remcf Revista mexicana de ciencias forestales Rev. mex. de cienc. forestales 2007-1132 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias 10.29298/rmcf.v14i76.1300 Artículo Científico Aprovechamiento de leña en una comunidad de la Sierra Sur de Oaxaca, México Jiménez-Mendoza María Elena 1 Ruiz-Aquino Faustino 1 * Aquino-Vásquez Ciro 1 Santiago-García Wenceslao 1 Santiago-Juárez Waldo 1 Rutiaga-Quiñones José Guadalupe 2 Fuente-Carrasco Mario Enrique 1 Instituto de Estudios Ambientales, Universidad de la Sierra Juárez. México. Universidad de la Sierra Juárez Instituto de Estudios Ambientales Universidad de la Sierra Juárez Mexico Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. México. Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo Mexico Autor para correspondencia; correo-e: ruiz.aquino@unsij.edu.mx

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

María Elena Jiménez-Mendoza: diseño de la investigación, mediciones de campo y laboratorio, procesamiento de datos y redacción del manuscrito; Faustino Ruiz-Aquino: diseño de la investigación, mediciones de campo y laboratorio y redacción del manuscrito; Ciro Aquino-Vásquez: procesamiento de datos y redacción del manuscrito; Wenceslao Santiago-García: procesamiento de datos y redacción del manuscrito; Waldo Santiago-Juárez: procesamiento de datos; José Guadalupe Rutiaga-Quiñones: redacción del manuscrito; Mario Enrique Fuente-Carrasco: redacción del manuscrito. Todos los autores contribuyeron equitativamente en la revisión del documento.

 28 03 2023 Mar-Apr 2023 14 76 22 49 15 08 2022 16 02 2023 Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons Resumen

En diversas comunidades rurales de México, la leña cumple un papel importante como fuente de energía. En función de la zona geográfica, se emplean diferentes especies arbóreas; además, cada localidad ejerce sus propios conocimientos para la recolecta y uso. Este trabajo tuvo como objetivos ubicar taxonómicamente las principales especies forestales utilizadas como leña y analizar su forma de apropiación, uso, manejo y calidad energética en el municipio San Sebastián Coatlán, distrito de Miahuatlán, Oaxaca. Se seleccionaron 45 familias mediante el muestreo de bola de nieve, las que fueron entrevistadas mediante una encuesta semiestructurada. A la madera de las especies identificadas se le determinó la densidad básica y el poder calorífico según las normas de American Society for Testing and Materials (ASTM). Los resultados indican que 40 % de los entrevistados utiliza exclusivamente leña, y 60 % usa leña y gas licuado de petróleo (LP). Se registraron doce taxa, las más utilizadas fueron: Quercus laurina 22 %, Q. glaucoides 18 % y Q. resinosa 17 %. La densidad básica de su madera varió de 0.50 a 0.81 g cm-3 para Lippia myriocephala y Dodonaea viscosa, respectivamente. Su poder calorífico fue de 19.53 a 21.06 MJ kg-1 para Acacia pennatula y Dodonaea viscosa, respectivamente. En conclusión, por su densidad básica, poder calorífico y distribución en la zona de estudio, las especies más utilizadas como leña pertenecen al género Quercus.

 Palabras clave Dendroenergía densidad básica encinos energía renovable leña poder calorífico superior Introducción

Los combustibles derivados de la biomasa forestal han sido parte de la vida cotidiana del hombre desde que descubrió el fuego. Actualmente, la leña y el carbón vegetal continúan siendo un insumo energético para atender las necesidades humanas y productivas, tanto en los países en desarrollo como en los industrializados. La leña es esencial en las comunidades rurales debido a que satisface necesidades energéticas e incluso cuando surgen nuevas tecnologías, sigue siendo el insumo principal (Guyat et al., 2004; Vázquez et al., 2016).

La demanda creciente de energía implica la utilización persistente de combustibles fósiles como el petróleo y sus derivados; no obstante, su carácter de recurso no renovable y sus niveles altos de emisiones de gases de efecto invernadero, ponen énfasis en las energías renovables. La dendroenergía o energía procedente de combustibles de madera, es un recurso renovable y su uso como combustible no aumenta la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la atmosfera, al mismo nivel de los combustibles fósiles (Pinilla y Hernández, 2010).

En el ámbito mundial, los países con mayor producción de leña en 2020 fueron: India (301 millones de m3), China (157 millones de m3), Brasil (123 millones de m3) y Etiopía (114 millones de m3) (FAO, 2020). En México, la leña representa 5.4 % (449 409 m3r) de la producción forestal maderable. Los principales estados productores en 2018 fueron: Chihuahua (35.6 %), Puebla (13.5 %), Oaxaca (9.8 %) y Durango (9.3 %) (Semarnat, 2021). Sin embargo, en México las cifras registradas de leña son bajas en relación con lo registrado en otras naciones, si se considera que la leña es uno de los productos maderables más complicados de cuantificar, debido al uso constante que hacen las comunidades para satisfacer sus necesidades de combustible.

El uso de leña debe realizarse de manera sostenible. Por ello, es necesario plantear acciones como implementar programas de combustibles y estufas ahorradoras que se traduzcan en beneficios ecológicos, sociales y de salud. La utilización de estufas mejoradas reduce 44 % el consumo de leña en comparación con el empleo del fogón tradicional (May, 2013; Ruiz-Mercado y Masera, 2015).

La selección de especies arbóreas con potencial energético es necesaria para determinar la calidad del combustible, en la cual tanto el poder calorífico como la densidad básica de la madera son dos de sus indicadores más importantes (Escobar-Ocampo et al., 2009).

Los objetivos del presente estudio fueron identificar los principales taxa forestales que se utilizan como leña en el municipio San Sebastián Coatlán, distrito de Miahuatlán, Oaxaca; analizar la forma de apropiación, su uso y manejo, así como, evaluar su calidad energética.

 Materiales y Métodos Área de estudio

El estudio se realizó en la cabecera municipal de San Sebastián Coatlán, distrito de Miahuatlán, Oaxaca, México. El municipio tiene una superficie total de 19 030 ha, se encuentra en un intervalo altitudinal de 100 a 2 300 m y la vegetación predominante corresponde a bosque de pino-encino (Monjaraz, 2013).

