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Introducción
El suelo es el reservorio más importante de carbono en la biosfera, ya que contiene tres veces más carbono que la vegetación y la atmósfera (FAO, 2022). La degradación del suelo, la pérdida de la diversidad biológica y el cambio climático son tres caras distintas del mismo desafío (Arteaga y Burbano, 2018; Arias-Ortega y Rosales-Romero, 2019; IPBES, 2022).
La cantidad de carbono orgánico del suelo (COS, mg/ha) en un momento dado es un balance entre las tasas de entrada y salida de este mineral. En este simple balance intervienen factores interrelacionados (clima, posición topográfica, calidad del material vegetal a degradarse, biota, tiempo de duración de determinada cobertura vegetal y actividad humana) que controlan procesos complejos que varían temporal y espacialmente en el cuerpo del suelo, en forma horizontal como vertical (Peri et al., 2022).
En Cuba, aproximadamente 57 % (6 226 700 ha) de la superficie geográfica del país se dedica a la agricultura, según estadísticas del 2021 (ONEI, 2022) y, aproximadamente 76,9 % tiene un factor asociado que limita su productividad. Se destaca 70 % con baja materia orgánica y 45 % con baja fertilidad (Muñiz-Ugarte, 2015). Entre las causas más importantes de la disminución de la productividad de los suelos, se informa la administración inadecuada e inapropiada de nutrientes, el monocultivo y las malas prácticas en el manejo de los suelos y la vegetación. Ello provoca la pérdida de suelo y de su calidad, lo que se manifiesta en la cantidad, calidad y dinámica de las reservas de carbono en suelo (Rodríguez, 2022).
La pérdida de la fertilidad de los suelos, provocada por el cambio del uso, la explotación agrícola continuada e intensiva con aplicación de maquinarias y fertilizantes, así como por las prácticas agrícolas inadecuadas, originan la pérdida del carbono orgánico del suelo y disminuyen la capacidad productiva de los agroecosistemas (Olorunfemia et al., 2019; Hernández-Núñez et al., 2021).
Por lo antes referido, es necesario acumular carbono orgánico en el suelo para mejorar las propiedades físicas, químicas y biológicas y, paralelamente, disminuir las emisiones de CO2 hacia la atmósfera (Barrezueta-Unda, 2021), característica particular de los suelos naturales.
La restauración de tierras degradadas tiene el potencial de almacenar hasta tres millones de toneladas de carbono por año (Dickinson, 2019; Cerri et al., 2021).
Ante estas condicionantes, resulta indispensable el conocimiento de los inventarios de carbono entre los usos antropogénicos del suelo y los naturales, así como su comportamiento con el cambio de uso, el manejo de la tierra y la biomasa vegetal generada por las plantas (Torres-Feijoo et al., 2021). Por ello, es necesario buscar formas adecuadas de manejo agrícola, que mantengan y enriquezcan el carbono en el suelo, con vistas a desarrollar y establecer estrategias, metodologías y prácticas de manejo que permitan mitigar el cambio climático, mantener la diversidad biológica y proteger los suelos dedicados a la seguridad alimentaria (Pool-Novelo et al., 2019).
Las técnicas de fraccionamiento del carbono orgánico son adecuadas para cuantificar sus fracciones y caracterizar el estado del sistema. Permiten profundizar en el conocimiento de la complejidad de las transformaciones que experimenta el carbono orgánico. También brindan herramientas para el manejo y monitoreo de los sistemas productivos y para optimizar el almacenamiento, mejorar la calidad y sincronizar los ciclos de mineralización con los requerimientos de los cultivos.
El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de diferentes tipos de usos de la tierra en las fracciones del carbono orgánico de un vertisol crómico en el municipio Mayarí, provincia Holguín, Cuba.
Materiales y Métodos
Localización. El trabajo se realizó en el punto de observación permanente1 (POP), en la latitud: 20° 40’ 21”.73 y longitud: 75° 46’ 25”.05. Se estableció en el año 2010 en la localidad de Guaro, municipio Mayarí, provincia Holguín.
Características del suelo. El suelo se clasificó como vertisol crómico cálcico y gléyico (Hernández-Jiménez et al., 2015) en diferentes tipos de usos de la tierra (TUT): bosque de Azadirachta indica A. Juss, pasto natural (Paspalum notatum L.) y Saccharum spp. híbrido. El bosque y el pasto natural se reconvirtieron en el 2002. Ambos proceden de áreas de Saccharum spp. híbrido.
