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Maderas. Ciencia y tecnología

versión On-line ISSN 0718-221X

Maderas, Cienc. tecnol. v.5 n.2 Concepción  2003

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2003000200003 

Maderas. Ciencia y tecnología 5(2): 117-124, 2003

NOTA TÉCNICA

ESTUDIO DEL ANGULO FIBRILAR Y SU RELACION CON LA EDAD CAMBIAL EN Pinus radiata D.DON, PROVENIENTE DE LA SEPTIMA REGION, CHILE

Juan Valenzuela1; Iván Ulloa1; Mónica Rallo1
1Depto. Ingeniería de la Madera, Fac.Ciencias Forestales, Universidad de Chile. Santiago. Chile.

Autor para correspondencia:juaesval@hotmail.com


RESUMEN

El objetivo general de este estudio, fue medir el ángulo fibrilar y establecer su relación con la edad, en árboles de Pinus radiata (D.DON.). Se escogieron aleatoriamente cinco árboles, a los cuales se les extrajeron rodelas a la altura del DAP, específicamente probetas de los anillos de crecimiento 1, 5, 10, 15 y 17(desde la médula a la corteza). A dichos anillos de crecimiento, se les aplicó el método de Senft y Bendtsen (1985) para medir el ángulo fibrilar. El valor del ángulo fibrilar promedio para los cinco árboles fue de 18º, con un valor máximo de 43º y un mínimo de 2º. En tanto, el valor promedio para los anillos muestreados fue de 38º para el anillo 1, 22º para el 5, 16º para el 10, 11º para el 15 y 4º para el 17. La relación entre la edad y el ángulo fibrilar, se estableció mediante el ajuste de distintos modelos de regresiones lineales múltiples (lineal, cuadrático y cúbico), donde el modelo cúbico presentó las mejores características de ajuste (R2 = 0,99). El estudio determinó estadísticamente que la edad posee un efecto significativo en el valor que adopta el ángulo fibrilar. Ambas fuentes de variación (edad y árbol) fueron estudiadas estadísticamente para comprobar si había interacción entre ellas, determinándose que cada variable actúa en forma independiente en el valor del ángulo fibrilar.

Palabras Claves: Ángulo fibrilar, Edad cambial, Pinus radiata.


SUMMARY

The general objective of this study was to measure the fibrilar angle and to establish its relationship with the age, in trees of Pinus radiata (D.DON). Five trees were chosen randomly and were extracted discs to the breast hight (1,3 m), specifically samples of the rings of growth 1, 5, 10, 15 and 17 (last ring from the pith). To this rings of growth, they were applied the method of Senft and Bendtsen (1985) to measure the fibrilar angle. The value of the fibrilar angle average for the five trees was of 18º, with a maximum value 43º and a minimum of 2º. As long as, the average value for the rings collected was of 38º for the ring 1, 22º for the 5, 16º for the 10, 11º for the 15 and 4º for the 17. The relationship between the age and the fibrilar angle, settled down by means of the adjustment of different models of lineal multiple regressions (lineal, quadratic and cubic), where the cubic pattern presented the best adjustment characteristcs (R2= 0,99). Both variation sources (age and tree) they were studied statistically to check if there was interaction among them, being determined that each variable acts in independent form on the fibrilar angle.

Keywords: Fibrilar angle, cambial age, Pinus radiata.


INTRODUCCIÓN

El abastecimiento futuro de madera se espera que provenga de árboles mejorados genéticamente y de plantaciones manejadas con edades de rotación cada vez menores, lo que aumentará las proporciones de madera juvenil en las cosechas. La madera juvenil en relación a la madera adulta, es considerada de "baja calidad" para usos como madera aserrada o determinados tipos de papel (Bendtson, 1978). Para remediar esta situación, según Butterfield y Walker (1995), es necesario integrar a los programas de mejoramiento genético, variables que influyen directamente en las propiedades físicas y mecánicas de la madera, siendo las más importantes la densidad y el ángulo fibrilar.

El ángulo fibrilar corresponde al ángulo formado entre las microfibrillas de celulosa de la pared celular secundaria y el eje longitudinal de la célula (Donaldson, 1993), además es conocido como uno de los principales determinantes de las propiedades mecánicas de la madera, principalmente la rigidez y la contracción anisotrópica (Donaldson, 1996). Además, posee un impacto significativo en las propiedades del papel, como el rasgado y estiramiento (Watson y Dadswell, 1964).

