EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN SOBRE EL VOLUMEN DE MADERA EN Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari EN CUB
Effect of the fertilization on wood volume in Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari in Cuba
EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN SOBRE EL VOLUMEN DE MADERA EN Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari EN CUB
Foresta Veracruzana, vol. 20, núm. 2, p. 29, 2018
Recursos Genéticos Forestales
Resumen: El trabajo fue realizado con mediciones tomadas sobre los mismos árboles durante los primeros 41 años de edad de una plantación de Pinus caribaea, establecida en la Estación Experimental Forestal de Viñales en Pinar del Río, Cuba. Se probó el efecto de ocho tratamientos, incluyendo un testigo sin la aplicación de fertilizante químico, con un diseño de bloques al azar. El objetivo fue estudiar la influencia de la fertilización mineral aplicada de forma fraccionada en los primeros cinco años de establecida una plantación de Pinus caribaea, sobre los rendimientos, a largo plazo, en volumen de madera con corteza, en suelos ácidos de baja fertilidad. Se realizaron mediciones de altura y diámetro a diferentes edades, y se estimaron funciones de crecimiento mediante regresión multinivel. El análisis realizado a los coeficientes de las curvas de crecimiento indicó que las dosis de 600, 800 y 1 000 g árbol-1 de fertilizante mineral NPK favorecen los rendimientos en volumen de P. caribaea, mientras que con la aplicación de una dosis única de 300 g árbol-1 se obtienen valores inferiores a los obtenidos por el tratamiento testigo.
Palabras clave: Pinares, rendimiento en madera, fertilización mineral, dosis, tiempo.
Abstract: The work was carried out with measurements taken on the same trees during the first 41 years of a plantation of Pinus caribaea, established in the Viñales Forest Experimental Station in Pinar del Río, Cuba. The effect of eight treatments was tested, including a control without the application of chemical fertilizer with a random block design. The objective was to study the influence of mineral fertilization applied fractionally in the first five years of establishment of a plantation of Pinus caribaea, on long-term yields, in volume of wood with bark, in acid soils of low fertility. Height and diameter measurements were performed at different ages, and growth functions were estimated by multilevel regression. Height and diameter measurements were performed at different ages, and growth functions were estimated by multilevel regression. The analysis performed on the coefficients of growth curves indicated that doses of 600, 800 and 1 000 g tree-1 of mineral fertilizer of NPK benefited the volume yields of P. caribaea, while with the application of a single dose of 300 g tree-1 lower values were obtained than those gotten by the control treatment.
Keywords: Pinegroves, yield in wood, mineral fertilization, dose, time.
Introducción
Los efectos beneficiosos que ejercen los fertilizantes sobre la biología de las plantas son bien conocidos. Sin embargo, su aplicación incorrecta, tanto en exceso como deficitario, puede acarrear consecuencias negativas a la misma plantación y al medio ambiente (Herrero, 2001).
En Cuba, en la rama forestal y a nivel de producción, el uso de fertilizantes químicos es mínimo y su dosificación correcta no es conocida; en el mejor de los casos se emplean antes de realizar estudios previos de suelo. Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari es una conífera autóctona de Cuba. Por su alta plasticidad ecológica y rápido crecimiento entre los pinos cubanos ha sido utilizada ampliamente en los planes de reforestación en el archipiélago Cubano. Esta conífera crece naturalmente en suelos poco fértiles.
Las plantaciones establecidas en suelos Alíticos de baja actividad Arcillosa Rojo y Rojo Amarillento de la provincia de Pinar del Río, su hábitat natural, ha sido degradado por la agricultura. La especie en general, bajo estas condiciones, no ha tenido buenos crecimientos y los incrementos medios anuales de volumen no se corresponden con el potencial productivo de la especie (Herrero et al., 1990).
En este trabajo se aprovechan las mediciones realizadas durante la vida del árbol en seis momentos, para estimar funciones de crecimiento y conformar un modelo jerárquico con dos niveles que permita comparar el comportamiento continuo estimado del volumen durante todo el periodo y se analiza el efecto de cada tratamiento de fertilización sobre el volumen de madera a lo largo de todo el periodo de seguimiento.
El efecto de la fertilización se ha estudiado con diferentes diseños estadísticos por años y con diferentes investigadores, entre ellos Will et al. (2006), Bonomeli y Suarez. (1999), Cañellas et al. (1999), Rubilar et al. (2008), De Urzedo et al. (2013), Swanston y Preston (2014) y Reyes et al. (2014).