Procedimiento experimental. Se realizó un muestreo aleatorio estratificado con tres repeticiones en cada uno de los TUT, en el 2010 y 2015. Se tomaron las muestras de suelos de 0-20 cm de profundidad.
Se realizó un fraccionamiento físico granulométrico por tamizado en seco (Andriulo et al., 1990; Galantini et al., 2008). Con el uso de tamices, de 53 y 105 µm, se obtuvo la fracción gruesa (FG, > 105 µm), que contiene el carbono orgánico particulado grueso (COPG), arenas medias y gruesas y fracción media (FM, 53-105 µm) constituida por el carbono orgánico particulado medio (COPF) y las arenas muy finas y la fracción fina (FF < 53 µm) que tienen el carbono orgánico asociado a la fracción mineral (COM) más limo y arcilla. El carbono orgánico se determinó por el método de Walkley-Black (ININ y ONN, 1999).
Análisis estadístico. Se comprobó la calidad y validación de las bases de datos mediante la normalidad de los datos, con el uso de la prueba de Shapiro-Wilk’s. Para la homogeneidad de la varianza se aplicó la prueba de Bartlett. Se utilizó la comparación de medias de rango múltiple de Duncan, cuando el análisis de varianza halló diferencias significativas. El procesamiento estadístico de la información se realizó con el empleo del programa Statistica v.8 y Microsoft Excel 2019.
Resultados y Discusión
La influencia de los TUT en los contenidos de carbono orgánico total y sus fracciones (figura 1) fue evidente, ya que se observaron diferencias significativas (p < 0,05).
Al analizar la influencia de los TUT en las fracciones orgánicas del carbono total del suelo, se pudo observar que los contenidos de COPG en el pasto natural fueron superiores en 20 y 25 % a los TUT bosque de A. indica y Saccharum spp. híbrido, respectivamente. Las variaciones pueden ser atribuidas a la contribución de la biomasa vegetal y su calidad, factores que influyen en las actividades de los microorganismos del suelo. Estos se benefician de las propiedades del suelo asociadas a la disponibilidad de nutrientes y la humedad. Además, esta fracción es muy sensible a la degradación por las prácticas agrícolas a que se somete Saccharum spp. híbrido.
Durante el pastoreo, la remoción de la biomasa aérea origina la pérdida de parte de las raíces, lo que favorece el rebrote y genera un sistema radical extenso, que permanece a baja profundidad y aporta carbono orgánico, sólo en los primeros 20 cm. Este carbono orgánico es lábil (COPG), aumenta los exudados radiculares que generan un crecimiento de 10 a 20 % más rápido de las plantas (Casal et al., 2018).
El sistema radical de los pastos es muy agresivo y sus raíces están en constante renovación, lo que ocasiona la rizodeposición, que representa 50 % de la biomasa total en los forrajes perennes y 20 % en los cultivos anuales, lo que convierte a los pastos en una buena opción para aumentar el secuestro de C en los trópicos. Lopresti et al. (2020) añaden que una gran parte del carbono orgánico de los pastos se secuestra a través de las raíces, que gradualmente van pasando a formar parte de la biomasa del suelo (Rivera et al., 2021).
Landriscini et al. (2020) demostraron el efecto significativo de los cultivos de cobertura en el COS. Estos autores señalan que la fracción lábil (COPG) estuvo fuertemente relacionada con la mayor producción de residuos y de su calidad en la capa superficial del suelo.
En cuanto al COPF, esta fracción constituye un material de transición, por lo que no es tan variable como COPG ni tan estable como COM, de acuerdo con lo referido por (Duval, 2015).
La fracción mineral COM presentó la menor variación con respecto a las dos fracciones restantes, lo que se atribuye a la mayor estabilidad entre los agregados que le confiere mayor resistencia a su descomposición física y biológica. Los resultados mostraron disminución de la fracción orgánica más lábil (COPG), a favor de la más humificada y estable (COM).
Márquez-San-Emeterio (2016), en un suelo regosol eútrico, en tres TUT (Mangifera indica L., Annona cherimola Mill. y Persea americana Mill.) informó que el contenido en carbono varía de acuerdo con el tipo de fracción presente. La fracción fina tiene mayor proporción con respecto a la fracción gruesa del suelo. Se trata de carbono fuertemente unido a la fracción mineral.
El bosque de A. indica fue superior (16 y 32 %) al pasto natural y a Saccharum spp. híbrido en el COT, respectivamente. Estos cambios en la dinámica del COT están relacionados con el tipo de utilización de la tierra, que determina la cobertura vegetal y su calidad. Torres-Feijoo et al. (2021) concluyeron que las transformaciones relacionadas con el cambio de uso y de cobertura afectan directamente las reservas de carbono del suelo.
