Introducción

El creciente deterioro de los recursos naturales y del medio ambiente, el calentamiento progresivo del globo terrestre y la pérdida de la capa de ozono son, entre otras, las razones más importantes que en la actualidad están poniendo en peligro la existencia de la especie humana (Soca et al., 2003).

La concentración de gases de efecto invernadero (GEI), como son: dióxido de carbono (CO₂), metano y óxidos nitrosos, en la atmósfera, han aumentado considerablemente, lo cual fortalece el efecto invernadero del planeta. El CO₂, principal gas de efecto invernadero, incrementó su concentración de 280 ppm en el año 1750 a 360 ppm en el año 2000, en donde el uso de combustibles fósiles generó del 80 al 85 % del CO₂ emitido (Ortiz et al., 2008); y se estima que esta concentración de dióxido de carbono aumentará de dos a tres ppm por año a nivel mundial.

El CO₂ es incorporado en los sistemas terrestres, principalmente por la fotosíntesis de las plantas. El FONAM (2006) menciona que los bosques, tierras agrícolas y otros ecosistemas terrestres ofrecen un potencial de secuestro de carbono importante; además, se considera a las actividades forestales como aquellas a tomar en cuenta para el control, la reducción y/o la prevención de emisiones antropogénicas (Salgado, 2004). En este sentido, un aumento en la captura de GEI por las pasturas, pueden tener un gran impacto en la disminución de la concentración de CO₂ en la atmósfera (Fisher et al., 1994).

Los GEI podrían reducirse a través de dos procesos: disminuyendo las emisiones antropogénicas de CO₂ o mediante la creación y/o mejoramiento del secuestro de carbono en la biosfera. En este sentido, los sistemas agroforestales son una importante estrategia para la mitigación del calentamiento global: mediante la conservación, el secuestro, el almacenamiento y la sustitución de carbono (Vine et al., 1999; IPCC, 2000; Ibrahim et al., 2007). Así, la implementación de sistemas agroforestales —utilizando la inserción de árboles en potreros— el establecimiento de cercas vivas y el de pasturas mejoradas, así como incentivar la regeneración natural de la vegetación y la conservación de los bosques, son una posibilidad viable para los productores (Beer et al., 2003).

Ante este escenario, los sistemas agrosilvopastoriles representan una importante alternativa, al obtener alta producción de biomasa y maximizar el fenómeno de la fotosíntesis; y, por lo tanto, la capacidad de almacenar el carbono del aire en medios estables. Y ello se convierte en una alternativa práctica y real para la regulación ambiental; y es, precisamente en la franja tropical, donde se encuentran las mayores ventajas naturales para desarrollar esta línea de restauración ambiental (Molina y Uribe, 2005; Ruiz et al., 2008).

Los sistemas agrosilvopastoriles son una modalidad de los sistemas agroforestales que pueden permitir a los productores el pago por servicios ambientales, además de múltiples servicios ecológicos y sociales (Sepúlveda e Ibrahim, 2009). El secuestro de carbono, la restauración del suelo y la conservación de la biodiversidad, son algunos importantes servicios ambientales que se han considerado en diversos programas en América Latina (Alonso, 2011).

La cantidad de C⁺ fijado en sistemas agrosilvopastoriles depende de múltiples interacciones entre los componentes árbol, pasto, suelo y animal (Shibu, 2009). Así, el monitoreo del secuestro de carbono es una herramienta fundamental en los proyectos de mitigación, lo cual se logra al realizar el balance de biomasa con los recursos disponibles (MacDiken, 1997).

