Colombia Forestal

Imaged based identification of colombian timbers using the xylotron: A proof of concept international partnership

Abstract Field deployable computer vision wood identification systems can be relevant in combating illegal logging in the real world. This work used 764 xylarium specimens from 84 taxa to develop an image data set to train a classifier and identify 14 commercial Colombian timbers. We took images of specimens from various xylaria outside Colombia, trained and evaluated an initial identification model and then collected additional images from a Colombian xylarium (BOFw) and incorporated these images to refine and produce a final model. The specimen classification accuracy of this final model was ~ 97%, which demonstrates that including local specimens can augment the accuracy and reliability of the XyloTron system. Our study demonstrates the first deployable computer vision model for wood identification in Colombia, which is developed on a timescale of months rather than years by leveraging on international cooperation. We conclude that field testing and advanced forensic and machine learning training are the next logical steps.

Resumen Sistemas de identificación automatizada de maderas pueden fortalecer la lucha contra el tráfico ilegal de maderas. Este trabajo utilizó 764 especímenes de xilotecas, correspondientes a 84 taxones, para desarrollar un modelo de identificación para 14 especies comerciales de Colombia. Se comenzó colectando imágenes de especímenes provenientes de xilotecas fuera de Colombia, que se utilizaron para entrenar y evaluar un modelo inicial. Se colectaron imágenes adicionales provenientes de una xiloteca Colombiana (BOFw), que se utilizaron para refinar y producir el modelo final. La capacidad de reconocimiento de este modelo fue del ~97%, demostrando que incluir muestras locales aumenta la precisión y confiabilidad del sistema [XyloTron]. Este estudio presenta el primer modelo de vision computarizada para identificación de maderas en Colombia, desarrollado en una escala de tiempo corta y bajo cooperación internacional. Concluimos que pruebas en campo y capacitación forense y en aprendizaje automatizado, son los siguientes pasos lógicos a seguir.

Perceptual analysis of the process of transfer of knowledge in woods to institutions in Costa Rica

Resumen Se analizó de forma perceptual la transferencia de conocimiento en tecnología de la madera en instituciones educativas estatales de Costa Rica. Se realizaron capacitaciones activo-pasivas en temas de secado, preservado y calidad de la madera, llevando a cabo tres evaluaciones de aprendizaje (precurso, postcurso y 30 semanas luego del postcurso). Con estas se valuó la percepción, conocimiento adquirido y limitaciones de los sistemas empleados. Se obtuvo una gran similitud entre las temáticas de secado y preservado con conocimientos previos superiores al 65 %, aprendizajes del 85 % y retenciones de conocimiento del 75 %; caso contrario se evidenció con la temática de calidad, la cual presentó un conocimiento previo del 20 %, aprendizaje del 83.5 % y retención del 75.6 %; los temas de secado y preservado mostraron la mejor percepción, considerados como simples, aplicables, útiles y entendibles; mientras que el tema de calidad se consideró complicado, complejo, inaplicable pero útil. Finalmente, se encontró que el aprendizaje de secado y preservado debe ser una combinación de 50 %-50 % entre teoría-práctica; mientras la calidad debería ser 25 %-75 % teoría-práctica.

Abstract The transfer of knowledge in wood technology in state institutions of Costa Rica was perceptually analyzed. Conducting active-passive training in topics of drying, preserving and quality of wood, using three learning assessments (precursor, post-course and 30 weeks post-course); the perception, knowledge acquired and limitations of the systems used were evaluated. Obtaining a great similarity between the topics of drying and preserving with previous knowledge over 65 %, learning of 85 % and knowledge retention of 75 %, different from the quality theme that presented a previous knowledge of 20 %, learning of 83.5 % and 75.6 % retention; The subjects of drying and preserved the best perception, considered as simple, applicable useful and understandable, while quality was considered complicated, complex, irrelevant but useful. Finally, it was found that drying and preserving learning should be a 50-50 % combination between theory and practice; while the quality should be 25-75 % theory-practice.

Biomass and carbon prediction in clonal plantations of Tectona grandis L.f.

