Revista Mexicana de Ciencias Forestales Vol. 15 (84)

Julio - Agosto (2024)

Fecha de recepción/Reception date: 6 de noviembre de 2023.

Fecha de aceptación/Acceptance date: 14 de febrero de 2024.

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¹Universidad Juárez del Estado de Durango, Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Agropecuarias y Forestales. México.

²Universidad Intercultural Indígena de Michoacán. México.

³Universidad Juárez del Estado de Durango, Instituto de Silvicultura de la Industria de la Madera. México.

⁴Universidad Autónoma de Sinaloa, Escuela de Biología. México.

⁵Universidad Juárez del Estado de Durango, Facultad de Ciencias Forestales. México.

*Autor para correspondencia; correo-e: serafinscu@hotmail.com

*Corresponding author; e-mail: serafinscu@hotmail.com

Abstract

The natural durability of wood is defined as its intrinsic ability to resist degradation caused by biotic and abiotic factors. There are few records of natural wood durability in Mexico; in this study, it was determined based on the degradation of the wood of six commercial species: Pinus durangensis, P. strobiformis, P. cooperi, Juniperus deppeana, Quercus sideroxyla, and Alnus acuminata, in addition to Fagus sylvatica as the control. Test specimens were placed in contact with soil for 12 months at the Mineral de Nuestra Señora de la Candelaria Ecological Reserve of in Cósala, Sinaloa, and at the Las Bayas property in the state of Durango. Five specimens of each species were buried at 50 % of their length and analyzed following the UNE-EN 252:2015 European standard for determining degradation in wood, and UNE-EN 350:2016 for estimating durability. Due to the absence of normality (p<0.05) in the degradation data, the Kruskall-Wallis nonparametric test was used to determine statistical differences between species, locality, and puncture area. Statistical analysis was performed in the R-Studio program. According to UNE-EN 252:2015 and UNE-EN 350:2016, J. deppeana was the most durable wood classified as Class 1; Q. sideroxyla, P. strobiformis, P. durangensis and F. sylvatica (control) were Class 2 timbers, with slight damage; and A. acuminata and P. cooperi were classified as Class 3, with evident degradation. It is concluded that J. deppeana has the most durable wood.

Key words: Durability, Fagus sylvatica L., Juniperus deppeana Steud., soil, UNE-EN 252:2015, UNE-EN 350:2016.

Resumen

La durabilidad natural de la madera se define como la capacidad intrínseca que tiene para resistir la degradación ocasionada por factores bióticos y abióticos. Existen pocos registros de la durabilidad natural de la madera en México; en este estudio se determinó con base en la degradación de la madera de seis especies comerciales: Pinus durangensis, P. strobiformis, P. cooperi, Juniperus deppeana, Quercus sideroxyla y Alnus acuminata, además de Fagus sylvatica como testigo. Se usaron probetas colocadas en contacto con el suelo por 12 meses en dos localidades: la Reserva Ecológica del Mineral de Nuestra Señora de la Candelaria en Cósala, Sinaloa, y el predio Las Bayas, Durango. Cinco probetas de cada especie se enterraron a 50 % de su longitud y se analizaron siguiendo la norma europea UNE-EN 252:2015 que determina la degradación en la madera, y la UNE-EN 350:2016 para la durabilidad. Debido a la ausencia de normalidad (p<0.05) en los datos de degradación, se usó la prueba no paramétrica de Kruskall-Wallis para determinar diferencias estadísticas entre especies, localidad y área de punzado. El análisis estadístico se realizó en el programa R-Studio. De acuerdo con las normas UNE-EN 252:2015 y UNE-EN 350:2016, J. deppeana fue la madera más durable clasificada como Clase 1; Q. sideroxyla, P. strobiformis, P. durangensis y F. sylvatica (control), fueron maderas Clase 2, con ligero daño; A. acuminata y P. cooperi clasificaron como Clase 3, con evidente degradación. Se concluye que J. deppeana presenta la madera más durable.