La incorporación de árboles leguminosos forrajeros en sistemas de plantación, como el de coco, permite aumentar la biodiversidad e implementar sistemas silvopastoriles con efectos benéficos en las zonas costeras. Por ejemplo, el establecimiento de arbóreas de uso múltiple (como el género Leucaena), pueden lograr el secuestro de carbono, especialmente si es establecida en altas densidades y con estabilidad en el tiempo (Hernández et al., 2008; Anguiano et al., 2012). Además, las gramíneas tienen un gran potencial para fijar carbono; tal es el caso del pasto Cuba CT-115, ya que al utilizar la ruta fotosintética C4, tiene mayor capacidad de integrar el gas en la materia orgánica de las plantas, lo cual contribuye positivamente a mitigar el calentamiento global (Fisher et al., 1994).

Por lo antes descrito, se planteó el presente trabajo, con el objetivo de estimar el secuestro de carbono en el sistema agrosilvopastoril y en sus componentes, formado por leucaena (Leucaena leucocephala [Lam.] de Wit cv Cunningham) sembrada en alta densidad asociada al pasto Pennisetum purpureum Schum. cv. Cuba CT-115 y del cocotero (Cocos nucifera L. ecotipo Alto Pacífico); y con ello entender el aporte de los sistemas agroforestales al secuestro del CO₂ atmosférico en el trópico seco de Colima, México.

Materiales y métodos

El presente trabajo se estableció en la Unidad de producción bovina doble propósito del Centro de Capacitación Agropecuaria y Forestal (CECAF) en la localidad de Caleras, municipio de Tecomán, Colima, México; ubicado a 18° 57´ 43´´ latitud Norte y 103° 52’ 47’’ longitud Oeste, con una altura sobre el nivel del mar de 59 metros.

El clima es Aw₀ definido como trópico seco, en el que predominan la estación seca de rango de siete a ocho meses de estiaje y una estación lluviosa de cuatro a cinco meses con una precipitación media anual de 600 mm, además de una temperatura promedio anual de 26°C y humedad relativa de 70 % (CNA, 2004).

El tipo de suelo donde se llevó a cabo el experimento es de formación aluvial reciente, con textura franco-arcillo-arenosa (arena 56 %, arcilla 23 % y limo 21 %), el área cuenta con riego por superficie. En el cuadro 1 se describe la fertilidad del suelo, a través de su análisis químico.

Cuadro 1
Análisis de fertilidad del suelo.

CIC = Capacidad Intercambio Catiónico CC = Capacidad de Campo

PMP = Punto de Marchitamiento Permanente HA = Humedad Aprovechable

CE = Conductividad Eléctrica

(Laboratorio de Análisis de Suelos del INIFAP, Campo Experimental Tecomán, 2009).

El cultivo agrícola fue una huerta senil de C. nucifera L. cv. Alto Pacífico, con una edad de 45 años y 25 m de altura, aproximadamente, establecida en un marco de plantación de 8 x 8 m. Para el establecimiento de la leguminosa arbórea, se utilizó semilla certificada con una germinación mínima del 80 % proveniente de Brasil, la cual fue escarificada mediante el método de hidrotermia. Los culmos del pasto medían en promedio 60 cm de largo y con mínimo de cuatro yemas germinales, sembrados a una profundidad de 25-30 cm, esparcidos al fondo del surco, con tres a cuatro nudos y las puntas yuxtapuestas, según lo recomendado por Padilla y Curbelo (2005). Se utilizaron cuatro tratamientos, que correspondieron al tratamiento cocotero más pasto (T1), T2 = T1 + 40, T3 = T1 + 60 y T4 = T1 + 80 mil árboles de leucaena ha^-1.

La fecha de siembra de la leucaena se realizó en el mes de febrero de 2009. El forraje se estableció cuando la leguminosa alcanzó una altura de 60-70 cm, aproximadamente. El diseño de plantación a una hilera con distancia entre surcos a 1.6 m; 2.40 m y 3.20 m (para las densidades de 80, 60 y 40 mil plantas ha^-1, respectivamente) y entre plantas de 15 a 20 semillas m lineal sembradas a chorrillo para asegurar las poblaciones requeridas, con una profundidad de siembra de 2-3 cm.

