo y López, 2009; Guridi, 1980). Por otro lado, Niembro (1986) también recalca su función curativa, ya que la infusión que se obtiene del cocimiento de sus hojas se emplea en medicina casera como astringente en casos de diarrea. La corteza contiene taninos y se utilizan para curtir pieles. Los frutos de A. xalapensis son recolectados y vendidos en los diferentes tianguis y mercados de la ciudad de Morelia, para la alimentación de aves canoras en cautiverio. 27 Figura 2. La especie de estudio, Arbutus xalapensis. A) Aspecto general de un individuo adulto; B) Detalles morfológicos: 1. Rama con floración, 2. Flor, 3. Flor (corola y lóbulos del cáliz removidos), 4. Corte transversal de la corola exhibiendo estambres, 5. Estambres, 6. Corte transversal de un ovario, 7. Sección transversal de un ovario, 8. Óvulo, 9. Rama fructífera, 10. Corte transversal de un fruto, 11. Corte longitudinal de un fruto, 12. Semilla, 13. Corte transversal de una semilla y 14. Embrión (modificado de Sargent, 1901); C) Aspecto de un brinzal y D) Aspecto general de un individuo juvenil. A) B) C) D) 28 Estos árboles requieren un suelo bien drenado que retenga humedad, rico en materia orgánica. Se presenta tanto en suelos calcáreos, como en los suelos de origen ígneo comunes en el eje Neotransversal; también crece en suelos de tepetate en barrancas. Prefiere establecerse en cañadas y laderas húmedas aunque también se encuentra en bosques abiertos de pino-encino (SIRE-CONAFOR, 2007). 2.2. Sitio de estudio Este trabajo se llevó a cabo en el Bosque de Tlalpan (BT), ubicado en la porción sur del Distrito Federal en la delegación de Tlalpan (Fig. 3). La poligonal del BT se ubica entre las coordenadas geográficas extremas: 19° 17’ 30’’ y 19° 18’ 00’’ de latitud norte y 99° 11’ 30’’ y 99° 12’ y 25’’ de longitud oeste. Esta área se asienta en las faldas de la Sierra del Ajusco, en la zona meridional de la Cuenca de México (Gaceta Oficial del Distrito Federal, 2011). Antiguamente, los terrenos en los que se localiza el Bosque de Tlalpan pertenecieron a la empresa “Fábricas de Papel Loreto y Peña Pobre S.A.”, mismos que fueron adquiridos por el Gobierno del Distrito Federal en 1968 para establecer un parque-zoológico, el cual funcionó como tal hasta 1988. Posteriormente, se consideró un Parque Urbano, y en 2011 se declaró Área Natural Protegida de jurisdicción local, bajo la categoría de Zona Ecológica y Cultural, prevista en la Ley Ambiental del Distrito Federal, a través del Decreto publicado en la Gaceta Oficial del Distrito Federal (17 de junio de 2011). 29 La superficie con la que cuenta el BT es de 252.86 hectáreas y tiene la finalidad de evitar la destrucción de los recursos naturales, mantener los ecosistemas naturales y los servicios ambientales que presta a la Ciudad de México y su zona metropolitana. De acuerdo con Rzedowski (1983), el Bosque de Tlalpan pertenece a la provincia fisiográfica del Eje Neovolcánico Transversal y a la Subprovincia Lagos y Volcanes de Anáhuac, la cual presenta la topoforma de meseta volcánica de pie de monte. El BT se ubica en el denominado “lóbulo” sur del Pedregal de San Ángel, en terrenos de origen volcánico.Presenta un intervalo altitudinal que va de los 2,310 hasta 2,448 m (INEGI, 1999). Figura 3. Localización del Bosque de Tlalpan en el sur del Distrito Federal (Fuente: INEGI). 30 Con base en la clasificación de Köppen modificada por García (1981), el clima del BT es C(w1)(w)b(i’): templado intermedio con lluvias en verano, verano fresco y de larga duración y con un porcentaje de lluvia invernal menor del 5% de la precipitación anual; esta última oscila entre 850 y 911 mm y la temperatura media anual es de 15.4° C. La variación anual de temperatura y precipitación determinan una estacionalidad, dividiendo el año en una temporada lluviosa (junio a octubre) y otra seca (noviembre a mayo). Actualmente el área que comprende el BT se encuentra cubierta por tres tipos principales de vegetación que, de acuerdo con su fisonomía, composición florística y origen se han denominado como: bosque de Quercus, matorral de Senecio praecox y bosques cultivados (GODF, 2011). La zona en la que realizamos este estudio corresponde principalmente al bosque de Quercus, en la sección de mayor elevación del BT que colinda con los terrenos del Parque “Six Flags” (Fig. 4 y Fig. 6). Figura 4. Tipos de vegetación presentes en el Bosque de Tlalpan. Los diferentes tipos de vegetación están representados por colores. Azul = bosque de Quercus + bosque cultivado; fucsia = bosque de Quercus; café = matorral xerófilo; morado = matorral + bosque cultivado; naranja = matorral + bosque de Quercus + bosque cultivado; verde = matorral + bosque de Quercus. 