Comparación interespecífica de la alometría altura-diámetro en especies nativas

Abstract

La alometría es el estudio de la relación entre el tamaño de las partes de un organismo, siendo esta el resultado de procesos metabólicos a nivel de organismo, como a nivel de población. La alometría altura (h)-diámetro (d) de los árboles es fundamental en ecología forestal y toma de decisiones, para lo cual a partir de una función alométrica, i.e., h = f(d), se estiman sus parámetros (i.e., coeficientes) a partir de una muestra de datos. A pesar de que el ajuste de modelos h-d es una parte fundamental de la caracterización de bosques, en el caso de las especies nativas de Chile, los estudios se han centrado en el desarrollo de modelos de h-d especie-específicos, pero no se ha explorado las diferencias alométricas interespecíficas. Además, en gran parte de los estudios relacionados, se ha ajustado modelos con tamaños muestrales pequeños y/o proviniendo de bosques de diferentes sitios, lo cual interfiere en una apropiada comparación alométrica. El objetivo del presente estudio es comparar la alometría h-d entre especies arboreas nativas. Para ello, se midió la altura y el diámetro de 3000 árboles dentro de 38 unidades de muestreo establecidas en rodales nativos del bosque experimental de Llancahue (39◦45’S, 73◦15’W, Comuna de Valdivia). Para seleccionar un modelo base se ajustaron y compararon 15 funciones no-lineales de h-d ajustadas para Amomyrtus luma, Amomyrtus meli, Eucryphia cordifolia, Gevuina avellana, Laureliopsis philippiana y Nothofagus dombeyi, evaluando sus capacidades predictivas y significancia estadística de sus parámetros. Luego, usando dicho modelo base se comparó la alometría entre especies, mediante los intervalos confidenciales de los parámetros estimados y de los intervalos de predicción del valor esperado de la altura de cada especie. Se obtuvo que una función no-lineal de tres parámetros entrega buenas capacidades predictivas (16-20% aproximadamente) y de comportamiento biológico (i.e., la asíntota o altura máxima) para todas las especies. Las principales diferencias entre especies se dan en términos de su asintota y forma de la curva alométrica. Se identificaron cuatro grupos de especies con una alometría h-d similar: (a) N. dombeyi; (b) E. cordifolia-L. philippiana; (c) A. meli-G. avellana y (d) A. luma. Estos resultados son consistentes con las características autoecológicas de las especies. El estudio provee una comparación cuantitativa de una relación biológica fundamental entre especies de árboles forestales, que se han desarrollado en un mismo sitio, permitiendo inferir por ejemplo un rasgo funcional, la altura máxima, y proveyendo bases para agrupar especies que cuenten con pequeños tamaños muestrales al ajustar modelos h-d en futuras caracterizaciones de bosques nativos.

Allometry is the study of the relationship between the size of an organism parts resulting from metabolic processes at both the organismal and population levels. Tree height (h)-diameter (d) allometry is fundamental in forest ecology and decision-making, where, based on an allometric function, i.e., h = f(d), its parameters (i.e., coefficients) are estimated from a data sample. Although fitting h-d models is a key part of forest characterization, studies on Chilean native species have focused on developing species-specific h-d models, with little exploration of interspecific allometric differences. Moreover, many related studies have fitted models with small sample sizes and/or data from forests in different sites, which complicates appropriate allometric comparisons. This study aims to compare h-d allometry among native tree species. For this, the height and diameter of 3.000 trees were measured within 38 sampling units established in native stands of the Llancahue experimental forest (39°45’S, 73°15’W, Valdivia Commune). To select a baseline model, 15 nonlinear h-d functions were fitted and compared for Amomyrtus luma, Amomyrtus meli, Eucryphia cordifolia, Gevuina avellana, Laureliopsis philippiana, and Nothofagus dombeyi, evaluating their predictive capabilities and the statistical significance of their parameters. Using this baseline model, interspecific allometry was compared by analyzing the confidence intervals of the estimated parameters and the prediction intervals of the expected height for each species. It was found that a three-parameter nonlinear function provided good predictive capabilities (approximately 16-20 %) and biological consistency (e.g., asymptote or maximum height) for all species. The main differences among species were observed in terms of their asymptote and the shape of the allometric curve. Four groups of species with similar h-d allometry were identified: (a) N. dombeyi; (b) E. cordifolia-L. philippiana; (c) Amomyrtus meli-G. avellana; and (d) A. luma. These results are consistent with the autoecological characteristics of the species. The study provides a quantitative comparison of a fundamental biological relationship among forest tree species developed at the same site, allowing for the inference of, for instance, a functional trait, maximum height, and offering a basis for grouping species with small sample sizes when fitting h-d models in future characterizations of native forests.