Régimen de cosecha de guaduales según calidad y productividad en la región cafetera colombiana

¿Cómo influyen las variables edáficas y estructurales en la productividad y calidad de los culmos de diferentes rodales de guadua dentro de una misma unidad predial, y cómo puede esta información optimizar las decisiones de manejo y aprovechamiento sostenible?

Las características de los bosques de guadua varían considerablemente a lo largo de la región del Eje Cafetero, con fragmentos de entre 0.3 y 43.7 ha (Kleinn & Morales-Hidalgo, 2006). También varían su productividad (Camargo et al., 2007a) y la calidad de sus productos (García & Camargo, 2010). Incluso dentro de los mismos rodales hay variaciones en las características asociadas al estado de madurez de los culmos (Nölke et al., 2016; Maya et al., 2017), lo que supone retos para la planificación y el manejo de estos bosques.

Desde hace décadas, la planificación del aprovechamiento y el manejo de los bosques de bambú ha sido destacada como la base de su sostenibilidad a nivel mundial (Bysthakova et al., 2003; Rabik & Brown, 2014; Boissière et al., 2019). Incluso en ecosistemas donde el bambú podría ser una especie no deseable, se requiere de un manejo adecuado para la conservación de los bosques (Ferreira et al., 2019). Asimismo, la participación de la comunidad en el manejo de estos bosques se hace importante para su conservación (Rabik & Brown, 2014; Porbounmixaithor et al., 2017). De hecho, el manejo de los bosques de bambú, tiene incidencia en recursos como el suelo (Banik, 2015; Zhao et al., 2019), los servicios ambientales (Rodriguez et al., 2009) y la biodiversidad vegetal (Ospina, 2002). Esta última es altamente relevante cuando los bosques de bambú representan el hábitat natural de algunas especies en paisajes transformados (Ramírez-Díaz & Camargo, 2019).

Cuando la cosecha no es planificada, se reduce la población de culmos en el rodal, lo que puede afectar su estructura (Banik, 2015). En el caso de los bosques de guadua en Colombia, el manejo implica mantener una densidad mínima de culmos para garantizar un equilibrio ecológico, con un valor que oscila entre los 2000 (Morales, 2007) y los 3000 culmos.ha^-1 (Camargo, 2006).

El manejo de bosques de guadua en la región del Eje Cafetero de Colombia se realiza a nivel de finca, unidad en la cual se toman decisiones sobre las prácticas silviculturales y la intensidad y la frecuencia de la cosecha. Aunque existe información que puede ayudar a orientar los procesos de cosecha (Camargo et al., 2007b; Camargo et al., 2007c; Morales, 2007; Camargo et al., 2008), en ocasiones se requiere de información a nivel de rodal, dado que es usual que en las fincas se presenten estos bosques como pequeños fragmentos diferentes entre sí -para un manejo adecuado, es necesario considerar estas diferencias.

Esta investigación empleó diversas técnicas estadísticas para analizar datos provenientes de inventarios forestales de guaduales, considerando la heterogeneidad intra- e inter-rodal a la vez que se buscaba profundizar la comprensión del rendimiento y las características cualitativas de los culmos cosechados, proporcionando resultados para una base sólida en la toma de decisiones respecto al manejo y aprovechamiento sostenible de bosques de guadua, en aras de optimizar la producción y calidad de la materia prima obtenida. El objetivo de esta investigación fue evaluar la heterogeneidad estructural y productiva y la calidad de los culmos de Guadua angustifolia en tres rodales de la zona cafetera colombiana, con el fin de establecer criterios para un manejo y aprovechamiento sostenible a nivel de finca.

