El sistema agroforestal modifica el contenido de materia orgánica y las propiedades físicas del suelo

The agroforestry system modifies the organic matter content and soil physical properties

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Las principales características físicas que influyen sobre la estructura del suelo son la profundidad del espacio enraizable, el régimen de humedad (capacidad de agua útil, drenaje) y del aire (macroporosidad). Estas últimas propiedades, en iguales condiciones climáticas, son las principales causantes del cambio en la composición de la vegetación agroforestal (Lal, 2000).

El uso irracional de los suelos provoca cambios en sus propiedades, pues llega a afectar la capacidad productiva a través de su influencia sobre la vegetación y tipos de usos posibles en la agricultura (Hernández et al., 2004; 2006).

Lo anterior lleva a problemas de degradación de la estructura, compactación del suelo, aumento en la densidad de aparente (Da) y disminución de la porosidad. Uno de los grandes problemas que enfrentan los agricultores al laborear el suelo es la pérdida paulatina de MO del suelo (Crovetto, 1996; Martínez-Trinidad et al., 2008).

Como resultado de esta situación, aumenta el factor de dispersión del suelo, aumenta la Da y la compactación, disminuye la porosidad, se reduce la superficie activa del suelo para la acción de las raíces en la toma de agua y nutrientes, disminuye la actividad biológica; y como consecuencia, los rendimientos son cada vez más bajos (Murray et al., 2010 y 2011). Esta situación da lugar a que incremente el laboreo de suelos, el uso de fertilizantes y otros insumos. De esta forma, el modelo actual se va haciendo insostenible año tras año. Esto ocasiona disminución de las reservas orgánicas del suelo y trae como consecuencia, a corto plazo, una reducción del rendimiento potencial de los cultivos (Manna et al., 2003).

Las pérdidas de carbono ―como parte de la MO del suelo― no solamente tiene relación con la degradación que ocurre en las propiedades del suelo por la mineralización de la MO (sobre todo en los suelos tropicales), sino también con el problema del cambio climático (Hernández et al., 2006).

El papel de la agroforestería es mejorar el suelo, mantener la productividad mediante un manejo planificado, racionalizando el impacto sobre el ambiente (Shibu, 2009). En este contexto, conocer la influencia de las especies arbóreas sobre la estructura de los suelos resulta importante para su utilización en proyectos de recuperación de áreas degradadas o en el manejo de sistemas que buscan la sostenibilidad (Montagnini et al., 1994); a su vez, la relación Materia Orgánica (MO)-Densidad aparente (Da), en la ecuación MO – Da = Estructura, se ve favorecida en la medida que los sistemas agroforestales tienen aportes anuales de hojarasca, exudados y biomasa radicular, suficiente para modificar algunas propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, mediante un incremento del contenido de materia orgánica en la superficie y en el subsuelo (Prause y Gallardo, 2000).

Al considerar que las propiedades físicas son de interés en la detección de cambios en la estructura y composición de los suelos en un sistema agroforestal, y dada la importancia para el desarrollo agrícola-ganadero que representa la Llanura costera norte de Nayarit, este trabajo tiene por objetivo analizar el comportamiento de la materia orgánica de un suelo bajo un sistema agroforestal y los cambios ocurridos en algunas propiedades físicas durante ocho años.

El sitio seleccionado para este trabajo se localiza entre las coordenadas 21° 44´ 47´´ N; 105° 20´ 53´´ O; con una altitud de 8 msnm; la zona presenta un clima cálido subhúmedo (Aw₁ (w), de acuerdo con García (1989); con lluvias en verano (1,000-1,100 mm); temperatura promedio anual de 24.80 °C y con un manto freático a 1.20 m (figura 1).

Figura 1
Área de estudio.
Fuente: Síntesis geográfica de Nayarit (INEGI, 2000).

El predio está ubicado geomorfológicamente en la llanura baja, con influencia fluviomarina del delta del río Santiago (Bojórquez et al., 2006), cuyo material de origen son sedimentos fluvio-marinos y el tiempo de formación Postholoceno (Contreras, 1988 y Curray et al., 1969).

El sistema agroforestal fue establecido en el año 2004, con base de árboles maderables, amapa (Tabebuia rosea [Bertol.] DC.), caoba (Swietenia macrophylla King), cedro (Cedrela odorata L.), guanacaste (Enterolobium cyclocarpum [Jacq.) Griseb), melina (Gmelina arborea Roxb), paulonia (Pawlonia tomentosa [Thunb. Steud.]), primavera (Tabebuia pentaphylla L. Helmsl.) y teca (Tectona grandis F.).

