Carbono lábil como un indicador de cambios en dos suelos bajo diferentes usos

The labile Carbon as indicator of changes in two soils under different uses

Milagros Ginebra Aguilar,^I Ms.C. Mirelys Rodríguez Alfaro,^I Bernardo Calero Martin,^I Dr.C. Daniel Ponce de León,^II Dra.C. Lisbet Font Vila^III

^IInstituto de Suelos, Autopista Costa-Costa, km 8½., Apdo. 8022, CP 10 800, Capdevila, Boyeros, La Habana. Cuba.
^IIFacultad de Agronomía, Universidad Agraria de La Habana. Cuba.
^IIIFacultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Camagüey. Cuba.

RESUMEN

La materia orgánica en el suelo es un componente clave en la reserva y ciclo del carbono. En condiciones naturales el carbono se incorpora al suelo a través del aporte continuo de material orgánico; sin embargo, existen prácticas de uso de la tierra que generan una disminución del carbono orgánico en el tiempo, a la vez hay prácticas de uso sostenible que favorecen su captura y acumulación. La determinación de fracciones lábiles de carbono orgánico del suelo, constituye una práctica frecuente para evaluar cambios en la calidad de la materia orgánica bajo distintos manejos. Se comparó el contenido de carbono lábil (COS_L) en la capa 0-20 cm de un suelo Ferralítico Rojo Típico con el de un Ferrítico Rojo Oscuro Típico, sometidos a tres usos del suelo (sin explotación, cultivo diversificado y cultivo intensivo). La extracción del COS_L se realizó por oxidación con permanganato de potasio a 0,02 mg L^-1 y las determinaciones se hicieron colorimétricamente. Se encontró que independientemente del uso, el contenido de COS_L fue superior en el suelo Ferralítico que en el Ferrítico y que para ambos suelos los contenidos disminuyeron en las áreas bajo cultivo intensivo con relación a las áreas sin explotación; además, en el sistema diversificado, donde se aplican principios de Manejo Sostenible de Tierras, este indicador tiende a recuperarse. Estos resultados sugieren la inclusión de la determinación del COS_L, como indicador de alerta del efecto de los usos del suelo sobre su calidad.

Palabras clave: materia orgánica, suelo, fertilidad, propiedades biológicas.

ABSTRACT

The soil organic matter is an essential component in the reserve and carbon cycle. The carbon in the soil is incorporated to the continuous contribution of organic material in natural conditions, however, the land´s practice generates the organic carbon decrease while sustainable practices of land use contributes to its capture and accumulation. A frequent practice for evaluating changes of the organic matter quality under different managements is the determination of labile fractions of soil organic carbon. The content of Labile Soil Organic Carbon (COS_L) was compared on the soil layer 0-20 cm of a soil Ferralítico Rojo Típico from Ciego de Ávila with a Ferrítico Rojo Oscuro from Camagüey were undergone to three uses of the soil: Without exploitation, diversified and intensive crop cultivation. COS_L extraction was performed by oxidation with potassium permanganate (0,02 mg L^-1) and the determination was made by colorimetry. Independently the use, the content of COS_L is higher on the Ferralític soil than on the Ferrítico one but in both the contents decreased in the areas under intensive cultivation in relation to the ones without any exploitation. In addition to this, in the diversified systems, based on Lands Sustainable Management, this indicator tends to recover. These results suggest the inclusion of the determination of the COS_L, as an alert indicator on how the soil´s uses affect the quality of them.

Key words: organic matter, soil, fertility, biological properties.

INTRODUCCIÓN

En los últimos 50 años las emisiones de CO2 hacia la atmósfera se han incrementado, lo que ha estado condicionado, entre otros factores, por el paso de los ecosistemas naturales a sistemas de producción agrícola (1).

En los suelos se encuentran tres formas básicas de carbono: elemental, inorgánico y orgánico. El carbono orgánico es el principal elemento que forma parte de la materia orgánica del suelo (2, 3), la que constituye un importante reservorio o fuente emisora de carbono hacia la atmósfera, influyendo por tanto en el ciclo global de este elemento (1).

En condiciones naturales, el carbono de la materia orgánica se incorpora al suelo a través del aporte continuo de material orgánico, principalmente de origen vegetal (3). En este caso el flujo de carbono orgánico del suelo es influenciado por el clima, tipo de suelo, cobertura vegetal existente, entre otros factores (4, 5). Sin embargo, en ecosistemas bajo explotación agropecuaria, a los factores mencionados, se le suma con particular relevancia, la influencia de los diferentes usos de la tierra a que se encuentran sometidos (4, 6).

