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Reservas de carbono orgánico en diferentes tipos de utilización de la tierra

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Pastos y Forrajes

versión On-line ISSN 2078-8452

Pastos y Forrajes vol.47  Perico, Matanzas  2024  Epub 05-Abr-2024

 

Artículo científico

Reservas de carbono orgánico en diferentes tipos de utilización de la tierra

Organic carbon stocks in different types of land use

0000-0003-4631-3013George Martín-Gutiérrez1  *  , 0000-0003-1820-0142Pablo Pablos-Reyes2  , 0000-0002-9377-2397Yakelín Cobo-Vidal1  , 0000-0002-2436-0591Juan Alejandro Villazón-Gómez3 

1Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar. Holguín, Cuba.

2Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar. Santiago de Cuba, Cuba.

3Universidad de Holguín. Holguín, Cuba.

Resumen

Objetivo: Evaluar el efecto de diferentes tipos de utilización de la tierra en las reservas de carbono orgánico en un suelo Ferrítico Rojo oscuro típico.

Materiales y Métodos: La investigación se desarrolló en un punto de observación permanente, ubicado en la localidad de Guaro, municipio Mayarí, provincia Holguín. Se tomaron muestras de suelo a la profundidad de 0-20, 20-40 y 40-60 cm, en tres tipos de utilización de la tierra: bosque de Pinus cubensis Griseb., pasto natural (Paspalum notatum Alain ex Flügge) y Saccharum spp., a los que se les determinó el carbono orgánico total. Además, se tomaron muestras sin disturbar para determinar la densidad aparente.

Resultados: Se encontraron diferencias significativas en las reservas de carbono orgánico del suelo entre los tres tipos de utilización de la tierra, a una profundidad de 0-20 cm. En el pasto natural fue donde hubo mayor reserva. Le siguió Saccharum spp y el bosque de P. cubensis. Hubo incremento en la tasa de acumulación de carbono edáfico con la profundidad en todos los tipos de utilización de la tierra. Se encontraron los mayores valores en la profundidad de 0-20 cm, que disminuyeron con el perfil. Solo hubo cifras negativas en el bosque de P. cubensis, a profundidad de 40-60 cm.

Conclusiones: Las mayores reservas de carbono se hallaron en terrenos con P. notatum. Le siguieron Saccharum spp. y P. cubensis. Los tipos de uso de la tierra con menor actividad humana mostraron las tasas más altas de acumulación de carbono y mejor calidad del suelo.

Palabras-clave: densidad del suelo; fertilidad; profundidad

Abstract

Objective: To evaluate the effect of different types of land use on organic carbon stocks in a typical dark red ferritic soil.

Materials and Methods: The research was developed in a permanent observation point, located in the Guaro locality, Mayarí municipality, Holguín province. Soil samples were taken at 0-20, 20-40 and 40-60 cm depth, in three types of land use: Pinus cubensis Griseb. forest, natural pasture (Paspalum notatum Alain ex Flügge) and Saccharum spp. to which total organic carbon was determined. In addition, undisturbed samples were taken to determine the bulk density.

Results: Significant differences in soil organic carbon stocks were found among the three types of land use, at a depth of 0-20 cm. The natural pasture had the highest stock. It was followed by Saccharum spp and P. cubensis forest. There was increase in the rate of edaphic carbon accumulation with depth in all types of land use. The highest values were found in the 0-20 cm depth, which decreased with profile. There were negative figures only in the P. cubensis forest, at 40-60 cm depth.

Conclusions: The highest carbon stocks were found in soils with P. notatum. This was followed by Saccharum spp. and P. cubensis. Land use types with less human activity showed the highest rates of carbon accumulation and better soil quality.

Key words: soil density; fertility; Depth

Introducción

El suelo es el reservorio más importante de carbono en la biosfera, ya que contiene tres veces más que la vegetación y la atmósfera (Cerri et al., 2021).

Más de 1 500 millones de hectáreas de ecosistemas naturales se han convertido en tierras de cultivos, con solo 25 % de la superficie terrestre en su estado natural, que contiene más de la mitad de las reservas mundiales de carbono y se estima una reducción por debajo de 10 % para el 2050 (Chang et al., 2012; Lorenz y Lal, 2018; FAO, 2022).