Los tipos de clima predominantes en la región corresponden al cálido subhúmedo con lluvias en verano (58.92 %); semicálido húmedo con abundantes lluvias en verano (17.82 %); templado subhúmedo con lluvias en verano, más húmedo (14.58 %); semicálido subhúmedo con lluvias en verano (6.01 %); y templado subhúmedo con lluvias en verano, de humedad media (2.67 %) (INEGI, 2008). La cabecera municipal la habita una población total de 1 226 habitantes, de los cuales 585 son hombres y 641 mujeres (Inegi, 2020).

 Aplicación de encuesta

La recopilación de datos de campo implicó el diseño y aplicación de una encuesta semiestructurada a una muestra de la población de 45 familias del área de estudio, mediante un muestreo aleatorio no probabilístico, conocido como método bola de nieve, el cual a partir de un núcleo básico de muestra, de pocos casos, que reúne una serie de características de interés para el estudio, se construye progresivamente la muestra; es decir, de un miembro o grupo que sugiere vincularse con otros individuos, y así sucesivamente (Atkinson y Flint, 2001; Bisquerra, 2009; Hernández et al., 2014; López-Roldán y Fachelli, 2015; Rivas, 2017). La aplicación de este tipo de muestreo se justifica ante la imposibilidad de reconocer o localizar la población de interés, debido a que es una comunidad marginal y dispersa geográficamente (INEGI, 2011; Baltar y Gorjup, 2012), además, es un método que se ha empleado, de manera importante, en trabajos de investigación de tipo cualitativo y exploratorio.

Con base en lo anterior, el muestreo consistió en ubicar a un individuo potencial que utiliza en casa leña para diversas actividades, quien recomendó a otras personas, y así sucesivamente hasta tener una muestra representativa de la población. En las encuestas se recabó información sobre las principales especies arbóreas que se utilizan como combustible, forma de uso y su manejo.

A fin de corroborar si el número de encuestas aplicadas a la población participante era el adecuado, se generó la curva de acumulación de especies señaladas por las familias encuestadas en la comunidad San Sebastián Coatlán.

 Colecta de ejemplares e identificación

La colecta botánica de las principales especies forestales registradas en las encuestas se hizo a partir de la localización de cada ejemplar representativo y saludable, de los cuales de obtuvieron muestras de flores, ramas con hojas, frutos y amentos (BCMF, 1996).

La identificación de las especies se realizó en el herbario de la Universidad de la Sierra Juárez. Se utilizó el manual Flora Fanerogámica del Valle de México (Calderón de Rzedowski y Rzedowski, 2005), la revisión del género Leucaena en México (Zárate, 1994) y la Flora del Bajío (Rzedowski y Calderón de Rzedowski, 2002; Andrade et al., 2007). Los ejemplares de encino se identificaron utilizando diferentes manuales (González, 1986; Romero et al., 2002; Zavaleta, 2003).

 Densidad básica de la madera

Para determinar la densidad básica de la madera, se siguió la metodología de la ASTM D143-94 (ASTM, 2007) bajo la ecuación siguiente:

D b = P o V v            

Donde:

Db = Densidad básica (g cm-3)

P o = Peso anhidro de la madera (g)

V v = Volumen verde de la madera (cm-3)

 Poder calorífico superior

El poder calorífico se determinó mediante la norma ASTM E711-87 (ASTM, 2004). El ensayo se realizó en un calorímetro de chaqueta plana Parr® modelo 1341.

 Análisis estadístico

En el análisis de datos se emplearon 12 tratamientos (especies forestales). Se evaluó la densidad básica y el poder calorífico con cinco repeticiones. Las diferencias significativas en cada tratamiento se evaluaron con un Diseño Completamente al azar (DCA), mediante una prueba de comparación de medias de Tukey a un nivel de significancia de α=0.05 en el paquete estadístico SAS® versión 9.0 (Montgomery, 1997; SAS institute Inc., 2014).

El modelo ajustado fue el siguiente:

Y i j = μ + τ i +   ε i j

Donde:

Yij = Respuesta del tratamiento i en su repetición j

µ = Efecto promedio general

τi = Efecto del i-ésimo tratamiento

εij = Término de error aleatorio, donde los ( ij tienen una distribución normal e independiente con media 0 y varianza constante

 Resultados y Discusión Intervención de la población en el uso de leña

De acuerdo con la autoridad agraria de San Sebastián Coatlán, en su territorio el régimen de propiedad es de tipo comunal y privada. Las personas que poseen terrenos en la comunidad con vegetación arbórea abundante pueden seleccionar árboles que consideran leña de mejor calidad; por el contrario, aquellas personas que carecen de tierras, recurren a comprar la leña o utilizan especies con menor aptitud para su uso energético. Antonio et al. (2006) señalan que no todas las comunidades administran y manejan la vegetación para producir leña, porque esa posibilidad está estrechamente relacionada con la tenencia de la tierra.

De acuerdo con el Programa de Manejo Forestal (PMF), el aprovechamiento forestal en la comunidad se realiza mediante el Método Mexicano de Ordenación de Bosques Irregulares (MMOBI), mediante el método de selección que consiste en la remoción del arbolado que presenta el criterio de madurez, en forma individual o por grupos pequeños a intervalos constantes. Lo anterior indica que, dentro de los tratamientos silviculturales intermedios y la cosecha, no se genera un gran volumen de residuos leñosos (Cofosa, 2013). Las ramas y puntas que proceden del aprovechamiento maderable no se utilizan como combustible debido a que la mayoría pertenecen a especies de coníferas.

 Preferencia del uso de leña

La curva de acumulación de especies muestra que conforme se realizó la encuesta y se registraron los taxa, esta aumentó en los primeros hogares y después se estabilizó, hasta llegar a un punto asintótico (Figura 1); ello concuerda con lo propuesto por Álvarez et al. (2006), quienes citan que cuando una curva de acumulación es asintótica, aunque se aumente el número de unidades de muestreo o de individuos censados, es decir, se incremente el esfuerzo, el número de especies no será mayor.

