CUANTIFICACIÓN DE CARBONO RADICAL Morella pubescens (Willd.) Wilbur EN DOS AGROECOSISTEMAS (NARIÑO, COLOMBIA)

Carbon stock quantification of Morella pubescens (Willd.) Wilbur in two agroecosystems, Nariño, Colombia

El clima mundial ha evolucionado por factores naturales e influencia antropogénica. Los niveles de dióxido de carbono y de otros gases de efecto invernadero en la atmósfera han aumentado vertiginosamente sus concentraciones por la utilización de combustibles fósiles, la deforestación y otras actividades humanas, impulsadas por el crecimiento económico y demográfico desde la revolución industrial (IPCC, 2007).

Por esta razón es necesario desarrollar y promover investigaciones encaminadas a cuantificar con exactitud la cantidad de biomasa y carbono presente en los diferentes sistemas de uso de suelo. En este sentido, los sistemas agroforestales tienen potencial como sumidero de carbono atmosférico (Montagnini & Nair, 2004; Soto-Pinto et al., 2010; Schroth et al., 2011), siendo una alternativa productiva con posibilidad de mejorar los agroecosistemas, además de generar servicios ambientales como la captura de CO₂, traducido en la acumulación del carbono (C) en diferentes partes de la planta como la biomasa sobre el suelo, biomasa radical y otros componentes del sistema como la hojarasca y suelo. Estudios realizados en biomasa aérea en sistemas agroforestales mediante modelos alelométricos se encontró 114 Mg C·ha^-1 en café -cedro rosado, 34 Mg C·ha^-1 en café -macadamia, 29 Mg C·ha^-1 en café-chalahuite, 27 Mg C·ha^-1; café-plátano velillo y en sistema silvopastoril en 2 Mg C·ha^-1 (Espinoza et al., 2012).

El Laurel de Cera M. pubescens es un árbol que crece de manera natural en los potreros, taludes de carretera, cerca de los ríos, quebradas y en periferias de bosquetes. Se encuentra distribuido en Colombia, Ecuador, Perú, Bolivia y algunos países de Centro América; se localiza en zonas frías y húmedas entre 1600 y 3200 msnm, sobre una gran diversidad de suelos fértiles e incluso estériles. En Colombia se encuentra en los departamentos de Nariño, Cauca y Antioquia (Parra, 2003). Múltiples investigaciones recomiendan su siembra en sistemas agroforestales debido a su potencial económico e industrial, basado en la extracción y comercialización de cera y sus servicios ambientales para la conservación de suelos, control de la erosión y procesos de restauración para bosques secundarios y riberas hídricas, puesto que posee raíces profundas y abundantes las cuales, además, albergan en sus nódulos el actinomiceto frankia, que tiene la capacidad de fijar nitrógeno(N) (Mahecha, 2004; Luna, 2006).

Dada la importancia de explorar las posibilidades de establecer sistemas arbolados con especies promisorias que contribuyan con la disminución de los niveles contaminantes de CO₂ en la atmósfera, en sistema silvopastoril con M. pubescens se encontró una acumulación en biomasa aérea de 4.12 t.C.ha^-1 (Delgado & Martínez, 2005). La cantidad de carbono almacenado en el suelo de pastizales tropicales se ha estimado entre 16 y 48 t.C.ha^-1 en la profundidad de 0 a 30 cm (Botero 2003). En otra investigación se realizó la estimación de las existencias de carbono en sistemas silvopastoril (SSP) con Acacia decurrens y Pennisetum clandestinum, los resultados indican que entre el 76% y 84% de las raíces finas se encuentran en los primeros 15 cm del suelo, con una acumulación de 40.32 t.C.ha^-1 (Orrego et al., 2008). El objetivo del presente estudio fue cuantificar el almacenamiento de C de la biomasa radical del laurel de cera M. pubescens en un arreglo silvopastoril a dos distancias de siembra y realizar una comparación con el acumulado en árboles que se establecidos naturalmente mediante regeneración.