Palabras clave: Durabilidad, Fagus sylvatica L., Juniperus deppeana Steud., suelo, UNE-EN 252:2015, UNE-EN 350:2016.

Introducción

El término “durabilidad de la madera” se refiere a la capacidad intrínseca del material leñoso para resistir su degradación ocasionada por ataque de hongos, bacterias, insectos y perforadores marinos; así como al desgaste por agentes químicos, mecánicos e intemperización (degradación fotoquímica). La durabilidad de las maderas es diferente frente a los organismos y factores ambientales que la pueden degradar, además, el tipo y tiempo de exposición también afectan la velocidad de su deterioro (Sandberg et al., 2021). El grado de pudrición de la madera permite determinar la durabilidad natural o inducida de una especie. El nivel de intemperización y de pudrición se relaciona con las condiciones climáticas, incidencia de rayos UV, humedad, grado de aireación del suelo, cantidad de materia orgánica, pH, nutrientes, presencia de microorganismos y tiempo de exposición a los agentes de degradación (Taraborelli et al., 2020; Moreno et al., 2022). En forma natural, la durabilidad de la madera varía entre especies; incluso, esta es diferente según la parte del árbol donde se obtenga la pieza de madera y el tipo de suelo al que se exponga (Ypushima, 2015).

La madera del duramen es más resistente que la de albura. La durabilidad mayor se encuentra en la base del árbol y disminuye conforme se avanza hacia las partes altas del fuste. En algunas especies, la relación entre durabilidad y velocidad de crecimiento de los árboles es inversa, por lo que bajos valores de crecimiento generan maderas de alta durabilidad (Hermoso et al., 2015). Para determinar la durabilidad natural de la madera se requieren pruebas de campo y laboratorio con periodos de tiempo largos (desde un año hasta cinco), lo que permite cuantificar el daño de insectos, microorganismos e intemperismo; y a su vez, predice la vida útil de la madera (Larsson-Brelid et al., 2011; Ibáñez et al., 2016; Elgueta et al., 2019).

De la Cruz et al. (2018) analizaron siete especies de maderas comerciales y clasificaron como Clase 3 (moderadamente durable) a Juniperus deppeana Steud., Pinus cooperi C. E. Blancoy P. durangensis Martínez; Clase 4 (menos durable) a P. teocote Schltdl. & Cham.; y Clase 5 (no durable) a P. strobiformis Engelm., Quercus sideroxyla Bonpl. y Arbutus spp.

Dada la competencia que existe en el mercado por la madera y a su sustitución por otros materiales, como molduras de plástico, unicel e incluso foamy, en México se está estudiando la durabilidad natural de algunas especies de madera comercial. Con base en las investigaciones sobre durabilidad se puede fomentar el desarrollo sustentable, ya que se evita la tala innecesaria e impulsa el buen manejo del bosque. El objetivo de este trabajo fue determinar la durabilidad natural de la madera de seis especies de importancia comercial, y una de control; el trabajo se realizó en una localidad de Sinaloa y en otra de Durango; la categoría de durabilidad a la que pertenece cada taxón se determinó según los parámetros de las normas europeas UNE-EN 252:2015 (Asociación Española de Normalización, 2015) y UNE-EN 350:2016 (Asociación Española de Normalización, 2017).

Materiales y Métodos

Áreas de estudio

Se seleccionaron dos sitios para exponer a la intemperie la madera de las especies estudiadas, se consideró que ambos tienen diferentes condiciones de humedad ambiental y temperatura, así como tipo de suelo (Cuadro 1), y que no había rastros de cultivos, ni estaban expuestos a cambios ocasionados por el ser humano.

Cuadro 1. Descripción climática y de los suelos de los sitios de estudio.

¹Tipo de clima del sitio; ²pH del suelo; ³Conductividad eléctrica del suelo; ⁴Porcentaje de materia orgánica del suelo; ⁵Textura del suelo.