Curva de acumulación de especies registradas en las encuestas aplicadas en el municipio San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca.

La curva se obtuvo empleando el método de proyección de riqueza propuesto por Mao et al. (2005). Esto permitió obtener una lista de 12 especies de plantas utilizadas como combustible en la comunidad San Sebastián Coatlán.

La población femenina, en su mayoría, se dedica a las labores domésticas, su principal actividad es cocinar y utilizan leña como combustible esencial. Se encuestaron 45 familias, de las cuales 40 % usa exclusivamente leña, en tanto que 60 % la utiliza en combinación con gas LP. Lo mismo sucede en el ejido Los Sauces, municipio Tepalcingo, Morelos, donde 40 % de los hogares emplean únicamente leña y 60 % la combinan con gas LP (Yescas et al., 2016). En este sentido, en un estudio realizado en Yanhuitlán, Oaxaca, se documenta que 18 % ocupa exclusivamente leña y 82 % la combina con otro combustible, en particular gas LP, debido a la facilidad en su manejo y su rapidez para encender (Contreras-Hinojosa et al., 2003).

Los resultados indican que el porcentaje de personas que utilizan solamente leña es menor al que usa una combinación de leña y gas LP, debido a la practicidad de combinar ambos productos para producir calor, sobre todo en temporadas de lluvia, cuando se dificulta su traslado y el contenido de humedad de la madera es alta, lo que obstaculiza su encendido.

Las 45 familias encuestadas que continúan empleando principalmente leña, comentaron que lo hacen porque al cocinar, el sabor de los alimentos es más agradable al paladar, además para algunas otras actividades este producto es irremplazable, por ejemplo, en la elaboración de tortillas, de pan y algunas familias que se dedican a la carnicería. El gas LP solo lo utilizan para preparar algunos alimentos o cocer otros que no requieren una gran cantidad de calor. En Usme, Bogotá, sucede algo similar, donde se usa leña por la calidad que agregan a los alimentos, por tradición y a la economía del combustible (Sierra-Vargas et al., 2014).

 Selección de leña en campo

Los hombres son los que se encargan de la recolecta de la leña, sobre todo cuando son grandes volúmenes. Para realizar esta actividad, las personas seleccionan en su propiedad aquellos árboles con los diámetros y alturas mayores, y posteriormente los derriban. Los ejemplares de dimensiones menores quedan en pie para su crecimiento y desarrollo, con la finalidad de que en fechas posteriores se aprovechen. También utilizan como leña los individuos que se derriban en el proceso de roza, tumba y quema. En algunas ocasiones, el responsable de la familia recolecta la leña en combinación con otras actividades agrícolas, es decir, aprovechan su salida al campo para que durante el regreso a sus hogares lleven la leña en animales de carga. En diversos estudios hay registros de que la leña se obtiene del corte de árboles verdes completos, árboles muertos, recolecta de ramas y de material leñoso del suelo; además, la leña se extrae del monte, de la milpa, del solar o traspatio, incluso de parques o jardines públicos (Quiroz y Cantú, 2012; Salgado-Terrones et al., 2017; Jung y Huxham, 2019).

Las mujeres y niños recolectan leña en las cercanías de la comunidad, ellos se encargan de recolectar leñas de cortas dimensiones y en diámetros pequeños, este combustible por lo regular está en estado seco y se desconoce el tipo de árbol al que perteneció. Cavalcanti et al. (2019) y Jung y Huxham (2019) señalan que quien recolecta la leña es, principalmente, el jefe de familia (hombre o mujer), con ayuda eventual de los hijos pequeños y parientes cercanos.

En México, los principales recolectores de leña son las mujeres y niños (Masera et al., 2006). La recolección es el espacio social de convivencia donde interactúan los integrantes de la familia y las familias entre sí, esta actividad ayuda a fortalecer el tejido social y, además, sirve para planear diferentes actividades para el desarrollo de la comunidad.

 Traslado de la leña

El traslado de la leña en grandes volúmenes se realiza en camionetas con capacidad de 1 y 3 t. La frecuencia de recolección depende de la cantidad que se consume en los hogares, lo cual está en función del número de integrantes que conforman la unidad familiar. De los hogares entrevistados, 31 % recolecta leña cada 6 meses, 22 % una vez al año, 18 % cada 8 días y 29 % lo hace de manera más frecuente. Semenya y Machete (2019) documentan que entre los factores que influyen para el consumo de leña está el tamaño de la familia, la asequibilidad del combustible y su disponibilidad.

La lejanía, en cuanto al tiempo de traslado de los sitios en donde los responsables de familia recolectan la leña varía desde 10 minutos hasta 2 horas de la comunidad; al respecto, Contreras-Hinojosa et al. (2003) registran que para el abastecimiento de leña, los recolectores invierten de 30 minutos a 2.5 horas, en función de la ubicación de sus parcelas.

Una vez que el combustible llega a los hogares de cada familia, el hombre es responsable de cortar aquellos leños que tienen diámetros grandes en trozas más pequeñas para después acomodarlas en “tareas”, que constituyen un apilamiento de leña de aproximadamente 1.5 m de alto por 2 m de largo. En temporada de lluvias, las familias guardan y protegen la leña en su casa para tener una buena calidad de fuego al momento de utilizar el combustible. Quiroz y Cantú (2012) indican que cuando la leña se apila en la vivienda, sus habitantes la cuidan y protegen porque de ella depende su bienestar; en la época de lluvia la resguardan para evitar que se humedezca, lo que dificulta su encendido. En la época seca, la leña verde o semiverde se deja secar al aire libre.

 Tipos de fogones utilizados en la comunidad

Con base en el Censo de la Unidad Médica Rural (CUMR, 2020), en la población de San Sebastián Coatlán, 99.7 % de sus habitantes tienen la cocina independiente al resto de la casa y 0.23 % carecen de un cuarto separado para cocinar. Con datos de las encuestas, 64 % cocina en fogones tipo “U”, 16 % tiene estufas “Lorena”, 11 % cocina en fogones de “tres piedras” y 8 % utiliza una combinación de las estufas mencionadas. Por el contrario, en La Montaña de Guerrero se observó que 45 % de los encuestados utilizan fogón de “tres piedras”, 43.3 % estufa tipo “Lorena” y 11.7 % fogón abierto con y sin chimenea (Salgado-Terrones et al., 2017). En Chiapas, 96 % usa fogón abierto tradicional de tres o más piedras, tipo “U” o doble “U” y 4 % fogones ahorradores de leña (Escobar-Ocampo et al., 2009). Los fogones abiertos (tradicionales) son los predominantes, sin embargo, estos no aprovechan todo el poder calorífico de la leña.

