Reservas de carbono orgánico de un vertisol crómico bajo diferentes usos del suelo

INTRODUCCIÓN

El 95% de la producción mundial de los alimentos depende del suelo, lo que provoca la expansión y el manejo no sostenible de las tierras de cultivos y de pastoreos, provocando la degradación de los suelos. Más de 1500 millones de hectáreas de ecosistemas naturales, se han convertido a tierras de cultivos, quedando solo un 25% de la superficie terrestre en su estado natural, la cual contiene más de la mitad de las reservas mundiales de carbono y se estima una reducción por debajo de 10% para el 2050 (FAO, 2022FAO. (2022). Día mundial del suelo 2022: La FAO publica el primer informe mundial sobre suelos negros. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome, Italy, News and Press Release.).

El suelo es el reservorio más importante de C en la biosfera, ya que contiene tres veces más carbono que la vegetación y la atmósfera (Pellegrino-Cerri et al., 2021Pellegrino-Cerri, C. E., Cherubin, M. R., Damian, J. M., Fujita-Mello, F. C., & Lal, R. (2021). Secuestro de carbono en el suelo mediante la adopción de prácticas de manejo sostenible: Potencial y oportunidad para los países de las Américas. San José, Costa Rica: Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA), ISBN: 978-92-9248-966-3.). La degradación del suelo, la pérdida de la diversidad biológica y el cambio climático son tres caras distintas del mismo desafío central (IPBES, 2022IPBES. (2022). Informe sobre la degradación y restauración del suelo. https://www.ipbes.net ).

La contribución de la degradación del suelo al cambio climático incluye la liberación del carbono secuestrado en el suelo, las emisiones globales anuales son alrededor de 3600 a 4400 millones de toneladas de CO₂ (UNCCD, 2019UNCCD (2019). Land-Based Adaptation and Resilience: Powered by Nature. https://www.eld-initiative.org/fileadmin/pdf/Land_Base_Adaptation_ENG_Sall_web.pdf ). El cambio de uso de los suelos representa un 25% de las emisiones globales de carbono, y el 58% en la región de América Latina y el Caribe (Dickinson, 2019Dickinson, D. (2019). 24000 millones de toneladas de suelo fértil se pierden cada año por la desertificación. ONU Noticias. https://www.news.un.org.).

Los suelos en estado natural mantienen vegetación autóctona y características físicas adecuadas para el normal desarrollo de las plantas que conforman su ecosistema. Cuando el tipo de uso cambia hacia la explotación agrícola ocurre la ruptura del equilibrio, drástica modificación de sus propiedades y alteración desfavorable del crecimiento vegetal (Cairo-Cairo & Fundora-Herrera, 2005Cairo-Cairo, P., & Fundora-Herrera, O. (2005). Edafología (primera reimpresión). Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba, ISBN 959-258-336-6.; Hernández et al., 2015Hernández, J. A., Pérez, J. J. M., Mesa, N. A., Bosch, I. D., Rivero, L., & Camacho, E. (2015). Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba.: Vol. I (Barcaz L L). AGRINFOR, La Habana, Cuba, ISBN: 959-246-022-1.; Hernández-Jiménez et al., 2006Hernández-Jiménez, A., Ascanio-García, M. O., Morales-Díaz, M., Bojórquez-Serrano, J., García-Calderón, N. E., & García-Paredes, J. D. (2006). Fundamentos sobre la formación del suelo, los cambios globales y su manejo (p. 171). Universidad Autónoma de Nayarit. Tepic.).

Las pérdidas del carbono orgánico en una amplia variedad de suelos y tipos de cultivo, varían en un rango entre un 20% y un 70% del carbono orgánico inicialmente presente, y la mayor parte de estas pérdidas ocurre en los primeros 20 años del cambio de uso de la tierra (Mogollón et al., 2015Mogollón, J. P., Martínez, A., Rivas, W., Meseda, C., Muñoz, B., Marquez, E., Colmenares, M., & Campos, Y. (2015). Carbono orgánico como indicador del proceso de desertificación en suelos agrícolas al Norte de Venezuela. Suelos Ecuatoriales, 45(1), 24-30, ISSN: 2665-6558, Publisher: Sociedad Colombiana de la Ciencia del Suelo.).