El sistema agroforestal fue un lote mixto y correspondió a las especies forestales descritas y a cuatro arbustivas, las que se sembraron a una distancia de cuatro metros entre cada árbol. Este sistema fue utilizado para analizar la materia orgánica en el suelo, mediante la descomposición de las hojas que liberan nuevamente los nutrientes de las especies arbóreas, ocasionando la incorporación de materia orgánica. No se usó ningún tipo de cultivo; por lo tanto, no hubo cosechas anuales y tampoco se utilizó para pastoreo.

Se realizó la descripción del perfil a una profundidad de un metro. Se clasificaron según: la Unión Internacional de Ciencia del Suelo (IUSS), Base referencial mundial del recurso suelo Working Group (WRB, 2008), tomando una muestra por horizonte de diagnóstico, en el cual se hizo el análisis de infiltración edáfica por el método del doble anillo de Kostiakov (Fernández et al., 1971).

Para la evaluación de la materia orgánica del suelo del sistema agroforestal, se eligieron diferentes especies de árboles maderables y se realizó una muestra compuesta del suelo. El análisis de las muestras consistió en determinar el contenido de materia orgánica (MO); pH (medido en agua); capacidad de intercambio catiónico (CIC) la textura por el método de Bouyoucos; densidad aparente (Da), por el método del cilindro; densidad real (Dr), por picnómetro.

Estas técnicas mencionadas se basaron en la norma oficial mexicana NOM 021 RECNAT 2000; porosidad total (Pt), mediante la fórmula Pt=(1-(Da/Dr)x100); capacidad de campo (CC) (Page et al., 1982); porosidad aireación (Pa), por cálculo a partir de la porosidad total (Pt), menos la capacidad de campo (CC).

La toma de la muestra compuesta del suelo se realizó cada seis meses para materia orgánica durante ocho años. Se muestreó la densidad aparente por triplicado de manera sistemática en cada repetición, a una profundidad de 0-20 cm por cada muestra compuesta experimental, por coincidir con el espesor del horizonte A del suelo (Prause y Gallardo, 2000).

El monitoreo para la influencia positiva del sistema agroforestal se realizó bajo la copa de los árboles y entre las líneas de los árboles para el diseño experimental completamente aleatorio con dos repeticiones por año; los datos fueron analizados mediante procedimiento estándar ANOVA para un diseño estadístico con dos repeticiones, siendo las variables MO y Da se hizo una correlación y la comparación de medias p<0.05.

En el análisis de varianza se utilizó el paquete SAS para detectar diferencias estadísticas entre tratamientos; se realizó la prueba de medias por Tukey.

En los siguientes cuadros se presentan los resultados obtenidos del trabajo; en la descripción del perfil de referencia (cuadro 1), se observa que el horizonte A se perdió por el efecto de la agricultura intensiva; en el área de estudio se presentan bloques prismáticos a bloque subangulares, con pocos poros y compacto con una transición brusca.

Cuadro 1
Descripción del perfil del suelo estudiado de la Llanura Costera Norte de Santiago Ixcuintla (Nayarit).

El suelo está clasificado como Cambisol vértico flúvico (éutrico, arcíllico), de acuerdo con IUSS Working Group WRB (2008); si bien la proporción de los minerales primarios (y su tamaño) y la proporción de arcillas (y su mineralogía) es importante en la determinación de las propiedades físicas y químicas, el suelo presenta una textura franco arcilloso a arcilloso, con bloques prismáticos.

En el cuadro 2 se presentan los resultados obtenidos de la composición mecánica y de la textura del sitio agroforestal a una profundidad de 0-15 cm, que presenta una textura arcillosa (arena 29.20 %, limo 18 % y arcilla 52.80 %). Y de 90-100 cm presenta una textura franco (arena 31.12 %, limo 44%, arcilla 24.88 %).

Cuadro 2
Composición mecánica y clase textural del perfil estudiado.

En el cuadro 3 se presentan los resultados obtenidos en los primeros 20 cm de profundidad del suelo, en el sistema agroforestal. Se observa un incremento de un 3.35 % de materia orgánica y también un aumento en la velocidad de infiltración de 7.32 % en ocho años de estudio.

Cuadro 3
Determinación física y química del suelo estudiado en los primeros 20 cm(periodo 2005 a 2012).

MO= materia orgánica; Da o Dv= densidad aparente; Pt= porosidad total; LSHP o CC= límite superior de humedad productiva o capacidad de campo; Pa= porosidad de aireación.