El fogón abierto genera niveles altos de contaminación al interior de la vivienda, presentan baja eficiencia en los procesos de cocción o calentamiento y, en consecuencia, demandan una gran cantidad de leña (Masera et al., 2006; Escobar-Ocampo et al., 2009). Además, el humo generado por este sistema tradicional puede causar enfermedades respiratorias, sensibilización alérgica, alteraciones agudas y crónicas de la función pulmonar, así como problemas oculares y disminución de la calidad del aire dentro de la vivienda (García-Sancho et al., 2013; Flores, 2016).

 Especies utilizadas como combustible en la comunidad

Con base en las encuestas realizadas, dentro de la comunidad se tiene el registro de 12 especies utilizadas como leña (Cuadro 1).

Especies utilizadas como leña en el municipio San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca.
Nombre común Especie Poder calorífico superior (MJ kg-1) Densidad básica (g cm-3)
Chamizo Dodonaea viscosa Jacq. 21.06 (0.12) A 0.81 (0.01) A
Madroño Arbutus xalapensis Kunth 21.05 (0.36) A 0.60 (0.02) CD
Abidul Alnus jorullensis Kunth 21.03 (0.24) A 0.52 (0.03) E
Encino de raja Quercus candicans Née 20.88 (0.19) AB 0.70 (0.02) B
Guajal Leucaena diversifolia (Schltdl.) Benth. 20.84 (0.13) AB 0.70 (0.02) B
Palo de gusano Lippia myriocephala Schltdl. & Cham. 20.53 (0.21) ABC 0.50 (0.04) E
Encino yegareche Quercus resinosa Liebm. 20.28 (0.17) BC 0.77 (0.00) A
Encino negro Quercus glaucoides M. Martens & Galeotti 20.20 (0.15) C 0.78 (0.01) A
Igazeta Montanoa leucantha subsp. arborescens (DC.) V. A. Funk 20.10 (0.52) CD 0.54 (0.02) DE
Encino blanco Quercus laurina Bonpl. 19.92 (0.51) CD 0.72 (0.03) B
Encino cucharilla Quercus rugosa Née 19.91 (0.10) CD 0.79 (0.02) A
Espinal Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth. 19.53 (0.30) D 0.60 (0.01) C

Los valores entre paréntesis representan la desviación estándar. Las letras mayúsculas iguales en el sentido de las columnas indican igualdad estadística (Tukey p≥0.05).

En el municipio San Sebastián Coatlán se distribuyen coníferas y latifoliadas; la madera de coníferas se destina a la industria del aserrío, mientras que las latifoliadas se utilizan como leña, principalmente especies del género Quercus. Una situación similar sucede en los Altos de Chiapas, donde la especie predominante y con mayor potencial combustible es el encino (Soares, 2006).

Entre las familias encuestadas, los combustibles más utilizados son: el encino blanco (Quercus laurina Bonpl.) con 22 %, seguido del encino negro (Quercus glaucoides M. Martens & Galeotti) con 18 % y el encino yegareche (Quercus resinosa Liebm.) con 17 % (Figura 2). En general, el género Quercus tiene una frecuencia de uso de 79 %, y 21 % corresponde a otras latifoliadas.

Porcentaje de uso de las especies preferidas como leña en San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca.

Las amas de casa argumentan que prefieren utilizar encino como leña, debido a que arde mejor y el carbón que deja al terminar de quemarse es de buena calidad, es decir, conserva una brasa duradera y potente, además de que estas especies generan poco humo. La cantidad de humo que generan está en relación con la cantidad de materia volátil, se ha observado que algunas especies de encino tienen una cantidad menor de volátiles y mayor poder calorífico comparado con otras latifoliadas (Ruiz-Aquino et al., 2015). El mismo patrón de uso se registra en una comunidad del estado de Guerrero, donde la especie preferida como leña es Quercus magnoliifolia Née (Mozo y Silva, 2022).

En dos municipios de Puebla, se cita que los atributos para especies dendroenergéticas son: calidad del quemado (32 %), abundancia de la especie (30 %), obtención de brasas (24 %), y la producción de poco humo (14 %) (Vázquez et al., 2016); lo anterior se traduce en densidad básica alta, mayor poder calorífico y menor cantidad de cenizas y volátiles. La mayoría de los estudios que incluyen la calidad de la leña se han realizado desde un enfoque cualitativo, en el que se considera la preferencia por usos y saberes de las mujeres que la utilizan (Contreras-Hinojosa et al., 2003; Escobar-Ocampo et al., 2009; Quiroz-Carranza y Orellana, 2010). Sin embargo, en el presente trabajo se incluyeron datos cuantitativos como la densidad básica y el poder calorífico superior que permitieron determinar que la preferencia en el uso de la leña se relacionó con la densidad básica de la madera, ya que 79 % de personas entrevistadas prefieren la leña de encino, catalogada como de densidad alta.

 Densidad básica y poder calorífico superior

La especie que presentó mayor densidad básica fue Dodonaea viscosa Jacq. (0.81 g cm-3), y Lippia myriocephala Schltdl & Cham. (0.50 g cm-3) registró la densidad básica menor (Cuadro 1).

De acuerdo con la clasificación de densidad básica de Sotomayor (2005), 25 % de las especies estudiadas se clasifican como de densidad media: Lippia myriocephala, Alnus jorullensis Kunth y Montanoa leucantha subsp. arborescens (DC.) V. A. Funk; 67 % como categoría de densidad alta: Arbutus xalapensis Kunth, Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth., Quercus candicans Née, Leucaena diversifolia (Schltdl.) Benth., Quercus laurina, Q. resinosa, Q. glaucoides y Q. rugosa Née; y solo 8 % son de densidad muy alta: Dodonaea viscosa. La densidad básica de la madera está estrechamente relacionada con otras propiedades como la resistencia mecánica, rigidez, conductividad térmica y el poder calorífico, este último es la variable primordial para determinar la calidad de la madera como combustible (Gutiérrez et al., 2010; Silva et al., 2013).