El carbono que permanece en el suelo es incorporado y estabilizado en los diferentes reservorios de carbono orgánico del suelo, tales como el carbono orgánico particulado o lábil, de fácil descomposición y modificada por el manejo y otro asociado a los minerales más finos nombrado humus, biológicamente resistente. Ambas tienen una distinta composición, tiempo de persistencia y funcionalidad en el suelo y en el medio ambiente (Lavallee et al., 2020Lavallee, J. M., Soong, J. L., & Cotrufo, M. F. (2020). Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral‐associated forms to address global change in the 21st century. Global change biology, 26(1), 261-273, ISSN: 1354-1013, Publisher: Wiley Online Library. https://doi.org/10.1111/gcb.14859 ; Ortega-Sastriques & Feller, 2008Ortega-Sastriques, F., & Feller, C. (2008). Actualidad teórica y práctica de la materia orgánica de los suelos. I Seminario Nacional de Manejo Ecológico del Suelo, La Habana, Cuba, La Habana, Cuba.).

El objetivo de este trabajo fue evaluar los efectos de diferentes tipos de utilización de la tierra, sobre las reservas de carbono orgánico, en un Vertisol Crómico.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo se realizó en el punto de observación permanente (POP), montado en el año 2010 en la localidad de Guaro, municipio Mayarí, provincia Holguín sobre un suelo Vertisol Crómico cálcico y gléyico según Hernández et al. (2015)Hernández, J. A., Pérez, J. J. M., Mesa, N. A., Bosch, I. D., Rivero, L., & Camacho, E. (2015). Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba.: Vol. I (Barcaz L L). AGRINFOR, La Habana, Cuba, ISBN: 959-246-022-1., en tres tipos de utilización de la tierra, Bosque de Neem (Azadirachta indica A. Juss), Pasto Natural (Paspalum notatum L.) y Caña de Azúcar (Saccharum spp. híbrido). Los Bosques de Neem y Pasto Natural fueron reconvertidos en el 2002, ambos proceden de áreas de Caña de Azúcar.

Se realizó en el año 2015 un muestreo de suelo aleatorio estratificado con tres repeticiones en cada uno de los TUT, donde se tomaron las muestras para análisis químicos a 0-20 cm. Además, se tomaron muestras sin disturbar con cilindros de 105,35 cm³ de volumen, y se colocaron en pesafiltros, para determinar densidad aparente (DA), por el Método del Anillo (NC ISO 10272, 2003NC ISO 10272. (2003). Determinación de la densidad aparente o peso volumétrico. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba.).

Se realizó un fraccionamiento físico granulométrico a las muestras por tamizado según Andriulo et al. (1990)Andriulo, A., Galantini, J., Pecorari, C., & Torioni, y E. (1990). Materia orgánica del suelo en la región pampeana. I: Un método de fraccionamiento por tamizado. Agrochimica, 34(5-6), 475-489, ISSN: 0002-1857.; Galantini et al. (2008)Galantini, J. A., Iglesias, J., Landriscini, M., Suñer, L., & Minoldo, G. (2008). Calidad y dinámica de las fracciones orgánicas en sistemas naturales y cultivados (J Galantini et al. (eds.), Estudio de las fracciones orgánicas en suelos de la Argentina). Ediuns Bahía Blanca, Argentina., con un par de tamices, uno de 53 µm y otro de 105 µm de abertura de malla. De esta manera se obtuvo tres fracciones, una gruesa (FG, 105-2000 µm) en la que se encuentra el carbono orgánico particulado grueso (COPG_>105), las arenas medias y gruesas; una fracción media (FM, 53-105 µm) constituida por el carbono orgánico particulado medio (COPF_53-105) y las arenas muy finas y la fracción fina (FF < 53 µm) la cual contiene el carbono orgánico asociado a la fracción mineral (COM) más limo y arcilla. El carbono orgánico se determinó por el método de Walkley-Black, según las normas cubanas NC 51 (1999)NC 51. (1999). Calidad del Suelo. Análisis Químico. Determinación del porciento de Materia Orgánica [Norma cubana]. Oficina Nacional de Normalización, La Habana, Cuba..

Para el cálculo de la reserva de carbono, en los suelos sin disturbar se empleó la ecuación de Alemán-Hurtado et al., (2017)Alemán-Hurtado, L., Fatma, R., Alcantara, V., & Wiese, L. (2017). Soil organic carbon: The hidden potential. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome. Italy, ISBN 978-92-5-109681-9.; Ussiri et al., 2006Ussiri, D. A. N., Lal, R., & Jacinthe, P. A. (2006). Soil properties and carbon sequestration of afforested pasture in reclaimed Minesoils of Ohio. Soil Sci. Soc. Am. J, 70(5), 1797-1806.):

donde:

RCOS - reserva de carbono en Mg·ha^-1;

COS - carbono orgánico del suelo en % según datos determinados;

DA - densidad aparente en Mg·m^-3;

p - espesor considerado en m.