El primer sitio se ubicó en el predio particular Las Bayas, municipio Pueblo Nuevo, Durango, el cual pertenece a la Universidad Juárez del Estado de Durango (UJED); sus coordenadas son 23°22´ N y 104°48´ O, a 1 867 m de altitud; la vegetación dominante es bosque de pino-encino y su temperatura mensual varía de 7 a 25 °C; la precipitación mensual promedio de enero a mayo es de 11 a 13 mm, de junio a septiembre varía de 59 a 91 mm y de octubre a diciembre de 33 a 17 mm (Raymundo et al., 2012).

El segundo sitio se localizó en la Reserva Ecológica del Mineral de Nuestra Señora de la Candelaria en Cósala (REMNSCC), Sinaloa, perteneciente a la Universidad Autónoma de Culiacán (UAC); cuyas coordenadas geográficas son 23°29´ N y 106°29´ O, a 418 m de altitud; su orografía es de lomeríos y pendientes de hasta 45°; la vegetación dominante corresponde a bosque tropical caducifolio y su temperatura media mensual varía de 10 a 35 °C; la precipitación mensual promedio de enero a mayo es de 2 mm, de junio a agosto de 33 a 64 mm y de septiembre a diciembre entre 2 y 33 mm (Rubio et al., 2010) (Cuadro 1).

Especies analizadas

A = Colocación de las probetas (bajo suelo); B = Distribución de las incisiones en las probetas de 500 mm.

Figura 1. Sitio con las probetas instaladas tipo cementerio y esquema de la distribución de las incisiones.

Tras un periodo de exposición de 12 meses en los sitios, las probetas se trasladaron al laboratorio del Instituto de Silvicultura de la Madera (Isima) de la Universidad Juárez del Estado de Durango para evaluar su nivel de degradación. El área de sección de cada probeta (1 250 mm²) correspondió a la multiplicación de 50 mm×25 mm, la cual se determinó al inicio, y la superficie remanente medida al final del ensayo correspondió a la diferencia de la segunda medida con la inicial, expresada en porcentaje. El análisis se realizó siguiendo los parámetros establecidos en la norma europea UNE-EN 252:2015 (Asociación Española de Normalización, 2015) que clasifica la durabilidad de la madera en función del deterioro de su superficie que ocurrió cuando estuvo en contacto con el suelo (Cuadro 2); y UNE-EN 350:2016 (Asociación Española de Normalización, 2017) que clasifica a la madera según su grado de durabilidad cuando estuvo en contacto con el suelo (Cuadro 3).

Cuadro 2. Clasificación de la degradación de las probetas de madera en contacto con el suelo, según la norma europea UNE-EN 252:2015.

Fuente: UNE-EN 252:2015 (Asociación Española de Normalización, 2015).

Cuadro 3. Clasificación de la durabilidad de probetas de madera colocadas en contacto con el suelo, según la norma europea UNE-EN 350:2016.

Fuente: UNE-EN 350:2016 (Asociación Española de Normalización, 2017).

Además de lo establecido en las normas citadas, se monitoreó la durabilidad de las probetas mediante incisiones no mayores a 5 mm de profundidad a tres alturas de la parte de la probeta expuesta al suelo. Para determinar la degradación se realizó una incisión con una aguja de disección cuya punta se marcó con rojo. La primera incisión se hizo en la altura de 250 mm, la segunda a 125 mm y la tercera a 10 mm desde la base de la probeta (Figura 1B).

Análisis estadístico

Debido a la ausencia de normalidad (p<0.05) en los datos, se usó la prueba no paramétrica de Kruskall-Wallis para determinar si había diferencias estadísticas entre los factores analizados (sitio, especie y área a la altura del punzado). Los análisis estadísticos se hicieron con el programa RStudio versión 3.6.3 (RStudio Team, 2020).