La evaluación de los ciclos de pastoreo del sistema agrosilvopastoril cocotero-leguminosa-pasto, se llevó a cabo mediante dos etapas. En la primera, se emplearon 12 hembras lactantes del grupo racial cebú-europeo, en similares condiciones de curva de lactancia, número de partos (>2), estado corporal, fisiológicos y con peso vivo promedio de 474 kg, las cuales fueron sorteadas en grupos de tres animales para cada tratamiento y repetición; en esta fase se estudiaron los primeros tres pastoreos, de acuerdo con lo recomendado por Razz et al. (2004). En una segunda etapa se emplearon seis vacas lactantes del grupo racial cebú-europeo, con similar perfil productivo-reproductivo al grupo antes descrito, bajo un esquema de pastoreo simulado, con la finalidad de que cosecharan el forraje de cada potrero (tratamiento, repetición), de acuerdo con lo descrito por Medina et al. (2005).

Se implementó el método de pastoreo racional Voisin (Senra et al., 2004). Para ello, fueron utilizados 12 potreros con una superficie de 880 m² cada uno, para los cuatro tratamientos y tres réplicas correspondientes a las diferentes densidades de leucaena y pasto bajo sombreo de cocotero. En el manejo del pastoreo, no se utilizó suplementación y se llevó a cabo con apoyo de cerco eléctrico.

Se estudió la dinámica del secuestro de C⁺ del sistema agrosilvopastoril cocotero-leguminosa-pasto durante cinco pastoreos basados en la edad de la leguminosa arbórea a los 160, 190, 230, 290 y 340 días, tiempo total del estudio. La estimación de secuestro de carbono se realizó a partir de los inventarios de la biomasa aérea de los componentes del sistema agrosilvopastoril.

En el caso del pasto y la leguminosa arbórea se cosecharon seis muestras de un metro lineal por tratamiento y réplica. El material recolectado se envió al laboratorio para determinar peso seco a 65 °C; luego del secado, el contenido de carbono se asumió como el 50% de la materia seca (IPCC, 2003). Por lo tanto, el secuestro de C⁺ ha^-1 (carbono retenido en la biomasa) y el secuestro de C⁺ ha^-1 año^-1 (crecimiento de biomasa convertido en carbono) se determinaron con base en la densidad y edad de los componentes de cada tratamiento (Giraldo et al., 2006; Ibrahim et al., 2007).

El muestreo del cocotero se realizó en los individuos localizados en cada tratamiento y repetición; en donde, además, se consideró la producción de coco fruta y la cantidad de peciolos, raquis y foliolos producidas en el tiempo de estudio, mediante la aplicación de fórmulas alométricas para obtener la cantidad de C⁺ almacenado de materia orgánica arriba del suelo, de acuerdo con la metodología descrita por Frangi y Lugo (1985), con la siguiente fórmula:

La distribución de los tratamientos se realizó bajo un diseño en bloques al azar, con un arreglo en parcelas divididas, donde la parcela grande fue la densidad de siembra de la leucaena y la parcela chica el tiempo de estudio, con tres replicas por tratamiento; asimismo, se empleó diseño en bloques al azar, para conocer el aporte del sistema en forma acumulada. En ambos casos, se utilizó la prueba de Tukey (P< 0.05) para diferencia múltiple de medias (Montgomery, 2004). El análisis se realizó con el paquete estadístico (STATISTIX, 1998).

Resultados

Los valores acumulados de secuestro de C⁺ año^-1 del sistema agrosilvopastoril muestran que el tratamiento que mayor aporte tuvo fue en donde se asoció a la siembra de 80 mil plantas de leucaena. Asimismo, el cocotero fue el componente que mayor secuestro de C⁺ t ha^-1año^-1 logró en el sistema, seguido de la leguminosa; y en último término, de la gramínea. A su vez, la alta densidad de siembra de la leucaena, permitió duplicar el secuestro de C⁺ comparada con lo obtenido con el máximo valor de la gramínea; esto generó un incremento lineal en el secuestro de carbono al manejar altas densidades de siembra de la leguminosa (cuadro 2).

