El bosque de Chamela: donde la ciencia nunca descansa

Angelina Martínez Yrízar, Manuel Maass, Víctor J. Jaramillo y José Sarukhán

Chamela01Vista panorámica del bosque tropical caducifolio de la Estación de Biología Chamela, en la costa de Jalisco, durante la época de lluvias. Aquí se lleva a cabo nuestro proyecto de investigación de largo plazo. Los sitios de estudio se distribuyen en los lomeríos que se aprecian al fondo. Fotografía: Alberto Búrquez M.

Chamela, situada entre Barra de Navidad y Puerto Vallarta en la costa del estado de Jalisco, es una pequeña región de México en la que el Instituto de Biología de la UNAM ha tenido una estación biológica para el estudio de su flora y fauna por más de 40 años. La estación se encuentra dentro de un Área Natural Protegida: la Reserva de la Biosfera Chamela-Cuixmala (RBCC). Desde lo alto de sus suaves lomeríos se alcanzan a ver, hacia el oeste, el azul del Océano Pacífico, y hacia tierra firme, una extensa cobertura vegetal en estado de conservación excepcional que se conoce como bosque tropical caducifolio, o selva seca. Se trata de un ecosistema tropical único, caracterizado por su clima marcadamente estacional. Este bosque se distribuye en México principalmente a todo lo largo de la costa del Pacífico, desde el sur de Sonora hasta Chiapas. En este ecosistema los árboles no son enormes como en las selvas tropicales lluviosas del lado del Golfo de México o como en el Amazonas, sino que apenas alcanzan entre 4 y 15 metros de alto. Además de su extraordinaria riqueza biológica, este ecosistema cambia su aspecto de manera sorprendente en relación con el patrón estacional de la lluvia. Durante la época de sequía, la mayoría de las plantas tiran sus hojas y permanecen sin follaje, pero con la llegada de las lluvias, en el verano, el paisaje se transforma al asomarse de nuevo las hojas de los árboles y demás plantas. Esta maraña vegetal cambiante ha sido el centro de nuestra investigación ecológica, con un enfoque ecosistémico, durante las últimas cuatro décadas.

     Para comprender dicho trabajo, es necesario recordar que la ecología, como disciplina científica, surge del análisis de la relación entre los organismos y su ambiente. Por muchos años la ecología estuvo dominada por un enfoque de investigación centrado en los individuos, y se dedicaba principalmente a analizar los factores que determinan la distribución y abundancia de las especies, así como la estructura y dinámica de las comunidades que éstas conforman, estudiando lo que se conoce como la “historia natural” del mundo biológico.

Chamela02Los lomeríos que se estudian en la Estación de Biología Chamela comprenden cinco pequeñas cuencas hidrográficas (C1-C5), de entre 12 y 28 hectáreas de extensión. Las cuencas se encuentran 2 km al oriente de las instalaciones de la estación. Los rectángulos en el interior de cada cuenca son parcelas de monitoreo permanente de procesos del ecosistema (medimos flujo de materia orgánica, agua y nutrientes). Imagen: Alberto Búrquez M.

     Con el surgimiento de la teoría de sistemas (que entiende al sistema como un conjunto de elementos en interacción) propuesta por Karl Ludwig von Bertalanffy a inicios del siglo pasado, y su posterior incorporación a la ecología, los ecólogos comenzaron a estudiar los fenómenos biológicos a escalas superiores al nivel del individuo; es decir, centraron su atención en el estudio de procesos funcionales a nivel del ecosistema. El concepto de ecosistema lo propuso Arthur G. Tansley en 1935 para referirse a un nivel de organización de la naturaleza en el que la interacción entre los elementos bióticos (los seres vivos) y los abióticos (atmósfera, suelo, agua) que lo conforman hace que fluya la energía y circulen los nutrientes. Este enfoque llevó a lo que hoy conocemos como la ecología de ecosistemas, que se centra en investigar los procesos o engranajes que hacen funcionar a un ecosistema en diferentes escalas de tiempo y espacio. De esta forma se estudian la materia orgánica y los elementos químicos que la componen (N, P, Ca, Mg, K, entre otros; ver La tabla periódica de la vida en Oikos= 16): tanto sus almacenes como sus ciclos, así como el movimiento del agua que siempre acompaña a estos flujos.

     La investigación sobre procesos ecosistémicos en las comunidades terrestres de México inició formalmente a principios de los años 1980, con estudios cuantitativos sobre hidrología, productividad primaria y ciclos de nutrientes en bosques tropicales y templados. La presencia de estaciones de campo en algunas Áreas Naturales Protegidas de México fue un detonador importante de la investigación ecológica, tanto descriptiva como experimental, con un enfoque ecosistémico. De manera continua y progresiva se fueron incorporando nuevas metodologías de muestreo y análisis. Por ejemplo, surgieron herramientas de percepción remota, registradores automáticos de variables ambientales (temperatura, humedad, viento, etc.) en tiempo real, medidores de intercambio de gases (dióxido de carbono y vapor de agua) y técnicas de isotopía estable, entre otras técnicas que han permitido integrar el seguimiento y la evaluación de diferentes variables ambientales y biológicas en diversas escalas espaciales y temporales. Con ello se han podido estudiar con mucho más detalle los factores que regulan la dinámica hidrológica y los flujos de carbono y otros elementos minerales en el ecosistema.