Resultados y Discusión

Durabilidad de la madera

La durabilidad de la madera, determinada por el porcentaje de superficie remanente en las probetas después de un año de exposición en el suelo, mostró diferencias significativas (p<0.05) entre sitios, especies, áreas de punzado y sus interacciones (Cuadro 4). En la comparación entre sitios, la madera de Las Bayas fue más durable que la del sitio REMNSCC, los valores medios de todas los taxa fueron 98 y 96 %, respectivamente (Figura 2A). No obstante que la durabilidad de la madera fue significativamente diferente entre sitios, en ambos casos la madera se clasificó como Clase 1.

Cuadro 4. Pruebas de Kruskal-Wallis (H) de la durabilidad de la madera de seis especies de importancia comercial en México y el control Fagus sylvatica L.

H = Valor de prueba de Kruskal-Wallis; gl = Grados de libertad.

A = Comparación entre los sitios (Las Bayas y REMNSCC); B = Comparación entre especies; C = Comparación entre las alturas de punzado (10 mm, 125 mm y 250 mm); D = Interacción especie y sitio; E = Interacción sitio y altura de punzado; F = Interacción especie y altura del área del punzado.

Figura 2. Durabilidad natural de la madera de las especies estudiadas según la norma europea UNE-EN 252:2015.

La durabilidad natural de la madera presentó diferencias significativas (p<0.05) entre especies; la superficie remanente en las probetas después de un año de exposición en el suelo varió de 95.73 a 98.61 % (Figura 2B). Los taxones más durables (menor deterioro y ablandamiento) fueron J. deppeana, ubicada en el grupo estadístico superior, seguida de P. durangensis y P. strobiformis; seguidas de A. acuminata y el control F. sylvatica, y finalmente Q. sideroxyla y P. cooperi (Figura 2B).

Con respecto a las alturas de las probetas en las que se evaluó la durabilidad, se registraron diferencias significativas (p<0.05). Dicha durabilidad varió de 97.07 a 97.91 % (Figura 2C); a todas las alturas se les clasificó como Clase 1 (poca evidencia de deterioro >88 %). Sin embargo, a la altura de la incisión de 250 mm, la durabilidad se ubicó en el grupo superior, seguida de la altura a 125 mm y por último a la altura de 10 mm en todas las especies estudiadas (Figura 2C). Estos resultados revelan que al nivel del suelo se evidenció menor deterioro de las siete especies analizadas, lo cual contrasta con el mayor deterioro ocurrido a la altura de 10 mm (base de la probeta). Por lo tanto, al hundir más la probeta, se reduce la durabilidad; ello sugiere una relación directa entre la profundidad de enterramiento y el grado de deterioro.

La durabilidad natural de la madera en la interacción Sitio:Especie, también presentó diferencias significativas; los valores variaron de 95.29 a 99.24 % (Figura 2D). Las probetas con mayor durabilidad (>88 %, poca evidencia de deterioro), colocadas en Las Bayas, correspondieron a J. deppeana, P. durangensis y P. strobiformis; mientras que de las ubicadas en la localidad REMNSCC, solo J. deppeana mostró el mismo grado de deterioro en ambos sitios. Por otra parte, las probetas de Q. sideroxyla, tanto las de Las Bayas como las de REMNSCC, presentaron la menor durabilidad entre las especies estudiadas (Figura 2D).

Cabe mencionar que la durabilidad depende de las condiciones ambientales, las cuales pueden causar un enorme impacto (Meyer et al., 2012); por ejemplo: la madera será más susceptible al deterioro en condiciones cálidas y húmedas, que cuando los climas sean fríos, secos; y también aumentará su susceptibilidad, si está en contacto con el suelo.

La durabilidad natural de la madera en la interacción Sitio:Altura de medición tuvo diferencias significativas (p<0.05). Los valores variaron de 96.39 a 99.16 % (Figura 2E). Los resultados presentaron cuatro grupos estadísticos, en los cuales el sitio Las Bayas a 250 mm registró la degradación menor, ya que tuvo poca evidencia de deterioro o ablandamiento por ataque de microorganismos. Por otra parte, las probetas del sitio REMNSCC a 125 mm mostraron la menor durabilidad; no obstante, se incluyeron en la categoría Clase 1 (poca evidencia de deterioro >88 %) (Figura 2E).

