INTRODUCCIÓN
⌅El carbono orgánico del suelo (COS) es un componente esencial en todas las funciones básicas del suelo, motivo por el cual su estudio reviste gran importancia, pues la tendencia mundial de éste es hacia su disminución en la medida en que los suelos son explotados, causa de preocupación tanto nacional como internacional, debido a que su presencia es sinónimo de calidad del suelo para producir (Rumpel et al., 2020Rumpel, C., Amiraslani, F., Chenu, C., Garcia, C. C., Martin K, Koutika, L., Ladha, J., Madari, B., Shirato, Y., & Smith, P. (2020). The 4p1000 initiative: Opportunities, limitations and challenges for implementing soil organic carbon sequestration as a sustainable development strategy. Ambio, 49(1), 350-360. https://doi.org/10.1007/s13280-019- 01165-2. 2019 ).
El mal manejo del suelo es una de las causas esenciales en los cambios del COS, con influencia directa en la disminución de sus reservas (Lal, 2021Lal, R. (2021). Soil management for carbon sequestration. South African Journal of Plant and Soil, ISSN: 0257-1862, 38(3), 231-237. https://doi.org/10.1080/02571862.2021.1891474 ). De acuerdo con este autor, los principios del secuestro COS, un determinante crítico de la calidad/funcionalidad del suelo y los servicios ecosistémicos, se refieren a un recurso renovable a escala decenal. Por tanto, dos estrategias básicas para mejorar el recurso COS de renovación lenta son: i) crear un ecosistema positivo y un balance de carbono (C) del suelo para que su entrada a partir de la biomasa supere las pérdidas por descomposición, erosión y lixiviación; y ii) aumentar el tiempo medio de residencia del COS para que no se reemita a la atmósfera (Lal, 2018Lal, R. (2018). Digging deeper: A holistic perspective of factors affecting soil organic carbon sequestration in agroecosystems. Global change biology, 24(8), 3285-3301, ISSN: 1354-1013,.).
En este contexto, según Lal (2021)Lal, R. (2021). Soil management for carbon sequestration. South African Journal of Plant and Soil, ISSN: 0257-1862, 38(3), 231-237. https://doi.org/10.1080/02571862.2021.1891474 , son principios básicos del secuestro de COS. las seis "R" de su custodia (R1: Reducir las pérdidas de suelo y proteger el COS existente; R2: Reciclar el C de la biomasa; R3: Restaurar suelos agotados y degradados; R4: Realinear las entradas de C de la biomasa con las salidas; R5: Redefinir la funcionalidad del suelo en función de los límites críticos específicos de COS en la zona de raíces; y R6: Revisar y actualizar las entradas de fertilizantes como CNPK en lugar de NPK).
La mejor utilización de los suelos es aquella en la que los parámetros de fertilidad permanecen invariables en el tiempo y para conocerlos, el indicador por excelencia propuesto al nivel mundial lo constituye el COS Larson and Pierce, (1994)Larson, W., & Pierce, F. (1994). The dynamics of soil quality as a measure of sustainable management. En Defining soil quality for a sustainable environment (Doran, J.W. col., Vol. 35, pp. 37-51). Madison: ASA/SSSA., siendo importante su evaluación al adoptar cualquier estrategia de manejo (Hernández et al., 2019Hernández, J. A., Pérez-Jiménez, J. J. M., Bosch, I. D., & Castro, S. N. (2019). La clasificación de suelos de Cuba: Énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales, 40(1). ISSN: 0258-5936).
Una parte importante del C del suelo proviene de los residuos de cosecha (J. L. N. Carvalho et al., 2013Carvalho, J. L. N., Otto, R., Franco, H. C. J., & Trivelin, P. C. O. (2013). Contributions of sugarcane crop residues and root systems to soil carbon. International Society of Sugar Cane Technologists, 28, 1-7.), lo que implica la necesidad de dejar en los campos gran parte de ellos después de la cosecha, con la finalidad de tomar parte de estos para la obtención de energía limpia Carvalho et al., 2017Carvalho, J. L., Hudiburg, T. W., Franco, H. C., & DeLucia, E. (2017). Contribution of above‐and belowground bioenergy crop residues to soil carbon. Gcb Bioenergy, 9(8), 1333-1343. ISSN: 1757-1693).
