Observaciones y mediciones

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1 Antología de conocimiento para la evaluación de los recursos forestales nacionales Observaciones y mediciones Christoph Kleinn (autor principal) Netra Bhandari y Lutz Fehrmann EN ESTE CAPÍTULO, APRENDEREMOS LO SIGUIENTE: Cómo se obtienen observaciones en las distintas ubicaciones de muestreo, seleccionadas de acuerdo con un diseño de muestreo dado Aspectos generales de las distintas unidades de observación, como son los puntos, las líneas y las parcelas Cuáles son los distintos tipos de variables que se evalúan por regla general en los inventarios forestales Resumen Las observaciones y las mediciones constituyen la base de cualquier análisis y cálculo de datos de las evaluaciones forestales. Es este apartado, se tratará el diseño de respuesta de las evaluaciones forestales, también llamado diseño de observación, y se abordarán las siguientes preguntas: a) cuáles son los tipos de variables que, generalmente, intervienen en las Evaluaciones Forestales Nacionales?; b) cómo se realizan las observaciones y las mediciones de los elementos del grupo seleccionados por el diseño de muestreo? y, por último, c) qué se puede hacer durante las evaluaciones forestales para obtener datos de alta calidad? En las EFN, las observaciones y las mediciones generalmente se realizan o bien en el campo (físicamente, en parcelas de campo o mediante entrevistas) o bien a través de imágenes de detección remota. La decisión acerca de las variables que han de considerarse en una determinada EFN es simple (aunque en la práctica a veces no lo sea): se deberán de utilizar aquellas que sean necesarias para obtener información acerca del objetivo. Todas las variables han de definirse de una manera inequívoca y del mismo modo ha de hacerse con el procedimiento de medición, el cual debe estar claramente detallado. Para que la implantación del inventario en el campo tenga éxito, es necesario que el protocolo de medición, a menudo denominado manual de campo, se defina de una forma precisa. La elección y la organización de los métodos, los instrumentos y las herramientas apropiados influyen tanto en la fiabilidad, como en la calidad de las mediciones. Es importante formar al personal de campo antes de las prácticas de inventario de campo, así como supervisar y cotejar de forma independiente el trabajo de campo, los dispositivos de medición (calibración) y los datos entregados. 1. Introducción Los componentes de diseño de un inventario basado en muestras se pueden subdividir en (1) diseño de muestreo, (2) diseño de respuesta y (3) diseño de cálculo, siguiendo un orden lógico y también temporal. En este documento se va a tratar el diseño de respuesta, también llamado diseño de observación, y se abordará la siguiente pregunta: cómo se realizan las observaciones y las mediciones de los elementos del grupo seleccionados por el diseño de muestreo? A continuación, se 1

2 aplicarán los estimadores a un conjunto de valores observados que devolverán cálculos como resultado del estudio del muestreo (diseño de cálculo). En las Evaluaciones Forestales Nacionales o EFN (en inglés NFA, National Forest Assessments) las mediciones y las observaciones se realizan de varias formas: utilizando mapas, fotografías aéreas o imágenes por satélite o de forma presencial en el campo. LiDAR se alza, cada vez con mayor presencia, como la fuente de datos de teledetección más competitiva con las imágenes vía satélite. Aunque este documento se centra principalmente en las mediciones de campo, las observaciones generales acerca de la calidad de los datos y de las estrategias de medición también son aplicables a otras mediciones. 2. Variables que, generalmente, intervienen en las Evaluaciones Forestales Nacionales Tipos de variables Las observaciones otorgan valores a las variables y se realizan a partir de unidades que se pueden medir. El término atributo se emplea a menudo como sinónimo de variable, aunque atributo hace referencia a las características del objeto y variable tiene una connotación estadística que define las características como variables aleatorias basadas en valores observables. Según el objetivo de las EFN, las variables se pueden clasificar en función de diferentes criterios, como por ejemplo: Categorías de variables desde un punto de vista estadístico, en función de la escala empleada en su observación: las mediciones pueden arrojar un valor métrico (en el caso de variables métricas como distancia, diámetro o altura) o una clasificación entre un conjunto de dos o más categorías (variables por categorías, como especies, tipo de bosque o tipo de suelo). Distinción entre las variables que se observan de forma directa y las variables derivadas: Algunas variables se miden u observan de forma directa, como el dap (diámetro a la altura del pecho) o las especies de árboles. Otras son derivadas o reconstruidas, como el volumen o la biomasa y la mayoría de las observaciones de cambios (véase Recreaciones para la estimación y la supervisión). Distinción entre las variables de estado y de cambio: la mayoría de las variables dan un valor de estado a un atributo determinado. Hay pocos atributos de cambio que puedan medirse directamente en un punto temporal determinado. Un ejemplo común es el aumento del número de anillos de crecimiento del tronco, en los que el cambio (aumento) sufrido por el dap en un determinado período se puede medir de forma directa, o como se puede hacer con la longitud de los últimos brotes de las coníferas. Por lo tanto, la estimación de los cambios correspondientes a otras variables, como pueden ser los depósitos de carbono, se basa en mediciones tomadas en dos puntos temporales distintos. El número y el intervalo de los atributos que abarca una EFN típica son amplios. Generalmente, en las EFN se observan las variables biofísicas. Sin embargo, existe una tendencia a completar los datos del recurso biofísico utilizando datos orientativos proporcionados por otras partes interesadas en el uso forestal. Los inventarios tropicales se ocupan cada vez más de evaluar también las variables sociológicas y económicas locales propias de las áreas colindantes con las parcelas. Por ejemplo, se puede entrevistar al propietario de una vivienda que habite junto a una parcela para evaluar el grado en que las poblaciones indígenas aprovechan los bosques. Del mismo modo, la ampliación del ámbito y del objetivo de los inventarios forestales 2