Cuadro 2
Secuestro de carbono aéreo del sistema agrosilvopastoril cocotero-leucaena-pasto Cuba CT-115 en pastoreo (t ha-1 año-1).

EEM = Error Estándar de la Media.

Medias con letras minúsculas distintas en la misma columna representan diferencias (Tukey, P≤0.05).

El mayor aporte del secuestro de C⁺ lo realizó el cocotero, el cual se modificó en su participación en dependencia del arreglo espacial desarrollado por la alta densidad de la leucaena. Se observa una relación inversa del aporte de la gramínea en el secuestro de carbono, en la medida que se incrementa la densidad de siembra de la arbórea (figura 1).

Figura 1
Aporte de cada uno de los componentes del sistema agrosilvopastoril en porcentaje sobre secuestro de C⁺.

En el cuadro 3, se muestra el secuestro de C⁺ en los diferentes periodos evaluados de pastoreo para los tratamientos con la gramínea, la leucaena, el cocotero y el sistema agrosilvopastoril completo; en donde se demuestra la interacción entre los tratamientos y la edad del sistema; en todos los casos existió diferencia estadística significativa (P<0.001).

El mayor secuestro de C⁺ se obtuvo cuando la gramínea no se asoció a la leguminosa arbórea y el menor aporte fue con la mayor densidad de leucaena empleada en todos los periodos estudiados.

En el caso de la leucaena el secuestro de C⁺ tuvo un incremento lineal al aumentar su densidad de siembra; en este contexto, 60 y 80 mil plantas ha^-1 fueron similares en los pastoreos dos, tres y cuatro, con diferencia en secuestro de C⁺ tanto en el primero como en el quinto pastoreo, en los cuales 80 mil plantas ha^-1 produjo el mayor secuestro.

En el caso del cocotero, los mejores valores estuvieron asociados a la alta densidad tanto en el primero como el quinto pastoreo, con los menores valores del cocotero en donde se asoció exclusivamente a la gramínea,

A su vez, el sistema agrosilvopastoril mostró los mejores valores para el tratamiento de 80 mil árboles de leucaena ha^-1. En general, se mostró una tendencia lineal a incrementar el secuestro de C⁺ en los tratamientos en donde se asoció con la leguminosa arbórea.

Cuadro 3
Secuestro de carbono en la biomasa aérea del sistema agrosilvopastoril cocotero-leucaena-pasto Cuba CT-115 en pastoreo (t C⁺ ha-1año-1).

Medias con letras mayúsculas distintas en la misma hilera, representan diferencias (Tukey, P≤0.05).

Discusión

Los resultados encontrados en el presente trabajo sugieren un importante panorama para la investigación y desarrollo de sistemas agrosilvopastoriles y servicios ambientales en zonas costeras.

Es conocido que el C⁺ en los sistemas forestales y agroforestales se acumula en cuatro componentes: biomasa arriba del suelo, hojarasca, sistemas radiculares y carbono orgánico del suelo; sin embargo, el almacén de carbono con mayor permanencia se da en la biomasa leñosa (Snowdon et al., 2001). En el presente estudio, el componente arbóreo en los diferentes tratamientos estudiados aportó del 85 hasta el 98 % del C⁺ fijado.