En relación con el poder calorífico de las 12 especies, varió en un intervalo de 19.53 a 21.06 MJ kg-1; estadísticamente pueden separarse en tres grupos (Cuadro 1), las medias dentro de cada uno de ellos presentan igualdad estadística. El poder calorífico superior de la madera es una variable elemental para determinar su potencial energético, y por lo tanto, considerarla como una fuente de materia prima para leña (Shanavas y Kumar, 2003; Apolinar et al., 2017).

Dentro de las especies en San Sebastián Coatlán, las especies del género Quercus estuvieron entre las más utilizadas como combustible en forma de leña y registraron un poder calorífico superior al intervalo documentado por Ruiz-Aquino et al. (2015) y Herrera-Fernández et al. (2017), quienes citan valores de 15.78 a 19.40 MJ kg-1 para cuatro taxones de encinos. En el presente estudio se observó que la preferencia de los habitantes de San Sebastián Coatlán por el uso de los combustibles biomásicos está relacionada con la densidad básica y el poder calorífico superior de la madera, atributos importantes en la selección de biomasa con fines dendroenergéticos (Ríos et al., 2018). Al respecto, Protásio et al. (2014) indican que la densidad básica es una característica importante de la madera y se debe considerar como criterio para la selección de fuentes de biomasa, además se relaciona directamente con la producción de energía por unidad de volumen.

 Conclusiones

En la cabecera municipal San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca, se registran 12 especies que se usan como leña; las tres más utilizadas son el encino blanco (Quercus laurina), seguido del encino negro (Quercus glaucoides) y el encino yegareche (Quercus resinosa). Estos taxa presentan una densidad alta y un poder calorífico de 19.92, 20.20 y 20.28 MJ kg-1, respectivamente; por ello, los habitantes las consideran buenos combustibles. La densidad básica de las especies y el poder calorífico permiten considerar a las especies con potencial dendroenergético. Dodonaea viscosa tiene la densidad básica más alta (0.81 g cm-3) y el mayor poder calorífico (21.06 MJ kg-1).

La población de San Sebastián Coatlán entrevistada señala el uso exclusivo de leña en menor proporción (40 %), en comparación con aquellos que la combinan con el uso de gas LP (60 %).

 Agradecimientos

A los integrantes del Comisariado de Bienes Comunales de San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca por las facilidades otorgadas para el desarrollo de este trabajo.

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The authors declare no conflict of interest.

María Elena Jiménez-Mendoza: research design, field and laboratory measurements, data processing and writing of the manuscript; Faustino Ruiz-Aquino: research design, field and laboratory measurements, and writing of the manuscript; Ciro Aquino-Vásquez: data processing and writing of the manuscript; Wenceslao Santiago-García: data processing and writing of the manuscript; Waldo Santiago-Juárez: data processing; José Guadalupe Rutiaga-Quiñones: drafting of the manuscript; Mario Enrique Fuente-Carrasco: drafting of the manuscript. All authors contributed equally to the review of the paper.

 Abstract

In several rural communities in Mexico, wood plays an important role as an energy source. Depending on the geographic area, different tree species are used as fuel, and each locality has its knowledge of collecting and using firewood. This work aims to taxonomically locate the main forest species used as fuelwood and to analyze their appropriation, use, management, and energy quality in San Sebastián Coatlán, Miahuatlán municipality, state of Oaxaca. Forty-five families were selected and interviewed through a semi-structured survey, using the snowball sampling. The basic density and calorific value of wood of the identified species were determined according to ASTM (American Society for Testing and Materials) standards. The results indicate that 40 % of the interviewees use firewood exclusively, and 60 % use firewood and Liquefied Petroleum Gas (LPG). Twelve species were recorded as being used as firewood, the most used species are: Quercus laurina 22 %, Q. glaucoides 18 % and Q. resinosa 17 %. The species basic density varied from 0.50 to 0.81 g cm-3 for Lippia myriocephala and Dodonaea viscosa, respectively. Their calorific value was from 19.53 to 21.06 MJ Kg-1 for Acacia pennatula and Dodonaea viscosa, respectively. In conclusion, due to their basic density, calorific value, and distribution in the study area, the species most used as fuel belong to the genus Quercus.

 Key words Wood energy basic density oaks renewable energy firewood high heating value Introduction

Fuels derived from forest biomass have been part of man's daily life since he discovered fire. Currently, firewood and charcoal continue to be an energy input to meet human and productive needs, both in developing and industrialized countries. Firewood is essential in rural communities because it meets energy needs and, even when new technologies emerge, it continues to be the main input (Guyat et al., 2004; Vázquez et al., 2016).

The growing demand for energy implies the persistent use of fossil fuels, such as oil and its derivatives; however, its nature as a non-renewable resource and its high levels of greenhouse gas emissions emphasize renewable energy. Wood energy or energy from wood fuels is a renewable resource and its use as fuel does not increase the concentration of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere, at the same level as fossil fuels (Pinilla and Hernández, 2010).

Globally, the countries with the highest production of firewood in 2020 were: India (301 million m3), China (157 million m3), Brazil (123 million m3) and Ethiopia (114 million m3) (FAO, 2020). In Mexico, firewood represents 5.4 % (449 409 m3r) of timber forest production. The main producing states in 2018 were: Chihuahua with 35.6 %, Puebla (13.5 %), Oaxaca (9.8 %) and Durango (9.3 %) (Semarnat, 2021). However, in Mexico the registered numbers for firewood are low in relation to what is recorded in other nations, considering that firewood is one of the most difficult timber products to quantify, from the regular use made by communities to satisfy their needs.

The use of firewood must be done in a sustainable way; therefore, it is necessary to propose actions such as implementing programs for saving fuels and stoves that translate into ecological, social, and health benefits. The use of improved stoves reduces the consumption of firewood by 44 % compared to the use of traditional stoves (May, 2013; Ruiz-Mercado and Masera, 2015).