Los suelos en estado natural mantienen vegetación autóctona y características físicas adecuadas para el desarrollo normal de las plantas que conforman su ecosistema. Cuando el tipo de uso cambia hacia la explotación agrícola, ocurre la ruptura del equilibrio, la drástica modificación de sus propiedades y la alteración desfavorable del crecimiento vegetal (Ovalle-Molina, 2020).

El carbono orgánico se acumula en la biomasa viva (tallos, hojas, raíces) y en la muerta (restos de vegetales, hojarasca, materia orgánica del suelo). Cualquier actividad que afecte al volumen de la biomasa en la vegetación y el suelo tiene capacidad para retener o liberar carbono de la atmósfera o hacia la atmósfera (Velásquez-Escobedo, 2019; Jiménez-Torres, 2021).

Por el cambio de uso de bosques a cultivos agrícolas en una amplia variedad de suelos, las pérdidas de las reservas de carbono orgánico varían entre 25 y 75 % las proporciones del carbono orgánico inicialmente presentes y la mayor parte de estas pérdidas ocurre en los primeros 20 años del cambio de uso de la tierra (Lal et al., 2007).

El carbono que permanece en el suelo se incorpora y se estabiliza en los diferentes reservorios de carbono orgánico del suelo (COS), como el carbono orgánico particulado o lábil, que se puede acumular infinitamente en el suelo; pero se mineraliza con más rapidez (corto tiempo de residencia en el suelo), por lo que contribuye al ciclo de nutrientes y al sostenimiento de la actividad biológica, pero se modifica por el manejo agrícola. En contraste, la fracción de carbono orgánico asociada con los minerales está sujeta a saturación, aunque tiene mayor estabilidad y persistencia en el suelo y, por ende, es clave para la estructura del suelo y para secuestrar el carbono durante más tiempo. A fin de sustentar suelos saludables, ambas fracciones son importantes, pues cada una de ellas lleva a cabo funciones específicas (Hoffland et al., 2020; Lavallee et al., 2020).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de diferentes tipos de utilización de la tierra (TUT) en las reservas de carbono orgánico de un suelo Ferrítico Rojo oscuro típico.

Materiales y Métodos

Localización. El trabajo se realizó en el punto de observación permanente (POP), durante el año 2010 en la localidad de Pinares de Mayarí, municipio Mayarí, provincia Holguín, ubicado en los 20º48’33” de latitud Norte y 75º73’33” de longitud Oeste.

Características del suelo. El suelo se clasificó como Ferrítico Rojo oscuro típico, según Hernández-Jiménez et al. (2015) y se enmarcó en tres tipos de utilización de la tierra: bosque de pinos (Pinus cubensis Griseb.), pasto natural (Paspalum notatum Alain ex Flügge) y caña de azúcar (Saccharum spp.).

Procedimiento experimental. Desde el 2010, se realizó todos los años, en junio, un muestreo de suelo aleatorio estratificado con tres repeticiones en cada uno de los TUT, a las profundidades de 0-20, 20-40 y 40-60 cm. A las muestras del 2015, se les determinó el carbono orgánico total (COT) por el método de Walkley-Black (ININ y ONN, 1999). Además, se tomaron muestras sin disturbar con cilindros de 105,35 cm3 de volumen, y se colocaron en pesafiltros para determinar la densidad aparente (DA), por el método del anillo (ININ y ONN, 2003).

Para el cálculo de la reserva de carbono orgánico del suelo (RCOS) en los suelos sin disturbar, se utilizó la ecuación (FAO, 2020):

RCOS=COS×DA×p×104m2ha-1

RCOS

- Reserva de carbono, mg ha-1

COS

- Carbono orgánico del suelo según datos determinados, %

DA

- Densidad aparente, mg m-3

p

- Espesor considerado, m

En suelos disturbados, se calculó según la metodología de Solomon et al. (2002) para comparaciones entre masas equivalentes de suelo. Las correcciones se efectuaron por profundidad equivalente.

RCOS=COS×DA×Zc×10

El espesor de los suelos cultivados (Z) se corrigió (Zc) al asumir que la densidad aparente y la profundidad de los suelos cultivados fueron originalmente iguales a los que correspondieron a los suelos naturales:

Zc=DA del suelo del bosqueDA del suelo cultivado×Z

El cálculo de la tasa de acumulación de carbono edáfico (TACOS) se determinó según Amado et al. (2006). Se obtuvo mediante las diferencias de RCOS entre la situación original, la actual y los años de los TUT.

