Allometric Equations for Estimating Biomass and Carbon Stocks in the Temperate Forests of North-Western Mexico

Abstract

This paper presents new equations for estimating above-ground biomass (AGB) and biomass components of seventeen forest species in the temperate forests of northwestern Mexico. A data set corresponding to 1336 destructively sampled oak and pine trees was used to fit the models. The generalized method of moments was used to simultaneously fit systems of equations for biomass components and AGB, to ensure additivity. In addition, the carbon content of each tree component was calculated by the dry combustion method, in a TOC analyser. The results of cross-validation indicated that the fitted equations accounted for on average 91%, 82%, 83% and 76% of the observed variance in stem wood and stem bark, branch and foliage biomass, respectively, whereas the total AGB equations explained on average 93% of the total observed variance in AGB. The inclusion of total height (h) or diameter at breast height 2 × total height (d 2 h) as a predictor in the d-only based equations systems slightly improved estimates for stem wood, stem bark and total above-ground biomass, and greatly improved the estimates produced by the branch and foliage biomass equations. The predictive power of the proposed equations is higher than that of existing models for the study area. The fitted equations were used to estimate stand level AGB stocks from data on growing stock in 429 permanent sampling plots. Three machine-learning techniques were used to model the estimated stand level AGB and carbon contents; the selected models were used to map the AGB and carbon distributions in the study area, for which mean values of respectively 129.84 Mg ha −1 and 63.80 Mg ha −1 were obtained.

Evaluating the Multi-Functionality of Forest Ecosystems in Northern Mexico

“…Aboveground carbon content was estimated through biomass equations for the main species in the area [43,44]. The estimated biomass was then converted into carbon content using carbon proportion data [44]. The total carbon content (ton/ha) was the sum of both aboveground and underground values.…”

“…Following Cerón-Bretón et al [42], soil samples were taken to estimate ground carbon content. Aboveground carbon content was estimated through biomass equations for the main species in the area [43,44]. The estimated biomass was then converted into carbon content using carbon proportion data [44].…”

Ecuaciones de aditividad para la estimación de biomasa aérea de Pinus cembroides Zucc.

“…Estos resultados son consistentes con el estudio realizado por Grier, Elliott y McCullough, (1992) en un bosque mixto de Piñón-Juniperus en el norte de Arizona, encontraron que la asignación de biomasa en las ramas de Pinus edulis Engelm fue de 43.7% en rodales jóvenes con Dn promedio de 16 cm y se incrementó a 51.1% en rodales maduros con Dn promedio de 25 cm. Los patrones de asignación de biomasa en los pinos piñoneros son diferentes a la mayoría de las especies del género Pinus donde la mayor cantidad de biomasa se concentra principalmente en el fuste (Chávez-Aguilar et al, 2016;Vargas-Larreta et al, 2017). Lo anterior se atribuye a que los árboles que crecen en espacios abiertos tienden a presentar copas extendidas (Návar, 2009), porque las ramas no tienen una buena poda natural lo que favorece un crecimiento libre y, en consecuencia, el árbol destina una mayor proporción de biomasa a los tejidos relacionados con el soporte del follaje y a las estructuras reproductivas (Loveall y Harrington, 2008).…”

“…Para estimar la biomasa aérea en árboles se han generado ecuaciones alométricas, las cuales se derivan de la aplicación de un muestreo destructivo y del uso de técnicas de regresión (Acosta-Mireles, Vargas-Hernández, Velázquez-Martínez y Etchevers- Barra, 2002;Vargas-Larreta et al, 2017;Quiñonez-Barraza et al, 2019). Las ecuaciones de biomasa se fundamentan en las relaciones alométricas empíricas de los atributos del árbol que son fácilmente medibles como el diámetro normal, la altura total y la densidad específica de la madera (Temesgen, Affleck, Poudel, Gray y Sessions, 2015;Eker, Poudel y Özçelik, 2017).…”

“…En México, se han realizado considerables esfuerzos para generar ecuaciones para estimar la biomasa arbórea en las distintas especies de coníferas y latifoliadas (Douterlungne, Herrera-Gorocica, Ferguson, Siddique y Soto-Pinto, 2013; Aquino-Ramírez, Velázquez-Martínez, Castellanos-Bolaños, De los Santos-Posadas y Etchevers-Barra, 2015; Rojas- García, De Jong, Martínez-Zurimendí y Paz-Pellat, 2015;Quiñonez-Barraza et al, 2019). La mayoría de las ecuaciones del género Pinus son restrictivas a especies con fines maderables (Chávez-Aguilar et al, 2016;Vargas-Larreta et al, 2017). Sin embargo, no existen ecuaciones para las especies de pinos piñoneros a pesar de su amplia distribución y plasticidad ambiental.…”