     Un antecedente importante del estudio de procesos ecológicos desde la perspectiva ecosistémica en México fue cuando, en 1982, diseñamos un proyecto de investigación sobre el funcionamiento del bosque tropical caducifolio con un enfoque a largo plazo, en la Estación de Biología Chamela (EBCh) de la Universidad Nacional Autónoma de México. Con el apoyo de dos reconocidos investigadores del área de ecosistemas (el Dr. Wayne Swank del Laboratorio Hidrológico de Coweeta del Servicio Forestal de los Estados Unidos, experto en el estudio de procesos a nivel de cuenca, y el Dr. Carl Jordan de la Universidad de Georgia, especialista en la biogeoquímica de los bosques tropicales del Amazonas) elegimos un área dentro de la reserva para la ejecución del proyecto (ver El Dr. José Sarukhán a 40 años de su regreso al país: su vena ecosistémica).

Chamela03Vista del bosque tropical caducifolio de Chamela durante la estación seca. Se puede apreciar el cambio drástico en los colores y el follaje de una temporada a otra. Fotografía: Adolfo Montes Medina.     Desde su formulación, nos planteamos las siguientes preguntas de investigación: 1) ¿Cómo está estructurado y cómo funciona el bosque tropical caducifolio?, 2) ¿Qué impacto tienen las actividades productivas en los procesos del ecosistema, es decir en el engranaje que mantiene funcionando al ecosistema?, 3) ¿Cómo se recupera el ecosistema después del abandono de las actividades productivas?

     Al inicio del proyecto, se conocía más sobre la composición de especies de plantas y animales del bosque de Chamela que de su estructura, y se sabía aún menos sobre los diversos procesos ecológicos que determinan su funcionamiento (productividad, ciclos de agua y nutrientes) y sobre cómo cambian dichos procesos a través del tiempo. Este lugar de México es uno de los sitios que albergan una mayor diversidad de plantas vasculares de bosque tropical caducifolio en el mundo, con más de 1,000 especies (entre ellas árboles tan importantes como el barcino, el iguanero y el cuachalalate). Es por ello que ha sido el foco de atención de numerosos estudios sobre su flora, fauna e interacciones, así como sobre el papel regulador de la lluvia en su dinámica funcional.

     El bosque ubicado en la EBCh forma parte de la zona núcleo de la Reserva de la Biósfera Chamela-Cuixmala, que comprende un total de 13,142 ha. Está rodeada por ejidos que ejercen una fuerte presión de cambio de uso del suelo, por el aprovechamiento de los recursos naturales (ver De la selva baja caducifolia al cultivo de hortalizas en Oikos= 7) y por los desmontes para la siembra de forrajes para el ganado o para el cultivo de maíz de subsistencia, de hortalizas y de árboles frutales.

Chamela04Variación de la precipitación anual en la Estación de Biología Chamela de la UNAM en la costa de Jalisco, México. Imagen: Angelina Martínez Y., con datos de Manuel Maass y Raúl Ahedo.     El bosque tropical caducifolio predomina en los lomeríos de la EBCh, mientras que en los arroyos de curso temporal se desarrolla un bosque tropical subcaducifolio que es aún más diverso y de mayor talla. El clima de Chamela, como en toda área de distribución del bosque tropical caducifolio en el mundo, tiene un patrón de lluvias marcadamente estacional. Cada año se presenta un período de lluvias, de junio a octubre, durante el cual, se registra en promedio el 87% de la precipitación anual (788 mm, de 1983 a 2016), seguido por un período variable de 4 a 6 meses de sequía. La cantidad total de lluvia también es muy variable entre años; en las últimas tres décadas ha fluctuado entre 340 y 1,329 mm.

     De manera ininterrumpida, desde hace 35 años y hasta el día de hoy, hemos registrado los procesos que rigen el funcionamiento del bosque en cinco pequeñas cuencas hidrográficas dentro del área de estudio, que no han sido transformadas por el ser humano. Así es como nos ha sido posible analizar con sumo detalle la forma en la que el ciclo del agua (precipitación, evaporación, escorrentía) varía cada año, cuánta materia orgánica produce la vegetación (técnicamente conocido como productividad primaria) y cuánta regresa al suelo (la caída de hojarasca se cuantifica con el uso de trampas especiales para este propósito), y la biogeoquímica del bosque, es decir, cómo se mueven los nutrientes entre la atmósfera, la vegetación y el suelo.

Chamela05Trampa colocada en el interior de la selva para estimar la producción de hojarasca. En cada sitio de muestreo se instalaron 24 de estos colectores, 12 por ladera. La fotografía muestra el estado de la selva en la época de sequía. Fotografía: Angelina Martínez Y.