Área de estudio

Este estudio se llevó a cabo en la finca Yarima, situada al suroccidente del municipio de Pereira, Risaralda, Colombia. Esta finca tiene tres rodales de bosque de guadua con áreas de 10.4, 6.9 y 10.9 ha, para un total de 28.2 ha. En el año 2014 se establecieron siete parcelas cuadradas permanentes de 100 m² (10 m x 10 m) dentro de cada rodal, para un total de 21 parcelas. Este tamaño de parcela sigue los protocolos estandarizados para el monitoreo de bosques de guadua, permitiendo capturar adecuadamente la variabilidad estructural y optimizar el esfuerzo de muestreo según la densidad típica de los culmos, así como el número de parcelas por rodal, lo que contribuye a la realización de estudios longitudinales (Camargo et al., 2008; Moonlight et al., 2020). Estas parcelas, distribuidas aleatoriamente en cada rodal, se utilizaron anualmente para recopilar información sobre las condiciones del sitio y del bosque de guadua. La finca se encuentra a una altitud de 1150 m, con una precipitación promedio anual de 2262 mm y una temperatura media de 24 °C. Los suelos son inceptisoles de fertilidad moderada, con textura franco-arcillosa y relieve colinado (Maya et al., 2017).

Caracterización física y química del suelo

Dentro de cada parcela permanente se colectaron muestras para obtener información sobre las propiedades químicas y físicas de los suelos en tres puntos seleccionados aleatoriamente. En cada punto se tomaron muestras en dos rangos de profundidad: 0-25 y 25-50 cm. La evaluación de propiedades químicas se realizó en las muestras disturbadas de cada profundidad para obtener el pH, el carbón orgánico, las bases totales (Ca, K, Mg y Na), el contenido de Al y P, y la capacidad de intercambio catiónico. Dicha evaluación tuvo lugar en el laboratorio de suelos de la Facultad de Química de la Universidad Tecnológica de Pereira. Posteriormente, con esta información se calculó el índice de fertilidad del suelo de cada sitio, siguiendo la metodología propuesta por Ortega (1995).

En aras de evaluar las propiedades físicas, se utilizaron muestras disturbadas para medir la estabilidad estructural (distribución de agregados por tamaño) y el diámetro medio ponderado de los agregados del suelo (DMP) según Montenegro y Malagón (1990). Además, se recolectaron muestras no disturbadas en cilindros metálicos de 98 cm³ de volumen para evaluar la densidad aparente (Da) y la porosidad total (Pt).

Caracterización de los bosques de guadua

Para la caracterización de los rodales de guadua, se midieron las variables dendrométricas, fisicomecánicas y químicas de los culmos, así como la biomasa de los rodales (Tabla 1). Estas variables aportan información sobre la productividad de los bosques y la calidad de la materia prima. En primer lugar, para conocer la productividad del bosque, se realizó un inventario del total de culmos en cada parcela, valores que se transformaron a culmos por hectárea para estimar la intensidad de cosecha. En segundo lugar, para las evaluaciones fisicomecánicas y químicas, se seleccionaron aleatoriamente tres culmos de aproximadamente cuatro años en cada parcela -esta edad es indicativa de un culmo en estado de madurez. La madurez de los culmos se determinó a partir de características visuales como el color, la presencia de líquenes y musgos en la superficie y la ausencia de hojas caulinares. Es importante destacar que la definición de madurez puede variar según las condiciones ambientales de cada sitio; factores como la altitud, la precipitación, la temperatura y la fertilidad del suelo pueden influir en la tasa de maduración de los culmos.

Tabla 1: Variables de masa y dendrométricas, y propiedades físico-mecánicas y químicas evaluadas por parcela

AA = atributo de asociación con: P = productividad, C = calidad

Los culmos seleccionados fueron seccionados y cortados en tres partes: la sección baja (de la base del culmo hasta 3 m de altura), la sección media (entre las secciones baja y alta) y la sección alta (los últimos 3 m de la guadua). Estas muestras fueron llevadas al laboratorio de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales, acreditado por la ONAC, donde se realizaron análisis detallados de sus propiedades físico-mecánicas y químicas para confirmar y cuantificar el estado de madurez.

Para comparar los rodales de guadua, se realizaron pruebas estadísticas como la prueba no paramétrica de Kruskal-Wallis, en aras de identificar diferencias significativas entre los rodales, y un análisis de componentes principales (ACP) para reducir la variabilidad de las características de los culmos, los rodales y las condiciones del sitio. Las variables fueron estandarizadas sobre la matriz de correlación para evitar los efectos de la magnitud en la conformación de los componentes. Adicionalmente, se calculó la correlación cofenética como una medida de la calidad de la reducción de dimensionalidad alcanzada mediante el ACP, la cual describe la correlación entre las distancias euclidianas en el espacio reducido y las distancias originales (Casanoves et al., 2012).