Las reservas de C en el suelo son el resultado del balance que se establece entre las entradas (fundamentalmente por vía fotosintética) y las salidas (debidas a la respiración). Existe una forma de conocer este comportamiento con la utilización de la modelación. El modelo unicompartimental de Henin and Dupuis (1945)Henin, S., & Dupuis, M. (1945). Essai de bilan de la matière organique des sols. Ann. Agron., 15, 161-172. ha sido propuesto para su determinación y para calcular la cantidad mínima de residuos (CMR) de cosechas a dejar en el campo sin que el COS se afecte, por lo que es objetivo de este trabajo determinar el balance del C orgánico y la CMR en diferentes condiciones edafoclimáticas y de manejo, al nivel experimental, utilizando este modelo.
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅Se seleccionaron áreas dedicadas experimentalmente al cultivo de la caña de azúcar, con diferentes manejos, que incluyen ausencia y presencia de fertilización orgánica y mineral, así como manejo de residuos de cosecha (verdes y quemados). En la Tabla 1 aparece reflejada la información asociada a cada área experimental.
| Provincia | Matanzas | Villa Clara | Holguín | Santiago de Cuba |
|---|---|---|---|---|
| Localidad | Jovellanos | Ranchuelo | Bloque Exptal. Cristino Naranjo | Palma Soriano |
| Ubicación | 330.000 N y 485.500 E | 285.000 N y 580.700 E | 547.842 N y 233.330 E | 583.010 N y 179.914 E |
| Tipo de suelo Hernández et al. (1975)Hernández, A., Pérez, J., & Bosch, O. (1975). Segunda clasificación genética de los suelos de Cuba. Academia de Ciencias de Cuba. Serie Suelos, 23, 1-25. | Ferralítico rojo Típico | Pardo con carbonatos Típico | Oscuro plástico gleyzoso Negro | Pardo con carbonatos Plastogénico |
| Profundidad (cm) | 0-20 | 0-20 | 0-20 | 0-20 |
| Densidad aparente (g/cm3) | 1,23 | 1,09 | 1,17 | 1,03 |
| Temperatura media anual (ºC) | 24,2 | 24.1 | 24,8 | 24,5 |
| Precipitación media anual (mm) | 1400 | 1187 | 1128 | 1156 |
| Período analizado | 1981-2010 | 1988-2006 | 1990-1999 | 1998-2018 |
| Tratamientos | Ciclo caña planta, sin fertilización mineral ni orgánica | Tratamientos: Con residuos y Sin residuos, contemplaban los sub-tratamientos: | Tratamientos: Residuos quemados y Residuos verdes, contemplan los sub-tratamientos: | N-P-K (0-0-0; 0-25-50: 50; 100; 150; 200; 50-0-50; 50-50-50; 50-75-50; 50-100-50; 50-25-0; 50-25-100; 50-25-150; 50-25-200; 50-25-300) (este último tratamiento aplicado en planta para todo el ciclo). |
El rendimiento agrícola de cada experimento, obtenido por pesaje directo de biomasa producida en cada parcela en el campo, utilizando un dinamómetro de 500 kg, acoplado a la alzadora, se tomó como base para el cálculo del aporte de C de los residuos al C del suelo. El valor resultante es directamente proporcional al rendimiento y por tanto, a las entradas de C al suelo, razón por la que la dinámica de esta variable no se muestra.
Se conformaron bases de datos con la información generada en cada área experimental, que fueron procesadas y analizadas con el uso del programa de Statsoft, Statistica v.8.1, previa comprobación de su normalidad mediante la prueba de Shapiro Wilks.