Con la finalidad de comparar los presentes resultados con los de otros trabajos, se emplearon aquellos valores solamente del componente aéreo, de tal manera que los datos obtenidos en este trabajo de 101.19 a 128.62 t C⁺ ha^-1 año^-1, resultaron menores a lo descrito para el bosque caducifolio en Huatusco, Veracruz, México; en donde se obtuvieron 268.38 t C⁺ha^-1. Esta diferencia se puede atribuir a los componentes de cada uno de los sistemas mencionados, aunado a su desarrollo dasométrico (Torres-Rivera et al., 2011). Por otro lado, estos mismos autores indicaron valores para el sistema silvopastoril con baja densidad del componente arbóreo (120 árboles ha^-1) valores de 2.86 t C⁺ ha^-1; ante esta diferencia, la explicación radica que en el presente estudio el diseño espacial y la alta densidad utilizada de la arbórea y del tipo de forraje utilizado para pastoreo, así como la presencia del cocotero, producen este secuestro de C⁺ favorable.

La cantidad estimada de carbono fijada en la gramínea anualmente en este estudio, comparada con otros, en donde el pasto se encontraba sin árboles, demostró valores superiores a lo reportado por Ibrahim et al. (2007), quienes señalaron resultados de 6.1 t C⁺ ha^-1 para el Pennisetum utilizado como banco forrajero de gramíneas. El resultado del presente estudio indicó que los valores obtenidos no tuvieron un efecto negativo por la presencia del cocotero; y también fueron superiores a lo señalado por Arias-Giraldo et al. (2009), quienes evaluaron diferentes tipos de pasturas sin árboles; entre ellas, estrella (Cynodon plectostachyusVanderyst) y Guinea, Tanzania y Mombasa (Panicum maximum), con valores de 3.19 t C⁺ ha^-1. Asimismo, Miranda et al. (2007), mencionaron para ecosistemas agrosilvopastoriles en Cuba, un valor de 1.63 t C⁺ ha^-1 para el componente pasto natural sin árboles, lo que significa que las gramíneas sin árboles son los sistemas que menos carbono secuestran en comparación con los sistemas asociados a los árboles, fenómeno que coincide con nuestro estudio.

Por otra parte, el trabajo realizado por Miranda et al. (2008) en un SSP compuesto por Leucaena y Andropogon gayanus, quienes obtuvieron valores de 64.4 y 38.3 t C⁺ ha, para un total estimado de 102.7 t C⁺ ha^-1, resultan similares al sistema propuesto de cocotero más gramínea; sin embargo, en los componentes existen valores diferentes. Cabe señalar que cuando se compara con el sistema que integra la leucaena, los resultados del presente trabajo son superiores, aunque tanto el pasto como la leguminosa resultan menores al sistema de Leucaena y A. gayanus; esto posiblemente se deba a que el sistema muestra valores de un año de establecido y el secuestro de C⁺, mayoritariamente, provenía del cocotero y la leucaena que se encontraba en su primer año de establecida. A su vez, superan a los datos obtenidos por Ávila et al. (2001), quienes encontraron 95,0 t C⁺ ha^-1 en sistema agroforestal con café, en Costa Rica.

La importancia de los sistemas agrosilvopastoriles en la producción de alimentos, radica en el secuestro de carbono que se puede lograr con nuevas combinaciones y arreglos espaciales; con lo cual, el papel de la ganadería es relevante en la mitigación de los gases de efecto invernadero, fenómeno que se manifiesta en el presente trabajo, en donde la combinación estudiada con cocotero adicionado de la alta densidad de siembra de la leguminosa arbórea con un forraje de alta producción de biomasa, permitió elevar el secuestro de C⁺.

Conclusiones

El tratamiento que mayor secuestro de C⁺ obtuvo fue aquel que incorpora la siembra de 80,000 plantas de Leucaena leucocephala Var. Cunningham ha^-1, pasto Cuba CT-115 (Pennisetum purpureum) y cocotero (Cocos nucifera), dado que secuestró 2.44 veces más C⁺ ha^-1año.1, con respecto a aquella en donde sólo se asoció el cocotero con la gramínea.

Existió una relación inversa entre el secuestro de C⁺ del pasto y la densidad de la leguminosa, disminuyendo su aporte en el SASP, en la medida que la densidad de la leucaena se incrementó hasta 80,000 plantas ha^-1.

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