INTRODUCCIÓN

En las regiones tropicales, la erosión hídrica constituye el proceso de degradación de los suelos con mayor importancia (11. Moreira CB, Naves SN, Curi PV, Gomes B. Erosão hídrica pós-plantioem florestas de eucalipto nabacia do rio Paraná, no leste do Mato Grosso do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 2014, 38 (5): 1565-1575. Available in: http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832014000500022.). Se ha informado que la erosión de los suelos ha sido influenciada por el cambio climático, principalmente por los cambios de temperatura y patrones de precipitación que ha impactado sobre la producción de la biomasa vegetal, las tasas de infiltración, la humedad del suelo y los cambios de uso y el manejo de los cultivos (22. Li Z, Fang, H. Impacts of climate change on water erosion: a review. Earth-Sci. Rev. 163: 94-117. DOI: http://doi.org/10.1016/j.earscirev . 2016.10.004.). Esto, unido al crecimiento de la población mundial y la demanda de alimentos calculada para los próximos años, que aumentará en un 50 por ciento, hacen que el cambio climático sea un riesgo adicional para la degradación del suelo y el agotamiento de las reservas de agua, debido a la expansión de las zonas de cultivo y la intensificación de la producción (33. FAO. Metodología Provisional para la Evaluación de la Degradación de los Suelos. Roma, Italia. (2016). Conservación de suelos y aguas en América Latina y el Caribe.[Internet] Available from: http://www.fao.org/americas/perspectivas/suelo-agua/es/).

Al respecto se ha señalado que, aunque es un hecho que el cambio climático es un proceso natural e inevitable y que no está bajo el control humano, el mal manejo de los suelos y del ambiente por el hombre puede acelerar los procesos erosivos. Por ello, si se pudiera manejar de una forma adecuada el uso de la tierra, la pérdida de suelo podría ser controlada e incluso disminuida, aún bajo la influencia del cambio climático (44. Zare M, Nazari S.A, Mohammady M, Salmani H, Bazrafshan J. Investigating effects of land use changescenarios on soil erosion using CLUE-s and RUSLE models. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2017; 14(1): 1905-1918. doi: http://doi.org/10.1007/s13762-017-1288-0.).

Por otra parte, los suelos se están deteriorando rápidamente, también, debido al agotamiento de los nutrimentos, la pérdida del carbono orgánico y la compactación. Sin embargo, este fenómeno puede revertirse siempre que se tomen las iniciativas en la promoción de prácticas de manejos sostenibles y el uso de tecnologías apropiadas (55. FAO Noticias. Los suelos están en peligro, pero la degradación puede revertirse [Internet]. [Cited 2018 Apr 3]. Available in: http://www.fao.org/news/story/es/item/357165/icode/).

Es un hecho reconocido que la conservación de los suelos es una necesidad apremiante e impostergable. Una pérdida media de 0,3 % del rendimiento anual de los cultivos está ocurriendo debido a la erosión, que de continuar sin cambios positivos podría fomentar una reducción del rendimiento anual para el año 2050 en un 10 %. Esto supondría la pérdida anual de 4,5 millones de hectáreas de suelos agrícolas, siendo Asia, Latinoamérica y el Caribe, el Cercano Oriente y Norte de África, las regiones que tienen la mayor tendencia a dicho deterioro (66. FAO, GTIS. Estado mundial del recurso suelo (EMRS). Resumen técnico. Roma. 2015.).

El deterioro de los suelos conduce a reforzar la importancia de conservar el mismo, lo que implica considerar aspectos fundamentales como la seguridad alimentaria, la resiliencia al cambio climático y la estabilidad geosocial (77. Marzen M, Iserloh T, De Lima J, Fister W, Ries J. Impact of severe rain storms on soil erosion: experimental evaluation of wind-driven rain and its implications for natural hazard management. Sci Total Environ. 2017; 590: 502-513. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitot-env.2017.02.190.). Particularmente en Cuba, como consecuencia de lo anteriormente expuesto, más del 40 % de los suelos presentan afectaciones por erosión con potencialidades hasta el 56 %, lo cual es alarmante si se considera que el primer signo de la reacción en cadena desatada por estos factores, la disminución del rendimiento agrícola (88. Riverol, M, Aguilar Y. Alternativas para reducir la degradación de los suelos en Cuba y el enfrentamiento al cambio climático, sembrando en tierra viva. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones Manual de agroecología; 2015. 132p.) en varios cultivos, entre estos, el cacao que se desarrolla, fundamentalmente, en la pre cordillera de los macizos montañosos Nipe-Sagua-Baracoa y Sierra Maestra, además del creciente desarrollo en la zona Central y Occidental del país (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.), con un rendimiento promedio que no sobrepasa las 0,39 t ha^-1(1010. ONEI (Oficina Nacional de Estadística e Información). Anuario estadístico de cuba 2018, agricultura, ganadería, silvicultura y pesca Edición 19. República de Cuba. Available from. https://www.directoriocubano.info/cuba/la-oficina-nacional-de-estadisticas-e-informacion-onei-de-cuba-presenta-su-edicion2019/).