3 orientados a la obtención de información de los criterios e indicadores (C&I) de procesos, así como hacia los inventarios de múltiples recursos y paisaje, conlleva un aumento de los tipos y el número de variables que se pueden incluir. El número de atributos que se observan en cada parcela puede ser de hasta 250 y, por norma general, no se suelen utilizar menos de 100. Estos atributos abarcan áreas de concepto como uso de la tierra, área forestal, área de tipo forestal», masa arbórea en crecimiento, equilibrado de carbono, producción de madera, productos forestales no madereros, diversidad biológica en áreas forestales destinadas a la producción, erosión del suelo», conservación del agua en áreas forestales, etc. ( htm). Fuentes de datos que se utilizan de forma general Puesto que el proceso de elaboración de las EFN es complejo y, por lo general, costoso, es necesario realizar un uso eficiente de las diferentes fuentes de información. El trabajo de campo (observaciones basadas en muestras, ya sea en parcelas de campo o a través de entrevistas) y el análisis de los datos de teledetección son las fuentes de datos más importantes para obtener información actualizada. Durante la planificación, la implantación y el análisis de una EFN, se emplean otras muchas fuentes de información, como por ejemplo, mapas, informes de inventario y documentación anteriores, estudios de investigación, conocimiento de los expertos, etc. Sin embargo, no es frecuente que estas fuentes se utilicen también para la recuperación de datos que más tarde se emplearán en un análisis. Las fotografías de las parcelas y sus alrededores resultan de gran interés ya que ayudan a documentar la situación actual de una forma más amplia, a la vez que permiten describir los cambios de una forma cualitativa más adelante. Sin embargo, esto no se suele llevar a cabo ya que se necesita una administración eficiente de los datos y de las imágenes y los procedimientos de análisis estándar no están disponibles. Qué variables hay que incluir en una determinada EFN? La decisión acerca de las variables que se van a observar en una determinada EFN es una decisión estratégica: obviamente, habrá que incluir aquellas variables que sean necesarias para obtener información acerca del objetivo. Es una realidad que, en muchos inventarios forestales y EFN, se observan más variables de las que realmente se analizan y a partir de las cuales se generan informes. Aunque este hecho sustente el carácter de documentación general de todos los inventarios forestales y a pesar de que pueda resultar útil en solicitudes de información futuras (desconocidas en el momento de la observación), también puede constituir una pérdida de recursos. Se recomienda incluir aquellas variables cuyo uso directo se conoce y acerca de las cuales el inventario informará de forma directa (como la variable tipo de bosque ) o aquellas que se utilizan como fuente de información para modelos (como la variable altura del árbol, acerca de la cual la las EFN no informan, pero que se utilizan para introducir información acerca de variables derivadas como volumen/biomasa/carbono, estructura del bosque, etc.). En un escenario ideal, sería conveniente conocer de antemano los métodos de análisis de todas las variables. Al realizar la simulación del análisis antes de comenzar la recopilación de datos, es necesario identificar aquellas variables que se pueden incluir y eliminar otras que no resulten tan útiles. También ha de tenerse en cuenta que el personal (los grupos de personal de campo e intérpretes de imágenes) deberá hacer un esfuerzo razonable para ser capaces de realizar mediciones y observaciones. Del mismo modo, también deberán esforzarse por adquirir los conocimientos que se ponen a su disposición durante las actividades de formación. Es probable que, por ejemplo, 3

4 durante la observación de campo de un suelo específico, así como de los atributos de la ubicación, ésta se vea limitada por algunas variables, a menos que un experto en suelo acompañe al grupo de personal de campo. Lo mismo aplica a otros inventarios más amplios de plantas inferiores, de determinados productos forestales no madereros o de vida salvaje. Además, en el caso de los inventarios que se realizan en bosques tropicales húmedos, esperar que los equipos de campo sean capaces de identificar todas las especies arbóreas in-situ peca de ambicioso. A menos que un experto dendrólogo vaya con ellos, lo que podría conllevar que el ejercicio de observación fuera mucho más costoso. Definir las variables: el protocolo de medición Para poder garantizar resultados globales que se puedan interpretar, las variables se deben definir de una forma amplia y, además, es conveniente que el personal de inventario encargado de las mediciones y de los datos tenga un conocimiento básico acerca de éstos. Generalmente estas indicaciones se incluyen en el manual de inventario. Existen muchos manuales similares en todo el mundo y para realizar un proyecto de inventario nuevo, estos se pueden utilizar como ejemplo o plantilla para su desarrollo. Todas las variables han de definirse técnicamente de una manera inequívoca y del mismo modo ha de hacerse con el procedimiento de medición, el cual debe estar claramente detallado. Cualquier definición que no cuente con indicaciones acerca de cómo realizar la medición estará incompleta, pudiendo llevar, sin que el equipo se dé cuenta; a resultados incoherentes. Las variables dap y bosque son ejemplos de variables típicas. En el caso de la variable dap, una definición