Resumen Los modelos matemáticos para predecir biomasa son en la actualidad una opción que facilita y mejora el cálculo de la capacidad de mitigación del cambio climático de un ecosistema, pues generan información fundamental para establecer índices nacionales de almacenamiento de carbono. El objetivo de este estudio fue evaluar la biomasa de los distintos componentes del árbol (hojas, ramas, fuste, raíz) por medio de método destructivo e indirecto para construir modelos predictivos de biomasa y carbono, generados por medio del método de mínimos cuadrados ordinarios, cuyo diámetro normal fue la variable regresora. Las ecuaciones seleccionadas explicaron más del 94 % de la variabilidad observada en biomasa o carbono, con errores de estimados inferiores al 5 %. El fuste aportó el 57.4 % a la biomasa total del árbol y las hojas el 5 %. La fracción de carbono fue muy similar entre los componentes leñosos (ramas-fuste-raíz), variando de 44.9 % a 45.7 % y en las hojas alcanzó el 40.7 %.

Abstract Mathematical models for biomass and carbon prediction are currently options that facilitate and improves the calculation of the climate change mitigation capacity of an ecosystem, by generating essential information to establish national carbon storage indices. The objective of the study was to evaluate the biomass of the different tree elements (leaves, branches, stem, root) through destructive and indirect methods, to construct predictive biomass and carbon models. The models were developed using the method of ordinary least squares, using the normal diameter as the regressor variable. These equations explained more than 94 % of the variability observed in biomass or carbon, with errors of estimates below 5 %. The stem contributed with 57.4 % to the tree total biomass , and the leaves contributed with 5 %. The carbon fraction was very similar among the woody components (branches -stem-root), which varied from 44.9 % to 45.7 % and in the leaves it reached 40.7 %.

Aerial biomass of botanical families in piedmont evergreen forest subject to intervention levels

Resumen Se evaluó la biomasa aérea acumulada en lo concerniente a familias botánicas en un bosque siempreverde piemontano sometido a diferentes grados de intervención en la zona alta de la microcuenca del río Puyo. En cinco transectos de 0.1 ha se registraron las especies con DAP ≥ 10 cm. Se encontró menor número de familias en sitios con alto grado de perturbación. La biomasa aérea varió de 161.84 a 339.70 Mg.ha-1, presentándose mayor acumulación en individuos de menor clase diamétrica. Las familias con mayor índice de valor de importancia de biomasa fueron Moraceae, Arecaceae y Euphorbiaceae, reconocidas por su potencial en cuanto a estructura y carbono. El análisis de correspondencia canónica sin tendencia (DCA) indicó variación en la contribución de biomasa para cada sitio, existiendo un pequeño número de familias para mantener las reservas de carbono. Los resultados de este estudio brindan información relevante que facilita la toma de decisiones con respecto la restauración de sitios perturbados.

Abstract The accumulated aerial biomass was evaluated at the level of botanical families in an evergreen montane forest subject to different degrees of intervention in the upper Puyo river watershed. In five transects of 0.1 ha, species with diameter at breast height (DBH) ≥ 10 cm were recorded. Fewer families were found in sites with a high degree of disturbance. The aerial biomass varied from 161.84 to 339.70 Mg.ha-1, with greater accumulation in individuals of smaller diametric class. The families with the highest biomass importance value index were Moraceae, Arecaceae and Euphorbiaceae, recognized for their potential in terms of structure and carbon. Detrended correspondence analysis (DCA) indicated variation in the contribution of biomass for each site, having a small number of families to maintain carbon stocks. This provides relevant information that facilitates decision making for restoration in disturbed sites.

Biomass variation over a 21 years period in an Upper Parana Atlantic Forest, Paraguay

Resumen Se analizó la variación temporal de biomasa en un remanente del Bosque Atlántico del Alto Paraná en Paraguay, haciendo énfasis en la dinámica forestal y las clases diamétricas. Se estimó la biomasa total de los árboles con DAP ≥ 10 cm, en una parcela permanente de 1 ha ubicada en la Reserva Natural Tati Yupi de Itaipu Binacional, empleando datos de mediciones de los años 1995, 2002, 2005, 2008, 2011 y 2016. En 21 años hubo un aumento de biomasa de 0.82 Mg.ha-1.año-1; sin embargo, la variación no fue uniforme entre las mediciones. En los periodos 1995-2002 y 2002-2005 se presentó reducción de biomasa de 4.28 y 0.81 Mg.ha-1.año-1, principalmente debido a la elevada mortandad de los árboles. Mientras que en los lapsos de 2005-2008, 2008-2011 y 2011-2016 hubo aumento de 6.00, 2.97 y 4.53 Mg.ha-1.año-1, respectivamente. La variación fue más notable en las clases diamétricas inferiores.