El estudio se realizó en la vereda Bateros del municipio de San Pablo ubicada en las coordenadas geográficas 1°40’09” N y -77°00’42” O del departamento de Nariño, a una altura de 2010 msnm, con precipitación pluvial media anual de 1300 mm y una temperatura promedio de 17ºC. En dos sistemas, el primero de pastura en callejones (Pc) en parcelas experimentales a dos distancias de siembra (4x3 m y 4x4 m por ha) establecida por el grupo de investigación PIFIL en el año de 1995, con la colaboración de la Alcaldía de San Pablo y la comunidad, y el segundo en un área de regeneración natural (Rn) encontrada en la misma vereda, donde la especie se reproduce naturalmente (aproximadamente 200 árboles por ha). En el sistema Pc en cada distancia, así como para la Rn, se seleccionaron al azar 7 árboles en el rango de 5 a 7 cm de diámetro a altura de pecho, para un total se muestrearon 21 árboles.

Para la extracción de raíces finas se utilizó el barreno Eijkelkamp con un cilindro de 7 cm de radio, 15 cm de largo y el volumen es de 750 cc, con base en la metodología usada en palma africana (Reyes et al.,1997), y modificada para este estudio. La distribución vertical de la raíces se analizó en el criterio de profundidad desde el nivel del suelo hasta 45 cm (muestra extraída suelo-raíces con cilindro de volumen 750 cc), mientras que la distribución horizontal se estudió en dos anillos concéntricos a partir de la base del tallo, desde el perímetro del tallo hasta 0.70 m de distancia y desde el perímetro del tallo hasta 1.40 m de distancia. Se trazaron cuatro líneas en sentido norte, sur, oriente y occidente, tomando una muestra en cada punto definido en cada una de las tres profundidades (0-15, 15-30 y 30-45 cm.), para un total de 24 muestras extraídas por cada árbol (figura 1).

Figura 1
Detalle del muestreo en campo

Se obtuvieron 504 unidades experimentales (Pc y Rn). Para la estimación de materia seca y material libre de ceniza, cada muestra fresca fue pesada y secada para realizar su cálculo con base en la metodología presentada por Schlönvoigt et al., (2000). Las muestras de raíces finas y de raíces gruesas fueron trasladadas a los laboratorios especializados de la Universidad de Nariño para su determinación de fracción de C, mediante el método de combustión húmeda, también conocido como método de incineración (MacDicken, 1997). Se aplicaron pruebas de temperatura cuantificando el C en cada una de las unidades experimentales. Se realizó un análisis de varianza y prueba de comparación de medias de Tukey, para el contenido de humedad en las raíces finas en ambos agroecosistemas y determinar diferencias estadísticas en el C acumulado en los árboles de las dos distancias de siembra de la Pc y la Rn. Mediante el software estadístico Infostat, versión 2008 (Infostat, 1977).

Mediante análisis de varianza para la variable humedad no presentó diferencias significativas (p < 0.05), es decir, los contenidos de humedad no varían entre los sistemas (distancias de siembra) evaluados. La prueba de comparación de medias indica que la mayor cantidad de humedad se encontró en el sistema con distancias de siembra correspondiente a 4x4 seguido de 4x3 y el de menor contenido el de regeneración natural. Para las variables de biomasa y carbono almacenado en los primeros 15 centímetros de suelo no se presentó diferencias estadísticas (p < 0.05).

Para el análisis de biomasa y carbono se tomó separadamente las muestras de raíces finas y gruesas y se separó por profundidades. Se encontró que la mayor cantidad de C en raíces finas está presente en la profundidad de 0-15 cm en las dos distancias de siembra disminuyendo progresivamente en las otras dos profundidades recolectadas. El C almacenado en esta primera parte del perfil fue de 4.2 t.ha^-1 (8.2 t.C.ha^-1 de biomasa) para la parcela con distancia entre árboles de 4x3 m, seguida con 3.2 t.ha^-1 (6.7 t.C.ha^-1 de biomasa) para la parcela de 4x4 m y finalmente para regeneración natural de 0.82 t.ha^-1 (2.1 t.C.ha^-1 de biomasa). Como puede verse. La cantidad de C de raíces finas en los sistemas de Pc en las dos distancias de siembra frente a la Rn fue estadísticamente diferente; debido a la distancia de siembra, la mayor cantidad de C fue encontrada en la distancia de 4x3 m. las raíces finas además de distribuirse principalmente en los primeros centímetros del suelo, disminuyen exponencialmente a medida que aumenta la profundidad (figura 2).