completa ha de incluir indicaciones acerca de la altura a la que éste se debe medir (1,3 m), cómo proceder en casos especiales, como por ejemplo en el que 1,3 m sea una altura que no se pueda medir (esto se suele proporcionar como un conjunto de imágenes); qué dispositivo de medición hay que emplear y qué hay que observar, qué unidad de medición se va a tomar y con qué precisión (p. ej.: centímetros, hasta el primer decimal). Para la variable «bosque», se suelen proporcionar criterios de definición cuantitativos (cobertura mínima de la copa, área mínima de una mancha de bosque, anchura y altura mínimas, etc.) y cualitativos (definición de árbol, tipos de vegetación, etc.). Sin embargo, sólo en muy pocas ocasiones, existe una indicación para un procedimiento de medición que responda a la pregunta acerca de cómo medir la cobertura de la copa o la anchura del tronco en un caso concreto. En el caso de las variables por categoría, es necesario tener en cuenta cada categoría que ocurre (clase), ya sea separada o incluida junto con otras en una misma clase. Para algunas variables, se recomienda contar con la categoría otras, para los casos imprevistos. La descripción de las categorías debe hacerse de tal modo que los equipos del personal de campo puedan tomar decisiones de forma rápida y clara. Además las categorías deben ser pertinentes para el análisis. En lo concerniente a los procedimientos de medición, cada vez se tiene mayor consideración por los umbrales de las variables y los protocolos de medición en el contexto de la capacidad de elaborar informes que sean comparables o compatibles con los procesos internacionales (Tomppo et al. 2010). 3. Mediciones Mediciones básicas Las mediciones que se realizan en los inventarios forestales suelen ser de uno de los siguientes tipos: Medición de distancia, longitud Medición de ángulos Medición de áreas (en mapas o imágenes de teledetección) 4

5 Medición de posición (navegación por satélite) Medición de una categoría de condición = clasificación = asignar un objeto a un conjunto definido de categorías de condición Medición de distancia, longitud Las mediciones de longitud se llevan a cabo para la observación de las características individuales de los árboles (en realidad, también el diámetro y la altura son longitudes y distancias), el establecimiento de la parcela (p. ej.: la medición del radio de una parcela circular) y a la hora de desplazarse hasta la ubicación de la parcela seleccionada. Las mediciones de distancia y longitud se pueden realizar de forma directa o indirecta. Las mediciones directas de la altura de los árboles solamente se pueden realizar con árboles pequeños, generalmente procedentes de proyectos de regeneración. Estas mediciones se realizan colocando una regla, o un palo con una subdivisión métrica, cerca del árbol y marcando la altura directamente. Las mediciones indirectas se realizan utilizando otras técnicas (geometría, trigonometría) que permiten calcular el valor de la medición (longitud). Existe en el mercado una amplia variedad, en cuanto a coste y precisión, de dispositivos y técnicas de medición. Es posible medir las distancias de varias maneras diferentes. Entre ellas se incluyen el cálculo utilizando un ritmo calibrado (ir y venir), la medición con cintas (medición horizontal) o la medición a través de dispositivos ópticos mecánicos (Blume-Leiss, Suunto). Se obtiene más velocidad y precisión (las cuales implican un coste más elevado) gracias a instrumentos que utilizan tecnología láser o ultrasónica, como Vertex. En estos casos, la distancia se calcula basándose en la interferometría de longitud de onda o en función del tiempo que un puso de sonido necesita para recorrer la distancia hasta el objetivo. Los instrumentos utilizados más comúnmente para medir el dap son el calibre y la cinta diamétricala altura del árbol se mide de forma indirecta utilizando un enfoque trigonométrico o geométrico simple con dispositivos electrónicos u ópticos mecánicos, como el relascopio Spiegel o hipsómetros Blume Leiss, Haga, Suunto, Silva, Vertex y muchos otros. En cualquier caso, las mediciones de longitud deben seguir unas directrices concisas: las distancias que se miden en el campo suelen ser distancias horizontales y es necesario corregirlas si el terreno está inclinado. La altura del árbol es la distancia vertical que existe entre el punto más alto y el más bajo de éste, y no necesariamente la longitud del tronco oblicuo o curvado. Medición de ángulos El ángulo de la pendiente, así como la orientación, son los componentes básicos de diferentes mediciones. La medición del ángulo de la pendiente es necesaria para medir la altura del árbol, la cual ayudará a la hora de establecer un factor de corrección de pendiente del área de la parcela, así como en la reducción de las distancias de pendiente a distancias horizontales. Medición de áreas (en mapas o imágenes de teledetección) Las mediciones directas de área (al contrario de aquellas basadas en cálculos de muestra) solo se realizan en mapas y sobre datos de teledetección, una vez que los polígonos correspondientes se han digitalizado. En las EFN, no es frecuente realizar mediciones de área en el campo, aunque sí lo es hacerlo mediante el uso de un GPS o medidores de distancia digitales con una brújula digital. Si, por ejemplo, fuera necesario determinar el área de la parcela no incluida en la categoría de la condición actual, no se realizaría una medición de área directa. Sin embargo, las mediciones de distancia se realizan para determinar el cálculo posterior del área. Medición de posición (navegación por satélite) La navegación por satélite permite, a través de 5