En suelos disturbados se calculó según la metodología de Solomon et al. (2002)Solomon, D., Fritzsche, F., Lehmann, J., Tekalign, M., & Zech, W. (2002). Soil organic matter dynamics in the subhumid agroecosystems of the Ethiopian highlands: Evidence from natural 13C abundance and particle‐size fractionation. Soil Science Society of America Journal, 66(3), 969-978, ISSN: 0361-5995, Publisher: Wiley Online Library., para comparaciones entre masas equivalentes de suelo, efectuando las correcciones por profundidad equivalente.

El espesor de los suelos cultivados (Z) fue corregido (Zc), asumiendo que la densidad aparente y la profundidad de los suelos cultivados fueron originalmente los mismos a aquellos que correspondieron a los suelos naturales:

El cálculo de la tasa de acumulación de carbono edáfico (TACOS), se realizó según Carneiro-Amado et al., 2006Carneiro-Amado, T. J., Bayer, C., Conceição, P. C., Spagnollo, E., Costa de Campos, B. H., & Da Veiga, M. (2006). Potential of carbon accumulation in no‐till soils with intensive use and cover crops in southern Brazil. Journal of environmental quality, 35(4), 1599-1607, ISSN: 0047-2425, Publisher: Wiley Online Library.) y fue obtenida mediante las diferencias de RCOS entre la situación natural y la situación actual, y los años de uso TUT.

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 y para la homogeneidad de la varianza, se realizó la prueba de Bartlett. Se utilizó la prueba de comparación de medias de rango múltiple de Duncan, cuando las ANOVAS detectó 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

En los primeros 20 cm de profundidad los contenidos de arcilla más limo alcanzaron valores de 69, 58, 85% en los TUT Bosque de Neem, Pasto Natural y Caña de Azúcar, respectivamente (Figura 1), caracterizando al suelo con una textura arcillosa con vestigios arcillo limosa. Este suelo se caracteriza por un alto contenido de arcilla de tipo 2:1 (principalmente hemetita), lo cual tiene gran influencia en las propiedades físicas y químicas. Dando lugar a un estrecho rango de humedad del suelo entre estrés de humedad y exceso de agua (Cid-Lazo et al., 2021Cid-Lazo, G., López-Seijas, T., Ahmed, F., & Herrera-Puebla, J. (2021). Variación de la Densidad Aparente para diferentes contenidos de agua en suelos cubanos. Revista Ingeniería Agrícola, 11(2), 3-9, ISSN: 2306-1545, Publisher: Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola.; Hernández et al., 2015Hernández, J. A., Pérez, J. J. M., Mesa, N. A., Bosch, I. D., Rivero, L., & Camacho, E. (2015). Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba.: Vol. I (Barcaz L L). AGRINFOR, La Habana, Cuba, ISBN: 959-246-022-1.; Soil Survey Staff & Agriculture Department, 2017Soil Survey Staff & Agriculture Department. (2017). Keys to soil taxonomy (12th Edition. United States Department of Agriculture & Natural Resources Conservation Service). Government Printing Office, Washington, D.C.).

La influencia de la textura sobre el contenido del carbono orgánico total (COT) está en dependencia de la cantidad de los materiales finos (arcilla y limo), al existir una mayor unión entre las partículas minerales y el carbono orgánico, existe una mejor protección física y biológica de la misma (Duval, 2015Duval, M. E. (2015). Contenido, calidad y dinámica de las fracciones orgánicas como indicadores de calidad de suelos bajo diferentes manejos en siembra directa [[Tesis en opción al grado de Doctor en Agronomía]]. Universidad Nacional del Sur, Argentina.; Duval et al., 2016Duval, M. E., Galantini, J. A., Martínez, J., & Iglesias, J. O. (2016). Comparación de índices de calidad de suelos agrícolas y naturales basados en el carbono orgánico. Ciencia del suelo, 34(2), 197-209, ISSN: 1850-2067, Publisher: SciELO Argentina.; J. Galantini et al., 2004Galantini, J., Senesi, N., Brunetti, G., & Rosell, R. (2004). Influence of texture on the nitrogen and sulphur status and organic matter quality and distribution in semiarid Pampean grassland soils. Geoderma, 123(1-2), 143-152, ISSN: 0016-7061.; Quiroga & Funaro, 2004Quiroga, A., & Funaro, D. (2004). Materia orgánica. Factores que condicionan su utilización como indicador de calidad en Molisoles, de las Regiones Semiárida y Subhúmeda Pampeana. Actas, 476.).