Figura 2
Biomasa y C almacenado total en raíces finas a tres profundidades de muestreo, en un sistema silvopastoril de pastura en callejones a dos distancias de siembra (4x4 y 4x3) y en regeneración natural.

En los datos obtenidos de biomasa almacenada procedente de raíces gruesas en los primeros 15 cm de profundidad, tanto en el sistema Pc como en Rn, se determinó mayor cantidad de C almacenado en el arreglo silvopastoril para la distancia de 4x3 m con 5.02 t.C.ha^-1, seguido de 3.12 t.C.ha^-1 para la distancia de 4x4 m y finalmente 1.2 t.ha^-1 para regeneración natural, disminuyendo progresivamente para las otras profundidades. Los datos de C de raíces gruesas fueron de 2.8 t.C.ha^-1 para la parcela con distancias de 4x3m, seguida con 1.6 t.ha^-1 para la parcela de 4x4 m y finalmente para regeneración natural de 0.6 t.C.ha^-1 disminuyendo progresivamente en las otras dos profundidades (figura 3).

Figura 3
Biomasa y C almacenado total en raíces gruesas a tres profundidades de muestreo, en un sistema silvopastoril de pastura en callejones a dos distancias de siembra (4x4 y 4x3) y en regeneración natural.

El análisis en las tres unidades experimentales demostró que la mayor cantidad de C de las raíces finas se encuentra presente en las profundidades superficiales, es decir, en el rango comprendido entre 0 y 15 cm, disminuyendo progresivamente en las otras dos profundidades. Esta dinámica presente en las raíces en el perfil de suelo puede deberse a fases tempranas de la planta en la sucesión, crecimiento y adaptación (Jackson et al., 1997; Herrera et al., 2003), depende grandemente del tipo de especie, el tipo de raíz y la disponibilidad de agua en el suelo, temperatura, flora y fauna local, tal como demuestran autores como Kent (2000), Schaller (2001), Andrade et al., (2008), Lok et al., (2013), Alvarado et al., (2013) y Somarriba et al., (2013).

A medida que se incrementa la profundidad de muestreo, los contenidos de materia orgánica del suelo disminuyen de manera natural con el incremento de la profundidad. Debido a que en la profundidad de 0 a 15 cm ocurre el mayor depósito de la materia orgánica por efecto de la acumulación de la hojarasca, la fitomasa subterránea y la cercanía a los lugares de deposición de las excretas, generando una actividad biológica superior y por tanto mayores posibilidades para la captura de carbono en el suelo (Oelbermann et al., 2004; Noda et al., 2013). Estos datos concuerdan a los reportados por Ramos (2003), encontrando datos significativos en la presencia de raíces y por consiguiente C almacenado a la profundidad de suelo 0 a 20 cm (58.2% de biomasa y 1.9 t.C.ha^-1). En esta misma profundidad para Brachiaria brizantha en monocultivo (2.3 t.C.ha^-1) y B. brizantha asociado con Diphysa robinioides (1.7 t.C.ha^-1) (Rojas et al., 2009).

Igual comportamiento se encontró en estudios realizados por Morales y Beer (1998), quienes reportaron que las raíces finas superficiales de Eucalyptus deglupta y Coffea arabica se desarrollaron bien en los estratos superficiales (58% entre 0-10 cm) y sub-superficialmente (21% entre 10-20 cm) del suelo y las raíces de ambas especies disminuyeron con la profundidad. Concordando con datos obtenidos por Zhou et al., (2007), encontraron que 80% de biomasa y contenido de C en raíces se encuentra en los 0.2 m de suelo y en menor cantidad por debajo de los 0.5 m de profundidad.

