Caracterización de la mesofauna edáfica bajo diferentes usos de la tierra en suelo Ferralítico Rojo de Mayabeque y Artemisa
Characterization of the edaphic mesofauna under different land uses on Ferralitic Red soil of Mayabeque and Artemisa
]]> Ana A. Socarrás1y N. Robaina2
RESUMEN
La investigación se realizó durante el mes de octubre del año 2009, en 11 sitios de dos provincias del país (Mayabeque y Artemisa), con el objetivo de caracterizar la mesofauna edáfica en diferentes usos de la tierra: bosques regenerados, pastizales, caña de azúcar y cultivos en suelo Ferralítico Rojo. Se tomaron tres muestras de suelo en cada réplica de uso de la tierra, a un solo nivel de profundidad (0-10 cm), siguiendo un diseño de muestreo completamente aleatorizado. Para su extracción se utilizaron los embudos de Berlese-Tullgren, con una fuente de luz y calor, durante siete días. Los máximos valores de densidad (ind.m-2) para la mesofauna y para los grupos detritívoros se registraron en el bosque, seguido de los cultivos varios, el pastizal y la caña de azúcar. El balance oribátidos/astigmados fue mayor que uno en el bosque y en el pastizal, lo cual indicó estabilidad y fertilidad del suelo; mientras que en los cultivos varios el balance estuvo muy cercano a uno y ello reveló la necesidad de un cambio de manejo en la explotación agrícola. En el uso caña de azúcar esta relación fue menor que uno, lo que mostró perturbación y desequilibrio del medio edáfico producido por las prácticas agrícolas.
Palabras clave: Organismos indicadores, utilización de la tierra.
The study was conducted during October, 2009, in 11 sites of two provinces of the country (Mayabeque and Artemisa), in order to characterize the edaphic mesofauna in different land uses: regenerated forests, pasturelands, sugarcane and crops on Ferralitic Red soil. Three soil samples were taken in each replication of land use, at only one depth level (0-10 cm), following a completely randomized sampling design. For their extraction, Berlese-Tullgren funnels were used, with a light and heat source, for seven days. The highest density values (ind.m-2) for the mesofauna and detritivorous groups were recorded in the forest, followed by varied crops, pastureland and sugarcane. The oribatides/astigmates balance was higher than one in the forest and the pastureland, which indicated soil stability and fertility; while in varied crops the balance was very close to one and it revealed the need of a management change in the agricultural exploitation. In the use sugarcane this ratio was lower than one, which showed disturbance and unbalance of the edaphic environment produced by agricultural practices.
Key words: Indicator organisms, land use.
INTRODUCCIÓN
La intensiva explotación (tecnologías de altos insumos) a que han sido sometidos los suelos agrícolas en Cuba (en especial los de composición ferralítica roja de la llanura de La Habana) con el fin de aumentar los rendimientos y la calidad comercial de sus producciones, ha provocado una pérdida de su fertilidad, manifestada en una elevada acidez, una considerable pérdida de materia orgánica y una reducción de su estabilidad estructural y de los microorganismos del suelo que producen la transformación de la MO. Todo ello indica que existe un gran deterioro del sistema edáfico, que se manifiesta en una disminución de los rendimientos agrícolas, de sus propiedades físicas, químicas y nutricionales, de la regulación de recursos para otros organismos y de la activación de la microfauna edáfica a través de las interacciones mutualistas con el resto de la biota.
La mesofauna, como parte de la biota edáfica, interviene en la descomposición de la materia orgánica, en la aceleración y el reciclaje de los nutrientes y en el proceso de mineralización del fósforo y el nitrógeno, factores decisivos para el mantenimiento de la productividad del suelo (Usher et al., 2006). Muchos de los grupos que la integran funcionan como bioindicadores de la estabilidad y la fertilidad del medio edáfico, ya que son muy sensibles a los cambios climáticos y a las perturbaciones antrópicas, lo que provoca variaciones en su densidad y diversidad.