Para la determinación del balance del C en el suelo y de la CMR a dejar en los campos sin que su fertilidad se afecte, se utilizó el modelo unicompartimental propuesto por Henin and Dupuis (1945)Henin, S., & Dupuis, M. (1945). Essai de bilan de la matière organique des sols. Ann. Agron., 15, 161-172., basado en el equilibrio dinámico que se establece entre las entradas y las salidas de C al y desde el suelo, respectivamente, de acuerdo con la ecuación (1 ).
donde:
-
dC/dt es el valor de la tasa de variación anual de COS en t/ha;
-
A es la cantidad de C añadida anualmente al suelo a partir de los residuos de cosecha en t/ha;
-
k1 es el coeficiente de humificación, que representa el porcentaje de C que se integra al C del suelo (0,20), obtenido por González (2017)González, H. M. (2017). Análisis del comportamiento del carbono orgánico de un suelo Ferralítico Rojo sometido a diferentes manejos con caña de azúcar (Saccharum spp) utilizando la modelación [Tesis presentada en opción al grado de Doctora en Ciencias Agrícolas]. Universidad Agraria de La Habana..
Para determinar la tasa de conversión de C orgánico al C del suelo (CCOR) se utilizó la ecuación (2 ), basado en la variación en el tiempo del comportamiento de los residuos que quedan en el campo y se expresó en porcentaje.
donde: CR = 5 es el factor empleado para la transformación de C humificado en C integrado al COS (1/0,20= 5,00), C ad es la entrada de C, C Rem es el C en los residuos de cosecha antes del muestreo (Inicial - final) y C secuestrado es el valor de la variación anual de COS (dC/dt).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Jovellanos, provincial Matanzas
⌅Las pérdidas de COS disminuyeron en la medida en que el suelo se explotó con el monocultivo caña de azúcar (Figura 1). La caña de azúcar se planta en Cuba en ciclos de siete años, con cinco cortes. Todo el C que se acumula en cada uno de ellos, es perdido casi totalmente durante la preparación del suelo para el ciclo siguiente, lo que se manifiesta en las pérdidas de C, que, en este caso, son cada vez menores, con valores que oscilaron desde 1,06±0,01 en 1981 hasta 0,59±0,014 t/ha/año en 2010, debido al nuevo equilibrio que se alcanza en el C después de haber sido perturbado el suelo, que de acuerdo con lo planteado por (Lefèvre et al., 2017Lefèvre, C., Rekik, F., Alcantara, V., & Wiese, L. (2017). Carbono orgánico del suelo: El potencial oculto. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO).; Zamora et al., 2018Zamora, M. B. P., Mendoza, C. M., Sangerman, J. D. M., Quevedo, N. A., & Navarro, A. B. (2018). Soil management in organic carbon conservation. Revista mexicana de Ciencias Agrícolas, 9(8), 1787-1799. ISSN: 2007-0934) se interrumpe por las alteraciones del suelo.
La propensión a la disminución en las pérdidas de C está en correspondencia con el decremento del C en el suelo, pues éstas están acordes con la reserva de C existente en el mismo, comportamiento que es común para la mayoría de los casos estudiados, con excepción del estudio llevado a efecto en Palma Soriano, provincia Santiago de Cuba.
Con relación a las ganancias de C, este suelo presentó valores de 0,13 ±0,002 en 1982 a 0,06±0,0035 t/ha/año en 2010, es decir, las entradas fueron cada vez menores debido, fundamentalmente a la disminución progresiva de los aportes de residuos, que son la fuente principal de suministro de C al suelo según Vera et al. (2019)Vera, J. C., Erazzú, L., & Acreche, M. (2019). Effects of sugarcane trash burning and nitrogen fertilization on soil-carbon balances in Argentina. 30, 1172-1178. y una de las causas que pudieran conllevar a la pérdida de su capacidad para producir.
Ranchuelo, provincia Villa Clara
⌅Las reservas de COS también en este caso, disminuyeron con el paso del tiempo hasta el año 1992, para luego en 1993 mostrar un valor máximo y luego disminuir, manteniendo cifras más o menos estables hasta el final del estudio y en correspondencia, las pérdidas se comportaron de igual manera, alcanzando magnitudes desde 0,92±0,008 hasta 0,60±0,05 t/ha/año de C (Figura 2). Este comportamiento pudiera obedecer a factores tanto edáficos como ambientales, que influyen de manera decisiva en la heterogeneidad de sus reservas en el suelo según Lefèvre et al. (2017)Lefèvre, C., Rekik, F., Alcantara, V., & Wiese, L. (2017). Carbono orgánico del suelo: El potencial oculto. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO)., lo que, en ocasiones, hace difícil comprender y explicar esta conducta.
