ARTÍCULO ORIGINAL

 

Efecto de Leucaena leucocephala en la estructura y contenido de materia orgánica del suelo de dos unidades ganaderas de Villa Clara, Cuba

 

Effect of Leucaena leucocephala on structure and content of dry matter in the soil of two cattle rearing units in Villa Clara, Cuba

 

 

P. Cairo-Cairo¹, E. Noval-Artiles², B. Díaz-Martín¹, Alianny Rodríguez-Urrutia², Oralia Rodríguez-Lopez², P. Torres-Artiles², R. Jiménez-Carrazana², and A. Dávila-Cruz²

¹Universidad de Atacama, CRIDESAT Copayapu 485, Copiapó. Chile

²Universidad Central de las Villas, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Carretera a Camajuani, km 5.5, Cuba

 

 

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RESUMEN

Para determinar  el efecto de Leucaena leucocephala  en la estructura y el contenido de materia orgánica en el suelo de dos unidades ganaderas de Villa Clara se desarrollaron dos experimentos. Uno fue en la Estación Experimental  Agrícola de la Universidad Central de las Villas y otro, en la vaquería “El Mamey” del Instituto Tecnológico Agropecuario “Victoria de Santa Clara”,  ambos en suelos pardo mullido carbonatado. En el primero se establecieron cuatro tratamientos: tratamiento1 (pasto natural), tratamiento 2 (Leucaena leucocephala, con cinco años de establecimiento), tratamiento 3 (Leucaena leucocephala, con cuatro años de establecida), tratamiento 4 (cultivo permanente  de plátano). En el segundo experimento se desarrollaron tres tratamientos: tratamiento 1 (Leucaena leucocephala,  con tres años de edad en sistema de pastoreo rotacional), tratamiento 2 (Leucaena leucocephala, con ocho años de edad en sistema de pastoreo racional), tratamiento 3 (pasto natural). Se tomaron muestras para el análisis de la materia orgánica e indicadores de la estructura (factor de estructura, agregados estables, permeabilidad,  límites de plasticidad) a profundidades de 0-10, 10-20 y 20-40 cm. El diseño experimental fue de bloques completos al azar. Los resultados indican que la leucaena influye a largo plazo en el contenido de materia orgánica, como árbol o integrada al sistema silvopastoril (curva de ajuste R² 0.82-0.92), así como en el factor de estructura,  agregados estables y permeabilidad, con valores superiores a  65 % (buenos), 70 % (excelentes) y  2.00 log 10k (excelentes), respectivamente.

Palabras clave: manejo de suelo, leguminosa, estructura, materia orgánica

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ABSTRACT

In order to determine the effect of Leucaena leucocephala on the structure and content of organic matter in the soil of two cattle rearing units in Villa Clara, two experiments were performed. One was developed in the Estación Experimental Agrícola de la Universidad Central de las Villas and the other, in the dairy farm “El Mamey” from the Instituto Tecnológico Agropecuario “Victoria de Santa Clara”, both in fluffy brown carbonated soil. In the first, four treatments were established: treatment 1 (natural grass), treatment 2 (Leucaena leucocephala, with five years of establishment), treatment 3 (Leucaena leucocephala, with four years of establishment), and treatment 4 (permanent banana crop). In the second experiment, three treatments were developed: treatment 1 (Leucaena leucocephala, with three years in a rotational grazing system), treatment 2 (Leucaena leucocephala, with eight years in a rational system), treatment 3 (natural grass). Samples were taken for the analysis of organic matter and structure indicators (structure factor, stable aggregates, permeability, plasticity limits) at 0-10, 10-20 and 20-40 cm deep. The experimental designed was completely random blocks design. Results indicate that Leucaena influence, at a long term, on the content of organic matter, as a tree or integrated to the silvopastoral system (adjustment curve R² 0.82-0.92), as well as on the structure factor, stable aggregates and permeability, with values superior to 65 % (good), 70 % (excellent) and 2.00 log 10k (excellent), respectively.

Key words: soil management, legume, structure, organic matter

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INTRODUCCIÓN

La degradación  de los suelos constituye  un  gran problema para  la agricultura cubana y compromete el futuro de Cuba. En el país se trata de establecer actualmente un sistema agrícola que sea capaz de solventar la creciente demanda alimentaria de la población, reto que consiste en detener los procesos de degradación de los suelos (Sánchez et al. 2011 y Murillo et al. 2014). Ante esta situación, es necesario establecer sistemas de manejo del suelo que permitan obtener resultados productivos sostenibles y, a la vez, elevar los niveles de materia orgánica de los suelos cubanos, con el mejoramiento consecuente de sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Silva et al. 2011). Los recientes avances en la investigación han demostrado que los pastizales integrados con leucaena constituyen la opción más productiva, rentable y sostenible para la producción agroecológico de ganado (Cuartas et al. 2015, Murgueitio et al. 2015, Galindo et al. 2016 y Solorio et al. 2016).