En el sistema agroforestal estudiado, los valores de materia orgánica (entre el año 2005 y 2012), presentan una diferencia de 3.35 (0.51 y 3.86, respectivamente), lo cual es estadísticamente significativo de p<0.05; el incremento observado puede ser interpretado como el mejoramiento del ecosistema agroforestal; esto es referente al contenido de materia orgánica en el horizonte A y el espesor de éste, que influye decisivamente en las propiedades del suelo; además, que en este horizonte se presenta la principal masa de raíces finas, lo cual ha sido señalado por Schlatter (1991).

Así, puede afirmarse que los valores de MO del suelo y de la Da hallada en el sistema agroforestal, mejoran la estructura del suelo en los primeros 20 cm; lo que concuerda también con lo reportado por Prause y Gallardo (2000) y Murray et al. (2011).

Los valores de la densidad aparente oscilan en un rango de 1.43 y 1.19 g cm^-3; los primeros se pueden considerar altos para suelos agroforestales, y el valor de 1.19 g cm^-3 puede considerarse bajo, después de ocho años de implantado el sistema agroforestal; esto demuestra una mejora en su Da, con diferencias estadísticamente significativas entre los años 2005 y 2012, de p<0.05. La porosidad total hallada en todos los casos varió entre 45.10 % y 58.20 %, al tener un incremento de un 22 %; esto trae una mejora en la Pa de un 1.40 %. Con respecto a los valores, esto lleva a una mejora en la capacidad de retención de humedad.

Con respecto a la velocidad de infiltración del agua en suelo, se muestra una mejora en su infiltración de 13.08 a 20.03 mm/h. Esto representa una mejora en su estructura superficial y un aumento en su Pt. Los datos analizados reflejan que las diferencias entre las propiedades físicas del suelo se deben al aporte de hojarasca proveniente de las distintas especies agroforestales consideradas que, a su vez, originan diferencias en los porcentajes de materia orgánica edáfica, de 0.51 a 3.86.

Como consecuencia de lo anterior, existe una mejora en su estructura; y con esto, un incremento del movimiento del agua y del aire en el suelo, también incrementando el almacenamiento de carbono orgánico del suelo.

Con los resultados obtenidos puede decirse que, en el sitio estudiado, el incremento de la materia orgánica ha propiciado cambios en la estructura del suelo, al aumentar la velocidad de infiltración y mejorando la densidad aparente, porosidad total, porosidad de aeración y capacidad de retención de humedad.

El sistema agroforestal estudiado modificó propiedades físicas y químicas, que son la MO y Da (Prause y Gallardo, 2000; Palma et al., 1998). Por lo tanto, la Da es una propiedad que está en relación directa con el contenido de carbono y de MO del suelo, lo que concuerda con este trabajo.

Los resultados, a ocho años de implantado el sistema agroforestal, indican una disminución en la Da 1.19 g cm^-3, un aumento en la MO 3.86 %, Pt 58.20 %, porosidad de aireación Pa 22.20 % y en la CC 36 %.

El contenido de las diferentes fracciones de la MO obtenidos del suelo influye en la densidad aparente, incluyendo el espacio ocupado por el aire, por lo que sus mediciones están relacionadas con la porosidad y por la estructura del suelo. Lo que concuerda también con Cooper et al. (2005) y Murray et al. (2010), quienes encontraron una buena relación entre el contenido de MO edáfica y la Da.

Se determinó la humedad equivalente a la CC, arrojando valores de 36 % para el 2012, lo que indica valores relativamente bajos de microporosidad. Esto demuestra cómo el régimen hídrico ha cambiado en los suelos de diferentes ecosistemas tropicales, lo cual concuerda también con trabajos realizados por Ascanio et al. (2007).

Aun cuando presenta poca microporosidad, la infiltración del agua en el suelo se mejoró por la enmienda en la estructura superficial; los datos reflejan que las diferencias entre las propiedades físicas del suelo se deben al aporte diferencial de la hojarasca proveniente de las especies agroforestales, que originan un aumento en la materia orgánica edáfica; y en consecuencia, de la estructura, lo que concuerda también con Murray et al. (2010).

A ocho años de implantado el sistema agroforestal mostró un aumento del 85 % de la materia orgánica edáfica.

Existe una buena relación materia orgánica-densidad aparente, que mejora la estructura del suelo en los primeros 20 cm.

La infiltración del agua en el suelo se mejoró por el cambio de la estructura superficial del suelo, de bloques a estructura granular.

Los cambios en las propiedades físicas se deben al aumento de la materia orgánica del suelo.