RESUMEN

La investigación se realizó durante 15 años en el Instituto de Ciencia Animal, ubicado en Mayabeque, Cuba, para evaluar el impacto ecológico y productivo de las leguminosas en el sistema suelo-pasto de áreas ganaderas tropicales. Se estudiaron dos pastizales: 1) silvopastoril con Leucaena leucocephala/Megathyrsus maximus y 2) mezcla de leguminosas herbáceas en asociación con gramíneas. Mediante análisis de componentes principales se seleccionaron los indicadores con mayor aporte a la variabilidad de cada pastizal, para evaluar quinquenalmente su comportamiento. Se escogieron aquellos con valor de preponderancia mayor de ± 0.78 y que explicaron, al menos, 65 % de la varianza acumulada. En la vegetación se estudiaron hasta 50 indicadores y se seleccionaron entre 7 y 9, en los que coincidieron la cobertura vegetal, la densidad del pasto base y la presencia de pastos naturales. De los 76 indicadores del suelo, se seleccionaron entre 6 y 9, en los que resaltaron la distribución de agregados en húmedo y en seco, la estabilidad estructural, el Valor n y la fitomasa subterránea. También, se evaluaron el índice de calidad del suelo y el carbono orgánico almacenado en el suelo. El pastizal silvopastoril durante los primeros 12 años de producción continua tuvo cobertura vegetal superior a 95 %, 6 y 9 plantas m² de guinea, 4 y 6 t MS ha^-1 y mejora paulatina de la fertilidad del suelo, con predominio de agregados en húmedo entre 1 y 5 mm, con valores entre 25 y 58 %. A partir de los 14 años de producción, no tuvo diferencias en el comportamiento de los indicadores, lo que evidenció su estabilidad y el equilibrio en el sistema suelo-planta. En la mezcla de leguminosas con gramíneas a partir de los 12 años de explotación disminuyó glycine, pero se recuperó el porcentaje de leguminosas total, que se caracterizaron por tener mayor predominio en la época poco lluviosa. Ambos pastizales tuvieron buena calidad del suelo, aumentaron el carbono orgánico almacenado en el suelo y mantuvieron estabilidad productiva y ecológica. Se presentan tablas de confianza para los indicadores, que podrán servir en la investigación, la docencia y la producción, como herramientas confiables y sensibles que sirvan para revelar cambios en los pastizales.

Palabras clave: asociaciones gramíneas-leguminosas, suelo, ganadería, sostenibilidad

ABSTRACT

The research was conducted during 15 years at the Instituto de Ciencia Animal, located in Mayabeque, Cuba, to evaluate the ecological and productive impact of legumes in the soil-grass system of tropical livestock areas. Two grasslands were studied: 1) Silvopastoral with Leucaena leucocephala / Megathyrsus maximus and 2) Herbaceous legume mixture in association with grasses. By means of principal components analysis, the indicators with higher contribution to the variability of each grassland were selected to evaluate their performance every five years. Those with a preponderance value higher than ± 0.78 and explained at least 65 % of the accumulated variance were chosen. In the vegetation, up to 50 indicators were studied and 7 to 9 were selected, in which the plant coverage, the density of the grass and the presence of natural grasses coincided. From the 76 soil indicators, between 6 and 9 were selected, in which the distribution of aggregates in dry and humid conditions, structural stability, Value n and underground phytomass were highlighted. Also, the soil quality index and the organic carbon stored in the soil (CSS) were evaluated. The silvopastoral grassland during the first 12 years of continuous explotation had plant coverage higher than 95 %, 6 and 9 plants m² of Guinea grass, 4 and 6 t DM ha^-1 and a gradual improvement of soil fertility, with a predominance of aggregates in humid conditions between 1 and 5 mm, with values between 25 and 58%. From the 14 explotation years, there was no difference in the performance of the indicators, which showed their stability and the balance in the soil-grass system. In the mixture of legumes with grasses from the 12 years of exploitation decreased glycine but recovered the total legumes percentage, which were characterized to have higher predominance in the dry season. Both grasslands had good soil quality, increased the organic carbon stored in the soil (CSS) and maintained productive and ecological stability. Confidence tables for indicators are showed which can be used as reliable and sensitive tools to detect changes in grasslands and can be used in research, teaching and production.

Key words: grass- legumes associations, soil, livestock, sustainabi-lity

Las leguminosas forrajeras han incrementado su presencia en la producción ganadera tropical. Esto se debe, fundamentalmente a sus bondades, entre las que figura su contribución a la fijación biológica del nitrógeno atmosférico en el suelo, la rápida descomposición de su material vegetal y su aporte proteico a la dieta animal (Olivares-Pérez 2011). 