En el mundo se ha ganado en conocimiento acerca de la importancia del papel de los árboles en los ecosistemas agropecuarios y en las posibilidades potenciales de los sistemas silvopastoriles para la recuperación de los suelos. El tema ha sido debidamente abordado por diversos autore (Sánchez et al. 2010,  2011, Alonso 2011, Lok y Fraga 2011, Seddaiu et al. 2013 y Silva et al. 2013), aunque aún es necesario profundizar en los procesos que tienen lugar en el suelo con la utilización de una leguminosa, como la leucaena, en la formación de una estructura estable. El objetivo de este trabajo fue determinar, a largo plazo, el efecto de Leucaena leucocephala en la estructura y el contenido de materia orgánica en el suelo de dos unidades ganaderas de Villa Clara

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizaron dos experimentos: uno en la Estación Experimental Agrícola “Álvaro Barba Machado”, de la Universidad Central de las Villas y otro, en la vaquería “El Mamey” del Instituto Politécnico Agropecuario “Victoria de Santa Clara”,  en suelos pardo mullido carbonatados (Hernández et al. 2015) y en condiciones topográficas ligeramente onduladas, con requisitos adecuados de homogeneidad para cumplir los objetivos del estudio. El experimento 1 se consideró como un diseño de bloques al azar, con cuatro tratamientos  y cuatro réplicas. En el experimento 2, se utilizó el mismo diseño con tres tratamientos y seis réplicas.

Experimento 1. En el tratamiento 1, al área de pasto natural le antecedió un sistema agrícola convencional, con 40 años de  explotación, con área total 7.3 ha,  ocupada  por una mezcla de diferentes especies de las familias Poaceas [Dichantium spp. (50 %) + Paspalum notatum (22 %)] y Fabaceae [Centrosema spp. (8 %), Alisicarpum vaginalis (6%), Teramnus labiales (7 %), Desmodium spp. (7%)].

En el tratamiento 2, el área de Leucaena leucocephala vc. Perú, de 0.70 ha, con cinco años de establecida, estuvo ocupada por diferentes especies de las familias Poaceae (C. nlemfuensis 79 %), Fabaceas herbáceas (Teramnus labilalis 18 %) y Desmodium spp  (3 %), asociadas a la especie arbórea L. leucocephala, con densidad de 14 298 plantas.ha^-1

En el tratamiento 3, el área de Leucaena leucocephala vc. Perú, con cuatro años de establecimiento y área de 3 ha, estuvo ocupada por diferentes especies de las familias Poáceas  (C. nlemfuensis 74 %) y Fabaceas herbáceas (Teramnus labilalis 15 %) y Desmodium spp (11%), asociadas a la especie arbórea L. leucocephala, con una densidad de 14 298 plantas.ha^-1.

En el tratamiento 4, el área de cultivo permanente fue de 0.25 ha de plátanos CENSA ¾,  con densidad de plantación de  1 388 plantas.ha^-1.

Experimento 2. Se establecieron tres tratamientos. Dos de ellos en un sistema de pastoreo rotacional,  con intensidad de 244.8 UGM.ha^-1.d^-1.

En el tratamiento 1, el área establecida con árboles de tres años de edad, específicamente Leucaena  leucocephala vc. Perú, se sembró con densidad de población de 12.500 plantas.ha^-1, de pastos naturales Cynodon nlemfuensis (60 %), Paspalum notatum (12 %) y Dichanthium annulatum (2 %).

El tratamiento 2 correspondió a un área establecida con árboles de ocho años de L. leucocephala vc. Perú. Se sembró con densidad de población de 9 500 plantas.ha^-1. Los  pastos asociados de forma natural fueron Paspalum notatum (23 %), Cynodon dactylon vc. común (9  %) y Cynodon nlemfuensis (68 %).

En el tratamiento 3, el área desprovista de árboles estuvo ocupada por los pastos naturales Cynodon nlemfuensis (33 %), Dichanthium annulatum (42 %) y Panicum maximun vc. común (25 %).

Procedimiento de muestreo de suelo en los experimentos. En cada tratamiento de los dos experimentos se tomaron muestras a profundidades de 0-10, 10-20 y  20-40 cm. En el experimento 1, se realizaron tres muestreos durante los cinco años de estudio  (144 muestras). El primero fue al inicio del experimento, el segundo con leucaena de dos y tres años de establecida y el tercero, con leucaena de cuatro y cinco años, lo que permitió obtener resultados del efecto de leucaena a largo plazo. El experimento 2 se realizó en áreas establecidas con leucaena en sistemas silvopastoril  de tres y ocho años. Se realizó un solo muestreo (54 muestras). Cada muestra fue representativa de una muestra compuesta con estructura natural, tomada de forma diagonal. 