En los TUT bosque de A. indica y pasto natural todas las fracciones orgánicas fueron mayores en comparación con el TUT Saccharum spp. híbrido, en lo que pudo influir el uso frecuente de implementos agrícolas durante la preparación de suelo para la plantación del cultivo, que como media ocurre cada tres años. Además, con la inversión de los horizontes superiores se rompen los agregados y disminuye la protección de los complejos orgánico-minerales. También se realizan labores de cultivos anuales, entre ellas el cultivo profundo (35-40 cm), específicamente en el vertisol, donde se cosecha de forma mecanizada.
Pineda-Ruiz et al. (2023) encontraron que el manejo convencional al que se sometió un suelo plantado con Saccharum spp. híbrido provocó la pérdida gradual de carbono, que se acentuó a medida que transcurrió el tiempo. Esto se manifestó en el comportamiento de los ciclos de reposición, debido a la perturbación del suelo durante la preparación para la plantación, donde se pierden las reservas de carbono acumuladas durante todo un ciclo, que alcanzan 47 % en más de 30 años.
Los efectos de la reconversión de los agroecosistemas han contribuido a restablecer el equilibrio dinámico de las formas del carbono orgánico en el tiempo (10 años), a partir de la descomposición del material orgánico propio de los nuevos usos.
Al final del período, las fracciones del COPG y COPF resultaron inferiores (p < 0,05) en los TUT bosque de A. indica y pasto natural y en COPF bosque de A. indica y Saccharum spp. híbrido. Solo en el TUT pasto natural se obtuvo incremento (p < 0,05) del COM (figura 2). En todos los TUT, se observó tendencia a una mineralización más rápida de los residuos. Por ello, el COM y COT resultaron muy estables, debido a una mayor humificación del material orgánico, atribuible a mayor estabilidad entre los agregados que le confieren más resistencia a su descomposición física y biológica.
Figura 2 Contenido medio del carbono orgánico total y sus fracciones por diferentes tipos de uso de la tierra.
Quedó demostrada la dependencia de las fracciones de la cantidad y calidad de la entrada de material orgánico, según el tipo de planta y manejo agrícola. Se manifestó la diferencia entre los TUT de menor actividad antrópica (bosque de A. indica y pasto natural), que expresan los mayores incrementos (13 y 26 %). Mientras, el TUT Saccharum spp. híbrido decreció 4 %, debido a que el cultivo está sometido a mayor actividad agrícola. Estos resultados coinciden con los de Pérez-Iglesias et al. (2021) en agroecosistemas tropicales de la región costa ecuatoriana, quienes encontraron disminución de los contenidos de carbono orgánico en 3, 20, 31 y 79 % en los usos Musa sp., Theobroma cacao L., pastos y Zea mays L., respectivamente, con relación al bosque secundario. Z. mays fue el de menor contenido, debido a los excesos de labranza a los que se somete por ser un cultivo de ciclo corto.
Según los resultados de Solano-Pinzon et al. (2018) y Huamán-Carrión et al. (2021), los suelos con cobertura de pasto natural representan mayores tasas en la acumulación de carbono orgánico, en comparación con bosques y demás cultivos del mismo piso ecológico.
El comportamiento del carbono en las diferentes fracciones orgánicas mostró aumentos de forma inversa al diámetro de la fracción, en el orden COM > COPF > COPG. Esto se relaciona con el contenido de arcillas o partículas finas de la textura, las cuales favorecieron los mecanismos de protección del carbono.
Ello evidenció que son las fracciones más sensibles de experimentar transformaciones con los cambios y manejo de los TUT, por lo que afectan las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. Duval et al. (2016) y Fernandez et al. (2016), demostraron que estas fracciones orgánicas se pueden utilizar para medir los efectos de los TUT y las propiedades de los suelos, así como su índice de calidad.
Conclusiones
A medida que se incrementaron las prácticas de manejo, disminuyeron los contenidos de carbono orgánico total y sus fracciones. Se encontraron diferencias entre los tipos de uso de la tierra, siendo mayor en el bosque de A. indica. Le siguió el pasto natural y Saccharum spp. híbrido.
Los mayores contenidos de carbono orgánico se encontraron en las fracciones asociadas a los minerales y al particulado fino con respecto al grueso en todos los tipos de uso de la tierra. El bosque de A. indica presentó los contenidos más altos, seguido del pasto natural y Saccharum spp. híbrido, respectivamente.