Debido precisamente al papel ecológico que desempeñan los grupos de la biota edáfica, así como la susceptibilidad que poseen ante los cambios del medio y su relación con algunos atributos físicos y químicos, se consideran bioindicadores de la estabilidad y fertilidad del suelo, llegando a establecer el estado de los suelos en diversos usos de la tierra (Chocobar, 2010).
El objetivo de este trabajo fue caracterizar, a través de la variación de los componentes de la mesofauna edáfica, el estado de conservación de los suelos Ferralíticos de Mayabeque y Artemisa, con diferentes usos. ]]>
MATERIALES Y MÉTODOS
La investigación se realizó en octubre del año 2009 en las provincias Mayabeque y Artemisa, en cuatro usos de la tierra sobre suelos Ferralíticos Rojos (Hernández et al., 1999), siguiendo un protocolo de muestreo aleatorio estratificado. Se seleccionaron 11 sitios de referencia en las áreas muestreadas. Los usos estudiados fueron:
1. Bosque o vegetación forestal: Se escogieron tres sitios: dos bosques semideciduos ubicados en Managua (22°56'44.80" N, 82°16'11.07" W) y Nazareno (22°58'05.40" N, 82°14'02.72" W) donde predominaban especies maderables como la baría (Cordia gerascanthus), el ocuje (Calophyllum inophyllum), la caoba de Cuba (Swietenia mahagoni) y el cedro (Cedrela odorata), cuyos estratos herbáceos y arbustivos permitían la total cobertura del suelo; y el otro sitio en Aguacate (22°59'17.90" N, 81°50'01.03" W), con altos niveles de antropización y predominio de especies frutales. El estrato herbáceo y arbustivo se presentó de forma dispersa.
2. Pastizales: Se seleccionaron dos pastizales. El primero estaba ubicado en la vaquería genética 3 del Instituto de Ciencia Animal (23°00'01.50" N, 82°09'49.10" W), municipio de Güines, donde se aplicaba el sistema de Pastoreo Racional Voisin y la gramínea dominante era la hierba de guinea (Panicum maximum) con una cobertura del suelo de 70%; además se incorporaban al suelo grandes proporciones de estiércol vacuno procedente de su masa ganadera. La otra vaquería escogida fue la 025 de Guayabal (22°53'52.10" N, 82°02'08.12" W), municipio San José, sin un sistema de pastoreo definido. Las especies predominantes eran el pasto estrella (Cynodon nlemfuensis) y la hierba de guinea (P. maximum) con un 90% de cobertura del suelo. Esta área no estaba sometida a ningún tipo de entrada adicional orgánica, excepto la hojarasca propia de los pastos y el aporte directo de estiércol vacuno.
3. Cultivos varios: Se escogieron tres áreas ubicadas en los municipios de Güines (22°47'43.60" N, 82°02'31.46" W), Batabanó (22°46'42.40" N, 82°15'08.27" W) y Güira de Melena (22°45'40.50" N, 82°29'21.71" W), con un sistema de labranza tradicional y de riego eléctrico por aspersión, de pivote central. Además se aplicó la fórmula completa de NPK con una dosis de 1 490 kg/ha y 224 kg de urea/ha, así como fertirriego en tres o cuatro aplicaciones. El cultivo principal de dichas áreas era la papa, la cual se rotaba con boniato (Ipomoea batatas), frijol (Phaseolus vulgaris) y maíz (Zea mays). La vegetación indeseable estuvo representada por Don Carlos (Sorghum halepense) y cebolleta (Cyperus rotundus).
4. Caña de azúcar: Se muestrearon tres unidades cañeras de los municipios Güira de Melena (22°50'24.80" N, 82°26'50.56" W), San Nicolás de Bari (22°46'32.60" N, 81°55'05.90" W) y Madruga (22°58'47.00" N, 81°50'49.24" W). Las variedades de caña utilizadas fueron la CP 52-43, C 86-12, C 323-68, C 323-68 y C 86-56. Se usó riego por gravedad, con una adecuada nivelación del terreno, y se aplicaron las siguientes dosis de fertilización inorgánica: N (62,13 kg/ha), P2O5 (25,73 kg/ha) y K2O (82,78 kg/ha). Las principales malezas fueron Don Carlos, sancaraña (Rottoboellia conchinchinesis) y hierba de guinea.