The selection of tree species with energy potential is necessary to determine the quality of the fuel, in which both the calorific value and the basic density of the wood are two of its most important indicators (Escobar-Ocampo et al., 2009).

The objectives of this study were to identify the main forest taxa that are used as firewood in the San Sebastián Coatlán municipality, Miahuatlán district, Oaxaca; analyze the form of appropriation, its use and management, as well as evaluate its energy quality.

 Materials and Methods Study area

The study was carried out in San Sebastián Coatlán, Miahuatlán district, Oaxaca, Mexico. The municipality has a total area of 19 030 ha, is located in an altitudinal interval of 100 to 2 300 m, and the predominant vegetation corresponds to pine-oak forest (Monjaraz, 2013).

The predominant types of climate in the region are warm sub-humid with rains in summer (58.92 %); semi-warm humid with abundant rains in summer (17.82 %); sub-humid temperate with summer rains, more humid (14.58 %); semi-warm sub-humid with summer rains (6.01 %); and temperate sub-humid with rains in summer, of average humidity (2.67 %) (INEGI, 2008). The municipaltown is inhabited by a total population of 1 226 inhabitants, of which 585 are men and 641 women (Inegi, 2020).

 Survey application

The collection of field data involved the design and application of a semi-structured survey to a population sample of 45 families in the study area, through a non-probabilistic random sampling, known as the snowball method, which from a nucleus basic sample, of few cases, that gathers a series of characteristics of interest for the study, the sample is built progressively. That is, of a member or group that suggests linking with other individuals, and so on (Atkinson and Flint, 2001; Bisquerra, 2009; Hernández et al., 2014; López-Roldán and Fachelli, 2015; Rivas, 2017). The application of this type of sampling is justified given the impossibility of recognizing or locating the population of interest, because it is a marginal and geographically dispersed community (INEGI, 2011; Baltar and Gorjup, 2012). It is also a method that has been used, in an important way, in qualitative and exploratory research works.

Based on the above, the sampling consisted of locating a potential individual who uses firewood for various activities at home, who recommended it to other people, and so on until a representative sample of the population was obtained. In the surveys, information was collected on the main tree species that are used as fuel, the form of use and its management.

In order to corroborate if the number of surveys applied to the participating population was adequate, the accumulation curve of species indicated by the families surveyed in the community of San Sebastián Coatlán was generated.

 Collection of specimens and identification

The botanical collection of the main forest species recorded in the surveys was made from the location of each representative and healthy specimen, from which samples of flowers, branches with leaves, fruits and catkins were obtained (BCMF, 1996).

The identification of the species was carried out in the herbarium of the Universidad de la Sierra Juárez. The manual Flora Phanerogamic of the Valley of Mexico (Calderón de Rzedowski and Rzedowski, 2005), the revision of the genus Leucaena in Mexico (Zárate, 1994) and the Flora of the Bajío (Rzedowski and Calderón de Rzedowski, 2002; Andrade et al., 2007). The oak specimens were identified using different manuals (González, 1986; Romero et al., 2002; Zavaleta, 2003).

 Basic density of wood

To determine the basic density of wood, the methodology of ASTM D143-94 (ASTM, 2007) was followed, under the following equation:

D b = P o V v            

Where:

Db = Basic density (g cm-3)

P o = Anhydrous weight of wood (g)

V v = Green volume of wood (cm-3)

 Higher calorific power

The calorific value was determined using the ASTM E711-87 standard (ASTM, 2004). The test was carried out in a Parr® (1341) flat jacket calorimeter.

 Statistic analysis

In the data analysis, 12 treatments (forest species) were used. The basic density and the calorific power were evaluated with five replications. The significant differences in each treatment were evaluated with a Completely Random Design (DCA), using a Tukey mean comparison test at a significance level of α=0.05, in the statistical package SAS® version 9.0 (Montgomery, 1997; SAS Institute Inc., 2014).

The adjusted model was the following:

Y i j = μ + τ i + ε i j

Where:

Y ij = Response of treatment i in its replication j

µ = General average effect

τi = Effect of the ith treatment

εij = Random error term, where the ( ij have a normal and independent distribution with mean 0 and constant variance

 Results and Discussion Intervention of the population in the use of firewood

According to the agrarian authority of San Sebastián Coatlán, the property regime in its territory is communal and private. People who own land in the community with abundant tree vegetation can select trees that they consider to be better quality firewood; on the contrary, those people who lack land, resort to buy firewood or use species with less aptitude for their energy use. Antonio et al. (2006) point out that not all communities administer and manage vegetation to produce firewood, because this possibility is closely related to land tenure.

Based upon the Forest Management Program (PMF, for its acronym in Spanish), forest use in the community is carried out using the Mexican Method for the Management of Irregular Forests (MMOBI, for its acronym in Spanish), through the selection method that consists of the removal of trees that present the criteria of maturity, singly or by small groups at constant intervals. This indicates that, within the intermediate forestry treatments and the harvest, a large volume of woody residues is not generated (Cofosa, 2013). The branches and tips that come from timber harvesting are not used as fuel because most of them belong to coniferous species.

 Preference for the use of firewood

The species accumulation curve shows that as the survey was carried out and the taxa were recorded, it increased in the first homes and then stabilized, until reaching an asymptotic point (Figure 1). This agrees with what was proposed by Álvarez et al. (2006), who cite that when an accumulation curve is asymptotic, even if the number of sampling units or individuals registered is increased, that is to say, the effort is increased, the number of species will not be greater.

Species accumulation curve registered in the surveys applied in the <italic>San Sebastián Coatlán</italic> municipality, <italic>Miahuatlán</italic>, <italic>Oaxaca</italic>.

The curve was obtained using the wealth projection method proposed by Mao et al. (2005). This allowed obtaining a list of 12 plant species used as fuel in the San Sebastián Coatlán community.