31 3. Métodos El presente estudio comprende distintas fases, las cuales abordan diferentes aspectos de la biología poblacional de Arbutus xalapensis, desde la producción de semillas y su germinación, la supervivencia y el crecimiento de plántulas y brinzales, y la descripción de la fenología vegetativa y reproductiva. Estos elementos, junto con el seguimiento de una muestra de individuos adultos a los cuales se les midió el crecimiento y el esfuerzo reproductivo medido en términos de estructuras reproductivas (flores en antesis y frutos en cualquier etapa de maduración) a lo largo de un año, constituyeron la base para un análisis demográfico de esta población. En las siguientes secciones se detalla cada una de estas fases; algunas involucraron el diseño de experimentos particulares que tuvieron el objetivo de responder preguntas específicas, como se verá más adelante. En general, los resultados de todas las subsecciones se integran en el análisis demográfico matricial. 3.1. Trabajo de campo 3.1.1. Germinación de semillas Con el fin de analizar la germinación de semillas de A. xalapensis, se colectaron frutos con diferente estado de madurez entre los meses de junio y septiembre de 2012. Se extrajeron las semillas para contabilizarlas y posteriormente almacenarlas a temperatura ambiente en 32 la Facultad de Ciencias, UNAM. Posteriormente se utilizaron para llevar a cabo dos experimentos de germinación, uno en el laboratorio y otro en el campo. En septiembre de 2012 se realizó el experimento de germinación en el laboratorio. Se colocaron las semillas en cámaras de ambientes controlados a temperatura constante (25º C) y fotoperiodo de 12:12 (luz: oscuridad). Las semillas se esterilizaron con hipoclorito de sodio al 10% antes de sembrarse. Se sembró un total de 320 semillas en 8 cajas Petri (40 semillas por caja), utilizando papel filtro como sustrato y regando con agua destilada. Las semillas se mantuvieron separadas según la etapa de maduración del fruto del que provenían, teniendo dos réplicas (cajas de Petri) por etapa; éstas fueron: 1) semillas provenientes de frutos verdes (FV), 2) semillas provenientes de frutos anaranjados (FA), 3) semillas claras provenientes de frutos cafés (FNc) y 4) semillas negras provenientes de frutos cafés (FNn). Las cajas Petri se revisaron diariamente durante un mes. Se cuantificó el número total de semillas germinadas (radícula visible) y se calculó el porcentaje final de germinación. En julio de 2013 se realizó el experimento de germinación de semillas en el campo, para el cual se montaron cuatro cuadros de 20 x 20 cm, dos de éstos en bosque abierto (BA) y dos en bosque cerrado (BC) (promedio de cobertura, BA= 47.94 %, y BC = 83.63 %, medidos con un densitómetro cóncavo en 50 puntos por sitio). En cada cuadro se colocaron 100 semillas; cada semilla se colocó en el interior de un pequeño cilindro de plástico (fabricado con un popote rebanado) que se enterró ligeramente en el suelo, y los cilindros se identificaron individualmente con alfileres de colores clavados a su lado. Se monitoreó el experimento semanalmente durante un mes para obtener el porcentaje de germinación. En 33 cada micrositio se instaló un dispositivo HoBo para medir la humedad relativa y la temperatura ambiental cada hora a lo largo del periodo que duró el experimento. 3.1.2. Establecimiento de plántulas En julio de 2013 se realizó un experimento de introducción de plántulas en el campo, para lo cual se montaron cuatro cuadros de 40 x 40 cm, dos en cada uno de los micrositios mencionados en el inciso anterior: bosque abierto (BA) y bosque cerrado (BC). Se deseaba evaluar la supervivencia y el crecimiento de estas plántulas a través del tiempo en cada micrositio. Se introdujo un total de 100 plántulas de dos meses de edad y 24.51cm de altura promedio, 25 plántulas por cuadro. Cada plántula se identificó con un alfiler de color clavado a su lado. Se registró la supervivencia semanalmente durante dos semanas, al cabo de las cuales habían muerto todas las plántulas, como se discutirá más adelante. Con los datos de supervivencia de estas dos semanas se construyó una curva de supervivencia a la cual se le ajustó una función exponencial decreciente, con el objeto de extrapolarla y poder estimar la probabilidad de supervivencia al cabo de 270 días (hasta abril del año siguiente, que es la fecha en la que se llevaron a cabo los censos poblacionales, como se verá más adelante). Esa estimación de la probabilidad de supervivencia fue el valor que se introdujo en la matriz de proyección poblacional para representar la supervivencia y establecimiento de las plántulas. 