Muestreo de la mesofauna edáfica
Se tomaron tres muestras de suelo en cada réplica de uso de la tierra, a un solo nivel de profundidad (0-10 cm), con un cilindro de 5 cm de diámetro por 10 cm de profundidad, siguiendo un diseño completamente aleatorizado. ]]>
Para la extracción de la fauna edáfica se utilizaron los embudos de Berlese-Tullgren, con una fuente de luz y calor, a través de la acción directa de lámparas de luz fría de 40 W, durante siete días. Se procedió al conteo y separación de los individuos bajo el estereoscopio, con ayuda de una aguja enmangada. Los ejemplares recolectados se conservaron en alcohol al 70% y se procedió a su identificación, mediante la clave sugerida por Krantz (2009) para los ácaros y se llegó hasta la categoría de orden: Cryptostigmata u Oribatida, Astigmata, Prostigmata y Mesostigmata. Para la identificación de Collembola se utilizó la clave propuesta por Palacios-Vargas (1991) y en el caso de Psocoptera, el trabajo de Brusca y Brusca (2003). A partir del número de individuos se calcularon los valores promedio de la densidad (ind.m-2) para cada taxón en cada área. El balance o relación aplicada fue oribatidos/astigmados propuesto por Karg (1963), teniendo en cuenta criterios ecológicos y de funcionamiento de los grupos involucrados en dicho balance.
Procesamiento estadístico de los datos
Los datos de la fauna fueron sometidos a las pruebas de Bartlet y Kolmogorov-Smirnov para comprobar si cumplían homogeneidad de varianza y normalidad, respectivamente. Debido a que no cumplieron estos requisitos, se utilizaron análisis no paramétricos.
Con el propósito de conocer si existían diferencias en la densidad de las comunidades edáficas entre las áreas y determinar su variación entre los distintos usos, se empleó la prueba de Kruskal-Wallis; en los casos en que las diferencias fueron significativas, se aplicó la prueba de Student-Newman-Keuls (SNK). El procesamiento estadístico se realizó utilizando el paquete del programa automatizado TONYSTAT (Sigarroa, 1987).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los valores promedio de densidad de los microinvertebrados oscilaron entre 28 843 (±5 019) ind.m-2 en el bosque, 19 173 (± 2 987) ind.m-2 en los cultivos varios y hasta 10 943 (± 4 472) y 9 162 (±3 468) ind.m-2 en el pastizal y la caña de azúcar, respectivamente. Según la prueba de Kruskal-Wallis, las comunidades mostraron diferencias altamente significativas (p<0,05) entre los usos estudiados, en cuanto a este indicador. El SNK evidenció que la mesofauna fue más abundante en el bosque, seguido de los cultivos varios. La menor abundancia se apreció en el pastizal y en la caña de azúcar, aunque estos últimos usos no difirieron entre sí (fig. 1).
En el bosque, las comunidades de invertebrados edáficos fueron 1,5 veces superiores con relación al uso cultivos varios y 2,6 y 3,1 veces más altas que en el pastizal y la caña de azúcar, respectivamente, en términos de densidad. Este comportamiento pudo obedecer al predominio de especies arbóreas maderables y frutales y a la calidad de la hojarasca producida por estas, que presenta una relación C/N más baja que otras plantas como las gramíneas (Rodríguez et al., 2002). Por otra parte, Marsi y Ryan (2005) plantearon que un ecosistema es más maduro cuando hay un aumento en los valores de diversidad, riqueza y porcentaje de taxones raros. En diferentes investigaciones realizadas en Cuba y México, se reporta una mayor abundancia de los componentes de la mesofauna del suelo en los ecosistemas boscosos y agroforestales que en los de uso agrícola (Prieto et al., 2005; Socarrás, 2006).