     Actualmente sabemos que el inicio de la época de lluvias es marcadamente regular, alrededor del 13 de junio (varía un máximo de 23 días respecto al promedio), y que su final, aunque ocurre alrededor del 8 de noviembre, es mucho más variable, ya que se llega a desviar casi tres meses del día promedio. También sabemos que procesos como el crecimiento de los tallos y de las raíces, la producción y la caída de las hojas, la liberación de nutrientes por la descomposición de la materia orgánica y la manera en que el nitrógeno del suelo se transforma (ver La cascada del nitrógeno ocasionada por actividades humanas en Oikos= 16), están fuertemente acoplados a la estación de lluvias. Aprendimos que las lluvias extemporáneas, es decir aquellas que se presentan durante los meses de sequía, cambian el ritmo periódico (la fenología) del bosque, ya que detonan un segundo pulso de formación de hojas y el bosque se vuelve a cubrir de verde y su productividad aumenta en esos años. Es decir, el ecosistema del bosque seco es muy sensible al patrón de distribución de las lluvias durante el año.

     Documentar por tantos años, de manera ininterrumpida, las diversas variables funcionales del bosque; particularmente la productividad primaria, la descomposición de la materia orgánica y los ciclos de nutrientes, así como la variabilidad de la precipitación, ha sido crucial para entender el efecto de eventos climáticos extremos como sequías, lluvias extemporáneas y huracanes, y las respuestas del bosque a estos disturbios naturales. Recientemente, dos huracanes de distinta intensidad afectaron la región de Chamela: Jova, de categoría 2, en 2011 y Patricia, de categoría 4, en 2015 (ver Huracanes, sequías y heladas: eventos climáticos extremos en México en Oikos= 15). Nuestro estudio del comportamiento del bosque, con datos de más de tres décadas, nos permitió analizar y contextualizar ecológicamente los cambios que estos dos huracanes causaron a su estructura y, en consecuencia, al flujo de energía y al ciclo de nutrientes. Por ejemplo, además del derribo de árboles y rompimiento de numerosas ramas, los fuertes vientos y la lluvia de los dos huracanes causaron un desprendimiento masivo de hojas y ramitas, y con ello un aumento considerable en el aporte de materia orgánica (de 4 a 10 veces más que en años sin huracán) y de nutrientes al suelo. Los años que siguieron a Jova fueron muy húmedos (entre 30 y 40% por arriba del promedio anual de precipitación) y con lluvias durante la sequía, que permitieron una rápida recuperación del bosque: el dosel se cerró nuevamente gracias al vigoroso rebrote de los árboles dañados por el huracán. En cambio, a un año del huracán Patricia, la recuperación fue más lenta, y la productividad se redujo en un 50% con respecto a la de los años previos, lo que se explica en parte por la baja precipitación, que en ese año fue 20% menor al promedio anual.

     De forma paralela, investigadores asociados al proyecto se fueron incorporando al esfuerzo por entender la dinámica funcional del bosque tropical caducifolio y su respuesta a los efectos de su manejo y transformación causada por actividades humanas (desmontes, pastoreo, siembra de pastos y cultivos). Estos trabajos han permitido diagnosticar la sensibilidad de los componentes ecológicos y de los grupos sociales al cambio de uso de suelo y a la variación climática recientes. Buscamos que esta información sea útil para, a través de acciones de manejo del bosque y sus recursos, reducir la vulnerabilidad del ecosistema y de sus pobladores a estos dos factores de cambio global.

     Hoy en día, el Grupo Chamela de la Red Mexicana de Investigación Ecológica de Largo Plazo (Mex-LTER), con sus más de 20 investigadores, técnicos académicos asociados y medio centenar de tesistas de licenciatura y posgrado, se reconoce como uno de los esfuerzos de investigación científica de corte ecosistémico más sólidos y longevos sobre los bosques tropicales secos del mundo. Colectivamente hemos podido evaluar las condiciones actuales que pueden aumentar o disminuir la capacidad de respuesta del ecosistema a la variabilidad climática y al cambio de uso del suelo, entender mejor el entorno regional y aportar herramientas teórico-conceptuales para el manejo y la conservación del bosque en el largo plazo.

Agradecimientos

A Enriquena Bustamante, Raúl Ahedo, Salvador Araiza, Maribel Nava, Georgina García y Abel Verduzco por su apoyo técnico durante todos estos años. A CONACYT por el apoyo al proyecto 179045 y a PAPIIT-UNAM por el apoyo a los proyectos IN20811e IN209117.

Para saber más

  • Álvarez-Yépiz, J. C. y A. Martínez-Yrízar. 2015. Huracanes, sequías y heladas: eventos climáticos extremos en México. Oikos= 15: 6-11.
  • Búrquez, A. y A. Martínez-Yrízar. 2010. Los ecosistemas desde el aire. Revista ¿Cómo ves?: 22-24.
  • Maass, M. M. y Martínez Yrízar, A. 1990. Los ecosistemas: origen e importancia del concepto. Revista Ciencias. No. Especial 4: 10 21.
  • Maass, M., A. Martínez-Yrízar, y J. Sarukhán. 2010. En: Carabias, J. et al. (coords.). Patrimonio Natural de México. Cien casos de éxito. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. México: 218-221.