Abstract The temporal variation of the tree biomass was analyzed in a remaining Upper Parana Atlantic Forest in Paraguay, focusing on forest dynamics and diameter classes. The total biomass of all individuals with DBH ≥ 10 cm was estimated in a permanent plot of 1 ha located in the Tati Yupi Nature Reserve of Itaipu Binacional, using measurement data from 1995, 2002, 2005, 2008, 2011 and 2016. In 21 years, the biomass increased by 0.82 Mg.ha-1.year-1; however the variation was not uniform between measurements. In the period 1995 - 2002 and 2002 - 2005, there was a reduction in total biomass of 4.28 and 0.81 Mg.ha-1.year-1, mainly due to high tree mortality. While in the period 2005 - 2008, 2008 - 2011 and 2011 - 2016, there was an increase in biomass of 6.00, 2.97 and 4.53 Mg.ha-1.year-1, respectively. The variation was more visible in lower diameter classes.

Modeling the productivity of Gmelina arborea Roxb. using biophysical and stand variables

Resumen El estudio desarrolló un modelo empírico para predecir la altura dominante (H) y el índice de sitio (IS) de plantaciones de Gmelina arborea Roxb., considerando para ello variables biofísicas y de rodal. Se utilizaron datos de 160 rodales localizados en las regiones Andina, Caribe y Pacífica de Colombia. El modelo de Chapman-Richards fue seleccionado para predecir la H e IS de cada rodal. Un análisis de correlación identificó al espaciamiento relativo, la altitud y la precipitación como variables relacionadas al IS. Un modelo de regresión lineal múltiple con estas variables explicó el 70 % de la variación total observada en el IS. Estas variables incorporadas al modelo de H permitieron aumentar en 30 % y reducir en 40 y 41 % el índice de ajuste, error absoluto y error medio cuadrático, respectivamente. Los modelos desarrollados son adecuados para estimar la productividad en áreas sin historia de plantaciones forestales, adicionando flexibilidad y capacidad predictiva en un entorno cambiante.

Abstract The study developed an empirical model for predicting the dominant height (H) and site index (SI) of Gmelina arborea Roxb. plantations considering biophysical and stand variables. Data from 160 stands located in the Andean, Caribbean and Pacific regions of Colombia were used. The Chapman-Richards model was selected for predicting H and SI of each stand. A correlation analysis identified the relative spacing, elevation and precipitation as variables related to SI. A multiple linear regression model with these variables explained 70 % of the total variation observed in SI. These variables included in the H model allowed to increase the fit index by 30 % and reduce the absolute error and mean square error by 40 and 41 %, respectively. The developed models are suitable for estimating productivity in areas with-out a history of forest plantations, adding flexibility and predictive capacity in a changing environment.

Identifying gaps of applied research to restore terrestrial ecosystems in Colombia

Resumen Importantes desafíos en la restauración de ecosistemas terrestres colombianos pueden superarse de forma parcial a través de la investigación. Por tal razón, en el presente artículo de revisión hicimos un análisis bibliométrico de varios artículos para identificar los temas abordados y los vacíos usando un marco de trabajo publicado en 2017. Este marco se presenta como una agenda de investigación en ecología cuyo desarrollo tiene una aplicación directa en la práctica de la restauración. Encontramos 167 casos provenientes de 143 artículos; la mayoría trataron temas relacionados con planificación (35 %) y monitoreo de intervenciones (25 %). Pocos abordaron temas relacionados con implementación: obtención de propágulos (12 %), establecimiento de plántulas (13 %) y desempeño del material plantado (15 %). También, identificamos un sesgo geográfico, ya que 93 % de los estudios se realizaron en las regiones Andina y Caribe; lo que equivale a menos de la mitad del territorio colombiano. Estos resultados y su análisis se presentan como una agenda preliminar de investigación en restauración que involucra intereses de diferentes actores.