La relación entre la densidad aparente y el carbono orgánico para esta profundidad (0-20 cm), resultó lineal en comportamiento del carbono orgánico total (COT) (Figura 2), debido a que los valores no resultaron suficientes para establecer una meseta o valor máximo; presenta este menor DA nativa (1,22 g·cm^-3), inherente a su constitución mineralógica y el incremento de sus fracciones finas, éste índice apareces después de 17,55 g·kg^-1 de COT resultados coincidentes con Duval (2015)Duval, M. E. (2015). Contenido, calidad y dinámica de las fracciones orgánicas como indicadores de calidad de suelos bajo diferentes manejos en siembra directa [[Tesis en opción al grado de Doctor en Agronomía]]. Universidad Nacional del Sur, Argentina., en Argentina, informo para sitios de texturas medias y finas valores de COT< 26 g·kg^-1 en la profundidad 0-10 cm, se pueden considerar “críticos”, con aumentos importantes de la DA por un manejo inadecuado. Y añade que la adsorción de compuestos humificados aumenta por la porosidad intra-agregados que modifica el comportamiento global de los suelos frente a la compactación y a las propiedades de retención de agua.

Ferrero et al. (2018)Ferrero, M. R., Basanta, M., & Álvarez, C. (2018). Stock de carbono y nitrógeno en un haplustol éntico bajo diferentes usos del suelo en Córdoba. XXVI Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo. San Miguel de Tucumán, Instituto Ciencias Básicas y Aplicadas, Universidad Nacional de Villa María, Córdoba, Argentina, ISBN 978-987-46870-0-5, Córdoba, Argentina., encontraron en Córdoba, Argentina, que la DA se reduce 0,19 g·cm^-3 a medida que el COS aumenta 16,21 g·kg^-1, según el uso (bosque nativo, uso agrícola y uso ganadero) y consideran la DA una variable sensible a los cambios de uso en los suelos.

De igual forma los altos valores de COS están asociados con el incremento de la agregación, menor erosión y escorrentía superficial, mejor infiltración. Se según Quiroga et al. (2016)Quiroga, A., Oderiz, A., Uhaldegaray, M., Alvarez, C., Scherger, E., Fernández, R., & Frasier, I. (2016). Influencia del manejo sobre indicadores físico-hídricos de compactación de suelos. Semiárida Revista Facultad de Agronomía UNLPam, 26, 21-28., el movimiento y la retención del agua ayudan a minorar la compactación, la capacidad de intercambio catiónico, disponibilidad de nutrientes, el vigor de los cultivos y la reducción de la presión de plagas y enfermedades en las plantas.

En la Figura 3, se muestra las reservas de carbono orgánico, en el COT y la fracción carbono orgánico asociado a la fracción mineral (COM) no se encontraron diferencias significativas (p<0,05), y si en las fracciones COPG y COPF en todos los TUT. Las mayores reservas se encontraron en los TUT no disturbados (Bosque de Neem y Pasto Natural), con respecto al TUT Caña de Azúcar, afectado por la actividad antrópica a que está sometido.

Es interesante esto debido al incremento de las reservas de carbono en el suelo en esto dos TUT después de la reconversión (Bosque de Neem y Pasto Natural), de un 67,60 y 80,20 %, respectivamente, con respecto al TUT Caña de Azúcar.

Con respecto a las fracciones, tienen igual comportamiento que lo explicado anteriormente, el carbono orgánico asociado a la fracción mineral (COM) fue significativamente superior al COPF y al COPG.

El carbono se acumula tanto en las biomasas vivas (tallos, hojas, raíces), y en la biomasa 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 (Jiménez-Torres, 2021Jiménez-Torres, A. del C. (2021). La diversidad mejora el almacenamiento de carbono en los bosques tropicales. Recimundo, 5(3), 316-323, ISSN: 2588-073X. https://doi.org/10.26820/recimundo/5.(3).sep.2021.316-323 ). Siendo los suelos más arcillosos los que almacenan más COS, mientras los arenosos los que almacenan menos (Andriulo et al., 2012Andriulo, A. E., Galantini, J. A., Studdert, G., Sasal, M. C., Wilson, M., Basanta, M., Sánchez, M., Gudelj, V., Irizar, A., & Restovich, S. (2012). Existencias de carbono orgánico edáfico bajo diferentes usos y tipos de suelo. XIX Congreso Latinoamericano de la Ciencia del suelo and XXIII Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo, Mar del Plata (Argentina), Mar del Plata (Argentina).).