6 las mediciones de distancia realizadas por un conjunto de satélites, determinar posiciones en tres dimensiones. Las EFN necesitan tres funciones básicas importantes: (1) navegación = encontrar el camino hasta la parcela de muestreo en el campo y (2) posicionamiento = determinar la posición de los puntos de muestra o de otros puntos de referencia en el campo. Del mismo modo, (3) la función de seguimiento = supervisar el movimiento de las personas puede resultar interesante para documentar la ruta de acceso a una parcela, así como para supervisar que los grupos de personal de campo alcanzaron la ubicación de la parcela de muestreo objetivo. En cuanto a los receptores de GPS, debe evaluarse la posibilidad de utilizar los receptores de máxima calidad que se puedan permitir. Un uso de las ubicaciones de parcelas que gana cada vez más importancia es el registro de las parcelas con datos de teledetección, como imágenes de satélite pixeladas o pulsos de LiDAR. Los receptores de GPS de alta calidad facilitan en gran medida la solución al problema de registro. Para los receptores de GPS con niveles de precisión del orden de m, McRoberts (2010) demostró que aproximadamente la mitad de las parcelas del inventario se asocian con imágenes pixeladas incorrectas del Landsat. Medición de una categoría de condición = clasificación En el caso de las variables por categorías, la medición consiste en asignar un valor a una categoría incluida en un conjunto de categorías definidas. Por este motivo, es necesario definir un conjunto de posibles valores (categorías) completo. Las variables tipo de bosque o especies arbóreas son ejemplos habituales. Estimaciones de valores subjetivos, suposiciones No todas las mediciones siguen procedimientos de observación que se pueden reproducir de forma objetiva. En algunas ocasiones, las suposiciones constituyen el método más rápido para obtener la información. Sin embargo, y por motivos obvios, su uso debe restringirse a aquellas variables en las que no se pueden usar técnicas de recopilación de datos reproducibles más objetivas. Mediciones de algunas variables relevantes en la EFN El conjunto de variables de una EFN depende de los objetivos específicos. Las variables se pueden agrupar en varias áreas temáticas importantes. Por ejemplo, en un amplio estudio comparativo acerca de los Sistemas de inventarios forestales nacionales europeos (European National Forest Inventory Systems, Comisión Europea 1996) se emplearon los siguientes grupos de variables: - Variables geográficas y topográficas - Variables de propiedad - Variables relacionadas con la producción maderera - Variables de lugar y suelo - Variables relacionadas con la estructura forestal - Variables relacionadas con la regeneración - Variables relacionadas con la condición forestal - Variables relacionadas con la accesibilidad y la explotación - Variables que describen ecosistemas forestales - Variables relacionadas con productos forestales no madereros 4. Unidades de observación y sus características Tras realizar el diseño del muestreo, los objetos se seleccionan para su observación. Cada objeto seleccionado constituye una observación independiente para la estimación de la media, la varianza y la desviación de la media (Cochran, 1977; Gregoire y Valentine, 2008). Los objetos que se seleccionan para su observación en las EFN suelen ser de uno de los siguientes tipos: Elementos individuales (p. ej.: un árbol) 6

7 En las EFN, por norma general, se emplea un marco de muestreo aéreo en el cual la posición de las unidades de observación se indica en un mapa. Las unidades de observación se pueden calificar según su dimensión: Puntos: unidades de observación adimensionales Líneas: unidades de observación unidimensionales Áreas (fijas o variables): unidades de observación bidimensionales Cada uno de los objetos tiene unas características específicas, las cuales se detallan a continuación. Elementos individuales En las EFN, la selección de elementos individuales como unidades de observación no constituye un gran problema. Esta selección se lleva a cabo principalmente (1) cuando no todas las variables de árbol se van a observar en árboles individuales dentro de una parcela, por ejemplo en el caso de la altura del mismo. A continuación, se puede realizar el submuestreo de estos árboles individuales para realizar dichas mediciones. Sin embargo, una forma común de llevar a cabo esta selección es elegir los árboles de forma ajena al muestreo, por ejemplo, determinando que se debe medir la altura de los cinco árboles mas cercanos al centro de la parcela, o bien un número específico por cada una de las principales especies arbóreas. Otro ejemplo de selección y observación de elementos individuales es la realización de entrevistas. En estos casos, se seleccionan elementos individuales para su observación (como pueden ser propietarios de terrenos forestales, usuarios de bosques, etc.). Puntos (unidades de observación adimensionales) Los puntos de muestreo se suelen utilizar para valorar el área de las categorías de condición, tanto en imágenes de detección remota como en el campo. En estos casos, el centro de una parcela es el punto de muestreo y constituye el lugar en el cual se observan los valores de las variables por categorías: ya sean binarias (forestal o no forestal, quemado o no quemado) o de una variable de categoría con más de dos categorías (tipo de bosque, tipo de suelo, propietario). Líneas (unidades de observación unidimensionales) Las líneas son unidades de observación unidimensionales, sin anchura. Por el contrario, las franjas estrechas, en ocasiones denominadas de forma incorrecta como líneas; sí tienen anchura y son del tipo área, unidad de observación que se aborda en el siguiente apartado. El muestreo de línea se puede aplicar tanto a los datos de teledetección como al muestreo de campo. Una aplicación común en las EFN cuando se usan parcelas agrupadas es que la línea que conecta las subparcelas de un grupo también se emplee como unidad de observación. En el caso de las líneas, sólo se puede realizar un conjunto limitado de tipos de observaciones: (1) Si un elemento tiene una intersección con una línea de muestra o no. En este caso las líneas se utilizan como herramienta para seleccionar los elementos individuales dentro del grupo. Un nube, por ejemplo, proyecta una línea de muestra a partir de la cual se pueden realizar mediciones de todos aquellos arbustos del sotobosque se que crucen con ella. Sin embargo, ésta no es una aplicación común en las EFN. (2) Número de intersecciones de una línea de muestreo con características unidimensionales del bosque o del paisaje, como carreteras, ríos, pistas o fronteras forestales. El número de intersecciones permite llevar a cabo un cálculo de la longitud total de estas características. La técnica subyacente se denomina muestreo por intersección de líneas. (3) Proporción de la longitud de la línea de 7