Estas características, unido a su alta plasticidad, su diverso porte y las disimiles curvas de crecimiento que identifican a cada especie, permiten que se utilicen en amplio rango de regiones edafoclimáticas y en tecnologías que las potencian como pasto o forraje principal, ya sea en sistemas silvopastoriles u otros, en los que el estrato herbáceo es la asociación equilibrada de gramíneas y leguminosas (Boschi et al. 2016).

No existen estudios prolongados que permitan dilucidar el efecto de las leguminosas forrajeras en la producción de biomasa y la dinámica edáfica, así como sus posibilidades de persistencia como pasto base en diversas tecnologías ganaderas. Por ello, el objetivo de este estudio fue evaluar el efecto ecológico y productivo del uso de leguminosas en pastizales tropicales con más de 15 años de producción continua.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó entre 2002 y 2015 en el Instituto de Ciencia Animal, ubicado en Mayabeque, Cuba. Se evaluaron dos pastizales:

a) Silvopastoril, basado en Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit vc. Perú / Megathyrsus maximus Jacq. en suelo ferralítico rojo hidratado (ferralsol) con seis años de producción al inicio de la evaluación. El ganado estuvo constituido por vacas de raza Holstein, Siboney y mestizo. La carga animal promedio fue de 2.7 UGM ha^-1  durante los primeros 10 años de producción hasta 1.8 UGM ha^-1 en los últimos cinco años. El tiempo de rotación fue cada 57 y 28 d promedio, en la época poco lluviosa y lluviosa, respectivamente.

b) Mezcla de leguminosas herbáceas (Stylosanthes spp. (stylosanthes), Desmodium spp.  (desmodio), Pueraria phaseoloides (kudzú), Macroptilium atropurpureum (siratro) y Neonotonia wightii (glycine) con gramínea (Cynodon sp.) en suelo fersialítico pardo rojizo (Inceptisol) con nueve años al inicio de la evaluación. Durante los primeros ocho años de estudio, mantuvo la carga animal de dos animales ha^-1, y el ganado fue de las razas Cebú y Charol. La duración media de cada ceba fue de 65 d, con peso promedio inicial de 214kg y peso promedio final de 270 kg. Esto conllevó a ganancia media de 861g animal^-1día^-1.

Durante el período poco lluvioso, el pastizal tuvo 10 d de estancia y 49 d de reposo, mientras que en el lluvioso tuvo 7 d de estancia y 49 d de reposo, para un total de 6 rotaciones por año. A partir del año 2012, tuvo pastoreo irregular hasta que cesó completamente en 2014.

Durante los tres primeros años, se determinaron numerosos indicadores del complejo suelo-pasto, para seleccionar aquellos con mayor peso en la variabilidad del sistema, que permitieran realizar el seguimiento eficiente de cada pastizal.

De la vegetación, se midieron entre 38 y 50 indicadores, según la vegetación existente y sus características de crecimiento. Entre ellos, estuvieron la composición botánica, la densidad y frecuencia de las especies, la altura, la disponibilidad de biomasa, muerte y aparición de especies y la composición química del pasto (tabla 1).

Se determinaron 70 indicadores del suelo, evaluados para la profundidad de 0 a 15 cm. Entre ellos estuvieron textura, estructura, resistencia a la penetración, valor n, humedad, pH, materia orgánica, contenido de nutrientes, fitomasa subterránea, mesofauna y macrofauna. Los indicadores físicos y químicos del suelo se midieron anualmente, al estabilizarse la época lluviosa. Los biológicos, para el suelo como para la vegetación, se evaluaron dos veces por estación climática.

 Posteriormente, se realizaron tres evaluaciones en 2005, 2010 y 2015 para dar continuidad al estudio. Se utilizaron para ello solo los indicadores seleccionados en los pastizales para determinar el estado del sistema suelo-planta. Además, se determinó el índice de calidad de suelo según Shepherd et al. (2006), el que se determina a partir de la evaluación visual de la textura, estructura, consistencia, porosidad, color, moteaduras, contenido de lombrices, profundidad de las raíces, erosión, y otras características. También, se determinó el carbono almacenado en el suelo (CAS), según McVay y Rice (2002) y Miranda et al. (2007).