The majority of the female population is dedicated to domestic chores, their main activity is cooking and they use firewood as essential fuel. 45 families were surveyed, of which 40 % exclusively use firewood, while 60 % use it in combination with LP gas. The same happens in the Los Sauces ejido, Tepalcingo municipality, state of Morelos, where 40 % of households use only firewood and 60 % combine it with LP gas (Yescas et al., 2016). In this sense, in a study carried out in Yanhuitlán, Oaxaca, it is documented that 18 % uses exclusively firewood and 82 % combines it with another fuel, particularly LP gas, due to its ease of handling and its quickness to ignite (Contreras-Hinojosa et al., 2003).

Results indicate that the percentage of people who only use firewood is lower than the one who uses a combination of firewood and LP gas, due to the practicality of combining both products to produce heat, especially in rainy seasons, when its transfer is difficult and the moisture content of the wood is high, which hinders its ignition.

The 45 families surveyed that continue to use firewood mainly commented that they do so because when cooking, the flavor of the food is more pleasant to the palate, also for some other activities this product is irreplaceable, for example, in the elaboration of tortillas, bread and some families that are dedicated to the butcher shop. LP gas is only used to prepare some foods or cook others that do not require a large amount of heat. Something similar happens in Usme, Bogotá, where firewood is used for the quality it adds to food, for tradition and for fuel economy (Sierra-Vargas et al., 2014).

 Selection of firewood in the field

Men are the ones in charge of collecting firewood, especially when they are large volumes. To carry out this activity, people select those trees with the largest diameters and heights on their property, and then cut them down. The smaller specimens remain standing for their growth and development, so that they can be used at later dates. Also they use as firewood the individuals that are felled in the process of slashing and burning. On some occasions, the head of the family collects firewood in combination with other agricultural activities, that is, they take advantage of their trip to the fields so that during their return to their homes they carry the firewood on pack animals. In various studies, there are records that firewood is obtained from the cutting of whole green trees, dead trees, collection of branches and woody material from the soil. In addition, firewood is extracted from the forest, from the maize field, from the plot or backyard, even from parks or public gardens (Quiroz and Cantú, 2012; Salgado-Terrones et al., 2017; Jung and Huxham, 2019).

Women and children collect firewood in the vicinity of the community, as they are in charge of collecting firewood of short dimensions and in small diameters; this fuel is usually in a dry state and the type of tree to which it belonged is unknown. Cavalcanti et al. (2019) and Jung and Huxham (2019) point out that the person who collects firewood is mainly the head of the family (man or woman), with occasional help from small children and close relatives.

In Mexico, the main collectors of firewood are women and children (Masera et al., 2006). The collection is the social space of coexistence where the members of the family and the families interact with each other; this activity helps to strengthen the social fabric and also serves to plan different activities for the development of the community.

 Firewood transfer

The transfer of firewood in large volumes is carried out in trucks with a 1 and 3 t capacity. The frequency of collection depends on the amount consumed at home, which is a function of the number of members that make up the family unit. Of the households interviewed, 31 % collect firewood every 6 months, 22 % once a year, 18 % every 8 days and 29 % do it more frequently. Semenya and Machete (2019) document that among the factors that influence the consumption of firewood is the size of the family, the affordability of fuel and its availability.

The distance, in terms of travel time of the places where family heads collect firewood varies from 10 minutes to 2 hours from the community; in this regard, Contreras-Hinojosa et al. (2003) record that collectors invest from 30 minutes to 2.5 hours to supply firewood, depending on the location of their plots.

Once the fuel arrives at the home of each family, the man is responsible for cutting those logs that have large diameters into smaller pieces to later accommodate them in “tasks”, which constitute a stack of firewood about 1.5 m high by 2 m long. In the rainy season, families store and protect firewood at home to have a good quality of fire when using the fuel. Quiroz and Cantú (2012) indicate that when firewood is stacked in the house, its inhabitants take care of it and protect it because their well-being depends on it; in the rainy season they protect it to prevent it from getting wet, since in that condition it becomes difficult to light it on. In the dry season, green or semi-green firewood is left to dry in the open air.

 Types of stoves used in the community

Based on the Census of the Rural Medical Unit (CUMR, 2020), in the population of San Sebastián Coatlán 99.7 % of its inhabitants have a separate kitchen from the rest of the house and 0.23 % lack a separate room for cooking. With data from the surveys, 64 % cook on "U" type stoves, 16 % have "Lorena" stoves, 11 % cook on "three stone" stoves, and 8 % use a combination of the aforementioned stoves. On the contrary, in La Montaña de Guerrero it was observed that 45 % of the respondents use a “three stone” stove, 43.3 % a “Lorena” type stove and 11.7 % an open stove with and without a chimney (Salgado-Terrones et al., 2017 ). In Chiapas, 96 % use traditional open hearths of three or more stones, type "U" or double "U" and 4 % firewood-saving stoves (Escobar-Ocampo et al., 2009). Open hearths (traditional) are the predominant ones; however, these do not take advantage of all the calorific power of firewood.

The open hearth generates high levels of contamination inside the home, presents low efficiency in the cooking or heating processes and, consequently, requires a large amount of firewood (Masera et al., 2006; Escobar-Ocampo et al., 2009). In addition, the smoke generated by this traditional system can cause respiratory diseases, allergic sensitization, acute and chronic alterations in lung function, as well as eye problems and decreases the air quality inside the home (García-Sancho et al., 2013; Flores, 2016).

 Species used as fuel in the community

Based on the surveys carried out, within the community there is a record of 12 species used as firewood (Table 1).