El objetivo del presente estudio, es medir el ángulo fibrilar y establecer su comportamiento en relación con la edad. Se espera que los resultados contribuyan a un mayor conocimiento en el área de las propiedades de la madera y sus productos.

Figura 1. Esquema de la pared celular y ángulo fibrilar

MATERIAL Y MÉTODO

MATERIAL

Las muestras necesarias para el estudio, se obtuvieron de un rodal de Pinus radiata D.Don. de procedencia genética indefinida. El rodal está ubicado en el predio “Dr. Justo Pastor León”, dependiente de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad de Chile, VII Región del Maule. El clima de la región es suave, con temperatura media de julio de 5,9°C y una temperatura máxima media para enero de 22,7°C. La precipitación media anual alcanza los 881 mm (Santibañez y Uribe, 1993).

MÉTODO

Se escogieron cinco árboles en forma aleatoria de un rodal, a los cuales se les extrajo un disco o rodela a la altura del DAP, de las rodelas se sacaron muestras de los anillos de crecimiento de las edades 1 (inmediatamente al lado de la médula), 5, 10, 15 y 17 (último anillo a partir de la médula). La siguiente etapa fue someter las muestras al método de medición de ángulo fibrilar descrito por Senft y Bendtsen (1985).

El método de Senft y Bendtsen, entrega cortes microscópicos teñidos con una solución de Yoduro de Potasio Yodado, los cuales en esta etapa fueron observados a través de un microscopio de luz, equipado con una cámara de vídeo, a través de la cual, se capturaron imágenes de fibras. Por cada anillo de crecimiento se tomaron 30 imágenes digitales. Considerando que la muestra estaba compuesta de 5 anillos de crecimiento por árbol, se obtuvo un total de 150 imágenes por individuo. El total, considerando los cinco árboles del ensayo, alcanza las 750 imágenes digitales.

Con el software IPLABEVAL 3.0 se midió el ángulo fibrilar para cada fibra equivalente a una imagen digital. Una vez obtenidas las estimaciones de ángulo fibrilar para cada fibra, se procedió a calcular el ángulo fibrilar promedio para cada anillo de crecimiento, en cada árbol. Los datos de ángulo fibrilar, pertenecientes a los cinco árboles y sus respectivos anillos de crecimiento, se utilizaron para realizar un Análisis de Varianza. El objetivo fue determinar si los anillos de crecimiento o el individuo tienen un efecto significativo sobre el ángulo fibrilar. Además se analizó la interacción entre los dos factores (Edad e individuo). En el caso de existir algún efecto significativo de los dos factores, se contempló una comparación de medias de Duncan para los 5 tipos de anillos de crecimiento, y los 5 tipos de árboles. El objetivo de este procedimiento fue identificar entre que anillos y árboles hay diferencias significativas.

Para determinar la relación entre el ángulo fibrilar y la edad se ajustaron modelos de Regresiones Lineales Múltiples, basándose en experiencias anteriores como Donaldson (1993) y Pedini (1992). Se analizaron 3 modelos, uno de tipo lineal, uno cuadrático y uno cúbico.

Cuadro 1. Modelos propuestos de estimación de ángulo fibrilar

Función ajustada

Modelos

Función Lineal

Y = B0 + B1X

Función Cuadrática

Y = B0 + B1X +B1X2

Función Cúbica

Y = B0+B1X +B1X2+B2X3


Para la elección del modelo predictor del ángulo fibrilar se utilizó el criterio que recomienda Canavos (1998). Este utiliza el Coeficiente de Determinación (R2), el Cuadrado Medio del Error (CME), el criterio Cp (Cuociente de parámetros).

RESULTADOS

El ángulo fibrilar promedio por anillo, varió desde los 2° a los 43°, con un valor promedio de 18°.

Los factores edad y árbol son estadísticamente significativos sobre el ángulo fibrilar con un nivel de error de 1%, como lo demuestra el Análisis de Varianza que aparece en el Cuadro 2. El análisis anterior, nos entrega información con respecto a la interacción entre los factores, concluyendo que no existe evidencia estadística suficiente, para admitir su existencia en forma significativa, con un nivel de error del 1%.

