La dendrocronología como herramienta para estimar la

precipitación histórica y la ocurrencia de sequías: conceptos e

identificación de series climatológicas

D r. A l d o R a f a e l M a r t í n e z S i f u e n t e sP r o f e s o r U N I D E P C a m p o s To r r e ó n C o a h u i l a

I n v e s t i g a c i ó n L a b o r a t o r i o d e D e n d r o c r o n o l o g í a I N I F A P C E N I D - R A S PA

30 de abril de 2020

1. Generalidades1.1 Conceptos1.2 Antecedentes1.3 Investigación dendrocronológica1.4 Relación con otras disciplinas1.5 Identificación de anillos de crecimiento1.6 Principios dendrocronológicos1.7 Obtención de muestras1.8 Prefechado1.9 Fechado, medición y desarrollo de cronología

2. Reconstrucción climática2.1 Datos climáticos observados o reconstruidos2.2 Análisis de respuesta climática2.3 Reconstrucción de precipitación e identificación de sequías

3. Conclusiones

Contenido

➢ La palabra dendrocronología proviene del griego: “dendros” que significa árbol, “cronos” tiempo y “logos”conocimiento. La dendrocronología es el conocimiento o estudio de la edad de los árboles.

1.1. Conceptos

➢ Si se considera a cada árbol como uninstrumento capaz de registrar todos losfenómenos que ocurren en el medio que lorodea, la dendrocronología no es otra cosaque la ciencia que interpreta, o “lee” dichoregistro ambiental .

Fritts, 1976

➢ En las plantas leñosas se puede datar elcrecimiento anual de sus anillos,extrayendo información biométrica a cadaanillo y asignándole a éstos un añoespecífico del calendario.

1.2. Antecedentes

Andrew E. Douglass➢ Andrew E. Douglass es conocidocomo “El Padre de laDendrocronología”, observó que losanillos expuestos en un troncocortado de un pino en Flangstaff,Arizona, EUA, exhibían variaciones ensu anchura.

➢ Douglass fue el pionero en laciencia de la dendrocronología,aplicó el principio del crossdating,el cual es aplicado a una variedadde disciplinas desde laclimatología hasta la astronomía yla arqueología.

1.3. Investigación dendrocronológica

Pseudotsuga menziesii(Mirbel) Franco

Abies duranguensisMartínez

➢ Las primeras cronologías de anillos de árboles enMéxico se produjeron en el período de 1940-1950(Schulman, 1944; Schulman, 1956; Scott, 1966). Estascronologías se derivaron de rodales de Pinos sp.,Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco y AbiesDuranguensis Martínez ubicados cerca del Salto.

➢ Las primeras reconstrucciones dendrocronológicasclimáticas realizadas específicamente para México sonestimaciones de precipitación y del Índice deSeveridad de Sequía de Palmer (PDSI, por sus siglas eninglés) para el área fronteriza del norte de Sonora(Villanueva-Díaz, 1996; Villanueva-Díaz y McPherson,1995; 1996).

Laboratorio Nacional de DendrocronologíaINIFAP CENID-RASPA

1.3. Investigación dendrocronológica

1.4. Relación con otras disciplinas➢ DENDROCLIMATOLOGÍA

La información sobre el crecimiento radial se emplea para estudiar el clima pasado y presente gracias a que los árboles generan una señal de clima regional.

En esta disciplina interesa tanto que la cronología sea lo más larga posible, como que sea lo más robusta posible.

En términos de longevidad destacan muchas coníferas como Pinus longaeva que puedealcanzar casi 8,000 años y el grupo de las Sequoias.

Especie Sitio Años

Sequoidendrum giganteum California (USA) 3266 (árboles vivos)

Juniperus occidentalis California (USA) 2675 (árboles vivos)

Pinus longaeva California (USA) 7979 (árboles vivos y subfósiles)

Fitzroya cupressoides Sur de Chile 3622 (árboles vivos)

Pinus artistata Colorado (USA) 2435 (árboles vivos)

Taxus baccata Gales (UK) 4000 (árboles vivos)

➢ En árbol mas longevo en México tiene mil 600 años y se llama Maximina,es un ahuehuete que se localiza en una pequeña comunidad conocidacomo Los Peroles, municipio de Rioverde, San Luis Potosí. En segundolugar, se encuentra el conocido como “Árbol del Tule”, en la ciudad deOaxaca, y que se estima su edad en mil 400 años, aunque no hay estudioscientíficos que lo avalen. (Villanueva-Díaz, J. 2010)

1.4. Relación con otras disciplinas➢ DENDROECOLOGÍA

Es la rama de la dendrocronología que aplica la técnica de determinación de edades alestudio de procesos ecológicos.

Incide en los estudios de dinámica de poblaciones y comunidades arbóreas, en el análisisde la estructura de edades de los bosques, en la determinación de los patronestemporales y espaciales que inciden en el establecimiento de especies, en la sucesión,etc.