8 muestreo incluida en una categoría de condición determinada Gracias a estas observaciones es posible determinar las áreas y sus proporciones. La técnica subyacente se denomina muestreo por líneas de intercepción. Áreas fijas o variables (unidades de observación bidimensionales) Probablemente, las parcelas de muestreo constituyen las unidades de observación más importantes de los inventarios forestales generales y de las EFN. Para ello se utilizan varios tipos de parcelas. Todos tienen en común que un conjunto de árboles se incluye en una muestra para un solo paso de selección del procedimiento de muestreo. Generalmente en una parcela se observan variables relacionadas con ésta (como el tipo de bosque y las variables topográficas y de suelo), así como variables de árbol. Debe tenerse en cuenta que, a pesar de las variables de árbol, la parcela completa constituye la unidad de observación, y cada parcela arroja una observación independiente de la estimación (p. ej.: la media o el total de la parcela). Parcelas de área fija Las parcelas de área fija son, probablemente, la unidad de observación que se utiliza con más frecuencia y, en muchas situaciones, es la más práctica, la más eficiente y la más sencilla a la hora de procesar la opción de diseño de parcela. Tan pronto como se localiza la posición de la parcela, se toman las mediciones relacionadas con ésta y con los árboles. Las mediciones de los árboles se realizan en todos los que se hayan incluido en una muestra, basándose en el tamaño y la forma estipulados para la parcela, mientras que las mediciones de la parcela se realizan en las ubicaciones definidas dentro del área de la parcela. Las formas más comunes de las parcelas son circular, rectangular y cuadrada. En cuanto al tamaño, no existe uno estándar. A modo de orientación, en las zonas templadas y boreales son comunes los tamaños de 500 y 1000 m²; en los trópicos se utilizan parcelas en franjas de una superficie generalmente superior, por ejemplo de 20 x 250 m. Parcelas anidadas, parcelas de regeneración No es útil trabajar con una sola área de parcela para todas las dimensiones de árboles ya que, especialmente en las zonas forestales naturales, es posible encontrar muchos árboles pequeños y sólo unos pocos grandes. Por lo tanto, se utilizan diferentes áreas de muestreo en función de las diferentes categorías de dimensión de árbol. A continuación, se indican dos tamaños de parcela diferentes, uno en el que a la parcela completa se la denomina parcela y a las parcelas más pequeñas, subparcelas (o microparcelas o parcelas de regeneración, si existe regeneración). Por motivos prácticos, estas subparcelas generalmente se disponen de tal forma que estén contenidas en el área de la parcela, motivo por el cual reciben el nombre de parcelas anidadas. Las parcelas anidadas se pueden diseñar para cualquier forma de parcela, incluso combinando diferentes formas. En los trópicos, y por razones prácticas, las subparcelas que contienen árboles más grandes a menudo son parcelas en franja y las parcelas circulares más pequeñas se utilizan para la observación de la regeneración. A veces se ha debatido acerca de si las subparcelas, por ejemplo aquellas que se emplean en la medición de la regeneración, se deben ubicar de forma total o parcial fuera de la parcela principal. A este respecto, no existe ninguna objeción desde un punto de vista metodológico. Sin embargo, podría complicar la recopilación de datos en algunos casos, especialmente en aquellos en los que la sección de la subparcela que está fuera se incluye, por ejemplo, en otro tipo de bosque, cuya información también sería necesario recopilar. No es una buena idea ubicar las parcelas de regeneración en el centro de una parcela circular, ni hacerlo directamente en la zona central de una parcela en franja. Esto se debe 8

9 a que las probabilidades de que los grupos de personal de campo pisen o dañen las plantas de regeneración es bastante alta. Parcelas de área variable = parcelasrelascopio= parcelas Bitterlich = muestreo de punto horizontal Si la idea de diferentes tamaños de parcela para diferentes categorías de dap se amplía, de modo que cada dap tiene su tamaño específico procedente de una parcela circular específica, el diseño de parcela resultante recibe varios nombres: parcelas de área variable, parcelas relascopio o parcelas Bitterlich (por el inventor austriaco del método, Walter Bitterlich). Se selecciona un punto de muestreo y, a continuación, se incluyen en él todos los árboles, visibles desde dicho punto, que sean más anchos que un ángulo definido. Esto implica que la selección basada en la proporción del tamaño de los árboles de muestreo se realiza de forma indirecta, al establecer un ángulo de vista determinado. Se puede obtener una estimación del área basal por hectárea libre del sesgo del diseño con un simple recuento de los árboles incluidos. Si el dato que interesa es el número de árboles por hectárea, etc., también es necesario medir el dap de todos los árboles de muestreo. Es importante tener ten cuenta que este diseño es muy eficaz para estimar el área basal, si bien no resulta igual de recomendable si lo que se pretende es obtener estimaciones de la densidad (número de árboles por hectárea). Para realizar muestreos con relascopio, se han desarrollado diferentes dispositivos de medición. Un simple palo con una pequeña placa en el extremo es tan útil como