El pastizal mostró estimados de densidad inferiores a los reportados para los usos bosque y cultivos varios (fig. 1), pero muy semejantes a los de otros pastizales sometidos a pastoreo en Cuba, en un agroecosistema de la provincia La Habana (Izquierdo et al., 2004). Cole et al. (2006) observaron densidades inferiores, lo que confirma que la mayor riqueza y densidad de taxones depende de la conducta de las especies en este medio. ]]>
Los valores alcanzados en el pastizal pudieron estar influidos por el pisoteo continuo de los animales, ya que este sistema tenía más de medio siglo de explotación y un 70% de cobertura del suelo, con aislados árboles frutales y agroforestales que brindan sombra y una mejor calidad de la hojarasca. En este estudio los pastizales no tuvieron ningún tipo de entrada orgánica adicional, con excepción de la hojarasca propia de los pastos y el aporte directo del estiércol vacuno. Este aporte de biomasa muerta más estable proporciona una mejor función en el acondicionamiento de las propiedades físicas y químicas del suelo, así como en el establecimiento y funcionamiento de la biota edáfica en estas áreas. Se conoce que la materia orgánica representa el atributo de calidad más importante del suelo e influye en casi todas sus propiedades, y puede estar perturbada por el uso de diferentes métodos agrícolas (Marsi y Ryan, 2005).En los cultivos varios se presentaron los valores intermedios de densidad promedio de la mesofauna, con relación al resto de los usos (fig. 1). Con más de 12 años de explotación agrícola, estos suelos se sometieron a una técnica de preparación altamente agresiva y degradante para el medio edáfico, lo cual repercutió de forma negativa en su conservación y provocó un rápido deterioro físico, químico y biológico; además, se utilizó fertilización química y productos nocivos para erradicar las malezas.
A pesar de tal situación, se encontraron taxones generalistas que desarrollaron estrategias que les permitieron estar presentes en este medio adverso. La presencia de malezas en este uso brinda una cobertura del suelo que disminuye el efecto negativo de las labores agrícolas, mejora los valores de humedad y temperatura en el medio edáfico, además de garantizar una fuente adicional de alimento a los microartrópodos producida por los exudados radicales de las plantas indeseables. Este conjunto de mejoras en el suelo explica los valores de densidad de la mesofauna reportados para este uso.
Los resultados fueron superiores a los de otras áreas con prácticas de rotación de cultivos establecidas en el país, en diferentes agroecosistemas (Izquierdo et al., 2004); en este sentido Franklin y Morais (2008) en Brasil y Gizzi et al. (2006) en Argentina, señalaron valores inferiores en un estudio en el que se compararon métodos convencionales y no convencionales en cultivos de maíz, soja, remolacha, lino y frijol.
En la caña de azúcar se observaron los valores mínimos de densidad promedio de la mesofauna (fig. 1). Estos suelos recibieron una alta carga de fertilizantes químicos y un laboreo intenso por más de 50 años desde que se estableció la especie; además, no se observó una acumulación suficiente de una capa de hojarasca y de residuos del cultivo depositados en el campo que garantizaran una adecuada cobertura del suelo.
González et al. (2003) reportaron valores superiores a los encontrados en este estudio, en parcelas con y sin cobertura vegetal (23 216 y 7 853 ind.m-2, respectivamente). Estos resultados se atribuyen a la gradual acumulación de los restos vegetales en combinación con los factores abióticos favorables. En Matanzas, en un estudio realizado en el mismo tipo de suelo en parcelas experimentales con más de 20 años, sin intervención agronómica, Robaina (2009) encontró valores tres veces superiores (30 880 ind.m-2) a los de la presente investigación (9 162 ind.m-2).
Los grupos dominantes de la pedofauna en los muestreos realizados fueron los ácaros y entre estos se destacaron los oribátidos, seguidos de los gamasinos y astigmados; los colémbolos también alcanzaron una buena representatividad.