1.4. Relación con otras disciplinas➢ DENDROGEOMORFOLOGÍA

Con las técnicas dendrocronológicas también se pueden realizar estimaciones de laerosión y pérdida de suelo, de la incidencia de avalanchas de nieve o rocas (Stoffel et al.,2010), de la recesión de los glaciares (Harrison et al, 2007).

1.5. Identificación de anillos de crecimiento

➢ El anillo anual de crecimiento del xilema se forma al exterior del que se formó en elaño anterior.

➢ Se divide en dos porciones conocidas como madera temprana y madera tardía.

1.6. Principios dendrocronológicos

➢ Los árboles deben presentar sólo un anillo para cada estación de crecimiento. No sepueden usar especies que agreguen más de un anillo anual durante una estación decrecimiento.

➢ Aunque el crecimiento estacional total es el resultado de muchos factoresinterrelacionados, como genéticos y medioambientales, sólo un factor medioambientaldebe dominar y limitar el crecimiento. En el suroeste de Estados Unidos de América ynorte de México, este factor limitante es la precipitación.

Consideraciones dendrocronológicas

➢ El crecimiento que se propicia por el factor limitante clima debe variaren intensidad de año a año, y los anillos anuales resultantes debenreflejar tal variación en su anchura de crecimiento.

➢ La variable ambiental limitante debe ser uniforme sobre un áreageográfica extensa.

1.6. Principios dendrocronológicosDescomposición de las series de crecimiento

𝑅𝑡 = 𝐴𝑡 + 𝐶𝑡 + 𝛿𝐷1𝑡 + 𝛿𝐷2𝑡 + 𝐸𝑡

➢ Rt es el ancho del anillo observado en determinado año (t).➢ At la tendencia por edad (tamaño).➢ Ct es la señal climática.➢ D1t son los pulsos generados por disturbios endógenos (competencia).➢ D2t son los pulsos generados por disturbios exógenos (plagas, enfermedades,

incendios, aprovechamientos, etc.).➢ Et es la variación no explicada por las otras señales (ruido).➢ δ es el indicador binario de presencia o ausencia de disturbios endógenos (1 ó 0).

1.6. Principios dendrocronológicosSelección de sitio

➢ Donde la especie es más sensible al factor ambiental estudiado.

➢ Por ejemplo, una especie que responda a temperatura generará unaseñal más fuerte donde esta sea mas limitante. Una especie queresponda a precipitación generará una señal más fuerte donde menosllueva.

➢ Localizados en terrenos de ladera con poca disponibilidad de humedad,donde los individuos están más limitados para la humedad y son mássusceptibles a registrar la señal climática.

➢ Los árboles que se seleccionan son aquellos con apariencia longeva,generalmente tienen la punta seca, tallo y corteza torcida en forma deespiral, copa no cónica, ramas caídas, etc.

1.6. Principios dendrocronológicos

1.7. Obtención de muestras➢ El taladro de Pressler es la herramienta

básica en el trabajo dendrocronológico,el cual se utiliza para la extracción denúcleos de incrementos en árbolesvivos.

➢ El proceso para obtener un núcleo oviruta de un árbol consiste enseleccionar una parte sana y sólida enuna sección del tronco, generalmente ala altura del pecho (1.35 m), conocidotambién como diámetro normal.

1.8. Prefechado

➢ La técnica del “skeleton plot” es una forma gráfica de representar de manera subjetiva el grosor de losanillos.

➢ El proceso de fechado se inicia con la construcción de un gráfico de crecimiento “skeleton plot” paracada muestra individual.

➢ Cada una de las líneas verticales en la gráfica de papel corresponde a un anillo. El anillo más internoen la muestra se identifica como anillo cero.

1.8. Prefechado

1.8. Prefechado

Anillo perdido

1.9. Fechado, medición y desarrollo de cronología

➢ Posterior al prefechado para cada una de las muestras, lamedición de éstas se realiza con un micrómetro de precisiónde 0.01 mm y platina de fase deslizable, conectada a unacomputadora.

➢ Las muestras se miden una a una, deslizando la platina yobservando la muestra a través de un estereoscopio con unocular reticulado.

➢ La medición se inicia con el anillo más interno y se procedede esta manera hasta el anillo exterior. En cada anillo semide madera temprana (clara), madera tardía (obscura) yanillo total.

EW

LW

1.9. Fechado, medición y desarrollo de cronología

➢ Generados los archivos de medición de anillo total, madera temprana y tardía,los datos se ingresan al programa COFECHA, donde se realiza el control decalidad del fechado y medición (Holmes, 1983).

➢ Permite identificar segmentos de la serie de anillos que tienen baja correlacióncon la serie maestra y que podrían representar posibles errores de fechado ode medición.

COFECHA

ARSTAN

➢ Realiza la estandarización de las series individuales de cada árbol alremover la varianza debida a factores biológicos, como edad ycrecimiento radial y la varianza de la productividad diferente entremicrositios y cambio en el ambiente de los árboles no relacionadoscon el clima.