Las regiones montañosas son consideradas dentro de los ecosistemas frágiles, en los cuales el desarrollo agrícola depende de alternativas sostenibles para no romper el equilibrio entre el hombre y la naturaleza, ya que están dadas las condiciones para la ocurrencia de fenómenos como la erosión de los suelos provocadas por las intensas precipitaciones y el relieve ondulado, cuyas pendientes sin medidas de conservación provocan escurrimientos, que significa el arrastre de las partículas de suelo por la energía de circulación del agua ante una desprotección del mismo.

Frente a este panorama, surge la necesidad de mejorar, gradualmente, la sostenibilidad en la gestión de los recursos naturales locales como el suelo, a fin de lograr un desarrollo sostenible por medio de alternativas de manejo agroecológico que permita su conservación y mejoramiento, además de lograr los rendimientos potenciales de los cultivos. Por lo tanto, el presente trabajo de investigación tuvo como objetivo evaluar alternativas de manejo agroecológico de suelos en un agroecosistema frágil montañoso plantados con Theobroma cacao L. del municipio Baracoa, provincia Guantánamo, Cuba.

MATERIALES Y MÉTODOS

La investigación se realizó durante el período 2016 - 2018, en agroecosistemas de la UBPC “José Maceo Grajales”, ubicada en la localidad del Jamal, municipio Baracoa, localizada en los 20°16'34,65" latitud norte y 74°25'32,35" de longitud oeste, a 23 m s.n.m. La misma se desarrolló en una plantación de cacao de 20 años de edad, establecida con injerto del clon UF 650, con mezclas de especies forestales como sombra, sobre un suelo con agrupamiento Pardo sialítico, tipo pardo, subtipo ócrico (1111. Hernández A, Pérez J, Bosch D, Castro N. Clasificación de los suelos de Cuba.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA, 2015. 93p.), relieve ondulado y pendiente promedio del 15 %.

Para la caracterización del clima se registró la información existente de los últimos cinco años, aportado por la Estación Meteorológica, perteneciente al Instituto de Meteorología (INSMET) ubicada en la zona de Jamal (Figura 1). Con los datos descritos se confeccionó un climodiagrama en el que se representa las temperaturas y precipitaciones promedio en la zona de estudio.

Se empleó un diseño bloques al azar, con cuatro tratamientos y cuatro réplicas. Los tratamientos fueron:

Como barrera viva se utilizó plantas de Aralia (Aralia elegans), establecidas en época de primavera mediante estaca con una longitud aproximada de 0,40 m a una distancia de 12 m entre barreras (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.). Las estacas fueron dispuestas en hoyos trazados siguiendo la curva de nivel por cada tratamiento. A las plantas se les realizó podas de formación para mantener su altura mínima entre 0,80-1 m. Como barreras muertas se utilizaron todos los residuos vegetales y biomasa existente en el propio agroecosistema cacaotero, tales como: tallos de plátano, pencas de palma, troncos y ramas de podas del propio cultivo. Los mismos se acordonaron a una distancia de 12 m (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.) y esta fue asegurada con estacas para garantizar su estabilidad y uniformidad.

La fuente de materia orgánica empleada fue la cáscara de cacao descompuesta procedente de las fosas de cosecha de la propia plantación. Se realizaron terrazas individuales, conformadas por pequeñas plataformas circulares alrededor de cada planta de cacao y protegida con seudotallo de plátano. La materia orgánica se aplicó cada seis meses, a razón de 10 kg por planta. Por otro lado, se sembraron las semillas de la especie Canavalia ensiformis L. alrededor de las plantas de cacao y entre hileras a un marco de plantación de 0,20 entre plantas y 0,50 m entre surcos. Luego de una floración homogénea, la biomasa fue incorporada al suelo para su descomposición y aporte como abono orgánico.

