Estimación de la Producción de Biomasa Anual en un Bosque de Pino (Maule)

La radiación global diaria (RG) promedio del año en el Maule es la que indicó el pirheliómetro para el 21 de septiembre. El bosque de pino tiene un albedo (α) de 0.25, un índice de área foliar (F) de 5, un coeficiente de extinción (k) de 0.3, y una tasa de conversión de 2 g biomasa por MJ de radiación PAR interceptada.

Estime la producción anual de biomasa de su bosque asumiendo que el año tiene 365 días y que la radiación PAR corresponde al 45 % de RG.

Cálculos de Radiación y Biomasa

1. Radiación Interceptada (I₀)

La radiación interceptada por la superficie (I₀) se calcula restando la fracción reflejada por el albedo:

$$I_0 = (1 – \alpha) \times RG$$

$$I_0 = (1 – 0,25) \times 15,37 = 11,53 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

2. Radiación PAR Interceptada en la Superficie (I₀PAR)

Asumiendo que la radiación PAR es el 45% de la radiación global (RG = 15,37 MJ m⁻² d⁻¹):

$$I_{0PAR} = 15,37 \times 0,45 = 5,19 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

3. Radiación PAR Interceptada por el Dosel (I)

Se utiliza la Ley de Beer-Lambert para estimar la radiación que penetra el dosel:

$$I = I_{0PAR} \times \exp(-k \times F)$$

$$I = 5,19 \times \exp(-0,3 \times 5) = 4,03 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

4. Radiación Anual Interceptada (Iₐño)

$$I_{\text{año}} = 4,03 \times 365 = 1470,95 \text{ MJ m}^{-2} \text{ año}^{-1}$$

5. Producción de Biomasa Anual

$$ \text{Biomasa} = 1470,95 \text{ MJ m}^{-2} \text{ año}^{-1} \times 2 \text{ g MJ}^{-1} = 2941,9 \text{ gr m}^{-2} \text{ año}^{-1} $$

La producción de biomasa del bosque es de 2941,9 gr m⁻² año⁻¹, lo que equivale aproximadamente a 2,94 kg m⁻² año⁻¹ o 29,4 ton ha⁻¹ año⁻¹.

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Propiedades de Emisividad y Aplicaciones Termales

Usted debe escoger un material A para recubrir el interior de un horno de pizza y un material B para cubrir el interior de una cámara de frío de un packing. Discuta las características de la emisividad de cada material y por qué elegiría dichos materiales.

Material A: Horno de Pizza (Alta Temperatura)

Para el Material A utilizado en el horno de pizza, se optaría por un material con una alta emisividad. Así, la temperatura del recubrimiento emitiría mayor cantidad de energía como onda larga para cocinar la pizza, haciendo el uso del combustible del horno más eficiente.

Material B: Cámara de Frío (Baja Temperatura)

Para el Material B utilizado al interior de una cámara de frío, se optaría por un material con una baja emisividad. Así, la emisión de energía de onda larga por parte de las paredes de la cámara sería baja, evitando calentar la fruta, mejorando así la eficiencia energética del sistema de refrigeración de la cámara.

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Conceptos Fundamentales de Bioclimatología y Teledetección

H4: Firma Espectral de una Hoja

La firma espectral de una hoja corresponde a la reflectancia (o absorción) para cada longitud de onda, tanto del espectro visible (400 – 700 nm) como del espectro infrarrojo (700 nm en adelante). Dicha propiedad físico-química está dada por los compuestos y la concentración de estos presentes en la hoja.

• La concentración de pigmentos (e.g., clorofila) puede afectar la firma espectral de la hoja en el espectro visible.
• El estatus hídrico de la planta puede afectar su firma en el espectro infrarrojo.
• La concentración de lignina puede afectar su firma en el espectro infrarrojo.
• La concentración de nutrientes (Nitrógeno asociado a la clorofila) puede afectar la firma espectral de la hoja en el espectro visible o invisible (e.g., Fósforo).

H4: Preguntas y Respuestas Clave

• Las estaciones del año en latitudes medias se deben a: La inclinación de los ángulos del sol a lo largo del año.
• Con respecto a la firma espectral de una hoja, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?: La firma espectral de una hoja es la misma para todas las hojas de una misma especie. (Falso, varía por edad, salud y concentración de pigmentos).
• El ángulo de declinación se refiere a: La latitud sobre la cual los rayos llegan perpendicularmente al planeta.
• Si usted diseña una parka Lippi optaría por: Materiales de baja emisividad en el exterior (para reflejar el calor corporal hacia adentro).
• Con respecto a la emisividad de un gas de efecto invernadero: A menor concentración, un pequeño aumento, aumenta enormemente su emisividad.
• La longitud de onda de emisión preferente de un cuerpo negro es: Mayor a menor temperatura (Ley de Wien).
• Con respecto al albedo del planeta, ¿cuál es falsa?: Este es invariable a través de la historia del planeta. (Falso, el albedo varía constantemente).
• En alguna localidad entre el trópico de Cáncer y el trópico de Capricornio, el máximo de radiación Angot se da: 2 veces al año.
• La diferencia entre la Radiación Global y Angot se da debido a: La reflexión natural de una fracción de la radiación incidente por parte de la atmósfera, la absorción de una fracción de la radiación incidente por parte de las moléculas que componen la atmósfera, y la reflexión variable de la atmósfera dada su cobertura nubosa.
• El índice NDVI utilizado en sensoramiento remoto se basa en: Cuánta radiación absorbe en el espectro visible una superficie y cuánta radiación absorbe en el infrarrojo.
• Tela que impida la pérdida de calor: Baja emisividad.
• Diosa de la agricultura: Deméter.
• El lugar más frío de la Tierra se encuentra en: Algún laboratorio.