34 3.1.3. Fenología vegetativa y reproductiva Con la finalidad de dar seguimiento a los procesos de producción de hojas y de floración y fructificación (esta última, necesaria para evaluar el esfuerzo reproductivo y estimar la fecundidad), se decidió llevar a cabo un breve estudio de la fenología de A. xalapensis. Para esto, monitoreamos a una muestra de 66 y 56 individuos (para la fenología vegetativa y la reproductiva, respectivamente). De cada individuo se estimó mensualmente la proporción de estructuras de cada fenofase identificada. Las fenofases vegetativas fueron: hojas maduras y hojas seniles (amarillentas). Y las fenofases reproductivas fueron: botones florales, flores en antesis, flores seniles, frutos verdes (inmaduros), frutos maduros y frutos seniles. Cada mes se promedió el porcentaje de estructuras de cada fenofase de los individuos de la muestra. 3.1.4. Producción de semillas Con el objeto de estimar la producción de semillas, que es uno de los componentes de la fecundidad de los árboles de las categorías reproductivas, realizamos un monitoreo de la lluvia de semillas. Para esto se colocaron cuatro trampas de semillas bajo la copa de 23 individuos reproductivos (abril, 2012). Las trampas eran charolas de aluminio de 32 × 23 cm (0.074 m2) alineadas bajo la copa de cada árbol, que se fijaron en el suelo. Se llevaron a cabo visitas mensuales (a partir de agosto de 2012, que fue cuando empezaron a producirse los frutos) para cuantificar el número de frutos capturados en las trampas. Al terminar la temporada de fructificación, se obtuvo el número total de frutosencontrados en las cuatro charolas de cada individuo (un área total de 0.294 m2) y se extrapoló al área de cobertura de la copa. Con estos datos se estimó el número promedio de semillas producidas por 35 individuo de cada categoría reproductiva (los tamaños de muestra fueron 1, 5, 3, 9, 2 y 3 individuos de las categorías j, A1, A2, A3, A4 y A5, respectivamente). 3.1.5. Banco de semillas Para evaluar la dinámica de una población, es muy importante saber si existe un banco de semillas persistente en el suelo a partir del cual la población pueda regenerarse. Para llevar a cabo esta evaluación, se realizó un experimento que consistió en almacenar en el suelo un total de 600 semillas de 4 meses de edad; las semillas se separaron en 12 bolsas de tela de tul transparente, cada una con 50 semillas. En febrero de 2013 las bolsas se colocaron en cuatro puntos del BT en los que se distribuye la población de A. xalapensis (3 bolsas en cada punto). Al cabo de dos meses se extrajo una bolsa de cada sitio (abril de 2013, temporada de secas); y posteriormente se hizo lo mismo en julio (temporada de lluvias) y en septiembre (fin de la temporada de lluvias) de ese mismo año. En cada fecha, las semillas extraídas se pusieron a germinar en cajas de Petri con papel filtro como sustrato para evaluar si seguían viables y así determinar si existía un potencial para la formación de un banco de semillas. 3.1.6. Supervivencia y crecimiento de brinzales Con el fin de evaluar la supervivencia y el crecimiento de la categoría de tamaño que definimos como brinzales (Fig. 2C), se realizó un experimento con 200 plantas de A. xalapensis de dos años de edad que la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR) donó al 36 BT como parte de la jornada de reforestación 2012. Estas plantas fueron producidas en los viveros de las instalaciones de la CONAFOR, y la Administración del BT nos las asignó para utilizarlas en este experimento. Cabe mencionar que los resultados de este experimento de campo, además de ser centrales para la estimación de algunas entradas matriciales en el modelo demográfico que se presentará más adelante, también son de gran apoyo para futuros ejercicios de reforestación con esta especie. El experimento se llevó a cabo en cuatro micrositios distintos