Dentro de cada componente principal se identificaron las variables cuyos valores originales tenían mayor correlación, considerándolas como las principales fuentes de variabilidad entre y dentro de los rodales de guadua. Posteriormente, mediante las correlaciones entre las variables y cada componente, se elaboró un gráfico biplot que permitió visualizar la contribución de cada variable y su relación con las parcelas de muestreo originales al representarlas en el mismo espacio. Luego, se realizó un análisis de conglomerados utilizando el método de varianza mínima de Ward para agrupar las parcelas con características similares (Casanoves et al., 2012). Todos los análisis mencionados se llevaron a cabo utilizando el software InfoStat/Free 2019, versión 2019d (di Rienzo et al., 2019).

Para generar un insumo que contribuyera a la toma de decisiones sobre la cosecha de guadua, se utilizaron datos de las siguientes variables: número de culmos (n), estado de madurez (Em) e intensidad de cosecha (IC). Esto, con el fin realizar simulaciones de la IC y la frecuencia de cosecha (FC). Estas simulaciones permitieron estimar el comportamiento probable de los bosques de guadua durante un período de 16 años, así como el volumen de cosecha esperado.

Se evaluaron valores de FC de entre 12 y 36 meses, con el fin de determinar ciclos de cosecha constantes que permitieran moverse entre diferentes rodales. En cuanto a la IC, se consideraron valores desde el 12 hasta el 35 % del total de culmos maduros (comerciales), con base en el rango establecido en la legislación y en la IC estimada a partir de los inventarios.

Las recomendaciones sobre los niveles de cosecha aceptable se fundamentaron en los estudios previos de Camargo (2006), Camargo et al., (2007a) y Morales, (2007). Las simulaciones se realizaron utilizando el software SilvGuadua (Morales et al., 2008), el cual se basa en un modelo de productividad respaldado por cadenas de Markov.

Los datos recolectados fueron sometidos a análisis estadísticos descriptivos, incluyendo el cálculo de la desviación estándar (DE) y el promedio (x̅). Este cálculo se realizó para todas las variables dendrométricas, fisicomecánicas y químicas evaluadas en cada parcela, utilizando el software InfoStat/Free 2019, versión 2019d (di Rienzo et al., 2019). La desviación estándar se utilizó como medida de dispersión para evaluar la variabilidad de los datos dentro de cada rodal y entre rodales, permitiendo así una mejor comprensión de la heterogeneidad de las características evaluadas.

Efecto de la calidad del sitio y las variables dendrométricas en rodales de guadua

Los x̅ y DE de las variables de calidad del sitio y dendrométricas se presentan en la Tabla 2. Entre las variables edáficas de calidad del sitio, la fertilidad fue la única que presentó diferencias significativas (p=0.0083) entre los rodales; el rodal 2 presentó la mayor fertilidad del suelo, con un índice de 6.2, seguido por el rodal 1 con 5.7 y el rodal 3 con 5.5. Asimismo, se pudo evidenciar una correlación entre la fertilidad en el rodal 2 (Tabla 3), un mayor número total de culmos (n=5942) y una mejor resistencia a la compresión (σult=31.5 MPa). Estas diferencias en las propiedades del suelo sugieren una heterogeneidad en las condiciones del sitio, lo que podría influir en el crecimiento y desarrollo de los culmos de guadua.

Tabla 2: Promedio y desviación estándar (DE) para las variables de masa y dendrométricas, las propiedades físico-mecánicas de los culmos de guadua y las variables físicas y químicas del suelo

DE = desviación estándar. Letras diferentes entre medias indican diferencias significativas (p)

Tabla 3: Análisis de correlación entre las variables de masa y dendrométricas, las propiedades físico-mecánicas de los culmos de guadua y las variables físicas y químicas del suelo