La materia orgánica del suelo, bajo manejos conservacionistas, se incrementa, relacionándose positivamente con la conservación de la estructura de los suelos (7), el ciclo de nutrientes y el secuestro de carbono (1, 8, 9). El manejo agrícola intensivo promueve la degradación del suelo y la liberación de carbono hacia la atmósfera con la consecuente pérdida de nutrientes y disminución de la fertilidad (2, 10).

La mayor parte del carbono orgánico presente en los suelos está en formas recalcitrantes o humificadas (11). Desde el punto de vista productivo y de la calidad del suelo, el carbono orgánico total presente en la materia orgánica, es menos susceptible a los efectos de las prácticas agronómicas a corto plazo, donde toma mayor importancia la razón de descomposición (12, 13). La cuantificación de fracciones más sensibles de carbono orgánico en el suelo podría proveer mejor información de los efectos a los cambios de manejo (2, 14), ya que estas fracciones son usadas por los microorganismos del suelo para su actividad metabólica y la transformación a compuestos más complejos (10).

La sensibilidad de las fracciones de carbono orgánico lábil o activo del suelo (COS_L), a los cambios de manejo del suelo a corto plazo, puede estar dada por su estrecha relación con el carbono orgánico total, el carbono de la biomasa microbiana y la materia orgánica particulada, lo que indica la posibilidad de su determinación para medir la calidad del suelo (11, 15).

La oxidación con permanganato de potasio (KMnO₄), puede separar el carbono orgánico en activo y poco activo (16). La cantidad de carbono obtenida por la oxidación de suelo con KMnO₄ a bajas concentraciones es considerada como un recurso efectivo en la cuantificación del COS_L (11, 17, 18), esta fracción además se relaciona estrechamente con propiedades biológicas, físicas y químicas de diferentes tipos de suelos (16).

En el trabajo se evalúa el efecto de tres usos del suelo (sin explotación, cultivo diversificado y cultivo intensivo) en dos tipos de suelos, un Ferralítico Rojo Típico en la provincia de Ciego de Ávila y un Ferrítico Oscuro Rojo Típico en la provincia de Camagüey, sobre la concentración de COS_L.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo se realizó entre los años 2011 y 2013, en el Instituto de Suelos del Ministerio de la Agricultura con apoyo de La Unidad de Ciencia y Técnica de Base de Suelos en Camagüey.

Las áreas de estudio se localizaron en dos Empresas de Cultivos Varios, una en el municipio Sierra de Cubitas, perteneciente a la cuenca hidrográfica “La Guanaja”, al norte de la provincia de Camagüey y la otra en el municipio Ciego de Ávila, perteneciente a la cuenca hidrográfica “Limpiolargo”, en la provincia Ciego de Ávila.

Los suelos estudiados fueron un Ferrítico Rojo Oscuro Típico, en la provincia de Camagüey y un Ferralítico Rojo Típico en Ciego de Ávila, según la Nueva Versión de la Clasificación Genética de los Suelos de Cuba (19).

Se seleccionaron tres usos para cada tipo de suelo (Tabla I).

El muestreo de suelo se realizó por el método de entramado al azar de puntos en forma longitudinal (20), y se estudió un área de 1 ha para cada una de las variantes. Se tomaron 10 muestras compuestas a una profundidad de 0 a 20 cm, a la misma vez para cada una de las variantes, en el momento de la cosecha del cultivo de la papa.

Determinación de carbono lábil

Las determinaciones de COS_L se realizaron en los laboratorios del Instituto de Suelos del Ministerio de la Agricultura, tomando como referencia la metodología colorimétrica de oxidación con permanganato de potasio (11).

A 5 g de las muestras de suelo tamizadas por 1 mm y conservados a temperatura ambiente, se le añadió una solución de permanganato de potasio (KMnO₄) a una concentración de 0,02 mg L^-1, con pH 7,2. Se agitó en una zaranda orbital por 15 minutos a 200 rpm y luego se centrifugó por cinco minutos a 3000 rpm. Posteriormente se filtró el líquido sobrenadante con papel de filtro semirrápido, se tomó una alícuota de 0,5 mL y se diluyó en 25 mL de agua destilada. Se trabajó con tres réplicas por muestras de suelo. Las determinaciones se realizaron en un espectrofotómetro ultravioleta-visible (T-160) a una longitud de onda de 565 nm.