 El análisis para la selección de indicadores se realizó mediante la metodología análisis de componentes principales (Visauta  1998). Se seleccionaron aquellos indicadores con valores de preponderancia mayores a ± 0.78, que estuvieran ubicados en las componentes que explicaron, al menos, 65 % de la varianza acumulada. A estos indicadores se les realizó análisis de varianza lineal para los tres primeros años (2002, 2003 y 2004). A partir del mejor valor basado en su interpretación biológica se le calculó el rango de confianza para 95 % de probabilidad, que sirvió de referencia para determinar la estabilidad de cada pastizal. En el seguimiento quinquenal posterior (2005, 2010 y 2015), a los datos de los indicadores se le realizó análisis de varianza lineal entre los años evaluados. Se utilizó el paquete estadístico InfoStat (2008) para los análisis de varianzas sy las medias se compararon por Duncan (1955).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El análisis multivariado mostró que la varianza de la vegetación en los pastizales estuvo descrita, fundamentalmente, por cinco componentes principales, que en su conjunto explicaron entre 80 y 84 % de la variabilidad. Del total de indicadores evaluados se seleccionaron entre 7 y 9, algunos de estos se reiteraron en los dos pastizales. La cobertura vegetal, la densidad del pasto base, la composición botánica y la disponibilidad de biomasa fueron los que más se repitieron (tabla 2).

Los indicadores seleccionados coincidieron con los propuestos por Quiñónez et al. (2004), quienes señalaron que estos pueden ser el reflejo del efecto del manejo del pastoreo en la abundancia y desarrollo de las especies vegetales. Durante los tres primeros años (tabla 1), que sirvieron como línea base para el seguimiento del efecto del manejo en el comportamiento de cada pastizal, se observó que en el pastizal silvopastoril la densidad de guinea como pasto base, la cobertura vegetal y la disponibilidad de biomasa se incrementaron significativamente entre años, con valores que evidenciaron estabilidad productiva en correspondencia con las potencialidades de los pastos y forrajes presentes y mostraron la eficiencia en el manejo (Lok 2010). El comportamiento de estos indicadores se definió, principalmente, por el incremento paulatino de la densidad de M. maximus, que manifestó ascenso entre años en la época poco lluviosa. Esta gramínea llega alcanzar 9.2 plantas m^-2, mientras que en el período lluvioso disminuyó hasta 7.8 plantas m^-2 en lo que influyó la intensa sequía de este año. Estos resultados indicaron que se logró potenciar positivamente el lugar de la guinea en el sistema, como pasto base en ambos períodos estacionales, lo que fue provechoso para mantener la estabilidad productiva del silvopastoreo. Mientras, el pastizal con mezcla de leguminosas mostró incrementos en la densidad de glycine con respecto al primer año y alcanzó valores entre 23 y 25 plantas m^-2 sin diferencias significativas entre 2003 y 2004. Esto indicó que esta planta en esas condiciones edafoclimaticas y de manejo animal tuvo predominio y persistencia con respecto a otras leguminosas de la mezcla inicial. Además, al analizar el porcentaje de leguminosas total se observó que estas disminuyeron en el tiempo, pero mantuvieron valores superiores a 60 %. Esto indicó que las leguminosas prevalecieron en la asociación con las gramíneas después de 11 años de producción continua en la preceba de ganado. Este resultado reveló que las leguminosas herbáceas con adecuado   manejo pueden persistir en pastoreo.

La segunda etapa de evaluación de la vegetación en el pastizal silvopastoril (tabla 3) indicó que, a partir de los 14 años de producción continua, se mantuvieron valores que indicaron estabilidad productiva en el pastizal hasta los 19 años, de acuerdo con el rango de valores obtenidos en la primera etapa de la investigación.

La densidad de guinea se estabilizó, aproximadamente, de 8,3 plantas m^-2 en la época poco lluviosa a 9.0 plantas m^-2 para la lluviosa. La cobertura vegetal alcanzó el menor valor con 19 años, aunque por encima de 95 % para ambas épocas. Este, según Murgueitio (2015) es un valor adecuado en estos sistemas en los que la poda es un recurso indispensable para lograr la adecuada producción de biomasa, que era ya necesaria en la última evaluación, y pudo ser el factor que determinó la disminución de este indicador.

Sin embargo, la disponibilidad de biomasa manifestó estabilidad, con valores muy cercanos a 6.0 t MS ha^-1 independientemente de la época estacional.

El pastizal con mezcla de leguminosas herbáceas mostró persistencia de estas plantas, con disminución de glycine pero incremento de otras leguminosas de la mezcla inicial como kudzú y centrocema. El aumento de estas con el incremento del tiempo de producción se relacionó al cambio en el manejo, el que bajó la presión de pastoreo e incrementó el tiempo de reposo hasta que se dejó de usar establemente para pastoreo en el año 2012.

