Modelización de existencias y stocks de carbono en pinares a lo largo del gradiente de aridez de la España peninsular

Aguirre Arnáiz, Ana (2020). Modelización de existencias y stocks de carbono en pinares a lo largo del gradiente de aridez de la España peninsular. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.64131.

Description

Title: Modelización de existencias y stocks de carbono en pinares a lo largo del gradiente de aridez de la España peninsular
Author/s:
  • Aguirre Arnáiz, Ana
Contributor/s:
  • Condes Ruiz, Sonia
  • Rio Gaztelurrutia, Miren Gotzone del
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2020
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Montes, Forestal y del Medio Natural (UPM)
Department: Sistemas y Recursos Naturales
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Son numerosos los requerimientos tanto nacionales como internacionales sobre información forestal a los que España, al igual que otros muchos países, debe responder. Entre otros aspectos, se debe informar sobre las existencias en volumen, biomasa y carbono. Para ello, uno de los recursos de información forestal más empleado es el Inventario Forestal Nacional (IFN), ya que cuenta con datos sobre diversas características de los sistemas forestales, recogidos en un gran número de parcelas repartidas sistemáticamente a lo largo del territorio nacional. Sin embargo, el desfase existente entre la periodicidad de los ciclos del IFN y de la demanda de información hace necesarias técnicas de predicción para la actualización de datos a la frecuencia demandada. Por ello, el principal objetivo de esta tesis es establecer una metodología que permita la actualización de las existencias del volumen, biomasa y carbono de los bosques peninsulares, para poder dar información a los requerimientos internacionales. Para ello, se han realizado tres estudios, aplicándolos a cinco especies de pino (Pinus sylvestris, Pinus pinea, Pinus halepensis, Pinus nigra y Pinus pinaster). Los principales objetivos del trabajo son: i) estudiar la dependencia de la línea de máxima densidad (MSDR) de cada especie de las condiciones climáticas y analizar la importancia de las diferencias entre especies para la aplicación de las MSDR en las masas mixtas; ii) analizar los efectos de la aridez¸ espesura y composición específica sobre la productividad de la masa; y iii) estudiar los efectos de la aridez, tamaño y forma de los árboles en la relación entre la biomasa y el volumen del rodal para cada especie, de manera que se puedan realizar estimaciones de carbono a nivel nacional para todas las especies estudiadas. Para alcanzar estos objetivos se ha desarrollado una metodología empleando los datos procedentes del IFN, así como datos climáticos que permitan estudiar la influencia de la aridez, en concreto del índice de aridez de Martonne (M). En el primer estudio se utiliza la regresión cuantílica para desarrollar modelos MSDR para cada especie, introduciendo en ellos, en un segundo paso, la aridez. Con los modelos dependientes de la aridez se calculan los coeficientes de equivalencia de densidad (CECs) en masas mixtas como la ratio entre los índices de densidad máxima de dos especies que forman la masa. Los resultados muestran que los modelos MSDR son específicos de las especies y que la aridez influye en la densidad máxima que cada especie pueden alcanzar, siendo esta densidad, en general, menor cuanto mayor es la aridez. Además, los CECs se encuentran modulados por la aridez para todas las mezclas estudiadas, indicando la necesidad del uso de MSDR dependientes de la aridez para una correcta regulación de la densidad en masas mixtas. En el segundo estudio se analiza la eficiencia de crecimiento en volumen (VGE) de las cinco especies de pino, creciendo en masas puras o en mixtas, mediante el empleo de modelos mixtos donde se ha añadido la provincia como factor aleatorio. Los modelos obtenidos indican un importante efecto negativo de la aridez en la eficiencia del crecimiento, así como un efecto negativo de la densidad de la masa. Además, los efectos de la competencia interespecífica sobre la productividad difieren entre las mezclas, no siendo siempre estadísticamente significativos. Asimismo, cuando se produce este efecto de la mezcla siempre se encuentra modulado por la aridez, en general, siguiendo la hipótesis del gradiente de estrés. En el último estudio se desarrollan modelos que relacionan el peso de la biomasa de un rodal con su volumen para cada una de las especies estudiadas, también utilizando modelos mixtos, como en el caso anterior. Se explora la inclusión de variables que indican la aridez y el tamaño medio de los árboles en estos modelos, así como una variable indicadora de la forma de los árboles para corregir el sesgo. Los modelos que consideran tanto el tamaño como la forma de los árboles de la masa para estimar el peso de la biomasa son más precisos y menos sesgados que los que no lo consideran, no siendo siempre significativo el efecto de la aridez. En