TACOSmg C ha-1año-1=RCOS actual-RCOS originalaños

Análisis estadístico. La normalidad se comprobó con la prueba W de Shapiro-Wilk y la homogeneidad de la varianza, según Bartlett. Se utilizó la prueba de comparación de medias de rango múltiple de Duncan para analizar las diferencias significativas registradas durante el análisis de varianza. El procesamiento estadístico de la información se realizó con el programa Statistica v.8 y Microsoft Excel 2019.

Resultados y Discusión

En la figura 1 se muestran las RCOS. En las diferentes profundidades en cada tipo de utilización de la tierra se encontraron diferencias significativas (p < 0,05) en la profundidad de 0-20 cm. En el resto de las profundidades, no hubo diferencias estadísticas entre los TUT. Los contenidos de RCOS fueron mayores en la profundidad de 0-20 cm y los valores disminuyeron con la profundidad. Estos altos contenidos se deben a que en esta profundidad se depositan los restos orgánicos de los cultivos, existe mayor concentración de raíces de las plantas y es donde ocurren todos los procesos de transformación y descomposición por parte de los microorganismos (Allauca Ortega y Ayala Sánchez, 2021; Georgiou et al., 2022).

Figura1. Reservas de carbono orgánico (mg ha-1) en los diferentes tipos de utilización de la tierra en las diferentes profundidades. 

La máxima capacidad de almacenamiento de carbono orgánico del suelo requiere de mayor incorporación de biomasa vegetal. En términos dinámicos, al menos 13 % del carbono orgánico total es lábil y se perderá cuando el suelo reduzca la cobertura vegetal y se produzcan cambios de otros factores (ambientales, labores agrícolas, periodicidad de los aportes, propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo), que determinan los márgenes a almacenar por el suelo (Bell et al., 2021).

Las mayores reservas de carbono orgánico del suelo, en la profundidad de 0-20 cm, se registraron en el TUT P. notatum, donde se encontraron diferencias significativas con incrementos de 15,09 y 11,21 mg ha-1 con respecto a los TUT P. cubensis y Saccharum spp., aunque no hubo diferencias estadísticas entre estos dos últimos. Los contenidos de COS en el TUT Saccharum spp. fueron mayores (3,88 mg ha-1) que en P. cubensis. Este comportamiento se atribuye a la cantidad y calidad de la biomasa vegetal acumulada en la superficie del suelo, en dependencia del cultivo y por el manejo agrícola de los TUT.

La distribución de la acumulación de las reservas de carbono en profundidad a través del perfil disminuyó hasta los 60 cm y llegó a ser de 52 % en los TUT P. cubensis y P. notatum. En tanto, en el TUT Saccharum spp. fue de 36 %. Esta distribución vertical del carbono tiene fuerte asociación con la vegetación por la cantidad de residuos en la superficie que puede generar cada planta y por el tamaño de su sistema radical, principalmente raíces finas (< 2 mm). La presencia de raíces vivas y muertas a través del perfil del suelo indican un constante ciclaje y transformación de la materia orgánica.

Landriscini et al. (2020) demostraron el efecto significativo de los cultivos de cobertura sobre el COS. Su fracción lábil estuvo fuertemente relacionada con la mayor producción de residuos y su calidad en la capa superficial del suelo.

Lopresti et al. (2020) añaden que el sistema radical de los pastos es muy agresivo y está en constante renovación de las raíces, lo que produce rizodeposición. Los rizodepósitos representan 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. Una gran parte del carbono orgánico de los pastos se secuestra, principalmente, a través de las raíces que gradualmente van pasando a formar parte de la biomasa del suelo (Rivera et al., 2021; Rojas-Solano et al., 2022).

La biomasa aportada por P. cubensis, formada por las acículas, es bastante resistente a la descomposición. Están conformadas por 7 % de compuestos hidrosolubles de fácil descomposición (azúcares solubles y compuestos nitrogenados) más lignina, lo que conjuga bajas y lentas tasas de descomposición y se liberan ácidos orgánicos que disminuyen la actividad biológica, como la colonización de hongos y bacterias (Cano-Flores et al., 2020).

Saccharum spp. es un cultivo que aporta gran cantidad de biomasa de acuerdo al rendimiento que se logra. Rubio-González et al. (2019) informan un aporte de 10-14 t ha-1 de biomasa. A pesar de ello, los valores descienden, debido a la actividad agrícola que se desarrolla en el TUT. Ello demuestra que los suelos cultivados de forma continua disminuyen el RCOS en pocos años, con respecto a aquellos donde la actividad agrícola es menor o nula.