El manejo nutrimental a través de la fertilización es un control cultural importante en las enfermedades de las plantas y un componente integral de la producción agrícola (Huber, 1989; Fageria et al., 1997). Las plantas que reciben una nutrición mineral balanceada son más tolerantes a las enfermedades; es decir, tienen mayor capacidad para protegerse de nuevas infecciones y de limitar las ya existentes, que cuando uno o más nutrimentos son abastecidos en cantidades excesivas o deficientes.
Es evidente que la severidad de muchas enfermedades de las plantas puede reducirse mediante control químico, biológico y genético, e incrementarse con la propia nutrición (Huber, op. cit.; Velasco, 1999).
Los nutrimentos pueden, además, incrementar o disminuir la resistencia o tolerancia de los cultivos a los patógenos. La resistencia es la habilidad del huésped para limitar la penetración, el desarrollo y/o reproducción del patógeno invasor, así como limitar la alimentación de las plagas. La tolerancia es la capacidad del huésped para mantener su crecimiento, no obstante la presencia de infección o ataque de plagas (Marschner, 1995; Velasco, op. cit.).
Un suelo contaminado es aquel que ha superado su capacidad de amortiguación para una o varias sustancias y como consecuencia pasa de actuar como un sistema protector a ser causa de problemas para el agua, la atmósfera y los organismos. Al mismo tiempo se modifican sus equilibrios biogeoquímicos y aparecen cantidades anómalas de determinados componentes que originan modificaciones importantes en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo.
En definitiva se produce un empeoramiento de las propiedades del suelo y una disminución de la masa de suelo. Estos efectos tiene dos consecuencias generales: a corto plazo disminución de la producción y aumento de los gastos de explotación (cada vez el suelo necesita mayor cantidad de abonos y cada vez produce menos); a largo plazo infertilidad total y desertificación del territorio (Martínez et al., 2011).
El objetivo del presente trabajo fue estudiar la influencia de la fertilización mineral aplicada de forma fraccionada en los primeros cinco años de establecida una plantación de Pinus caribaea, sobre los rendimientos, a largo plazo, en volumen de madera con corteza
Material y métodos
El experimento se estableció en la Estación Experimental Forestal de Viñales en el mes de junio de 1971 la cual se encuentra ubicada entre los 22º 37’ norte y los 83º 41’ Oeste, a una elevación de 150 msnm. Al inicio de la plantación se tomaron valores de temperatura de la estación meteorológica mas cercana perteneciente a la ciudad de Pinar del Río. La temperatura media anual fue de 24.7 °C y la máxima diaria de 28.7 °C, la mínima diaria de 20.4 °C y la mínima absoluta de 16.2 °C (Awan y Frías, 1970).
El suelo en el cual se estableció el experimento es típico de esta especie, pero al establecerse la plantación se encontraba bajo explotación agrícola por varios años sin el correcto establecimiento de medidas de conservación lo que provocó que se perdieran algunas características forestales. Está clasificado como Ultisol según Soil Taxonomy (2014), según World Reference Base (WRB) (2015) se clasifica como un Alisol y Alítico de Baja Actividad Arcillosa, según Hernández et al. (2015), con pendientes del 4.3%, derivados de esquistos cuarcíticos y pizarras. La profundidad total del suelo fue de 1.15 m; pero, debido a la acumulación de arcilla en el horizonte B y al drenaje interno deficiente, factores que limitan la penetración de las raíces, la profundidad efectiva fue de 20 cm (Herrero, 2001).El drenaje interno es deficiente, pues existe una capa de acumulación en el horizonte B (Awan y Frías, 1970). Es un suelo muy ácido con concentraciones medias de Mg y bajas de P, K, Ca y materia orgánica. Su textura es franco arenoso; el contenido de agua aprovechable para las plantas es bajo (Jiménez y Herrero, 1984).
Capacidad de intercambio catiónico menor de 20 cmol kg-1, pH en cloruro de potasio igual o menor de 4.5 y más del 50% de saturación con aluminio cambiable.
Diseño experimental. Se realizaron mediciones sobre los árboles desde el año 1971, a un ensayo de fertilización mineral diseñado en bloques al azar con cuatro bloques y ocho tratamientos, establecido por la Estación Experimental Forestal de Viñales que contemplaron aplicaciones fraccionadas de NPK con fórmula 8-10-10 (tabla 1), el costo de la aplicación de fertilizante fue de 81.60 pesos por hectárea.
Se establecieron bloques al azar para controlar el efecto del gradiente de fertilidad del suelo, con el tiempo se detecto que para las variables objetos de estudio no se presentaron diferencias estadísticamente significativas entre los que inicialmente fueron considerados bloques.