dentro del BT: 1) en un bosque abierto (BA), 2) en un bosque cerrado (BC), 3) en un matorral de Senecio praecox (MA) y 4) en un bosque de eucalipto (BE), con el objeto de evaluar, entre otras cosas, en qué condiciones sería más apropiado realizar una reforestación con esta especie. En cada sitio se plantaron 50 brinzales en julio de 2012, siguiendo un diseño “tresbolillo” (Fig. 5), excepto en el micrositio MA que no permitió dicha distribución debido al sustrato rocoso. La técnica de plantación empleada fue la conocida como “sistema de cepa común” que consiste en cavar una apertura de ca. 40 cm de profundidad en el suelo e introducir la planta depositando la tierra extraída alrededor de la misma (CONAFOR, 2010). Un mes después de la plantación (en la que fuimos asistidos por trabajadores de BT), se midió la altura de cada planta (de la base al ápice, con un flexómetro) y su diámetro a la base (DAB, con vernier electrónico). Además, en el micrositio en el que quedó cada individuo se midió la profundidad del suelo (con una varilla que se introdujo a un lado de la planta) y la cobertura del dosel (para lo que se utilizó un densitómetro cóncavo). Adicionalmente, se instaló un dispositivo HoBo por micrositio para medir la humedad relativa y la temperatura ambiental cada hora a lo largo de todo el año. 37 Figura 5. Diseño de la plantación “tresbolillo” para el experimento con brinzales. Cada tercer mes se registró la supervivencia de los brinzales y se midió nuevamente su altura y DAB. Los datos de cada individuo se asociaron con el ambiente en el que se plantó, con la profundidad del suelo y la cobertura del dosel con el objeto de evaluar el efecto de estas variables sobre el éxito relativo de la reforestación. 3.1.7. Seguimiento de los individuos adultos y análisis demográfico Con el fin de estimar los distintos parámetros demográficos de la población de Arbutus xalapensis en el BT, realizamos recorridos de campo para observar y ubicar a los individuos de la población. Estos recorridos se llevaron a cabo de enero a abril de 2012. Cada individuo encontrado se georreferenció, se marcó con una etiqueta de aluminio, se le asignó un número y se le tomaron las medidas que se enlistan en el siguiente párrafo. Todos los individuos que formaron parte de esta muestra (N= 148) se encontraron en el área del bosque de Quercus, en la parte más elevada del Bosque de Tlalpan (Fig. 4 y Fig. 6). En vista de que recorrimos prácticamente todo el BT en busca de árboles de A. xalapensis, suponemos que realmente este muestreo es prácticamente un censo de toda la población 38 existente en esta área, la cual tiene una distribución agregada hacia la zona oeste del BT (Fig. 6). Figura 6. Ubicación de los individuos muestreados de A. xalapensis en el BT. De cada individuo se midieron las siguientes variables (de enero a marzo de 2012) (del Río et al., 2003; Arias, 2005): a) La altura, tomada desde la base hasta la parte más alta de la copa. Se midió con un estadal de 15 m de altura (para individuos mayores a tres metros) o con un flexómetro de 3 m (para los individuos menores), b) El diámetro a la altura del pecho (DAP), medido con cinta diamétrica y con vernier forestal. El punto del tronco en el que se llevó a cabo la medición se marcó con pintura para poder tomar la medida en el mismo punto el siguiente año. Cuando los individuos 39 estaban ramificados por debajo de los 1.30 m de altura, se contó su número de troncos principales, y a cada uno se le tomaron las medidas de DAP. A partir de estas medidas, se calculó el área basal (AB) de cada árbol. c) Largo y ancho de la copa proyectada en línea recta hacia el suelo (D1 y D2, medidos con un flexómetro de 10 m de lago). Estas medidas se utilizaron para calcular el área la copa de cada individuo, cuya forma se supuso elipsoidal (Área = [ × (D1/2) × (D2/2)]). Al cabo de un año (en abril, 2013) registramos la supervivencia de los 148 individuos marcados, y a cada uno se le volvieron a tomar las mismas medidas que el año anterior. Asimismo, se recorrió la zona en busca de nuevas plántulas. A partir de los datos de supervivencia y crecimiento de estos individuos, se estimaron las tasas vitales que dieron lugar a las entradas de la matriz de proyección poblacional, como se discutirá más adelante. 