Abstract Important challenges faced in terrestrial ecosystems in Colombia might be partially overcome through research. For this reason, we made a bibliometric analysis with articles to identify addressed topics as well as gaps using a framework published in 2017. This framework is presented as a research agenda based in ecology whose development has a direct application on restoration practice. We found 167 cases coming from 143 articles; the majority addressed topics related to planning (35 %) and monitoring of interventions (25 %). Few were related to implementation: sourcing propagules (12 %), seedling establishment (13 %) and performance of planted seedlings (15 %). We also identified a geographic bias since 93 % of studies were made in the Andean and the Caribbean regions which are less than half of the national territory. These results and their analyses are presented as preliminary research agenda in restoration involving interests of different stakeholders.

Evaluation of the restoration trajectory of an Andean forest through seed dispersal mutualistic networks

Resumen Con el fin de evaluar la restauración desde un enfoque funcional se compararon las interacciones de dispersión de semillas por aves entre un bosque restaurado y el de referencia. Se registró la abundancia y riqueza de aves frugívoras y plantas ornitócoras; del mismo modo, se generaron matrices de interacción con base en el consumo de frutos y el solapamiento morfológico entre el tamaño del fruto y la comisura de las aves. Los resultados mostraron que el número de enlaces por especie y anidamiento fueron mayores en el bosque de referencia; mientras que en el restaurado se presentó mayor variación mensual del número de interacciones. Además, la especie más conectada en los dos bosques fue Diglossa cyanea. Se discute que, aunque se restablecieron algunas interacciones, aún hay diferencias entre bosques y por ello se debe hacer gestión forestal como enriquecimiento con plantas ornitócoras que permita aumentar las interacciones y el banco de semillas.

Abstract In order to evaluate the restoration from a functional approach, we compared avian seed dispersal interactions between a restored forest and a reference site. For this purpose, abundance and species richness of frugivorous birds and ornitochours plants were recorded. Then, interaction matrices were generated based on fruit consumption and the morphological overlap between fruit and bill size. Our results show that the number of links per species and nestedness, were higher in the reference forest, while the number of interactions varied greatly in the restored forest. Furthermore, the most connected species in the two forests was the Masked Flowerpierce (Diglossa cyanea). We discussed that although some interactions were reestablished, there are still some differences between sites and hence, management actions such as enrichment with ornithochorous plants, in order to enhance interactions and to improve the seed bank should be promoted.

Participatory analysis of ecosystem services in a protected area of the tropical dry forest (TDF), Colombia

Resumen El estado de degradación que enfrentan los ecosistemas de bosque seco tropical (bs-T) en diferentes escalas geográficas es razón para priorizar su conservación. En este estudio se hizo un análisis participativo y multicriterio de servicios ecosistémicos (SE) asociados a coberturas presentes en la zona de vida de bs-T en un área protegida. Los SE fueron espacializados a una escala local para proyectar pautas de manejo, los cuales se priorizaron y caracterizaron mediante entrevistas a actores clave. Para la aproximación al funcionamiento del ecosistema se establecieron indicadores de procesos y estructura ecosistémica basados en información de suelos, vegetación, fauna e impulsores de cambio. Se encontró que los SE de mayor importancia son la producción agropecuaria y el suministro de agua potable. El funcionamiento del ecosistema resultó bajo y muy bajo en sistemas agrícolas; bajo y medio en sistemas pecuarios; y alto y muy alto en sistemas naturales. Se recomienda poner en funcionamiento estrategias de conservación sostenibles y participativas.

Abstract The state of degradation faced by tropical dry forest ecosystems, in different geographical scales, prioritizes their conservation. In this study, a participatory and multicriteria analysis of ecosystem services -ES- associated with current coverages in the tropical dry forest life zone in a protected area, was realized. The ES were spatialized on a local scale, to project management guidelines, and were prioritized and characterized through interviews with key stakeholders. For the approach to the ecosystem functioning, indicators of processes and ecosystem structure were established based on information of soils, flora, fauna and drivers of change. It was found that the most important ES are agricultural production and drinking water supply. The ecosystem functioning was low and very low in agricultural systems, low and medium in livestock systems, and high and very high in natural systems. It is recommended to implement sustainable and participatory conservation strategies.