Con relación a las ganancias de C, los valores oscilaron entre 0,15±0,002 en 1988 y 0,05±0,001 t/ha/año en 2006, lo que está en correspondencia con trabajos realizados por (Robertson & Thorburn, 2007Robertson, F. A., & Thorburn, P. (2007). Management of sugarcane harvest residues: Consequences for soil carbon and nitrogen. Soil Research, 45(1), 13-23. ISSN: 1838-6768) en Australia, quienes mediante métodos sofisticados de laboratorio, determinaron que solamente 13% del C de los residuos se incorpora al COS y el resto se pierde en forma de CO2, con la consiguiente contribución al calentamiento de la tierra. Las entradas de C al suelo al ser, fundamentalmente, una función de la cantidad de residuos que queda en el campo, muestran las mismas variaciones que los rendimientos alcanzados por el cultivo en cada uno de los años estudiados. De esta manera, en el año 1993, los bajos rendimientos agrícolas alcanzados, contribuyeron en la misma medida al aporte de C al suelo y en consecuencia, mayores pérdidas.
Al estudiar la relación entre tratamiento (con residuos y sin residuos) y sub-tratamiento (fertilización orgánica y mineral), se observó un comportamiento similar entre ellos (Figura 3), por lo que habrá que profundizar en el estudio de otras variables del suelo capaces de detectar fehacientemente la influencia del manejo de los residuos sobre la calidad del suelo, así como la ausencia y presencia de las diferentes fuentes de nutrientes adicionadas al suelo.
El resultado es que ambas variables manifiestan el mismo comportamiento independientemente del tratamiento que recibieron. Sin embargo, en el tratamiento Con residuos, las ganancias, de manera general, estuvieron por encima de aquellas pertenecientes a las parcelas Sin residuos. Este comportamiento es comprensible, teniendo presente que, de acuerdo con (J. L. N. Carvalho et al., 2013Carvalho, J. L. N., Otto, R., Franco, H. C. J., & Trivelin, P. C. O. (2013). Contributions of sugarcane crop residues and root systems to soil carbon. International Society of Sugar Cane Technologists, 28, 1-7.), las tres cuartas partes del C del suelo, proviene de los residuos.
Por tales motivos, la literatura internacional abunda sobre la necesidad de estudiar el C lábil, fracción esta que ha sido sugerida por su sensibilidad a las prácticas de manejo de (Sarkar et al., 2021Sarkar, D., Sinha, A. K., Danish, S., Bhattacharya, P. M., Mukhopadhyay, P., Salmen, S. H., Ansari, M., & Datta, R. (2021). Soil organic carbon and labile and recalcitrant carbon fractions attributed by contrasting tillage and cropping systems in old and recent alluvial soils of subtropical eastern India. PloS one, 16(12). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0259645 ), en lugar del C total, porque este último, en ocasiones muestra un comportamiento dependiente del tratamiento que reciba el suelo o del grado de perturbación.
Otra variable que pudiera dar una luz en la influencia de estos factores externos al cultivo de la caña de azúcar, es el estudio de la biología del suelo, la cual está fuertemente influida por los aportes de C de los residuos de cosecha y de manera general, por el manejo que reciba el suelo, que tanta influencia tiene en la estructura del suelo según (Lefèvre et al., 2017Lefèvre, C., Rekik, F., Alcantara, V., & Wiese, L. (2017). Carbono orgánico del suelo: El potencial oculto. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (FAO).; Zamora et al., 2018Zamora, M. B. P., Mendoza, C. M., Sangerman, J. D. M., Quevedo, N. A., & Navarro, A. B. (2018). Soil management in organic carbon conservation. Revista mexicana de Ciencias Agrícolas, 9(8), 1787-1799. ISSN: 2007-0934), y que habrá que tenerlo en cuenta para futuros estudios.