Análisis físico. El coeficiente de la permeabilidad (Perm. (Log k)) se determinó según el método de Henin et al. (1958). El factor estructura (FE), de acuerdo con Vageler y Alten (1931) y los agregados estables (AE) según el método de Henin et al. (1958). El límite superior de plasticidad (LSP) se calculó por el método del cono, de Balancín de Vasiliev (Atterberg 1911) el límite inferior de plasticidad (LIP), por el método de los rollitos de Atterberg (1911). El índice de plasticidad (IP) se determinó por la diferencia numérica entre los límites superior e inferior. No tiene unidad de medida.

Análisis químico. La materia orgánica se determinó según el método colorimétrico de Walkley y Black (1934), por oxidación con dicromato de potasio y ácido sulfúrico concentrado.

Análisis estadístico. Para el procesamiento estadístico se utilizó el paquete de programas profesional STATGRAPHICS y SPSS sobre Windows 2000 (IBM Corporation 1998, Statistical Graphics Crop 2000).  Se aplicó ANOVA de clasificación simple con la prueba de comparación de medias TUKEY HSD (Tukey 1949) y técnicas de regresión lineal y polinomial.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Efecto de leucaena en la estructura del suelo. Los resultados del experimento 1 evidencian no solo la influencia de leucaena en los agregados estables y el factor estructura sino también en los indicadores de la plasticidad, después de cuatro y cinco años en el sistema con el árbol (tablas 1, 2 y 3). En este caso, se logran incrementos del factor estructura y agregados estables del 10 % para cualquiera de las profundidades estudiadas en relación con el pasto natural (tratamiento1). Esto es indicativo del aumento de la capa activa del suelo y de la creación de las condiciones para una buena relación aire y agua (Cairo et al. 2008). La estructura, unida a la textura, determina la complejidad física del suelo. Se ha comprobado que los rendimientos de los cultivos se limitan muchas veces por el inadecuado estado estructural de los suelos. Por estas razones,  para elevar los rendimientos de los cultivos hay  que atender el estado físico del suelo y, en especial, su estructura  (Lopes et al. 2016). En todas las profundidades se observó que para valores altos de agregados estables y factor estructura se manifiestan disminuciones del límite superior de plasticidad e incremento de límite inferior de plasticidad. Por consiguiente, se producen disminuciones del índice de plasticidad, aspectos muy importantes para el manejo de los suelos y su laboreo (Munkholm 2013).

Cada sistema de manejo provoca efecto en el suelo, lo que se refleja hasta los 40 cm de profundidad. En el tratamiento 2, con leucaena de cinco años se observaron mayores incrementos de los agregados estables y permeabilidad log 10 k a esa profundidad. Este resultado es consecuencia de la acción de la fauna del suelo para la formación de los grumos y de la bioestructura (Sánchez et al. 2010 y Seddaiu et al. 2013). Crespo (2013) destaca  la influencia de los organismos  del suelo en el equilibrio  dinámico de su calidad  y señala que además de las lombrices, hay muchas otras especies de organismos del suelo que son responsables de estos resultados. El tratamiento 4, con plátano como cultivo permanente, mostró resultados similares en cuanto al factor de estructura y  los agregados estables a leucaena en la dos primeras profundidades, debido al aporte de biomasa del plátano y las condiciones para una buena actividad biológica. No sucedió así en cuanto al límite inferior de plasticidad e índice de plasticidad, en los que se manifiestan diferencias significativas a favor de Leucaena.

Efecto de la leucaena en el contenido de materia orgánica y la estructura en función del tiempo. Los efectos del árbol leucaena (experimento 1) en el suelo (figuras 1, 2 y 3) no solo se manifiestan en la profundidad del perfil sino también se muestran a largo plazo en función del tiempo (Lok y Fraga 2011).

Los agregados estables, como es el factor de estructura, manifiestan aumento progresivo con los años de establecida la leucaena, en la superficie como en la profundidad, lo que  puede tener gran significado económico y ambiental (figuras 2 y 3).

El hecho de alcanzar niveles de materia orgánica por encima de 3 %, agregados estables al agua en valores de más del 70 % y factor de estructura próximo a 70 %,  a los cuatro años de permanencia de la leucaena, evidencia la factibilidad  de la recuperación de los suelos. Además,  concuerda con lo planteado por Lok y Fraga (2011)al estudiar el efecto de  la leucaena en la estabilidad del suelo en otras condiciones edafoclimaticas. Otros estudios confirman el incremento de la estabilidad estructural de un suelo ferralítico rojo en un sistema silvopastoril (Panicum maximun vc. Likoni y Leucaena leucocephala vc. Peru) en relación con el tiempo de evaluación (Lok et al. 2006).