Colín-Urieta et al. (2018) indican que la combinación de la evaluación visual por la norma UNE-EN 252:2015 y la prueba de punzado permite determinar el valor del deterioro en la madera. Asimismo, la combinación de un clima cálido, subhúmedo, con suelo arcillo-arenoso, corresponde a un ambiente donde las condiciones son favorables para el deterioro de la madera (Ali et al., 2011).

La durabilidad presentada en la interacción Sitio:Especie:Altura de punzado presentó diferencias significativas (p<0.05). Los valores variaron de 93.43 a 99.68 % y se clasificó como Clase 1 (poca evidencia de deterioro >88 %). Se identificaron estadísticamente 16 grupos; las alturas de punzado exhibieron una durabilidad similar, lo cual evidenció escaso deterioro, ablandamiento o debilitamiento atribuible a microorganismos. No obstante, en P. cooperi, se observó un leve deterioro en las alturas de punzado dos y tres, correspondiente a 10 y 125 mm en ambos suelos (Figura 2F). En el Cuadro 5 se muestran los resultados en porcentaje de la durabilidad natural de las especies analizadas según el sitio y la altura de punzado, de acuerdo a las normas UNE-EN 252:2015 (Asociación Española de Normalización, 2015) y UNE-EN 350:2016 (Asociación Española de Normalización, 2017).

Cuadro 5. Durabilidad natural según el porcentaje de la superficie transversal remanente por sitio, especie y altura de punzado de las especies estudiadas.

Durabilidad natural

De acuerdo con la prueba Kruskal-Wallis, la durabilidad natural determinada con la norma europea UNE-EN 350:2016 (Asociación Española de Normalización, 2017) difirió significativamente entre sitios, especies y la interacción Sitio:Especie (p<0.05) (Cuadro 6).

Cuadro 6. Pruebas de Kruskal-Wallis de la durabilidad natural de la madera de seis especies maderables de importancia comercial en México según la norma europea UNE-EN 350:2016.

H = Valor de la prueba de KrusKal-Wallis; gl = Grados de libertad.

En la localidad Las Bayas, la durabilidad natural promedio de las seis especies se clasificó como Clase 1; en el sitio REMNSCC se deterioraron más las maderas, por lo que se ubicaron en la Clase 3 (Figura 3A).

A = Durabilidad por sitio; B = Durabilidad por especie; C = Durabilidad por la interacción Sitio:Especie.

Figura 3. Durabilidad natural de la madera de seis especies de importancia comercial en México, expuestas al suelo en los sitios de la REMNSCC en Sinaloa y Las Bayas en Durango, evaluadas según la norma europea UNE-NE 350:2016.

Los resultados de la prueba no paramétrica Kruskal-Wallis mostraron diferencias significativas entre especies (p<0.05) (Cuadro 6). Juniperus deppeana presentó la mayor durabilidad, clasificada como Clase 1 (muy durable); se puede considerar que esta durabilidad se relaciona con el contenido de extractivos de la especie que le podrían conferir un mayor nivel de resistencia a termitas, hongos e incluso exceso de humedad. En la Clase 2 (durable) se clasificaron las maderas de Q. sideroxyla y F. sylvatica (control). Con menos resistencia se registraron P. durangensis y P. strobiformis, A. acuminata y P. cooperi se clasificaroncomo Clase 3 (moderadamente durables) (Figura 3B).

Pinus durangensis, P. strobiformis, Q. sideroxyla y F. sylvatica colocadas en el sitio Las Bayas, se clasificaron como durables. Estas probetas presentaron algunos indicios de pudrición y ataque superficial de termitas. Por último, la madera de A. acuminata y P. cooperi correspondieron a la Clase 3 (moderadamente durables) (Figura 3B). Mientras que en el sitio REMNSCC, Juniperus deppeana se clasificó como Clase 1; F. sylvatica y Q. sideroxyla en Clase 2; en tanto que P. durangensis y P. strobiformis como Clase 4 (menos durable), con pudrición leve; finalmente, P. cooperi como Clase 5 (no durable) debido al deterioro total provocado, conjuntamente, por hongos y termitas (Figura 3C).