El DMP, a pesar de no presentar diferencias significativas (p=0.4624), mostró variaciones entre rodales (Tabla 2), siendo más alto en el rodal 2 (2.7 mm) que en el 1 (2.2 mm) y el 3 (2.6 mm). Un mayor DMP se correlacionó positivamente con entrenudos más largos (le) (r=0.42) y negativamente con el espesor de la pared del culmo (t) (r=-0.43) (Tabla 3), lo que sugiere que, en sitios con agregados de suelo de mayor tamaño, que a su vez presentan mayor porosidad, los culmos tienden a tener entrenudos más largos y paredes más delgadas. Esto resultados sugieren que, a mayor fertilidad y DMP en el sitio, se presenta un mayor número total de culmos (n), además de una mayor resistencia a la compresión (σult) y un contenido de lignina más alto (Li) (Tabla 2). La fertilidad del suelo mostró una correlación positiva con el número de culmos por hectárea (r=0.64) y con la resistencia a la compresión de los culmos (r=0.47) (Tabla 3), reforzando la importancia de las condiciones edáficas en la productividad y calidad de los guaduales.

En contraste, el rodal 1, aunque presentó un alto volumen neto del culmo (Vn=0.04 m³), no mostró las mejores características físico-mecánicas ni las mejores condiciones de sitio. Esto resalta la relación -y su importancia- entre la fertilidad del suelo, la estructura de los agregados y la calidad de los culmos de guadua. Además, se encontraron otras relaciones significativas (p<0.05) entre variables dendrométricas como el diámetro (d), la longitud (l) y el volumen neto (Vn), así como entre propiedades físico-mecánicas como la resistencia a la compresión (σult), la resistencia al corte (τult) y la dureza (H); y entre la densidad (ρ) y el contenido de lignina (Li) (Tabla 3). Estos resultados subrayan la influencia de las características del sitio en la calidad y productividad de los culmos analizados.

Análisis multivariado

A partir del ACP se seleccionaron tres que explicaron el 55 % de la variabilidad total. Se obtuvo una correlación cofenética de 0.963, lo que indica que la reducción realizada fue apropiada. El primer componente dio cuenta del 22 % de la variabilidad total y mostró una mayor asociación con condiciones de baja fertilidad, baja porosidad total y alta densidad aparente, así como con culmos con valores bajos de resistencia a la compresión. El segundo componente, con una variabilidad total de 18 %, se asoció a mejores condiciones de fertilidad y a culmos con alto contenido de lignina, pero con baja densidad y volumen neto. El tercer componente (15 % de la variabilidad total) mostró una mayor influencia del DMP, con mayores valores para variables como el número total y la longitud de los culmos. Los valores de correlación entre las variables y los componentes principales se presentan en la Tabla 2. En cada componente fue posible evidenciar la relación entre las variables del suelo y aquellas que describen los bosques de guadua, ya sea en términos de productividad o de calidad.

La representación gráfica de los componentes (CP1 vs. CP2, Figura 1a) y (CP1 vs. CP3, Figura 1b) permite visualizar las variables con mayor contribución en la definición de los CP, incluyendo las parcelas de donde se genera la información que aporta variabilidad a los componentes, para así asociarlas a las variables con respecto a la posición de los CP.

Figura 1: Representación de las variables analizadas respecto al valor de los componentes principales (CP) incluyendo las parcelas de muestreo (1 a 7, rodal 1; 8 a 14, rodal 2; y 15 a 21, rodal 3). A) CP1 vs. CP2 y B) CP1 vs. CP3.

Del análisis de conglomerados resultaron cuatro grupos de parcelas que no necesariamente pertenecían a los mismos rodales, lo que permitió describir la variabilidad dentro de los rodales y agrupar los datos según las variables evaluadas en este análisis, con las agrupaciones representadas en la Figura 2. El primer conglomerado, con cinco parcelas (4, 10, 11, 13 y 14), corresponde a valores bajos en el CP1, pero altos en CP2 y CP3, lo que implicaría mayor productividad, mayores dimensiones de los culmos, mejores propiedades físico-mecánicas y alto contenido de lignina. El segundo conglomerado agrupó tres parcelas del rodal 1 (3, 6 y 7) que se asociaron a valores bajos en los tres CP y, por tanto, a culmos con valores altos de σult y ρ y un mayor Vn, pero con un n bajo y una menor l. El tercer conglomerado incluyó siete parcelas de los rodales 2 y 3 (8, 9, 12, 17, 19, 20 y 21) que presentaron valores medios para los tres componentes y para las variables que los definen. Finalmente, el cuarto conglomerado, con seis parcelas de los rodales 1 y 3 (1, 2, 5, 15, 16 y 18), mostró asociación con valores altos del CP1 y, por tanto, con culmos de valores bajos de σult en suelos con menor fertilidad y mayor Da.