Se empleó el método de hoyos de plantación, el fertilizante se aplicó en surcos, en forma de media luna y fue cubierto con tierra, a inicios del periodo lluvioso en el mes de julio de 1971, y durante los cinco primeros años de establecida la plantación, según tabla 1 siempre en el mismo mes.
La procedencia de las semillas fue de la masa semillera Marbajitas situada en la localidad de Cajálbana perteneciente al municipio La Palma. La distancia de plantación fue de 3 m x 3 m. Cada tratamiento, definido por la combinación dosis de fertilización y régimen de aplicación, se aplicó a 100 árboles. El tamaño de las parcelas fue de 225 m2 con un total de 25 árboles y nueve en la parcela útil. Los árboles de la parcela útil fueron etiquetados y se dio seguimiento durante todo el periodo del ensayo.
Mediciones dasométricas realizadas en el ensayo. Para evaluar la respuesta de la especie a la fertilización se calculó la cantidad de árboles vivos por hectárea. Se contó con mediciones desde el año 1977 a la edad de seis años de los árboles hasta 2012 (41 años de edad).
La densidad, número de árboles por ha, se estimó a partir del número de árboles vivos en la parcela útil.
Se midió y evaluó la altura, la cantidad de árboles vivos por hectárea y el diámetro a los 6, 8, 15, 33, 35 y 41 años de edad de la plantación. La altura se midió con regla graduada hasta los dos años de la plantación y con hipsómetro de Blume-Leiss cuando despuntaban los cinco m. El diámetro normal (d) con forcípula graduada a 1.30 m del suelo.
Los volúmenes correspondientes a cada parcela se calcularon sumando los volúmenes de los árboles sobrevivientes; de esa manera los volúmenes estimados reflejaron los cambios en la cantidad de árboles vivos por hectárea. Se calcularon, además los incrementos medios anuales (IMA) para el volumen de madera en las diferentes edades en que se registraron las mediciones. Los volúmenes se estimaron a partir de los seis años de edad y se calcularon, teniendo en cuenta la cantidad de árboles vivos por hectárea, por la fórmula de Hubert:
Dónde:
V= volumen de madera por árbol, m3 árbol-1
d1.30= diámetro a 1.30 m del suelo (cm)
h= altura (m)
Cf= coeficiente mórfico, (0.5 para P. caribaea). (Aldana, 2008)
En la literatura forestal se reportan modelos clásicos para estimar incremento y rendimiento de las masas forestales utilizando curvas sigmoidales (Návar y Corral, 2005; Návar y Domínguez, 2013), regresión alométrica (Domínguez et al., 2016) y modelos logarítmicos (Grá, 1990) en el presente trabajo se incursiona en el uso de modelos jerárquicos para esta finalidad.
Los modelos multinivel Goldstein (2010), se utilizan en la presente investigación para describir las trayectorias que sigue el volumen maderable de los árboles en sus primeros 41 años de vida, y la incidencia que tienen sobre esta variable el tratamiento y la edad. Se trabajaron dos niveles: el nivel 1 de medidas repetidas (a los 5, 7 15, 33, 35 y 41 año) y el nivel 2 las parcelas.
Análisis estadístico. Para estimar el efecto de los tratamientos sobre el crecimiento de la variable volumen en árboles por hectárea se estimaron curvas de crecimiento con el uso de la modelación multinivel (Goldstein, 2003), se utilizó el programa MLwiN versión 2.02. El modelo multinivel general fue el siguiente:
Dónde:
Yij=valor de la variable resultado para el instante i en el individuo j.
P=variables explicativas Xp en el nivel 1 (p =1P).
Q=variables explicativas Zq en el nivel 2 (q=1Q).
u0j=efecto aleatorio del nivel 2.
eij=errores de nivel 1.
Se asume que los errores eij siguen una distribución normal con promedio = 0 y varianza σ2.
Se ajustaron varios modelos para la variable volumen, seleccionándose el mejor a partir de la significación de los coeficientes, el coeficiente de determinación para el modelo de nivel 1 y los valores de -2* logaritmo de la verosimilitud (-2ll) como indicador de calidad del ajuste.
Para facilitar la interpretación de los resultados se centró la edad en 6 años. Se ajustaron modelos de crecimientos jerárquicos donde la variable dependiente fue el volumen y las variables independientes la edad y los tratamientos. Los tratamientos se introdujeron en el modelo como variables categóricas siendo la categoría de referencia el testigo (T1).
Se realizaron análisis univariados de la varianza con la verificación previa del supuesto de normalidad de los datos y las pruebas de comparaciones múltiples de Duncan, para la variable incremento medio anual (IMA).