3.1.8. Evaluación de la densidad poblacional Se trabajó sobre una imagen del área muestreada obtenida con el programa Google Earth. Se utilizó la herramienta “area calculator” para trazar el polígono de la zona recorrida y estimar su área (http://www.daftlogic.com/projects-google-maps-area-calculator-tool.htm). Con esta información, y con el número de individuos encontrados en esa área, se estimó la densidad poblacional (individuos/ha). 40 3.2. Construcción de la matriz de proyección poblacional 3.2.1. Estructura de la población La matriz de proyección poblacional de tipo Lefkovitch se construyó con base en la categorización de la población a partir del tamaño de los árboles. Para esta categorización se utilizó la variable área basal (AB). Con base en esto, se definieron ocho categorías de tamaño, utilizando además otros criterios morfológicos y de potencial reproductivo, según nuestras observaciones de campo (Cuadro 2). Cuadro 2. Categorías de tamaño definidas para estudiar demográficamente a la población de A. xalapensis en BT. 3.2.2. Estimación de las probabilidades de supervivencia, crecimiento y permanencia Se siguió el destino de cada individuo de la población entret y t+1 (2012 a 2013) y a partir de esto se obtuvo la proporción de los individuos de cada categoría que permaneció en la misma categoría, que creció a la categoría siguiente, o regresó a alguna categoría anterior. La muerte, por supuesto, fue también uno de los destinos potenciales. Estas proporciones se Categoría AB (cm 2 ) Potencial reproductivo plántula < 0.1 ; sin crec. secundario Sin reproducción brinzal 0.1 – 2.00 Sin reproducción juvenil 2.01 – 20 Sin reproducción adulto 1 20.01– 60 Potencialmente reproductivo adulto 2 60.01 – 100 Potencialmente reproductivo adulto 3 100.01 – 500 Potencialmente reproductivo adulto 4 500.01 – 1000 Potencialmente reproductivo adulto 5 > 1000 Potencialmente reproductivo 41 interpretaron como probabilidades y se integraron en la matriz de proyección poblacional en las entradas correspondientes. Hubo algunas transiciones que no se observaron en el campo. Por ejemplo, ninguno de los organismos de la categoría de Adultos 4 transitó a la categoría de Adulto 5 en el tiempo de observación. Entonces, esta probabilidad de transición se estimó de la siguiente forma (Hernández et al., 2006): PT = 1/ta donde: PT = probabilidad de transición ta = tiempo (en años) que tardaría un individuo promedio de la categoría x en pasar a la categoría inmediata superior Para obtener ta, se utilizó el promedio de la tasa de crecimiento anual de los individuos de la categoría en cuestión. A su vez, la probabilidad de permanencia en la misma categoría se calculó como 1 – PT. Los valores de PT y 1 – PT se multiplicaron por la probabilidad de supervivencia de la categoría en cuestión para obtener el valor final de las entradas en la matriz de proyección poblacional. 3.2.3. Entradas de fecundidad Las entradas de fecundidad representan el número promedio de descendientes producidos por un individuo de cada categoría reproductiva en un determinado intervalo de tiempo (Valverde y Silvertown, 1998). 42 En este trabajo, las entradas de fecundidad se calcularon de la siguiente manera: Fx = Rx × Sx × Gs donde: Rx = la probabilidad de reproducción de los individuos de la categoría x (estimada como la proporción de individuos de esa categoría que se reprodujo entre t y t+1). Sx = número de semillas producidas por un individuo promedio de la categoría x (estimada a partir de los datos promedio de producción de semillas obtenidos según se detalla en la sección 3.1.4.) y, Gs = probabilidad de germinación de las semillas (obtenida a partir de los experimentos de germinación de semillas en el campo que se detallaron en la sección 3.1.1.). Como se discute más adelante, no se observaron semillas germinadas en el experimento de germinación de campo, por lo que fue necesario asignarle un valor estimado a la variable Gs. En este caso, se le asignó un valor de 0.001, para reflejar el hecho de que probablemente la proporción de semillas que germinaron sea muy baja en el campo. 3.2.4. Destinos de las plántulas y los brinzales En vista de que no se observaron plántulas de A. xalapensis emergidas naturalmente en el campo, se utilizaron los datos del experimento de establecimiento de plántulas, que se detallaron en la sección 3.1.2., para estimar las entradas matriciales que corresponden a este proceso demográfico (probabilidad de permanencia de las plántulas en su misma categoría, y probabilidad de transición de plántula a brinzal). 