general, los resultados revelan la importancia de considerar la aridez cuando se evalúa tanto la densidad de una masa (pura y mixta), como su crecimiento en volumen y su biomasa, y por tanto su carbono. Gracias a la metodología desarrollada, que se podría aplicar en otras especies, se puede dar respuesta a los requerimientos internacionales relativos al volumen, al crecimiento en volumen, a la biomasa y al carbono acumulados en los sistemas forestales. ----------ABSTRACT---------- There are numerous national and international requirements for forest information with which Spain, like many other countries, must comply. Among other aspects, stock volume, biomass and carbon must be reported. For this purpose, one of the main resources used is the National Forest Inventory (NFI), since it contains data on diverse characteristics of forest systems, collected in a large number of plots systematically distributed throughout the national territory. However, the differences which exist between the periodicity of NFI cycles and the demand for information make it necessary to use prediction techniques to update the data at the requested frequency. Hence, the main objective of this thesis is to establish a methodology that allows the volume, biomass and carbon stocks of the peninsular forests to be updated so that the international requirements for information can be met. Fulfilling this main objective involved three studies applied to five pine species (Pinus sylvestris, Pinus pinea, Pinus halepensis, Pinus nigra and Pinus pinaster). The main objectives of these studies were: i) to study the influence of aridity conditions on the Maximum Size-Density Relationship (MSDR) for the five species and to analyse the importance of this relationship on the relative carrying capacities in mixed stands; ii) to analyse the effects of aridity, stand density and species composition on stand productivity; and iii) to study the effects of aridity, size and form of trees on the relationship between biomass and volume of the stand for each of the species, so that carbon estimates can be obtained for all studied species at national level. To achieve these objectives, a methodology was developed using data from the NFI, as well as climatic data to study the influence of aridity, specifically the Martonne aridity index (M). In the first study, quantile regression was used to develop MSDR models for each species, introducing an aridity variable in a second step. With the aridity dependent models, the Competition Equivalence Coefficients (CECs) in mixed stands are calculated as the ratio between the maximum stand density indexes of two species that form the mixed stand. The results show that the MSDR models are species specific and that aridity affects the maximum density that each species can reach. In general, the higher the aridity, the lower the density the stand can reach. Additionally, the CECs are modulated by the aridity for all the mixtures studied, indicating the need to use aridity dependent MSDRs for correct density regulation in mixed stands. In the second study, the volume growth efficiency of the five pine species, growing both in mixed and monospecific stands was analyzed using mixed models in which the province was added as a random effect. The models obtained indicated an important negative effect of aridity on growth efficiency, as well as a negative effect on stand density. Furthermore, the effects of interspecific competition on productivity differ between mixtures and are not always statistically significant. Moreover, when this mixing effect occurs, it is always modulated by aridity, generally following the stress gradient hypothesis. In the last study, models were developed that relate stand biomass weight to its volume for each of the studied species. Mixed models were also used as in the previous study. The inclusion in these models of variables that indicate aridity and mean tree size is explored, as well as a variable that describes the form of the trees in order to correct bias. Models that consider both size and form of the trees in the stand to estimate the biomass weight are more accurate and less biased than those that do not. The effect of aridity was not always significant. Generally, the results reveal the importance of considering aridity when evaluating the density ,volume growth, biomass, and therefore carbon content of forest stands (both monospecific and mixed). The methodology developed, which can also be applied to other species, allows the international information requirements to be met with regard to the volume, volume growth, biomass and carbon stocks of forest systems.

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Item ID: 64131
DC Identifier: https://oa.upm.es/64131/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:64131
DOI: 10.20868/UPM.thesis.64131
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 29 Sep 2020 06:45
Last Modified: 29 Mar 2021 22:30
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