Las investigaciones realizadas por Crespo (2013, 2015) ponen de manifiesto que los  aportes de hojarasca en pastizales permanentes, con énfasis en leguminosas perennes y la acumulación de la fitomasa subterránea, son componentes de gran significación para mejorar el contenido de materia orgánica y recuperar la fertilidad de los suelos y la productividad de los pastizales. Esto también lo confirmaron Rodríguez et al. (2006). El suelo, al mejorar sus propiedades en el tiempo y a través de su perfil, estará en mejores condiciones para captar agua, y con mayor capacidad de retenerla. Con ello se atenúan las diferencias de producción de biomasa que se producen en el período poco lluvioso en contraste con el lluvioso en los agroecosistemas (Murgueitio et al. 2015). Devendra (2014), Martínez et al. (2014) y Binyam (2015), entre otros autores, plantearon que la introducción de árboles y arbustos en los agroecosistemas pecuarios favorece la conservación de los suelos, la reducción de la erosión eólica y pluvial, y la captación de dióxido de carbono. El ciclo de renovación orgánica se incrementa  al retornar al suelo, hojas, frutas y ramas, entre otros servicios ambientales. Esto aumenta la diversidad vegetal y puede incrementar la productividad económica de las fincas integradas ganadería-agricultura.

Efecto de Leucaena en sistema silvo[astoril en el contenido de materia orgánica del suelo en función del tiempo. La utilización de leucaena, integrada a un sistema  silvopastoril establecido durante un largo período de tiempo (experimento 2), confirma su función en la recuperación del suelo en las condiciones estudiadas. La figura 4 ilustra en una curva de ajuste con R² 0.92 la estrecha relación de la materia orgánica  con el sistema establecido en función del tiempo.  A partir de los cinco años se logran cambios de categoría de la materia orgánica, de  bajo a mediano, con gran implicación ambiental y secuestro de carbono (Crespo 2011).  Miranda et al. (2007) demostraron que los sistemas silvopastoriles logran mayor captura de C en el suelo que los pastizales compuestos solo por gramíneas. Alonso (2011), Nahed-Toral et al. (2013) y Chen y Tang (2016) realizaron un análisis integral acerca de las ventajas de los sistemas silvopastoriles en el contexto de la protección del medio ambiente y, en particular, en el secuestro de carbono y el mejoramiento de los suelos. Martínez et al. (2014) señalaron que con el tiempo, el sistema tradicional de producción ganadera basado solamente en pastos ha contribuido a la acidificación del suelo y al agotamiento de los nutrientes. En contraste, después de 13 años, los sistemas silvopastoriles influyeron  significativamente en el ciclo de nutrientes por la producción de la descomposición biológica de la biomasa. Como resultado de ello, estos sistemas pueden mantener o aumentar la reacción del suelo y los parámetros de calidad.

La figura 5 muestra la respuesta de la leucaena en un sistema silvopastoril establecido en el estado estructural del suelo, representado por la permeabilidad log 10k. Algunos autores, como Sánchez et al. (2010) y Crespo (2013), han priorizado en sus estudios en sistemas silvopastoriles la composición y calidad de la biomasa que llega al suelo (gramíneas-leguminosas-bosta-orina) y los procesos de descomposición (Biocenosis), cuestiones de gran importancia. Sin embargo, se ha estudiado muy poco acerca del estado estructural del suelo, que es resultado final de todo este proceso. La formación de la estructura y de su estabilidad constituye, en esencia, la base de la formación de los complejos órgano- minerales. Esto lleva implícito un efecto residual, si se logra un adecuado manejo, a pesar de la carga animal del sistema (Lok y Fraga 2011). La permeabilidad pasa desde valores de 1.8 (adecuado) a 2.3 (excelente), con evidente cambio de categoría (Cairo et al. 2008). Esto provoca incrementos en más de diez veces el valor de la permeabilidad del suelo. En este resultado han influido notoriamente las lombrices (Crespo 2013 y Murgueitio et al. 2015).

Se concluye que la leucaena provocó  efectos significativos en la profundidades estudiadas en los indicadores de la estructura y consistencia del suelo, a favor del mejoramiento de su calidad y productividad. Se alcanzaron resultados significativos  a largo plazo  en la materia orgánica, ya sea en su función como árbol o integrada al sistema silvopastoril (curva de ajuste  R² (0.82-0,92) y sobre el factor de estructura,  agregados estables y permeabilidad, que mantuvieron valores superiores a  65 % (bueno), 70 % (bueno) y 2.00 log 10k (excelente), respectivamente. Se recomienda utilizar estos indicadores en la recuperación y control de la calidad de los suelos pardos mullidos carbonatados utilizados en la ganadería.

 

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Recibido: 5/11/2015

Aceptado: 12/11/2017

 

 

P. Cairo-Cairo, Universidad de Atacama, CRIDESAT Copayapu 485, Copiapó. Chile. Email: [e-mail].