Figura 2: Las parcelas de muestreo (1 a 7, rodal 1; 8 a 14, rodal 2; y 15 a 21, rodal 3). a) CP1 vs. CP2 y b) CP1 vs. CP3

Evaluación de la intensidad y frecuencia de la cosecha

Los escenarios de cosecha simulados mostraron diferentes posibilidades entre los rodales. Para el rodal 1, donde la IC estimada en el inventario fue del 18 %, el mejor escenario correspondió a un valor del 20 % y a una FC de 12 meses, resultando en un promedio cosechado de 366 culmos.ha^-1. En el rodal 2, con un estimado inicial del 15 %, el mejor escenario fue una IC del 25 % y una FC de 12 meses, permitiendo la cosecha de un promedio de 496 culmos.ha^-1. En el rodal 3, cuyo número de culmos (n) fue el más bajo entre los tres rodales (3657 culmos.ha^-1), los diferentes escenarios evaluados mostraron respuestas que hacen poco viable su manejo, pues se requiere ampliar mucho la frecuencia (hasta 36 meses) y aplicar una IC del 5 %, la cual es muy baja e insostenible en el tiempo.

La Tabla 4 presenta información sobre los tres escenarios de cosecha para cada rodal, incluyendo el promedio de culmos vivos remanentes después de la cosecha y el promedio de culmos cosechados por hectárea. En la columna de observaciones se hace referencia a la posible situación que podría resultar de la aplicación de la cosecha, y se considera un rango de entre 2500 y 3000 culmos vivos por hectárea como el equilibrio ecológico que podría permitirla. Es importante enfatizar que la cosecha debe ser de culmos que ya han alcanzado su madurez.

Tabla 4: Escenarios de cosecha simulados: culmos vivos remantes y cosechados

R = rodal, E = escenario, PCVR = promedio de culmos vivos remanentes, PCC = promedio de culmos cosechados

La variable de referencia para el equilibrio ecológico es el número de culmos vivos por hectárea, donde se espera estabilidad en el valor a lo largo del tiempo, dentro del rango definido. En las Figuras 3a y 3b se puede observar el comportamiento simulado de los rodales 1 y 2 a través del tiempo para los escenarios considerados viables.

Figura 3: Culmos vivos y cosechados simulados: A) rodal 1, con 20 % de IC y 12 meses de FC; B) rodal 2, con 25 % de IC y 12 meses de FC

Conclusiones

Esta investigación sobre los guaduales de la zona cafetera colombiana reveló una notable variabilidad en productividad y calidad de culmos, influenciada por condiciones edafoclimáticas y prácticas de manejo. Se identificaron correlaciones entre la fertilidad del suelo, el DMP y los parámetros de calidad de los culmos. El análisis estadístico permitió establecer cuatro grupos de sitios con características distintivas, proporcionando una base para decisiones de manejo específicas. Se determinó un régimen de cosecha viable de 431 culmos.ha^-1 cada 12 meses, equilibrando la productividad y la conservación del ecosistema.

Los hallazgos contribuyen significativamente al manejo sostenible de Guadua angustifolia, ofreciendo herramientas para optimizar la producción, mejorar la calidad de los culmos y conservar estos ecosistemas. Se recomienda implementar programas de monitoreo a largo plazo para evaluar la respuesta de los guaduales a diferentes prácticas y condiciones ambientales cambiantes. Es crucial ajustar las prácticas de manejo a las condiciones específicas del sitio, especialmente considerando las limitaciones observadas en el rodal 3. Por lo tanto, se recomienda implementar programas de monitoreo a largo plazo para evaluar cómo responden los guaduales a diferentes prácticas de cosecha y a condiciones ambientales cambiantes.

Este estudio resalta el papel de la guadua como recurso económico y elemento clave en la conservación de biodiversidad y los servicios ecosistémicos, subrayando la importancia de su manejo integral y sostenible en la región cafetera colombiana.