Estudios realizados por Ávila et al., (2001) y Miranda et al., (2007) encontraron que el C almacenado en un sistema silvopastoril es mayor que en un sistema de monocultivo o pasto natural, debido a que gran parte del C orgánico en el suelo es aportado por el material muerto de raíces, además del material de los árboles que cae al suelo (Cespedes et al., 2012). De igual forma, MacDiken (1997) afirma que estimar del almacenamiento de carbono en biomasa bajo el suelo (raíces) es importante en proyectos de fijación de carbono, ya que esta representa entre un 10 y un 40% de la biomasa total. En los sistemas silvopastoriles, además de la acumulación en la gramínea, también se acumula el carbono en la madera y en las raíces del árbol, lo que infiere en estos sistemas una mayor productividad primaria neta (Botero, 2003). En otros sistemas agroforestales de cacao, en asocio con Cordia alliodora, las raíces gruesas almacenaron un promedio de 9.26 t.C.ha^-1 (7.87%), y las raíces finas almacenaron en promedio 1.23 t.C.ha^-1 (1.12%) (Espin & Cerda, 2010).

Ibrahim et al. (2005) ratifican que los sistemas agroforestales (SAF) presentan un gran potencial para la captura y almacenamiento de carbono en el suelo y biomasa, puede variar entre 20 y 204 t.C.ha^-1, alcanzando a tener incrementos de C anual entre 1.8 y 5.2 t.C.ha^-1. En SAF asociados con cafetales se encuentra almacenamiento entre 33.6 y 72.3 t.C.ha^-1; encontrando valores mayores que en sistemas sin árboles (2.67 vs. 0.63 t.C.ha^-1) (Alvarado et al., 2013; Andrade et al., 2014). En SAF con cacao, los árboles maderables y frutales almacenan 32 t.C.ha^-1, equivalente a 64% de carbono en la biomasa aérea, los árboles de cacao almacenan 9 t.C.ha^-1, igual al 18% de carbono en la biomasa aérea (Méndez et al., 2013; Somarriba et al., 2013); además del aporte económico obtenido mediante el pago por servicios ambientales en cuanto a carbono total, ganando alrededor de 127 US$ C.ha^-1 por año (Cerda et al., 2013). Igualmente, se pueden considerar otra clase de beneficios no monetarios, como asistencia técnica relacionada con mitigación y adaptación al CC, producción agroecológica de cafetales y diversificación de medios de vida (Méndez et al., 2013; Rahn et al., 2013).

La mayor cantidad de C en raíces de M. pubescens se encuentra presente en las profundidades superficiales, (0 y 15 cm) con una acumulación de 4.2 t.ha^-1, disminuyendo progresivamente en las otras dos profundidades.

La mayor cantidad de biomasa en raíces M. pubescens se encuentra presente en las profundidades superficiales, (0 y 15 cm) con una acumulación de 8.2 t.C.ha^-1, disminuyendo progresivamente en las otras dos profundidades.

Los árboles de M. pubescens sembrados a distancia de 4x3 en el sistema de pastura en callejones desarrollaron una menor biomasa radical y por ende una menor acumulación de C. Las densidades de siembra de este estudio afectaron significativamente la acumulación total de C por unidad de superficie.

Los árboles de M. pubescens que crecen naturalmente en potreros en las condiciones de este estudio en Nariño, Colombia, tienen acumulaciones de C en las raíces similares a sembrados con distancias de 4x4 m en el sistema de pastura en callejones.

Los autores agradecen a la Universidad de Nariño, a la Facultad de Ciencias Agrícolas y al programa de Ingeniería Agroforestal. Al grupo de investigación PIFIL. A la Alcaldía del municipio de San Pablo, Nariño, y las autoridades de la UMATA en San Pablo. A la comunidad de la vereda Bateros por brindarnos todo su apoyo y colaboración, en especial al señor Edivar Espinosa y su familia. A todas las personas que de una u otra forma hicieron posible el desarrollo y culminación de esta investigación.