Cuadro 2. Tabla de Análisis de Varianza (ANDEVA)

Fuente Variación

G.L

S.C.

C.M.

Fo

Tipo anillo

4

6386,92

1636,76

954,780

Tipo árbol

4

94,70

23,6750

13,810

Interacción

9

22,58

2,5090

1.463

Error

25

42,85

1,7142

Total

49

6547,06

Al determinar que los factores edad e individuo, son estadísticamente significativos sobre el ángulo fibrilar, se procedió según lo planteado en la metodología, a realizar un Análisis de Comparaciones Múltiples de medias de Duncan, diseñado para los cinco individuos, el cual arrojó diferencias significativas entre ellos, más bien entre tres grupos:

- Grupo 1 formado por el árbol 1
- Grupo 2 formado por los árboles 2 y 3
- Grupo 3 formado por los árboles 3 y 4

El Análisis de Comparaciones Múltiples de Duncan, también se aplicó sobre el factor edad y sus distintos valores, revelando que cada edad posee diferencias significativas con respecto al resto, es decir que cada edad posee un valor y un rango de variación distinto.

Según la metodología, para establecer la relación entre el ángulo fibrilar y la edad cambial de los individuos se propusieron tres modelos, y se determinó que el modelo cúbico alcanzó el mejor ajuste. Tal modelo se caracterizó por tener el mayor R2, el menor CME y un Cp igual al número de parámetros que posee.

Cuadro 3. Resultados de comparación de modelos ajustados.

Modelo R2 CME Cp Modelos

Lineal

0,95

12,88

2

Y=35,66-1,82X

Cuad.

0,96

5,08

2

Y=39,1-3,1X+0,07X2

Cúbico

0,99

4,07

4

Y=44,51-7,55X +0,72X2 -0,02X3

El modelo escogido (Cúbico) explica el 99% de la variabilidad del ángulo fibrilar con relación a la edad, con un nivel de error del 1%. En forma complementaria al excelente ajuste estadístico que se obtuvo, al comparar la gráfica del modelo cúbico con los datos de dispersión de ángulo fibrilar según edad, se observa un muy buen ajuste (ver Figura 2).

Figura 2. Gráfico de dispersión de datos y modelo cúbico ajustado

El ajuste individual de los modelos para cada árbol, registró en todos los casos, un coeficiente de determinación de 0,99, para el modelo cúbico (ver Cuadro 4), lo que indica que es el modelo de mejor ajuste para todos los árboles, tanto en forma colectiva como se vió anteriormente, como en forma individual.

Cuadro 4. Coeficientes de Determinación para tipo de modelo e individuos.

Número

Coeficientes de Determinación (R2)

Árbol

Modelo Lineal

Modelo Cuadrático

Modelo Cúbico

Árbol 1

0,97

0,98

0,99

Árbol 2

0,94

0,96

0,99

Árbol 3

0,95

0,98

0,99

Árbol 4

0,97

0,98

0,99

Árbol 5

0,97

0,97

0,99

DISCUSIÓN

Al analizar los valores de ángulo fibrilar medidos en este estudio, se determina que los mayores ángulos se registran en la cercanía a la médula y declina gradualmente, desde la médula al cambium vascular. Esto concuerda con los resultados de otros autores (Phillips, 1941; Walker y Butterfield, 1995). Donaldson (1993) y Pedini (1992) determinaron que los ángulos fibrilares mayores se encontraron dentro de los primeros cinco a diez anillos de crecimiento a partir de la médula, lo que también se cumple con los valores de ángulo fibrilar de este estudio y se nota claramente en el esquema gráfico (Ver figura 2).

Sobre el comportamiento del ángulo fibrilar, en relación a la edad, según estudios previos, se ha podido determinar que la forma que adopta desde la médula a la corteza es de tipo cuadrático, en especial para Pinus radiata (Donaldson, 1992; Donaldson, 1993; Donaldson y Burdon, 1995). Sin embargo, los resultados de esta investigación, revelan que la forma más ajustada para la mencionada relación, fue aplicando un modelo de tipo Cúbico, (ver figura 2). La respuesta a este mejor ajuste, se debe a un descenso importante del ángulo fibrilar entre los años 15 y 17, lo que se puede deber a factores que no fueron tomados en cuenta por el referido estudio. De todos modos, el modelo cuadrático tuvo un muy buen ajuste y muy cercano al modelo cúbico, pero no cumple en forma perfecta con las características deseadas, según los criterios de elección.