Los valores de la densidad calculados para los oribátidos obtuvieron su máximo en el bosque (16 627 ± 1891ind.m-2) y difirieron significativamente (p<0,05) de los otros usos de la tierra. El SNK evidenció que este grupo de ácaros fue más abundante en el bosque, seguido de los cultivos varios (10 349 ± 3 485 ind.m-2) y el pastizal (7 804 ± 451 ind.m-²). La menor abundancia se apreció en la caña de azúcar (2 036 ± 509 ind.m-2) (fig. 2).
Las condiciones para el establecimiento de estas poblaciones edáficas en el uso bosque se garantizan con una mayor cobertura, aporte de hojarasca y exudados radicales, así como una mayor humedad, menor temperatura, ausencia de prácticas agrícolas, fertilización y una menor actividad antrópica.
En Cuba, Reyes (2004) reportó valores similares a los encontrados en este estudio para este grupo de ácaros; mientras que Socarrás (2006) informó valores inferiores. La densidad de oribátidos constituye un buen indicador, ya que sus diferentes taxones presentan diversos grados de susceptibilidad a las perturbaciones del medio edáfico (Morais et al., 2010). ]]>
Astigmata presentó sus valores máximos de densidad promedio en los usos destinados a cultivos varios y caña de azúcar (6 277 ± 2 059 y 3 732,6 ± 378 ind.m-2) (fig. 2), aunque no se encontraron diferencias significativas entre los usos. Todos ellos están sometidos a las alteraciones que se producen en el medio edáfico, debido al continuo y profundo laboreo cultural y a la adición de compuestos inorgánicos. Según Vásquez et al. (2007) la elevada abundancia de Astigmata en el suelo se interpreta como un indicio de baja fertilidad, pues ellos son específicos de suelos perturbados y se comportan de forma favorable a la perturbación. Prieto et al. (2005) y Socarrás (2006) encontraron valores inferiores de densidad de estos ácaros en parcelas cultivadas en el mismo tipo de suelo.Hubo una estrecha relación entre la densidad de oribátidos y la de astigmados, ya que mientras unos aumentaron los otros disminuyeron (fig. 3). En este estudio, la relación oribátidos/astigmados favoreció notablemente a los oribátidos en los usos de la tierra bosque y pastizal, por lo que estas proporciones sostenidas constituyen un indicador de equilibrio de las comunidades edáficas y el medio circundante. En los cultivos varios la presencia de astigmados se acercó a la de oribátidos, y aunque estos últimos constituyeron la mayoría, ello alerta en cuanto a la situación real de este uso de la tierra y permite proyectarse hacia métodos más conservadores de la fertilidad del suelo. En el uso destinado a la caña de azúcar la relación fue menor que uno, es decir dominaron los Astigmados, lo que indicó una perturbación y desequilibrio del medio edáfico y, por consiguiente, una disminución de la fertilidad del suelo producida por las prácticas agrícolas.
Otro grupo que está presente en todos los usos de la tierra son los gamasinos, depredadores de huevos, estados inmaduros y adultos de oribátidos, colémbolos y de otros invertebrados edáficos (Salmane y Brumelis, 2010). Según la prueba de Kruskal-Wallis no existieron diferencias significativas entre ellos, teniendo en cuenta la densidad. De forma general, existieron semejanzas en el comportamiento de este grupo entre los usos y se destacaron sus valores de densidad promedio para el bosque (2 714 ± 2 227 ind.m-2), ya que aquellos son activos depredadores de los oribátidos (fig. 2).
Baretta et al. (2006) plantean que las fluctuaciones de oribátidos y gamasinos se corresponden con el modelo generalizado de interacción entre depredador y presa. En Cuba, en un pastizal y en un sistema agroforestal se encontraron resultados semejantes a estos; mientras en el área destinada al cultivo los valores fueron menores (Socarrás, 2006).