Transcurrido cinco años de estudio, el aporte de los residuos vegetales favoreció las reservas de carbono orgánico del suelo en los TUT (figura 2). Hubo incremento en el TACOS en todos los TUT con la profundidad. Se encontraron los mayores valores en la profundidad de 0-20 cm, que disminuyeron con el perfil. Solo hubo valores negativos en P. cubensis, a la profundidad de 40-60 cm, a causa de que la mayor cantidad de raíces son gruesas a esa profundidad (> 2 mm).

Figura 2 Tasa de acumulación de carbono edáfico (TACOS) en los diferentes tipos de utilización de la tierra por profundidad. 

Las raíces finas desempeñan una función determinante en el COS, al transferir anualmente grandes cantidades de carbono al suelo mediante la liberación de exudados y la necromasa de las raíces. Dada su alta tasa de recambio (Chang et al., 2012), estimulan la actividad biológica del suelo y la construcción de biomasa microbiana de carbono (de-Oliveira-Pessoa-Paes et al., 2018), mientras que el aporte al COS de las raíces gruesas, por su lenta tasa de descomposición, ocurre a largo plazo (Robinson, 2007).

En P. notatum y P. cubensis se registraron las mayores tasas de acumulación, en la profundidad de 0-20 cm, con 4,94 y 4,19 mg ha-1 año-1, lo que incrementó las reservas de carbono en el suelo en 51,96 y 44,63 %, respectivamente, mientras que Saccharum spp. las aumentó en 30,67 %, por tener menor tasa de acumulación. Desde el punto de vista del secuestro de carbono, los TUT con menos actividad antrópica fueron los más favorecidos, lo que mejora la calidad de los suelos.

Cuando las reservas de COS aumentan, significa que mejoran las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos y, paralelamente, disminuyen las emisiones de CO2 hacia la atmósfera (Barrezueta-Unda, 2021). Esta característica es particularmente de los suelos con TUT de poca acción antrópica (bosques y pastos naturales).

En Brasil, Cerri et al. (1996) informaron que dos años después de convertir superficies de selva en la Amazonía a pastizales, se encontraron pérdidas en las reservas de carbono orgánico de 23,30 % a la profundidad de 20 cm, el cual fue recuperado al cabo de ocho años por las entradas de biomasa (96 t de C ha-1). Cuando el cambio de la selva fue al uso de Saccharum spp. el CO se redujo 47,2 % en un período de 50 años.

Conclusiones

Se hallaron las mayores reservas de carbono en terrenos utilizados con P. notatum. Le siguió Saccharum spp. y P. cubensis. Los tipos de uso de la tierra con menor actividad humana mostraron las tasas más altas de acumulación de carbono y mejor calidad del suelo.

Agradecimientos

Al proyecto nacional Evolución de la fertilidad del suelo a largo plazo bajo diferentes tipos de uso y manejo por el financiamiento para la investigación, y al laboratorio de suelos del INICA de Santiago de Cuba, por su valiosa contribución. Se expresa gratitud a todo el personal de la subdirección de Investigación + Desarrollo del Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar de Holguín, que ha participado en el proyecto para garantizar el desarrollo de esta investigación.

Referencia Bibliogáficas

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Received: November 08, 2023; Accepted: March 01, 2024

*Correo electrónico:george.martin@inicahl.azcuba.cu

pablo.pablos@inicasc.azcuba.cu

yakelin.cobo@inicahl.azcuba.cu

villazon@uho.edu.cu

Conflicto de intereses: Los autores declaran que no existe conflicto de intereses entre ellos.

Contribuciones de los autores: George Martín-Gutiérrez. Diseñó la investigación, dirigió y realizó la toma de muestras en campo, realizó el análisis estadístico e interpretación de los resultados y redactó el manuscrito. Pablo Pablos-Reyes. Diseñó la investigación, participó en el análisis e interpretación de los resultados y en la redacción del manuscrito. Yakelin Cobo-Vidal. Colaboró en el análisis e interpretación de los resultados y en la redacción del manuscrito. Juan Alejandro Villazón-Gómez. Realizó la toma de muestras en campo, colaboró en el análisis e interpretación de los resultados y en la redacción del manuscrito.

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