usar el pulgar con el brazo extendido. En algunas zonas se utilizan prismas de cuña. El relascopio ofrece otras funciones adicionales. Se han desarrollado algunas variaciones de las parcelas relascopio; sin embargo y por el momento, no se consideran prácticas para las EFN (muestreo de franja de relascopio, muestreo de punto vertical). De punto a objeto, de objeto a parcelas objeto Conocidas fundamentalmente por las aplicaciones en ecología y menos populares en las EFN son las unidades de observación en las que no se incluyen todos los árboles situados dentro de un área de parcela predefinida, sino un número fijo k de árboles, los más próximos a cada ubicación de muestreo. El número de árboles por unidad de observación es constante. Sin embargo, varía el «tamaño de la parcela», dependiendo de la densidad. Una aproximación de un área de referencia realizada basándose en modelos para efectuar una observación concreta podría definirse como la distancia al árbol número n que determina el radio de una parcela circular virtual. Éste es un método muy práctico y rápido en el campo; por el contrario, las estimaciones objetivas únicamente son posibles si la distribución espacial de los árboles es aleatoria. Puesto que esto no ocurre en los bosques, se deben esperar errores sistemáticos, especialmente si la distribución espacial de los árboles está agrupada. Árboles linderos parcelas divisorias y corrección de pendiente Árboles linderos En las parcelas de área fija existe siempre la posibilidad de que no esté totalmente caro si un árbol pertenece a ella o no. El proceso de verificación es muy lento, y preferimos tener un número bajo de árboles para controlar. Las parcelas circulares son las mejores en este sentido, ya que el círculo cuenta, para un área determinada, con un perímetro mínimo y por lo tanto con un número mínimo de árboles que actúan como límite de ésta. Las parcelas rectangulares no son tan eficaces, ya que, a pesar de tener el mismo tamaño, su perímetro es mucho mayor. Por ello, debe definirse bien qué árboles están incluidos y cuáles no. Por norma general, el eje central virtual del tronco lo define: si 9

10 éste se encuentra en el área de la parcela, el árbol también. Esto significa que quedarán incluidos incluso aquellos árboles que tengan el tronco muy inclinado y la proyección de su dap quede fuera del límite de la parcela. O lo contrario, un árbol cuyo tronco esté inclinado de tal forma que cuelgue sobre la parcela no estará incluido si su centro está fuera de ésta. Parcelas divisorias Las parcelas divisorias son aquellas que se solapan parcialmente, sobrepasando los límites de distintas categorías de condiciones de los objetivos (por ejemplo, el tipo de bosque). Existe un debate cuando el estudio hace referencia de forma exclusiva a la categoría de condición de objetivo (por ejemplo, bosque). Si el inventario abarca todas las categorías de vegetación y utilización del terreno (tipo de paisaje del inventario de árboles), la ocurrencia de las parcelas divisorias será más escasa y se dará únicamente en los límites de la zona de muestreo definida. Las parcelas de muestreo se establecen si el punto de referencia definido (el centro de las parcelas circulares o cuadradas o el punto inicial de las rectangulares) está incluido en la categoría de condición de objetivo (por ejemplo, bosque). Si un punto de muestreo no está incluido, no se podrá establecer la parcela aunque parte de ella esté en el bosque. En la literatura científica existen discrepancias sobre las diferentes opciones para tratar las parcelas divisorias. El método Mirage está aceptado por considerarse práctico y objetivo: la sección de la parcela que no está incluida en el bosque se refleja en ésta y los árboles de dicha sección se incluyen por duplicado en el muestreo. Se discute si excluir las parcelas divisorias o cambiarlas de modo que entren completamente dentro del bosque. Sin embargo, esto provocará errores sistemáticos cuya magnitud se desconoce y, por ello, no se deberían aplicar. Corrección de la pendiente Si una parcela tiene 1000 m², esta área hace referencia al plano de mapa del mismo modo que el resto de valores de área que se utilizan en ingeniería forestal. En las pendientes también es necesario utilizar distancias horizontales, ya sea manteniendo horizontalmente la cinta métrica (o utilizando un instrumento que la mida de forma automática) o empleando un método de corrección de pendiente que garantice que el área que se está midiendo en el campo será igual al área de una parcela determinada cuando ésta se proyecte en horizontal. El área real medida en la pendiente será igual al ángulo de la pendiente. En el caso de parcelas circulares, se calcula cuál sería el área de la elipse si el círculo se proyecta del plano de mapa en la pendiente. Como consecuencia, el radio del círculo equivalente al área se queda determinado y se emplea en la parcela de campo. Si, a continuación, se tomara el área ajustada de forma correcta, pero no la forma elíptica, no supondría ningún problema. Las correcciones de pendiente se deben aplicar a cualquier tipo de unidades de observación de línea o área. Algunos dispositivos de medición realizan la corrección de la pendiente de forma automática, como por ejemplo el relascopio en los muestreos de parcelas variables. Los factores de corrección de pendiente han de aparecer en cualquier manual de campo de inventario forestal. 5. Optimización del diseño de parcela Parcelas de área fija Aquellos criterios aplicables a la optimización del diseño de muestreo también se aplican al diseño de parcela: por norma general, la optimización se realiza para una variable principal, generalmente por comodidad se utiliza la masa arbórea en crecimiento. Sin embargo, en las EFN, se tienen en cuenta muchas variables y puede darse el caso de que más de una sea relevante. Por este motivo, es recomendable realizar de forma frecuente una optimización formal utilizando la variable 10