𝑅𝑡 = 𝐴𝑡 + 𝐶𝑡 + 𝛿𝐷1𝑡 + 𝛿𝐷2𝑡 + 𝐸𝑡

0

10

20

30

40

50

60

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1808 1858 1908 1958 2008

Tam

ño

de

mu

estr

a (N

um

. n

úcl

eos)

ïnd

ice

de

An

cho

de

An

illo

(R

WI)

Año

RWI Spline Media Tamaño de muestra (Num. núcelos)

1.9. Fechado, medición y desarrollo de cronología

2. Reconstrucción climática2.1. Datos climáticos observados o reconstruidos

18

18.5

19

19.5

20

20.5

21

21.5

22

22.5

23

0

200

400

600

800

1000

1200

Tem

per

atura

med

ia (°C

)

Pre

cipit

ació

n m

edia

anual

(m

m)

Año

Precipitation (mm) Temperature (°C)

2.1. Datos climáticos observados o reconstruidos

Climograma Cuenca del Río Mayo, SonoraNLDAS-2

-0.7

-0.5

-0.3

-0.1

0.1

0.3

0.5

Coef

icie

nte

de

corr

elac

ión

Mes

Precipitation Temperature (p<0.05)

2.2. Análisis de respuesta climática

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014

Índ

ice

de

mad

era

tem

pra

na

(std

EW

)

Pre

cip

itac

ión

acu

mu

lad

a (o

ctu

bre

-may

o m

m)

Año

Acumulated Precipitation stdEW

Periodo acumuladoOctubre-Mayo

r=0.71, n=35, p<0.05

y = 646.82x - 498.79

R² = 0.5012

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

Pre

cip

itac

ión a

cum

ula

da

(oct

ub

re-m

ayo

)

Índice de madera temprana

2.2. Análisis de respuesta climática

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

198

0

198

1

198

2

198

3

198

4

198

5

198

6

198

7

198

8

198

9

199

0

199

1

199

2

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3

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4

199

5

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6

199

7

199

8

199

9

200

0

200

1

200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

200

9

201

0

201

1

201

2

201

3

201

4

Pre

cip

itac

ión (

mm

)

AÑO

CALIBRACIÓN-VERIFICACIÓNoct-may Rec

Periodo

Coeficiente de

correlación

de Pearson

Reducción

del errorValor de “t”

Prueba de

signos

Primera

diferencia

negativaPrecipitación

1980-1996 0.58* 0.32* 2.38 7 4*1997-2014 0.78* 0.82* 4.82* 2* 3*

2.3. Reconstrucción de precipitación e identificación de sequías

0

50

100

150

200

250

300

350

1750 1770 1790 1810 1830 1850 1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010

Pre

cip

itac

ión e

stac

ional

oct

ub

re-m

ayo

(m

m)

Año

Ppt Rec Oct-May Mean Spline

Sequías

Periodo

(años

Precipitación

(mm)

1760-1763 30.68

1772-1775 17.30

1785 54.24

1789 47.12

1801 46.22

1819-1820 44.73

1838 47.64

1857 55.40

1887 50.74

1893-1894 23.22

1916 55.34

1980 21.64

1996 50.29

2000 49.64

2011-2012 25.61

Reconstrucción estacional de precipitación para la cuenca del río Mayo, Sonora

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1808 1828 1848 1868 1888 1908 1928 1948 1968 1988 2008

Pre

cip

itac

ión

acu

mu

lad

a re

const

ruid

a ab

ril-

junio

(m

m)

Año

Ppt_Rec abr-jun Media Spline Media±Des_std

Reconstrucción estacional de precipitación para la región del río Sabinas, Coahuila

2.3. Reconstrucción de precipitación e identificación de sequías

3. Conclusiones

➢ Integración de base de datos paleoclimáticos; es decir, reconstrucción histórica de variablesclimáticas como precipitación, temperatura, presión atmosférica, etc.

➢ Estudio de fluctuaciones hidroclimáticas en el tiempo (inundaciones, sequías), reconstrucción de flujos de agua en sistemas hidrológicos (ríos).

➢ Cambios climáticos globales por efecto de la deforestación, contaminación, calentamiento global.

➢ Estudios ecológicos (estructura de vegetación, frecuencia de incendios, plagas, enfermedades, etc.) para conservación y restauración de ecosistemas.

➢ Estudios ecológicos para conservación de ecosistemas y especies de flora y fauna endémicas.

➢ Tasas de crecimiento de especies forestales económicamente importantes para el aprovechamiento sustentable.

Dr. Aldo Rafael Martínez SifuentesP r o fe s o r U N I D E P C a m p u s To r r e ó n

I nv e s t i ga c i ó n L a b o ra to r i o d e D e n d r o c r o n o l o g í a I N I FA P C E N I D - R A S PA

Im_aldo09@hotmai l . com

Muchas gracias

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Para citar esta presentación:Martínez Sifuentes, A. 2020. La dendrocronología como herramientapara estimar la precipitación histórica y la ocurrencia de sequías:conceptos e identificación de series climatológicas. S e r i e d eS e m i n a r i o s V i r t u a l e s 2 0 2 0 . C o l e g i o M e x i c a n o d eI n g e n i e r o s e n I r r i g a c i ó n ( C O M E I I ) . M é x i c o . 3 0 p p .