No obstante, los tratamientos Con residuos, mostraron aportes de C superiores a aquellos Sin residuos, lo que alerta sobre la necesidad de mantenerlos en el campo, al ser una situación crucial para contrarrestar las pérdidas anuales de C (Johansen et al., 2012Johansen, C., Haque, M., Bell, R., Thierfelder, C., & Esdaile, R. (2012). Conservation agriculture for small holder rainfed farming: Opportunities and constraints of new mechanized seeding systems. Field Crops Research, ISSN: 0378-4290, 132, 18-32. ISSN: 0378-4290).
Guaro, provincia Holguín
⌅A esta provincia correspondieron las menores entradas y las menores salidas de C, comparada con el resto, lo que obedece a la menor adición de residuos de cosecha al suelo debido a los bajos rendimientos agrícolas del cultivo, comparado con las demás provincias (Figura 4, Tabla 2).
A diferencia del suelo Pardo con carbonatos de Villa Clara, donde solo se retiraron los residuos, en el Oscuro plástico gleyzoso Negro de la provincia Holguín donde se quemaron, se observó una afectación negativa del balance del C comparado con aquellas parcelas donde no se quemaron, lo que da la medida de lo perjudicial que resulta esta práctica, capaz de afectar negativamente todas las funciones básicas del suelo, a las que está vinculado el COS (Figura 5). Al respecto (Vera et al., 2017Vera, J. C., Valeiro, A., Posse, G., & Acreche, M. M. (2017). To burn or not to burn: The question of straw burning and nitrogen fertilization effect on nitrous oxide emissions in sugarcane. Science of The Total Environment, 587, 399-406.), observaron la disminución de la relación C/N del suelo, que conllevó a una mayor velocidad de descomposición del C y mayores emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
En las parcelas donde los residuos no se quemaron, el balance mostró valores cada vez más cercanos a cero, en señal de alcanzar, en el transcurso del tiempo, un equilibrio más rápido en las reservas de COS que en las parcelas donde se quemaron los residuos. Resultados similares fueron encontrados por (Vera et al., 2019Vera, J. C., Erazzú, L., & Acreche, M. (2019). Effects of sugarcane trash burning and nitrogen fertilization on soil-carbon balances in Argentina. 30, 1172-1178.) en Argentina, donde la quema de los residuos de caña de azúcar condujo a un balance más negativo que en parcelas donde no se quemaron.
Pardo con carbonatos Plastogénico de Palma Soriano, provincia Santiago de Cuba.
Mientras que, en el resto de las provincias estudiadas, las pérdidas de COS disminuyeron en la medida en que avanzó el tiempo, en Santiago de Cuba, éstas permanecieron relativamente constantes (Figura 6), presentando altibajos, cuyas causas habría que estudiar en profundidad, sobre todo en el periodo comprendido entre 2014 y 2018, donde se observaron las mayores pérdidas de C.
El comportamiento de las ganancias de C es comprensible, teniendo en cuenta las oscilaciones de los rendimientos, de los cuales depende, en gran parte.
En la Tabla 2 se exponen los valores promedios del periodo estudiado por provincia de las ganancias, las pérdidas, la CMR y la tasa de conversión de C.
| Provincia | Suelo | Ganancia | Pérdida | CMRBS (t/ha/año) | Rendimiento | Tasa de conversión de C (%) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C (t/ha/año) | (t/ha) | |||||||
| Matanzas | FRT | 0,11 | ±0,003 | 0,74 | ±0,01 | 9,31±0,01 | 95,01 | 4,97 |
| Villa Clara | PCT | 0,07 | ±0,003 | 0,70 | ±0,02 | 7,73±0,11 | 100,40 | 4,52 |
| Holguín | OPGN | 0,05 | ±0,001 | 0,53 | ±0,006 | 5,17±0,07 | 66,53 | 4,94 |
| Santiago de Cuba | PCP | 0,11 | ±0,003 | 0,90 | ±0,016 | 6,38±0,11 | 105,62 | 5,37 |
CMRBS Cantidad mínima de residuos en base seca; FRT es Ferralítico rojo Típico; PCT es Pardo con carbonatos Típico; OPGN es Oscuro plástico gleyzoso Negro; PCP es Pardo con carbonatos Plastogénico.