11 clave (volumen) y, a continuación, tomar una decisión pragmática en la que también intervendrán las experiencias generales de otras EFN. Lo que se busca en el ejercicio de muestreo es alcanzar el más alto nivel de precisión con un coste determinado (o uno menor en el caso de buscar una precisión determinada). El diseño de respuesta contribuye a este objetivo al tratar de recopilar toda la información posible acerca de cada unidad de observación individual. Es evidente que, en tamaños de muestreo determinados, cuanto más grande sea la parcela, más precisos serán los resultados ya que la cantidad de información que se recopila es mayor (aunque, por supuesto, el coste también lo será). Sin embargo, en el caso de tamaños fijos, como por ejemplo 1000 m², es posible modificar la forma de la parcela, lo que tendrá un efecto significativo en la precisión. En general, el objetivo es determinar el diseño de la parcela, dentro de los límites prácticos y presupuestarios, de modo que la variabilidad dentro de ésta sea máxima y abarque todas las condiciones posibles. (Esto es completamente diferente a los experimentos diseñados, en los cuales se busca que la parcela experimental tenga unas condiciones lo más homogéneas posibles). Una alta variabilidad dentro de la parcela implica que las diferencias entre los valores de un muestreo serán menores, lo que provocará que el error estándar sea también menor. Desde un punto de vista estadístico y con respecto a la forma de la parcela, teniendo en cuenta que el área es la misma, la conclusión es que: - las parcelas rectangulares alargadas (parcelas en franja) pueden ser mejores que aquellas con formas compactas, como las circulares o cuadradas, y que - las parcelas agrupadas con subparcelas separadas espacialmente son mejores que las parcelas únicas. Sin embargo, la ganancia en la eficiencia estadística está únicamente relacionada con la estructura del bosque objeto del muestreo, por ejemplo, la autocorrelación espacial de las variables de interés. Por supuesto es necesario tener también en cuenta aspectos prácticos que generalmente son aún más importantes (véase Organización e implantación). En las parcelas agrupadas, los grupos de personal de campo emplean mucho caminando y en las parcelas en franja el número de árboles que actúan como lindes es mucho mayor que en parcelas circulares con un área equivalente (debido a la reducción del perímetro). Además, la implantación de parcelas circulares en el campo es directa y sencilla, ya basta localizar un único punto central para definirlas. Del mismo modo, la visibilidad también constituye un problema: si ésta es mala, las franjas serán orientativas puesto que las observaciones de los dos lados de la zona central se harán a distancias relativamente cortas. Si la visibilidad es buena, el progreso de las mediciones en las parcelas circulares es mucho más rápido. Sería válido (aunque poco frecuente) combinar en una sola así encuesta parcelas del mismo tamaño pero de distinta forma. Sin embargo, es necesario recalcar que la forma de la parcela no se debe determinar únicamente en el campo, por ejemplo, ajustándose a las condiciones del terreno existentes. Se ha comprobado de forma empírica que un número de 15 a 20 árboles por parcela es un buen valor para determinar el tamaño de ésta. Es útil tener una idea de la distribución del diámetro (por ejemplo, obtenida de inventarios anteriores) de modo que, para diferentes categorías dap, se puedan determinar los tamaños de las parcelas y de las subparcelas. Optimización de parcelas agrupadas En la mayoría de las EFN se emplean parcelas agrupadas, principalmente por motivos prácticos: ya que por regla general el transporte es caro, se pretende recabar tanta información 11

12 como sea posible en cada ubicación específica (Tomppo et al., 2010). Se podría determinar una gran parcela única; sin embargo, ésta sería ineficaz. Por lo tanto, el área de la parcela se subdivide y se establecen parcelas agrupadas de subparcelas separadas espacialmente (denominadas a veces extensiones). Todo el grupo completo de parcelas ordenadas en una configuración geométrica fija es la unidad de observación que ofrece una sola observación para las estimaciones (Köhl et al., 2006). Estas áreas separadas espacialmente, pero que forman parte del grupo, constituyen las subparcelas. Es importante tener en cuenta que el conjunto completo de subparcelas de una configuración fija se selecciona por una sola ubicación de muestra (un punto de muestra elegido basándose en el diseño subyacente de las muestras). Dado que en una muestra de probabilidad el tamaño de la muestra se refiere al número de elementos seleccionados de forma independiente, las subparcelas no se pueden tratar en calidad de observaciones individuales. Como consecuencia, todo el grupo en conjunto representa una sola observación. A la hora de optimizar un diseño de parcela agrupada es necesario tener en cuenta una serie de criterios, así como aspectos prácticos y estadísticos. Han de decidirse los siguientes aspectos, cuando exista una compensación entre algunos de ellos: Tamaño del grupo = número de subparcelas Configuración espacial geométrica de las subparcelas: las subparcelas se organizan en una extensión en forma de cuadrado, de medio cuadrado = forma de L, en una línea, en un triángulo, en una cruz, etc. Distancia espacial entre subparcelas: cuanto más separadas entre sí estén las subparcelas, más estadísticamente eficiente será el diseño de la parcela. Sin embargo, aumentará el tiempo necesario para desplazarse de una subparcela a otra. Tipo y tamaño de las subparcelas: se aplican las mismas consideraciones de las parcelas únicas. Puesto que una agrupación de parcelas generalmente tiene una extensión espacial mucho mayor, es más probable que dicha parcela forme una intersección con el límite del marco de muestreo. 