Los valores obtenidos en este trabajo en cuanto a porcentaje de leguminosas son superiores a los reportados por Roca et al. (2014) quienes al asociar gramíneas con leguminosas después de tres años lograron porcentajes entre 39 y 27 % de esas especies (Centrosema, Desmodium, Galactia, Macroptilium y Teramnus), los que influyeron positivamente (P < 0,05) en los rendimientos totales diarios de leche y en los indicadores de producción/vaca/día y por ha/día, superiores a 8,0 kg de leche. Ménendez et al. (1993) en estudios realizados en 15 pastizales con asociación de gramíneas y leguminosas encontraron que los porcentajes de leguminosas decrecen en el tiempo por el sobrepastoreo en la época seca, debido a la carga y el tiempo de ocupación que impiden el establecimiento de nuevos puntos de enraizamiento y el desarrollo de nuevas plantas.

 Los indicadores edáficos seleccionados en cada pastizal y los rangos de valores de confianza, que indicaron estabilidad durante los tres primeros años de estudio, se muestran en la tabla 4. De los 76 indicadores determinados en el suelo, se seleccionaron entre 6 y 9, en los que la distribución de agregados en húmedo y en seco, la estabilidad estructural, el Valor n, la fitomasa subterránea, la macrofauna y la mesofauna se reiteraron para explicar la variabilidad. Al realizar estudios similares, Borrelli et al. (2013) y Ferreras et al. (2004) plantearon que los indicadores agrofísicos constituyen las variables del suelo que tienen mayor peso en la variabilidad temporal y espacial, aseveración que coincide con los resultados de esta investigación. En ambos pastizales, el comportamiento de los indicadores manifestó mejora de la fertilidad del suelo y mostró la estabilidad de este componente del sistema.

En el seguimiento posterior de los indicadores seleccionados (tabla 5) se observó que, generalmente, ambos pastizales continuaron estables, con adecuadas condiciones edáficas. En el silvopastoril a partir de 2010 hubo tendencia (14 años en producción) a disminuir los valores de los indicadores, pero mantenerse sin diferencias significativas entre sí y con valores adecuados de fertilidad. La mezcla de leguminosas rastreras no tuvo diferencias para 2005 y 2010 (12 y 17 años), pero en 2015 con 22 años de producción mostró mejoras significativas en la resistencia a la penetración y en la fitomasa subterránea. Esto debió estar relacionado con que a partir de 2012 el pastizal dejó de tener pastoreo estable y quedó prácticamente en reposo. Esto pareció influir positivamente en el comportamiento y salud del suelo, aunque haya perdido la eficiencia del uso del pastizal para la producción animal.

Según Shepherd et al. (2006), la evaluación de la calidad del suelo es buena cuando su índice de calidad posee valor superior a 30. En la figura 1, se muestra que los dos pastizales tuvieron valores superiores, lo que indicó que ambos manejos agropecuarios garantizan la estabilidad de la fertilidad. Este índice es el reflejo de las propiedades físicas del suelo, que repercuten directamente en la eficiencia y sostenibilidad del pasto y del sistema suelo-planta. El silvopastoril tendió a disminuir después de los 14 años de explotación, lo que se adjudicó a la falta de poda, como elemento regulador de la sombra. Consiguientemente, el exceso de sombra pudo ser la causa de la disminución de la cobertura vegetal y la disponibilidad de biomasa constatadas.

El carbono almacenado en el suelo está directamente en función de la materia orgánica del suelo y la densidad aparente, por lo que en la medida que estos indicadores mejoren, también el CAS mejorará. En ambos sistemas, el manejo tendió al progreso, tuvo su mayor variación y peso en la profundidad de 0 a 15 cm, pero el silvopastoril a partir de los 14 años de producción no tuvo diferencias, mientras que la mezcla manifestó incremento sostenido paulatino entre años producción. Estas diferencias en el comportamiento del índice de calidad del suelo y el CAS, además de por el tipo de pastizal, el tipo de suelo y el manejo que establece cada tecnología, estuvieron remarcadas porque el pastizal silvopastoril mantuvo su manejo estable, pero en la mezcla de leguminosas a partir de 2012 el pastoreo fue irregular y el área comenzó a estar prácticamente en barbecho, lo que fue ineficiente para la producción ganadera, pero benefició la restauración ecológica del área (figuras 1 y 2)

Se concluye que los pastizales basados en el uso de leguminosas forrajeras pueden contribuir favorablemente a la estabilidad del sistema suelo-pasto en regiones tropicales. Estos pastizales pueden persistir durante largos períodos de tiempo, con adecuada producción de biomasa y mejora de la fertilidad del suelo, siempre que se manejen con la correcta disciplina tecnológica.

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Recibido: 26/6/2017

Aceptado: 3/7/2017

Sandra Lok Mejías, Instituto de Ciencia Animal Carretera Central Km 47 ½, San José de Las Lajas, Mayabeque, Cuba. Email: slok@ica.co.cu