Los análisis se hicieron para las diferentes edades por separado. Para todas las pruebas se estableció un nivel de significancia del 5%.
Resultados
Para todas las edades, de los T3 a T8, mostraron volúmenes medios superiores a los alcanzados por los T1 y T2 y a la edad de 41 años la diferencia en volumen entre estos dos grupos fue superior al 25%, en el caso de las desviación estándar los T1 y T7 fueron los que mostraron mayor estabilidad (tabla 2).
Respuesta a la fertilización expresada en volumen de madera con corteza. El modelo 1 sin predictores sólo estimó el valor de la constante. El modelo 2 incluye la velocidad del crecimiento en volumen (coeficiente de la edad), la aceleración de este crecimiento (coeficiente de edad al cuadrado) y el término edad al cubo. La inclusión de estos términos elevó significativamente la calidad del modelo con una disminución en la -2ll de 448.49. El modelo 3 incluye los tratamientos, además de los efectos del crecimiento, existiendo una mejoría significativa con respecto a los modelos 1 y 2 (diferencia en -2ll 470,89 y 22,4, respectivamente), no se apreciaron diferencias significativas entre el tratamiento 2 y el testigo. El modelo 4 resultó el de mayor poder explicativo, sólo se incluyeron las interacciones edad*tratamiento y los términos asociados al crecimiento. Interacciones significativas indicaron que la velocidad del crecimiento en volumen con la edad depende del tratamiento a que se ha sometido la plantación (tabla 3).
El signo negativo del coeficiente de edad*T2, estadísticamente significativo, es un indicador de que con este tratamiento con el paso del tiempo el incremento en volumen fue inferior al del tratamiento testigo que es la categoría de referencia. Para los T3, T4, T5, T6, T7 y T8, entre los cuales no existieron diferencias significativas en el volumen medio (tabla 4), se obtuvo que la velocidad del crecimiento en volumen con la edad fue estadísticamente superior a la del tratamiento testigo.
La representación gráfica de los coeficientes de las variables asociadas a los tratamientos en el modelo 3 (figura 1) muestra que los T6, T7 y T8 a los que se aplicaron dosis de 800 y 1 000 g árbol-1 de NPK en régimen alterno o continuo tuvieron mejores respuestas en volumen de madera en m3 ha-1 que el tratamiento testigo. El T2 al que se aplicó una dosis única 300 g árbol-1 mostró resultados inferiores para esta variable que el tratamiento testigo.
Figura 1.
Coeficientes de las variables asociadas a los tratamientos, para el volumen, en el modelo 3 (covariables edad y tratamientos).
De forma general se observa que los tratamientos T6 (800 g NPK árbol-1 A), T7 (1 000 g NPK árbol-1 C) y T8 (1 000 g NPK árbol-1 A) se sitúan en el grupo de los que mayores diferencias muestran con relación al testigo, el tratamiento T7 donde se aplicó (1 000 g NPK árbol-1) en años sucesivos resultó el tratamiento donde mayores valores se alcanzaron.
Incremento medio anual (IMA) en volumen. Las pruebas de Shapiro Wilk dieron como resultado normalidad para todos los años con probabilidades superiores a 0.190 (tabla 5). Los resultados de las pruebas de comparaciones múltiples de Duncan se observan en la figura 2 con el empleo de las primeras letras del alfabeto junto a las barras de error.
Al evaluar la evolución en el tiempo de los incrementos medios anuales de volumen según los diferentes tratamientos (figura 2), se determinó un incremento del volumen superior a los 3.97 m3 ha-1 año-1 con relación a los T1 y T2.
El T2, donde se aplicó la dosis más baja de fertilizante, demostró que la adición de una pequeña cantidad de fertilizante sólo en el primer año de vida, no es efectiva para el alcance de volúmenes óptimos, coincidiendo con los resultados obtenidos por Herrero et al. (1989) quienes manifiestan que cuando se realiza una sola fertilización inicial en los suelos Alíticos de baja actividad arcillosa no hay respuesta a la fertilización.
Los incrementos medios anuales en volúmenes promedio fueron diferentes significativamente en los tres últimos años de evaluación (figura 2). En todos los años evaluados, los tratamientos donde se aplicaron dosis de fertilizante superiores a los 300 g árbol-1 permitieron obtener incrementos en volúmenes superiores con respecto al T2, de igual forma se comportó el tratamiento testigo donde -a pesar de no existir diferencias significativas con el T2- sus valores medios fueron superiores en 12.3; 4.4 y 3.6% en los últimos tres años, respectivamente.