Análisis estadístico

Se asumió un comportamiento no lineal de las variables y se desarrollaron análisis estadísticos no paramétricos, dadas las restricciones en el diseño experimental.

Se realizó un análisis de varianza no paramétrico con dos factores: A, tipo de suelo y B, uso del suelo; se consideraron dos niveles para el factor A y tres niveles para el factor B y se analizó la interacción entre los factores. La variable respuesta fue el COS_L. Se utilizó la prueba H de Kruskal-Wallis, como criterio de diferencia entre las medianas con un 95 % de confiabilidad, la salida gráfica de esta prueba muestra gráficos de cajas y bigotes que ilustran la agrupación de los valores de COS_L analizados, destacando en línea oscura la mediana de la población de datos. Para definir si el COS_L, mostraba diferencias significativas entre cada uno de los pares de muestras independientes, conformados por las seis combinaciones de suelo y uso, se empleó la prueba U de Mann-Whitney.

El procesamiento se realizó mediante el paquete R Stats (21), compilación R 2.14.1 sobre Ubuntu 12.04.1.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Valores de carbono orgánico lábil del suelo, para cada combinación de tipo y uso de suelo

Los valores de COS_L y su dispersión para cada una de las variantes, se muestran en la Tabla II.

Los valores de COS_L se encuentran dentro de los rangos encontrados por otros autores, utilizando la misma metodología, para diferentes escenarios edafoclimáticos (11, 22, 23, 24, 25). Estos autores plantean la eficiencia de la determinación del COS_L, a partir de la oxidación con permanganato de potasio
y refieren la coincidencia que muestran sus resultados, con otros indicadores de calidad en el suelo.

Variación del contenido de carbono orgánico lábil según el tipo de suelo

Los suelos Ferríticos y Ferralíticos presentan muchas similitudes, ya que poseen un desarrollo avanzado en su génesis, son profundos y el color rojo predomina en su perfil; sin embargo, presentan propiedades químicas, físicas y biológicas que permiten separarlos (26) y condicionan las diferencias encontradas en los valores de COS_L, obtenidos en cada tipo de suelo.

Los valores de COS_L en el suelo Ferrítico fueron inferiores a los obtenidos en el Ferralítico, independientemente del uso del suelo a que fueron sometidos (Figura 1); lo que se relaciona, con la menor fertilidad del suelo Ferrítico Rojo Oscuro Típico, con respecto a la del Ferralítico Rojo Típico (10). Este hecho coincide con varios autores quienes encontraron que el COS_L se asocia a la fertilidad (27).

Los bajos contenidos de COS_L de los suelos Ferríticos, resultan coherentes con el fuerte proceso de intemperismo que ha provocado un lavado casi total de las bases del suelo, dejando una alta cantidad de óxido de hierro III (Fe₂O₃) y condicionando su baja fertilidad. Este resultado, se asocia además con las características físicas de estos dos tipos de suelos, donde los suelos Ferríticos presentan un gran empobrecimiento de arcillas, con altos contenidos de perdigones de hierro, mientras que los Ferralíticos cuentan con una buena estructuración que tiende a la formación de agregados estables (26).

Por otra parte, los mayores niveles de COS_L, en el suelo Ferralítico en comparación con el Ferrítico, están influenciados por el contenido de materia orgánica presente en estos suelos, determinados por la cantidad y calidad de biomasa que se incorpora (28). Por lo general los suelos Ferríticos presentan una baja calidad biológica (10, 26), lo que hace que el proceso de mineralización de la materia orgánica, estrechamente vinculado a la actividad de los microorganismos se dificulte (23), con la consecuente disminución del COS_L. Este proceso se encuentra estrechamente asociado a que la rizodeposición de las especies involucradas afecta la calidad de la biota edáfica ya dependiente de otros factores edáficos, sobre todo en manejos que involucran especies muy diferentes de las nativas (9), como es el caso de las variantes S1M2 y S1M3.

Es importante destacar que las formas de material orgánico más encontradas en los suelos Ferríticos son las huminas, mientras que en los suelos Ferralíticos son los compuestos húmicos poco polimerizados y de baja estabilidad al ataque microbiano (10), algunos de los cuales son susceptibles de ser oxidados con KMnO₄.

Influencia del uso del suelo sobre el carbono orgánico lábil

Se encontraron diferencias significativas en los contenidos de COS_L, entre los tres usos analizados, independientemente del tipo de suelo donde se encontraban establecidos (Figura 2).