Species used as firewood in the of <italic>San Sebastián Coatlán</italic> municipality, <italic>Miahuatlán</italic>, <italic>Oaxaca</italic>.
Common name Species Superior calorific value (MJ kg-1) Basic density (g cm-3)
Chamizo Dodonaea viscosa Jacq. 21.06 (0.12) A 0.81 (0.01) A
Madroño Arbutus xalapensis Kunth 21.05 (0.36) A 0.60 (0.02) CD
Abidul Alnus jorullensis Kunth 21.03 (0.24) A 0.52 (0.03) E
Encino de raja Quercus candicans Née 20.88 (0.19) AB 0.70 (0.02) B
Guajal Leucaena diversifolia (Schltdl.) Benth. 20.84 (0.13) AB 0.70 (0.02) B
Palo de gusano Lippia myriocephala Schltdl. & Cham. 20.53 (0.21) ABC 0.50 (0.04) E
Encino yegareche Quercus resinosa Liebm. 20.28 (0.17) BC 0.77 (0.00) A
Encino negro Quercus glaucoides M. Martens & Galeotti 20.20 (0.15) C 0.78 (0.01) A
Igazeta Montanoa leucantha subsp. arborescens (DC.) V. A. Funk 20.10 (0.52) CD 0.54 (0.02) DE
Encino blanco Quercus laurina Bonpl. 19.92 (0.51) CD 0.72 (0.03) B
Encino cucharilla Quercus rugosa Née 19.91 (0.10) CD 0.79 (0.02) A
Espinal Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth. 19.53 (0.30) D 0.60 (0.01) C

The values in parentheses represent the standard deviation. Equal capital letters in the direction of the columns indicate statistical equality (Tukey, p≥0.05).

In San Sebastián Coatlán municipality, coniferous and broad-leaved trees are distributed; coniferous wood is used for the sawmill industry, while broadleaf wood is used as firewood, mainly species of the Quercus genus. A similar situation occurs in the Chiapas Highlands, where the predominant species with the greatest fuel potential is oak (Soares, 2006).

Among the families surveyed, the most used fuels are: white oak (Quercus laurina Bonpl.) with 22 %, followed by black oak (Quercus glaucoides M. Martens & Galeotti) with 18 % and yegareche oak (Quercus resinosa Liebm.) with 17 % (Figure 2). In general, the genus Quercus has a frequency of use of 79 %, and 21 % corresponds to other broadleafs.

Percentage of use of the preferred species as firewood in <italic>San Sebastián Coatlán</italic>, <italic>Miahuatlán</italic>, <italic>Oaxaca</italic>.

The housewives argue that they prefer to use oak as firewood, because it burns better and the carbon left behind when burning is of good quality, that is, it preserves a long-lasting and powerful ember, in addition to the fact that these species generate little smoke. The amount of smoke they generate is related to the amount of volatile matter, it has been observed that some oak species have a lower amount of volatiles and a higher calorific value compared to other broadleafs (Ruiz-Aquino et al., 2015). The same pattern of use is recorded in a community in the state of Guerrero, where the preferred species as firewood is Quercus magnoliifolia Née (Mozo and Silva, 2022).

In two municipalities of Jolalpan, state of Puebla it is cited that the attributes for wood energy species are: quality of burning (32 %), abundance of the species (30 %), obtaining embers (24 %), and the production of little smoke (14 %) (Vázquez et al., 2016). This translates into a high basic density, higher calorific value and less amount of ash and volatiles. Most of the studies that include the quality of firewood have been carried out from a qualitative approach, which considers the preference for uses and knowledge of the women who use it (Contreras-Hinojosa et al., 2003; Escobar-Ocampo et al., 2009; Quiroz-Carranza and Orellana, 2010). However, in the present work quantitative data such as basic density and higher calorific value were included, which allowed determining that the preference in the use of firewood was related to the basic density of the wood, since 79 % of the people interviewed prefer oak firewood, classified as high density.

 Basic density and higher calorific value

The species that presented the highest basic density was Dodonaea viscosa Jacq. (0.81 g cm-3) and Lippia myriocephala Schltdl & Cham. (0.50 g cm-3) registered the lowest basic density (Table 1).

According to Sotomayor's (2005) basic density classification, 25 % of the species studied are classified as medium density: Lippia myriocephala, Alnus jorullensis Kunth and Montanoa leucantha subsp. arborescens (DC.) V. A. Funk; 67 % as a high density category: Arbutus xalapensis Kunth, Acacia pennatula (Schltdl. & Cham.) Benth., Quercus candicans Née, Leucaena diversifolia (Schltdl.) Benth., Quercus laurina, Q. resinosa, Q. glaucoides and Q. rugose Née; and only 8 % are of very high density: Dodonaea viscosa. The basic density of wood is closely related to other properties such as mechanical resistance, rigidity, thermal conductivity and calorific value, the latter being the primary variable to determine the quality of wood as fuel (Gutiérrez et al., 2010; Silva et al., 2013).

In relation to the calorific value of the 12 species, it varied in an interval from 19.53 to 21.06 MJ kg-1. Statistically they can be separated into three groups (Table 1), the means within each of them present statistical equality. The superior calorific value of wood is an elementary variable to determine its energy potential, and therefore, consider it as a source of raw material for firewood (Shanavas and Kumar, 2003; Apolinar et al., 2017).

Within the species in San Sebastián Coatlán, the species of the genus Quercus were among the most used as fuel in the form of firewood and registered a calorific value higher than the interval documented by Ruiz-Aquino et al. (2015) and Herrera-Fernández et al. (2017), who reported values from 15.78 to 19.40 MJ kg-1 for four oak taxa. In the present study it was observed that the preference of the inhabitants of San Sebastián Coatlán for the use of biomass fuels is related to the basic density and the superior calorific value of the wood, important attributes in the selection of biomass for wood energy purposes (Ríos et al., 2018). In this regard, Protásio et al. (2014) indicate that the basic density is an important characteristic of wood and should be considered as a criterion for the selection of biomass sources, it is also directly related to the energy production per volume unit.

 Conclusions

In the municipal head of San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca, there are 12 species used as firewood; the three most commonly used are white oak (Quercus laurina), followed by black oak (Quercus glaucoides) and yegareche oak (Quercus resinosa). These taxa have a high density and a calorific value of 19.92, 20.20 and 20.28 MJ kg-1, respectively; for this reason, the inhabitants consider them good fuels. The basic density of the species and the calorific power allow us to consider the species with wood energy potential. Dodonaea viscosa has the highest basic density (0.81 g cm-3) and the highest calorific value (21.06 MJ kg-1).

The population of San Sebastián Coatlán interviewed indicates the exclusive use of firewood in a lower proportion (40 %), compared to those who combine it with the use of LP gas (60 %).

 Acknowledgements

To the Comisariado de Bienes Comunales of San Sebastián Coatlán, Miahuatlán, Oaxaca for the facilities granted for the development of this work.