En todos los años el T7 donde se aplicó una dosis 1 000 g NPK árbol-1 en años sucesivos fue el de mejor comportamiento, con diferencias apreciables con relación al testigo y al T2, exceptuando el año 1979 donde no hubo diferencias entre los T2 y T7.
Figura 2.
Barras de error de los valores de los incrementos medios anuales en volumen en m3 ha-1 año-1 según los diferentes tratamientos y edades.
Discusión
Todos los tratamientos con fertilizante mostraron diferencias significativas con respecto al tratamiento testigo, excepto el T2 donde se aplicó una única dosis de fertilizante (tabla 3, modelo 3) en coincidencia con Vásquez (2001) que asegura que las coníferas necesitan nutrientes para crecer y cuando no los consiguen en niveles adecuados, presentan problemas con su desarrollo y crecimiento, debido a los desequilibrios nutrimentales que provoca la aplicación de dosis por debajo de los niveles requeridos. Los resultados alcanzados en los T6, T7 y T8, que los sitúan en el grupo que más diferencias mostraron con el testigo, se corresponde con lo planteado por Casanova (1995) y Sikora (1999) que el efecto persistente por largos periodos de los fertilizantes aplicados a los árboles en sus primeros estadios de desarrollo, lo que ha sido demostrado en diversas latitudes y se explica por el establecimiento del ciclo biogeoquímico después del cierre de las copas.
Al analizar el efecto de la fertilización mineral en el volumen correspondiente al T2, los valores medios fueron inferiores al testigo en las últimas tres mediciones, como ocurre para la altura en el año 2004, 2006 y 2012 y para el diámetro en el 2004 (León et al. 2016; Reyes et al., 2014). Esto demuestra que con la aplicación de forma adecuada de nutrientes se pueden obtener incrementos en los rendimientos.
Existen pocas evidencias de respuestas a la fertilización nitrogenada al establecimiento de P. radiata(Rubilar, 2005); sin embargo, es común observar un mayor desarrollo y homogeneidad de la plantación al primer año de crecimiento, en suelos erosionados de primera rotación de este pino.
Respuestas diferenciadas que oscilan de 2 m3 ha-1 año-1 a 14.5 m3 ha-1 año-1, a la fertilización al establecimiento de plantaciones de P. radiata en diferentes sitios, a los cinco años de edad, han sido reportadas por Rodríguez y Álvarez (2010).
Estudios realizados por Jokela y Stearns (1993) donde ensayaron la fertilización con N y P en plantaciones de Pinus taeda con 240 kg ha-1 de N y 60 kg ha-1 de P en una dosis única (sin parcelamiento), y 60 kg ha-1 de N más 60 kg ha-1 de P, como fertilización en el momento de plantación y, luego de 2 años, se agregaron 180 kg ha-1 de N (fertilización en diferentes dosis hasta totalizar los 180 kg ha-1).
Los autores verificaron luego de ocho años de mediciones, un aumento de 93% en área basal y 39% en volumen. Además, los autores concluyen que no hubo diferencias significativas entre las fertilizaciones únicas y en cuotas, a pesar de que la fertilización en cuotas es más interesante para no sobrecargar los costos iniciales de implantación de la plantación.
En el año 2004 los incrementos medios anuales de volumen correspondientes al T2 fueron inferiores al testigo. Se observó que las dosis más altas de fertilizantes aplicadas en años sucesivos o alternos permiten los incrementos de volúmenes más altos, tal como ocurrió para la altura y el diámetro (León et al. 2016;Reyes et al. 2014). El T7 (1 000 g NPK árbol-1) causó los mayores efectos en este indicador de crecimiento.
Jiménez y Herrero (1984) y Herrero et al. (1988) recomiendan la aplicación de 1 800 g NPK árbol-1, fraccionados en cuatro aplicaciones en años continuos, en un experimento establecido en la misma zona de estudio. Los resultados obtenidos en el presente trabajo indican: i) que la aplicación fraccionada de NPK (fórmulas completas) en años alternos o continuos permite aumentar los rendimientos apreciablemente, y ii) la aplicación de fórmulas completas es más conveniente.
Conclusiones
La fertilización tuvo un impacto positivo y sostenido en el tiempo con una respuesta significativa, cuando se evaluó el volumen de madera de Pinus caribaea y hasta la edad de 41 años de establecida la plantación continúa incrementándose. Las dosis más altas permitieron obtener los mayores incrementos. Los del T4 al T8 donde se aplicaron dosis iguales o superiores a 600 g árbol-1 en años sucesivos o alternos durante los primeros cinco años de establecida la plantación se obtuvieron los mayores volúmenes de madera con diferencias significativas con el tratamiento testigo.
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