En el área utilizada como referencia, suelos sin explotación, se alcanzan los mayores contenidos de COS_L (Figura 2), lo cual coincide con lo planteado por otros autores (6, 29). La principal causa de la pérdida de carbono orgánico en los suelos es el paso de ecosistemas conservados a agroecosistemas, lo cual se puede medir a partir de la presencia de COS_L, al constituir esta una fracción sensible a los cambios provocados por el uso de la tierra, y su estrecha relación con las propiedades físicas, químicas
y biológicas, que determinan la capacidad productiva de los suelos (30, 31).

Los valores de COS_L en las áreas de cultivos diversificados, independientemente del tipo de suelo, fueron mayores que en las de cultivos intensivos (Figura 2), las variaciones del COS_L dependen de la intensidad de la explotación del suelo y de las medidas aplicadas para su conservación (32). En este sentido se destaca que la especialización de los sistemas agrícolas provoca una pérdida considerable de COS_L, lo cual ha sido referido por varios autores (6, 29).

En investigaciones recientes se ha demostrado que el COS_L, se relaciona con el contenido de materiales orgánicos añadidos al suelo (15, 33), lo que podría explicar los altos contenidos de esta fracción registrados en áreas de cultivos diversificados, donde se aplica compost de estiércol vacuno, en comparación con las variantes de cultivos intensivos, donde la fertilización es solamente mineral (Figura 2). La fertilización mineral y orgánica provoca cambios en los contenidos de COS_L, aunque los incrementos más significativos de esta fracción de carbono en el suelo se aprecian en la combinación de fertilizantes orgánicos y minerales (25).

De manera general, estos resultados ratifican que el uso del suelo en cultivo intensivo de papa, sin aplicación de abonos orgánicos ni otras prácticas de conservación del suelo, puede ser causa de la disminución de los contenidos de COS_L. Otros usos más conservacionistas como el de cultivos diversificados, favorecen las cantidades de COS_L (34). Estos resultados sugieren que este indicador es sensitivo para evaluar los cambios producto de la utilización del suelo (18).

Efecto de la combinación del uso y el tipo de suelo, sobre el carbono orgánico lábil de suelo

Al analizar la interacción entre el tipo de suelo y su uso, se encuentran diferencias significativas entre cada variante, para cada suelo en estudio (Figura 3).

Al comparar los contenidos de COS_L en las variantes estudiadas, para cada tipo de suelo, se observa que los contenidos de COS_L en suelos con cultivos diversificados (S1M2 y S2M2), son mayores que en los suelos donde se cultiva de forma intensiva (S1M3 y S2M3). Este resultado puede estar asociado a la aplicación de principios de manejo sostenible de la tierra, los cuales no inciden con igual intensidad sobre ambos suelos.

La recuperación del suelo Ferrítico Rojo Oscuro Típico fue superior a la del Ferralítico Rojo Típico (Figura 3). Este fenómeno se intensificó, en función de que en los suelos frágiles, desde el punto de vista ecosistémico, la explotación continuada con especies exóticas implica un daño mayor, como también una recuperación más lenta cuando se restablecen las especies nativas (35).

La variación de los contenidos de COS_L a las prácticas de manejo en la variante de uso de cultivos diversificados, coincide con autores que refieren el rápido incremento de la fertilidad del suelo Ferrítico Rojo Oscuro Típico, con aplicación de abonos orgánicos, lo cual se puede constatar por el aumento de las producciones. Este aumento de fertilidad se hace más notorio debido a la baja fertilidad natural de estos suelos (26). La menor recuperación del COS_L en el suelo Ferralítico Rojo Típico, frente a similares prácticas de manejo en otros suelos, resulta consecuencia de un proceso histórico de su sobre explotación (26, 36, 37). En estos suelos se manifiesta un aumento progresivo de su densidad aparente, relacionada estrechamente con la pérdida de COS. Por otra parte, debido a su continua roturación y cultivo, estos suelos han sido expuestos a una pérdida sustancial y es difícil recuperar sus contenidos del humus (9, 26).

CONCLUSIÓN

Los contenidos del carbono orgánico lábil, resultan sensibles como indicador de cambios en el suelo generados por la implementación de diferentes usos del suelo.

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Recibido: 5 de marzo de 2014
Aceptado: 3 de julio de 2014

Milagros Ginebra Aguilar, Instituto de Suelos, Autopista Costa-Costa, km 8½., Apdo. 8022, CP 10 800, Capdevila, Boyeros, La Habana. Cuba. Email: investigacion12@isuelos.co.cu