El suelo que más C pierde anualmente es el Pardo con carbonatos plastogénico de la provincia Santiago de Cuba, seguido del Ferralítico Rojo Típico de Matanzas y el Pardo con carbonatos Típico de Villa Clara. El menor valor se observó en el suelo OPGN de la provincia Holguín, lo que pudiera estar relacionado con el menor rendimiento obtenido en este experimento, pues las ganancias también estuvieron por debajo de los demás suelos.
El comportamiento diferente mostrado por las cuatro provincias estudiadas, pudiera deberse a factores edafoclimáticos vinculados a cada una de ellas, como el tipo de suelo y las precipitaciones.
En cambio, la tasa de conversión de C de cada una de las provincias fue bastante similar, correspondiendo el valor absoluto mayor a la provincia Santiago de Cuba, lo que puede ser una de las razones por las que el C no varía en el tiempo en este experimento, comparado con el resto de los lugares estudiados.
De manera general, correspondió una tasa mayor de conversión de C a aquellos suelos donde deben dejarse mayores cantidades de residuos para mantener su equilibrio dinámico.
Cantidad mínima de residuos (CMR)
Con relación a la CMR a dejar en los campos para mantener el COS estable, todos los suelos mostraron magnitudes diferentes (Tabla 2).
Los suelos Oscuro plástico gleyzoso Negro y Pardo con Carbonatos de Holguín y Santiago de Cuba, mostraron menores valores de CMR que los Ferralítico rojo y Pardo con carbonatos de Matanzas y Villa Clara, respectivamente, lo cual obedece a la menor tasa de descomposición presentada en aquellos suelos donde el intercambio gaseoso se dificulta, por la prevalencia de arcillas dilatables que ralentizan el proceso de descomposición. (De Oliveira et al., 2012De Oliveira, F. A., Sá, J. C. de M., Harms, M. G., Miara, S., Briedis, C., Quadros, N. C., Dos, J. B., & Canalli, L. B. (2012). Carbon balance and crop residue management in dynamic equilibrium under a no-till system in Campos Gerais. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 36(5), 1583-1590. https://doi.org/10.1073/pnas.1002592107 [15-4-2014]) encontraron un comportamiento similar al comparar suelos de textura media y pesada en Brasil, donde el suelo arcilloso necesita una menor CMR que el medianamente arcilloso.
CONCLUSIONES
⌅-
Las mayores ganancias de carbono se detectan en el suelo Ferralítico rojo de Matanzas y las menores en el Oscuro plástico gleyzoso Negro de Holguín.
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Las mayores pérdidas corresponden al suelo Pardo con carbonatos plastogénico de Santiago de Cuba y las menores al Oscuro plástico gleyzoso Negro de Holguín.
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La presencia de residuos contribuye a entradas superiores de carbono al suelo comparada con la quema de los mismos.
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La mayor cantidad mínima de residuos de cosecha corresponde a los suelos Ferralítico rojo de Matanzas y Pardo con carbonatos de Villa Clara y la menor a los suelos Vertisuelos de Santiago de cuba y Holguín.
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La tasa de conversión de carbono resulta similar en los cuatro suelos estudiados, considerando sus valores bajos, razón por la que queda sin descomponer una gran cantidad de residuos de cosecha en la superficie del suelo y de manera general, a tasas mayores correspondieron cantidades superiores de residuos para mantener el equilibrio dinámico del suelo.
RECOMENDACIONES
⌅-
Profundizar en el estudio del carbono orgánico del suelo, vinculado a las variaciones edafoclimáticas de cada lugar.
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Estudiar otras fracciones de carbono orgánico más sensibles al manejo que reciba el suelo.
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Adoptar un método que incentive la descomposición de los residuos de cosecha con la finalidad de integrar la mayor cantidad de su carbono a la matriz del suelo y así evitar que las pérdidas superen a las ganancias, como estrategia para enfrentar el cambio climático.