43 Por otro lado, los resultados de supervivencia y crecimiento de los brinzales plantados en los micrositios bosque cerrado y bosque abierto (BC y BA, del experimento que se describió en la sección 3.1.6.), se utilizaron para estimar las entradas de la matriz que correspondieron a estos procesos demográficos. 3.3. Análisis matricial 3.3.1 Propiedades asintóticas Una vez construida la matriz de Lefkovitch, se obtuvieron sus propiedades asintóticas (i.e. la tasa finita de crecimiento poblacional, , el vector de la estructura estable de tamaños, w y el vector de los valores reproductivos específicos por categoría, v) utilizando el método de potencias (Caswell 2000). 3.3.2 Intervalos de confianza de Para calcular los intervalos de confianza para se utilizó el método de remuestreo por computadora conocido como “bootstrap con remplazo”, que consiste en el cálculo repetido de a partir de submuestras del conjunto original de datos, y la estimación directa de sus intervalos de confianza (al 95 %) a partir de la distribución obtenida de la variable (Efron y Tibshirani 1993). Para esto, se generaron 1,000 nuevos valores de , y los límites inferior y superior de los intervalos de confianza al 95% se determinaron utilizando los percentiles 25 y 975. 44 3.3.3. Análisis de sensibilidad y elasticidad Con la finalidad de determinar qué tan sensible es a cambios absolutos en las entradas de la matriz, se calculó la matriz de sensibilidades a partir de los vectores w y v mediante la ecuación: sij = / aij = vi × wj / < w, v > donde: sij es la sensibilidad de a cambios en la entrada aij de la matriz, vi es el elemento i del vector de los valores reproductivos, wj es el elemento j del vector de la estructura estable de tamaños, y < w, v > es el producto escalar entre los vectores w y v. La matriz de elasticidades se calculó con el fin de analizar la contribución relativa a de cada uno de los procesos demográficos implicados en la dinámica poblacional. Las entradas de la matriz de elasticidades miden los cambios proporcionales que sufriría ante cambios proporcionales en las entradas de la matriz, y se calculan como: eij = ( aij / ) ( sij ) 3.4. Análisis estadísticos a) Análisis de Varianza (ANOVA) para comparar la germinación de semillas: Los porcentajes de germinación de semillas (transformados a arcsen para normalizar los datos) se compararon mediante análisis de varianza (ANOVA) para evaluar si hubo diferencias significativas entre los distintos tratamientos de los experimentos de germinación. 45 En el experimento de germinación que se llevó en las cámaras de ambientes controlados, los “tratamientos” se refirieron al nivel de madurez de los frutos de los que se obtuvieron las semillas, y fueron cuatro niveles: frutos verdes, frutos naranja, frutos cafés con semillas claras y frutos cafés con semillas obscuras. Por otro lado, en el experimento de germinación de las semillas enterradas que se recuperaron en diferentes fechas, los “tratamientos” correspondieron al tiempo de permanencia en el suelo, con tres niveles: 7, 10, y 13 meses (durante la temporada de secas, en temporada de lluvia y después de la temporada de lluvia; respectivamente). En el experimento de germinación llevado a cabo en campo no se obtuvo ninguna semilla germinada en ninguno los dos micrositios, por lo que no se realizaron análisis estadísticos de esta fase del estudio. b) Comparación de las curvas de supervivencia de los brinzales: Se utilizó el modelo de supervivencia con censura con distribución Weibull, en el cual, la función de supervivencia es flexible lo que permite modelar el tiempo de muerte para distintas formas de riesgo a través del tiempo. Los individuos censurados, es decir, aquellos que no murieron durante el periodo que duró el experimento, se muestran con cruces en la gráfica del estimador Kaplan-Meier c) Efecto de las características ambientales sobre el crecimiento de los brinzales: En este análisis se utilizaron Modelos Lineares Generales (GLM, por sus siglas en inglés), los cuales fueron propuestos en 1972 por Nelder y Wedderburn, respondiendo a la necesidad de expresar en forma cuantitativa la relación entre un conjunto de variables (Wickens, 2004). El objetivo básico de este tipo de análisis es describir los resultados de 46 una serie de observaciones como función
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