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Determinación de la Capacidad de Carga Ovina en Porvenir, Tierra del Fuego

Usted está a cargo de una estancia ovejera de 2000 Ha en Porvenir, Tierra del Fuego (Latitud $\Phi = -53,18^{\circ}$ HS).

La radiación Angot diaria promedio del año en Porvenir equivale a la radiación diaria del 21 de septiembre (día juliano 264) y la cobertura nubosa media anual es de 0.8. El pasto en su estancia posee un índice de área foliar (F) de 1 y un coeficiente de extinción (k) de 0.3. El pasto tiene un albedo (α) de 0.15 y una tasa de conversión de 1 gr MS MJ PAR⁻¹ interceptado. La materia seca (MS) del pasto tiene una densidad calórica de 2600 kcal kg⁻¹ de materia seca y el gasto metabólico promedio de una oveja es de 1 000 000 kcal año⁻¹. La oveja, dada la geometría de su mandíbula, puede mascar solo el 80% del pasto.

H3: (a) Determinación de Radiación Angot (RA) y Radiación Global (RG)

Para determinar RA, primero debemos obtener la declinación ($\delta$) y el ángulo horario al atardecer ($h_s$):

$$\Phi = -53,18^{\circ}$$

$$\delta = 23,5 \times \sin \left( \frac{284+264}{365} \times 360^{\circ} \right) = -0,2^{\circ}$$

$$h_s = \cos^{-1} \left( – \tan(-53,18^{\circ}) \times \tan(-0,2^{\circ}) \right) = 89,8^{\circ}$$

Cálculo de la Radiación Angot (RA):

$$RA = 37,4 \times \left( \frac{89,8}{57,3} \times \sin(-53,18^{\circ}) \times \sin(-0,2^{\circ}) + \cos(-53,18^{\circ}) \times \cos(-0,2^{\circ}) \times \sin(89,8^{\circ}) \right) = 22,58 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

Cálculo de la Radiación Global (RG), considerando la cobertura nubosa (n = 0.8):

$$RG = 22,58 \times [0,2 + 0,5 \times (1 – 0,8)] = 6,77 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

La Radiación Angot (RA) para el 21 de septiembre en Porvenir es de 22,58 MJ m⁻² d⁻¹, mientras que la Radiación Global diaria (RG) es de 6,77 MJ m⁻² d⁻¹.

H3: (b) Cálculo de la Capacidad de Carga (Número de Ovejas)

1. Radiación Interceptada (I₀)

$$I_0 = (1 – \alpha) \times RG$$

$$I_0 = (1 – 0,15) \times 6,77 = 5,75 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

2. Radiación PAR Interceptada en la Superficie (I₀PAR)

Como solo el 45% de la radiación puede interactuar con el fotosistema, calculamos I₀PAR:

$$I_{0PAR} = 5,75 \times 0,45 = 2,59 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

3. Radiación PAR Interceptada por el Dosel (Iᵢₙₜ)

$$I_{\text{int}} = 2,59 \times \exp^{(-1 \times 0,3)} = 0,67 \text{ MJ m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

4. Rendimiento Diario de Materia Seca (Y)

Calculamos el rendimiento (Y) multiplicando por el factor de conversión del pasto y por el índice de cosecha, que en este caso corresponde al 80% del pasto que la oveja puede consumir:

$$Y = 0,67 \text{ MJ PAR m}^{-2} \text{ d}^{-1} \times 1 \text{ g MS MJ PAR}^{-1} \times 0,8 = 0,54 \text{ g m}^{-2} \text{ d}^{-1}$$

5. Rendimiento Anual en Kilogramos

$$Y_{\text{anual}} = 0,54 \times 365 \times \frac{1}{1000} = 0,2 \text{ kg m}^{-2} \text{ año}^{-1}$$

6. Rendimiento Anual en Calorías

El rendimiento en calorías se calcula como:

$$Y_{\text{cal}} = 0,2 \text{ kg m}^{-2} \text{ año}^{-1} \times 2600 \text{ kcal kg}^{-1} = 520 \text{ kcal m}^{-2} \text{ año}^{-1}$$

7. Rendimiento Total de la Estancia

La estancia tiene 2000 Ha (2000 Ha $\times$ 10 000 m²/Ha = 20 000 000 m²):

$$Y_{\text{estancia}} = 520 \times 2000 \times 10000 = 10.400.000.000 \text{ kcal estancia}^{-1} \text{ año}^{-1}$$

8. Número de Ovejas Soportadas

Si cada oveja consume $10^6$ kcal año⁻¹:

$$\text{Ovejas} = \frac{10.400.000.000}{1.000.000} = 10.400 \text{ ovejas estancia}^{-1} \text{ año}^{-1}$$

En la estancia, se podría mantener un total de 10 400 ovejas al año.