La concentración del COT y su reserva de carbono orgánico fueron sensibles al cambio de TUT. Los suelos cuando se encuentran bajo uso agrícola o ganadero, pierden considerablemente las reservas de COS, con respecto a los bosques naturales, en Córdoba, Argentina, Ferrero et al. (2018)Ferrero, M. R., Basanta, M., & Álvarez, C. (2018). Stock de carbono y nitrógeno en un haplustol éntico bajo diferentes usos del suelo en Córdoba. XXVI Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo. San Miguel de Tucumán, Instituto Ciencias Básicas y Aplicadas, Universidad Nacional de Villa María, Córdoba, Argentina, ISBN 978-987-46870-0-5, Córdoba, Argentina., encontraron diferencias significativas entre bosque nativo, uso agrícola y uso ganadero, perdiendo estos dos últimos un 35 y 14% de COS, respectivamente, con respecto al bosque nativo.

Osinaga et al. (2016)Osinaga, N., Alvarez, C., Suvar, G., & Taboada, M. (2016). ¿Cómo influye la agriculturización en los stocks de carbono en el chaco subhúmedo. XXV Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo, Río Cuarto, Córdoba, ISBN 978-987-688-173-9, Publisher: Facultad de Agronomia (UBA), Córdoba, Argentina., encontraron en Chaco Subhúmedo de Argentina, que el bosque tenía secuestrado en promedio 119,30 Mg·ha^-1, la pastura 87,90 Mg·ha^-1 y los lotes agrícolas entre 71,90 y 77,30 Mg·ha^-1. Que el contenido de carbono orgánico está relacionado con el aporte de carbono de la vegetación, la cobertura es mayor en el bosque debido a un mayor aporte y una mayor productividad primaria neta. Esta productividad varía entre biomas, siendo mayor en bosque que en pasturas y en éstos, a su vez, es mayor que para cultivos.

El almacenaje de carbono en el suelo, no solo depende de la cantidad de C aportado todos los años por el cultivo, sino por la calidad del mismo y 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 (Di Gerónimo et al., 2018Di Gerónimo, P. F., Videla, C. C., & Laclau, P. (2018). Distribución de carbono y nitrógeno orgánico en fracciones granulométricas de suelos bajo pastizales, agricultura y forestaciones. Ciencia del suelo, 36(1), 11-22, ISSN: 1850-2067, Publisher: SciELO Argentina.; Lao-Olivares, 2017Lao-Olivares, C. P. (2017). Fracciones del carbono orgánico lábil en suelos de la Amazonia Peruana bajo diversos sistemas de uso [Tesis para optar el Grado de Magister Scientiae en Suelos]. Universidad Nacional Agraria La Molina.).

Transcurrido cinco años de estudio, el aporte de los residuos vegetales al suelo, favorece las reservas de COT en los TUT (Figura 4). Los TUT PN y BN llevan poco tiempo de reconvertidos (12 años), las tasas de acumulación son positivas 1,36 y 0,88 Mg·ha^-1·año^-1, respectivamente, aumentando las reservas de COS, mientras que la CA tiene pérdidas de 0,32 Mg·ha^-1·año^-1, a pesar de los residuos agrícolas de cosecha (RAC), que es capaz de aportar para no generar disminuciones de las reservas de carbono, pero las malas prácticas agrícolas influyen en la degradación del COT. Desde el punto de vista de conservación de la calidad del suelo, los TUT con menos actividad antrópica fueron los más favorecidos.

La máxima capacidad de almacenamiento de carbono orgánico del suelo requiere de mayor incorporación de biomasa vegetal, que, en términos dinámicos, al menos el 13% del carbono orgánico del suelo total es lábil y se perderá cuando el suelo reduzca la cobertura vegetal según Paz et al. (2016)Paz, F., Covaleda, S., Alemán, C., Etchevers, J., & Matus, F. (2016). Modelación simple y operativa de la distribución del carbono orgánico por fracciones físicas en los suelos. Terra latinoamericana, 34(3), 321-337, ISSN: 0187-5779, Publisher: Sociedad Mexicana de la Ciencia del Suelo AC., y se produzca cambios en los factores ambientales (Bell et al., 2021Bell, S. M., Terrer, C., Barriocanal, C., Jackson, R. B., & Rosell-Melé, A. (2021). Soil organic carbon accumulation rates on Mediterranean abandoned agricultural lands. Science of the Total Environment, 759, 143-535, ISSN: 0048-9697, Publisher: Elsevier.).

Cuando las reservas de COS aumentan, significa que mejoran las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos y paralelamente disminuir las emisiones de CO₂ hacia la atmósfera (Barrezueta-Unda, 2021Barrezueta-Unda, S. (2021). Efecto de diversos atributos topográficos sobre el carbono orgánico en varios usos del suelo. Ciencia UNEMI, 14(35), 43-53.); característica particular de los suelos bajo TUT de poca acción antrópica (Bosques y Pastos naturales)

CONCLUSIONES