Las intervenciones silviculturales, según Lindström (1996) son una fuente de variación significativa en el ángulo fibrilar e incluso son herramientas para la obtención de productos forestales con características específicas. Donaldson (1993), en un estudio de variación de ángulo fibrilar, con respecto a la edad, para valores máximos de ángulo fibrilar que se presentan a determinadas edades, no pudo asignarlos a intervenciones silvícolas. El autor lo atribuye a factores ambientales desconocidos u otros no considerados.

Las intervenciones silviculturales, hechas en el rodal del cual se extrajeron las muestras, no permiten apreciar con certeza, una influencia relevante en los valores de ángulo fibrilar recogidos, lo cual apoya la situación presentada anteriormente por Donaldson.

Para estudios que buscan la influencia de las actividades silviculturales en el valor que adopta el ángulo fibrilar, es recomendable tomar intervalos de anillos de crecimiento más cortos, entre 2 a 3 años, de esta manera es más fácil observar variaciones en lapsos de tiempo menores.

Otro factor importante que se debe señalar, es el componente genético que influye en la forma que adquiere la relación entre el ángulo fibrilar y la edad. Donaldson y Burdon (1995), determinaron un índice de repetibilidad genética de 0,7 para Pinus radiata con respecto al ángulo fibrilar. Según los autores, este índice representa un muy buen potencial para la selección genética, ya que es una característica que se transmitiría con buena probabilidad.

La heredabilidad genética, es un término que no se puede aplicar en forma amplia, debido a que está compuesta por un factor ambiental que es muy variable y representativo de zonas limitadas (Donaldson, 1995). Por lo tanto antes de iniciar la incorporación del ángulo fibrilar a los planes de mejoramiento genético, es necesario obtener valores que se puedan aplicar con el material del cual se dispone, ya que no es recomendable tomar experiencias que no pertenecen a la zona de trabajo, y ahí la importancia de estudios como éste.

Las diferencias significativas entre los cinco individuos, requeridos para la obtención de las muestras, podría atribuirse a la variación genética dentro de la especie. Esto manifiesta la posibilidad de futuros estudios con miras a un mejoramiento genético de la especie según ángulo fibrilar en conjunto con otras variables o en forma complementaria, agregando el objetivo de calidad de la madera.

Con respecto al método de Senft y Bendtsen (1985), utilizado para visualizar el ángulo fibrilar, se debe destacar que corresponde a un método fácil de emplear, de acuerdo a la técnica y equipos. Por otra parte, los valores de ángulo fibrilar que se obtuvieron en esta investigación, son muy similares a otros obtenidos mediante métodos distintos y para la misma especie, lo que valida en cierto aspecto su uso.

Según proyecciones realizadas por Butterfield y Walker (1995), si se logra disminuir en 5º el ángulo fibrilar para Pinus radiata, lo cual según sus propias conclusiones, es bastante razonable considerando su variación natural y una intensidad de selección modesta en árboles previamente sometidos a un mejoramiento genético (1 de 10 individuos), los beneficios serían muy satisfactorios, pues se esperaría como resultado:

  • Un incremento en la rigidez de la madera entre un 25-50%, lo que equivale a subir en un grado la calificación para madera estructural.
  • Un incremento en la longitud de traqueida en 0,5 mm, mejorando las propiedades de rasgado en el papel.
  • Una reducción en los defectos de torcedura de la madera.

Los valores de ángulo fibrilar obtenidos en este estudio, reflejan una situación muy similar a experiencias realizadas en Nueva Zelanda, para la misma especie. Esto indica que lo propuesto anteriormente, puede ser una realidad que también se llegue a proyectar en nuestro país.

CONCLUSIONES

Del análisis del ángulo fibrilar, se determina un ángulo promedio total de 18°, con un valor mínimo de 2° y un máximo de 43°.

El ángulo fibrilar disminuye, desde la médula, a la corteza. Su principal descenso ocurrió entre los anillos 1 y 5, con un 42% menos del valor máximo promedio (38º) y entre los anillos 1 y 10, su valor desciende 58%, con respecto al monto antes señalado, lo que se debe claramente a la existencia de madera juvenil.

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