Collembola presentó sus máximos valores en el uso bosque, seguido del pastizal, la caña de azúcar y los cultivos varios (fig. 2). La prueba de Kruskal-Wallis mostró diferencias significativas (p<0,001) entre los usos estudiados, en cuanto a la densidad. El SNK indicó que la colembofauna fue más abundante en el bosque, el cual le garantizó las condiciones necesarias para su establecimiento. Asimismo, esas diferencias no se manifestaron entre el pastizal, los cultivos varios y la caña de azúcar, cuyas densidades fueron muy bajas y similares.
Los valores de densidad promedio de este grupo hallados en el bosque (5 090 ± 2 059 ind.m-2) duplicaron los del pastizal (1 187 ± 545 ind.m-2), fueron 10 veces mayores que los de la caña de azúcar (509 ± 294 ind.m-2), y 30 veces mayores con relación a los cultivos varios (170 ± 169 ind.m-2). Díaz et al. (2003) y Guillén et al. (2006) hallaron valores superiores en el bosque, en Cuba y Costa Rica, respectivamente. La densidad promedio de los colémbolos depende, en gran medida, de la conjugación de los factores materia orgánica y humedad (Karyanto et al., 2008). La existencia de una abundante vegetación produce mucha humedad, lo que es positivo para el desarrollo de la pedofauna y en especial para este grupo.
En cultivos varios, caña de azúcar y pastizales, González et al. (2003) en Cuba y Guillén et al. (2006) en Costa Rica hallaron valores superiores a los reportados en este estudio; mientras que en Estados Unidos, Cole et al. (2006) obtuvieron cambios negativos en las densidades de este taxón en las áreas destinadas a la agricultura, debido a la pérdida de nichos, la menor humedad y el laboreo. Estos mismos autores plantearon que el uso de insecticidas no produjo el mismo efecto en todos los grupos de Collembola.
Estos apterigotas son conocidos como buenos indicadores de áreas estables y con mínima alteración del edafón, al ser altamente susceptibles a los cambios en la calidad y cantidad de la MO, la humedad, la temperatura y el pH; además poseen diferentes grados de sensibilidad a los insecticidas y la fertilización inorgánica (Gulvik, 2007).
Al hacer un análisis de la variación de los componentes de la mesofauna en los cuatro usos de la tierra, de forma general se observó una afectación en el orden siguiente: bosque, cultivos varios, pastizal y caña de azúcar, dado por la disminución de sus densidades. La categoría zoológica indicó el estado de degradación de los suelos Ferralíticos Rojos en los diferentes uso de la tierra; el mejor comportamiento se manifestó en el bosque, seguido de los pastizales y, por último, los cultivos. ]]>
CONCLUSIONES
• La densidad de los microartrópodos del suelo en los cuatro uso de la tierra decreció de la forma siguiente: bosque, cultivos varios, pastizal y caña de azúcar, lo cual estuvo relacionado con la pérdida de las condiciones necesarias para su establecimiento.
• La densidad de oribátidos y colémbolos, grupos indicadores de la fertilidad y la estabilidad del suelo, fue mayor en el bosque, seguido del pastizal. En el caso de los astigmados, grupo indicador de perturbación del medio edáfico, fue máxima en los usos agrícolas donde se observó el deterioro de sus propiedades físicas, químicas y biológicas.
• La relación oribátidos/astigmados fue mayor que uno en el bosque y en el pastizal, lo que indicó la estabilidad y la fertilidad del suelo; mientras que en los cultivos varios el balance estuvo cercano a uno, lo cual reveló la necesidad de un cambio de manejo en la explotación agrícola. En el uso caña de azúcar fue menor que uno y ello demostró perturbación y desequilibrio del medio edáfico, producido por las prácticas agrícolas.
• La variación de los grupos de la mesofauna permitió establecer la degradación existente en los suelos de composición ferralítica; el mejor comportamiento se presentó en el bosque, seguido de los pastizales y los cultivos.
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Recibido el 25 de noviembre del 2010 ]]>
Aceptado el 5 de mayo del 2011 ]]>