En un estudio similar, Brischke et al. (2013) investigaron la durabilidad de diversas maderas expuestas a seis tipos de suelo, durante un periodo de cinco años. Esos autores, al igual que en la presente investigación, obtuvieron diferencias de durabilidad entre sitios; sus resultados revelaron que el suelo con presencia de hormigón causó mayor erosión en comparación con otros suelos como arena, grava y sustratos modificados por la intervención humana que induce reacciones de los componentes químicos del suelo y de la madera, los cuales resultan en un mayor deterioro, en comparación con maderas no expuestas a suelos sin dicha intervención.

Honorato et al. (2001) observaron que las maderas experimentan más descomposición en suelos enriquecidos con fertilizantes y con un contenido alto de humus. Como se mencionó previamente, la mayor actividad química en estos suelos contribuye al deterioro más pronunciado de la madera. En la investigación que aquí se documenta, el daño más observado fue en el sitio con suelos de selva-caducifolia (REMNSCC) y se le atribuye a la gran cantidad de materia orgánica presente en el suelo.

Serna-Mosquera et al. (2020) evaluaron la durabilidad de la madera de Ochroma pyramidale (Cav. ex Lam.) Urb. en tres tratamientos con tres repeticiones de 30 probetas cada uno; los autores no obtuvieron diferencias significativas para el contenido de humedad y pérdida de masa; registraron un aumento en contenido de humedad de 119.32 y 90.63 % en las probetas, lo que las ubicó en categorías poco resistentes, no aptas para construcciones en contacto con el suelo. Lo anterior coincide con las seis especies estudiadas en las localidades de Las Bayas y REMNSCC, donde Pinus cooperi fue una madera no durable, ya que presentó en ambos sitios un deterioro superior al registrado en las otras especies estudiadas. Los autores citados coinciden en señalar que el deterioro de la madera en contacto con el suelo es causado, principalmente, por la humedad. Herrera et al. (2006) señalan que el deterioro es más severo en la madera de albura que en el duramen.

Conclusiones

Con base en las normas europeas UNE-EN 252:2015 y UNE-EN 350:2016, la madera de Juniperus deppeana es la más durable y con menos deterioro después de estar expuesta a la intemperie en el suelo de dos sitios experimentales, por lo cual se considera en la Clase 1.

Quercus sideroxyla, Alnus acuminata y Pinus cooperi son maderas durables, aunque presentan algunos daños, y en función del suelo al cual estuvieron expuestas, se clasifican como Clase 2 o 3. Con base en ambas normas europeas (UNE-EN 252:2015 y UNE-EN 350:2016) se determinó que en el sitio Las Bayas, Durango, todas las especies estudiadas presentaron mayor durabilidad, por lo que se consideran como Clase 1; mientras que en el sitio REMNSCC son Clase 3, Clase 4 y 5 con maderas no durables como Pinus cooperi.

El menor daño para todas las especies de madera se observa a la altura de punzado de 250 mm. Esto indica que a ras del suelo (mayor aireación) hay menos deterioro y mayor durabilidad, en comparación a lo que ocurre a la altura de 10 mm (base de la probeta, menos aireada y con mayor exposición a materia orgánica).

Conflicto de interés

Los autores declaran que no tienen ningún conflicto de interés en el presente trabajo de investigación.

Contribución por autor

Yolanda Ontiveros-Moreno, Serafín Colín-Urieta y Artemio Carrillo-Parra: organización de la investigación, mediciones de campo y redacción del manuscrito; Edgar Benjamín López-Camacho: recolección de datos; José Javier Corral-Rivas, José Ciro Hernández-Díaz y José Ángel Prieto-Ruíz: análisis de datos, revisión de literatura y redacción del manuscrito. La revisión del documento fue realizada por todos los autores.

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