6. Observaciones temporales frente a observaciones permanentes Las unidades de observación, como las parcelas de muestreo, se miden una vez en un inventario (parcelas temporales) o de forma repetida en inventarios posteriores (parcelas permanentes). En el último caso, exactamente la misma parcela es la que se observa una y otra vez. El objetivo de las parcelas permanentes es permitir una estimación de los cambios eficiente. Es necesario registrar y marcar las parcelas de modo que se puedan encontrar más adelante. Esto se lleva a cabo a través de marcadores en el campo, visibles o invisibles, en un croquis topográfico, con mediciones de distancia y orientación con respecto a objetos o utilizando mediciones por GPS. Del mismo modo, para generar series de tiempo de las mediciones de árbol, es necesario registrar los árboles individuales de forma que mediciones posteriores se puedan atribuir al mismo árbol, y de una forma exacta. Para ello se colocan en el árbol marcadores, como etiquetas de aluminio numeradas (con la desventaja de que alguien las podría quitar) o anotando la posición relativa con respecto a una referencia (p. ej.: la distancia y la orientación con respecto al centro de la parcela, en parcelas circulares; o la longitud y las distancias lateral y perpendicular con respecto a la zona central de una parcela en franja). Una vez que se han registrado las posiciones de los árboles, el siguiente paso sería anotar o trazar un plano espacial de otras características, como fronteras físicas (vallas), madera muerta, etc. de modo que, como resultado, se obtenga un diseño de parcela asignado. 12

13 Para establecer parcelas consideradas permanentes, es necesaria una rigurosa documentación y la permanencia en la administración de los datos y también en la del proyecto, es obligatoria. 7. Observaciones finales Calidad de los datos Las observaciones y las mediciones constituyen la base de cualquier análisis y cálculo de datos de las evaluaciones forestales. Por este motivo, es imprescindible garantizar un alto nivel de calidad de los datos. La calidad de los datos implica que: Las mediciones se realizan con cuidado y precisión. Todas las mediciones de un atributo en concreto siguen las mismas especificaciones (en términos de definición y procedimiento de medición). Por norma general, los errores en las mediciones no se tienen en cuenta a la hora de contar el número de errores de los inventarios forestales. En el análisis estadístico, es frecuente asumir que todas las mediciones no contienen ningún error. Un problema similar supone el hecho de que habitualmente se ignore también la incertidumbre asociada a las predicciones del modelo referentes al volumen de los árboles individuales y/o la biomasa (véase el apartado sobre Recreaciones para la estimación y la supervisión). Esto implica que las cifras de error de las estimaciones estadísticas deben considerarse errores nominales, siendo el margen inferior al error real actual. Sin embargo, estudios acerca de los presupuestos de errores de un inventario de una zona forestal amplia (Gertner et al. 1992) sugieren que el error estándar originado como consecuencia del diseño de muestreo es, de hecho, el componente del error con la mayor relevancia relativa. Qué se puede hacer durante las EFN para obtener datos de alta calidad? Protocolo de evaluación y medición: documentación y descripción completa y precisa Personal: selección y formación cuidadosa de los grupos de personal de campo Supervisión: del campo de trabajo, de los dispositivos de medición (calibración), de los datos obtenidos Comprobación y calibración de los dispositivos de medición Comprobaciones plausibles cuando los datos se introducen en la base de datos Falta de respuesta La falta de respuesta es una característica del muestreo que constituye un tema de discusión predeterminado en el ámbito de las ciencias sociales, en las que la recopilación de datos se basa principalmente en entrevistas. En estos casos, para un subconjunto de elementos de muestreo, las observaciones no se pueden realizar puesto que las personas no responden. Pueden darse situaciones similares en los inventarios forestales, por ejemplo, cuando no se puede acceder a las parcelas de muestreo o cuando las nubes o las sombras no permiten llevar a cabo observaciones en determinadas secciones de las imágenes por satélite. Es importante tratar estos casos como casos de falta de respuesta, con la posibilidad de aplicar técnicas de imputación. Cambiar esas parcelas por otras áreas de acceso más fácil o sencillamente omitirlas no es una buena práctica (Patterson et al., 2011). Problemas prácticos Es necesario tener en cuenta que, en algunas ocasiones, el trabajo de campo puede ser muy exigente a nivel físico. Del mismo modo, la calidad de los datos depende en gran medida de la motivación de los grupos de personal por lo que es importante que las condiciones de trabajo (incluidos el viaje y el alojamiento) sean lo más favorables posible de cara a mantener la motivación del personal. 13

14 8. Bibliografía Anon Study on European Forestry Information and Communication System. Reports on Forest Inventory and Survey Systems. 2. p. 1327, European Commission. Cochran, W. G., Sampling Techniques. (3rd ed.). New York, USA, Wiley. Gertner, G., Köhl, M., An Assessment of Some Nonsampling Errors in a National Survey Using an Error Budget. In Forest Science, 38, ( 3), Gregoire, T.G., Valentine, H.T., Sampling Strategies for Natural Resources and the Environment. Applied Environmental Statistics. Chapman & Hall, 474 p. Köhl, M., Magnussen, S., Marchetti, M., Sampling Methods, Remote Sensing and GIS Multiresource Forest Inventory. Springer, 373 p. McRoberts, R.E., The effects of rectification and Global Positioning System errors on satellite image-based estimates of forest area. Remote Sensing of Environment 144 (8), Patterson, P.L., Coulston, J.W., Roesch, F.A., Westfall, J.A., Hill, A.D., A primer for nonresponse in the US forest inventory and analysis program. Environ Monit Assess, DOI /s Tomppo, E., Gschwantner, T., Lawrence, M. & McRoberts, R.E. (eds.) National Forest Inventories - Pathways for common reporting. Springer, 612 p. ISBN