Se realizaron dos muestreos de suelos por tratamiento con el objetivo de evaluar el comportamiento nutricional del mismo, uno al principio (primera evaluación, enero de 2016) y el otro al final de la investigación (segunda evaluación, diciembre de 2018). Para realizar los dos muestreos se tomaron submuestras de suelos por tratamiento, las cuales se mezclaron y se obtuvo una muestra final de 1kg por tratamiento.

Se realizaron los análisis químicos a las muestras de suelo y se determinaron los contenidos de materia orgánica (por el método Colorimétrico), fósforo (método de Oniani por Colorimetría), potasio (método de Oniani por Fotometría de llama) y pH, cuyos métodos fueron descritos en el Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos (1212. Paneque, PVM, Calaña, NJM, Calderón, VM, Borges BY, Hernández GTC, Caruncho CM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA; 2010. 157 p.). La evaluación sobre sus contenidos en el suelo fue categorizada como alto, medio, bajo y muy bajo, de acuerdo a lo descrito en el mismo manual.

Se determinaron las pérdidas de suelo por el método mejorado de clavos y rondanas (1313. Mendoza ME. Métodos de clavos y rondanas. In: Somarriba M, Obando M, Alonso J. Manual de métodos sencillos para estimar erosión hídrica. [Cited 2019 Dic 18]. Available in: https://www.academia.edu/26567071/Manual_de_m%C3%A9todos_sencillos_para_estimar_erosi%C3%B3n_h%C3%ADdrica , 2005. p. 10-15.), para lo cual se evaluaron cuatro puntos al azar mediante varillas graduadas y enterradas donde se localizaron los tratamientos, en parcelas sin aplicación de medidas y con aplicación de medidas por tratamiento, para determinar el nivel de lámina de suelo erosionado, a partir de la siguiente fórmula:

donde:

P= pérdida de suelo en (t ha^-1 año).

h= altura de la lámina de suelo perdida por erosión (cm).

A= área medida (m²).

Da= densidad aparente (g cm³).

Las pérdidas de suelo se determinaron a partir del registro mensual de la altura en cm de la lámina de suelo erosionado en cada una de las varillas graduadas por tratamiento y por parcela con y sin aplicación de las alternativas de manejo, cuyos valores promedio significaron la pérdida de suelo para cada tratamiento. La dinámica del registro de la pérdida de suelo fue comparada con la información pluviométrica de la localidad, lo cual permitió el análisis e interpretación de los resultados por la relación directa que poseen las precipitaciones con las pérdidas de suelo en relieve montañoso.

Durante la investigación se realizaron evaluaciones del rendimiento agrícola (t ha^-1) del cultivo por tratamiento en dos años de cosecha que contempló cuatro campañas (dos cosechas de frío y dos de primavera). Al final de la investigación, se determinó el rendimiento agrícola promedio de los años de cosecha a partir de la cantidad de mazorcas cosechadas en un total de 22 plantas por tratamiento, que fueron el 100 % de las plantas por parcela.

Para toda la investigación, los datos fueron procesados con el uso del programa estadístico STATGRAPHICS plus ver. 5.1, donde se realizó un análisis de varianza de clasificación simple y la comparación de las medias con la aplicación de la Prueba de Rangos Múltiples de Duncan, para un 95 % de probabilidad de error.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En correspondencia con las características climáticas históricas de la región objeto de estudio (Figura 1), la precipitación media anual estuvo entre 1500-1800 mm, con valores superiores en período lluvioso y la temperatura entre 25,7-30 ºC (1414. Suárez G. Zonificación edafoclimática de Theobroma cacao L. en el macizo Nipe Sagua Baracoa [Tesis de doctorado] INCA, 2014.100P).

Por lo tanto, se considera una zona muy lluviosa dentro del macizo montañoso Nipe Sagua Baracoa, con los posibles efectos de la precipitación sobre el suelo por ocasionar deterioro de los mismos, debido a las constantes escorrentías por el efecto de la pendiente, y con ella la pérdida de la materia orgánica que potencialmente origina bajos rendimientos productivos en el cultivo Theobroma cacao L., cuando no se aplican medidas de conservación y mejoramiento de suelos. De modo que, el deterioro del suelo causado por fenómenos naturales o de origen antrópico, evidencia la necesidad de brindar una atención especial cuando se estudia los impactos delas altas precipitaciones sobre el suelo sin protección y, a la vez, sobre la producción, en este caso del cacao. Por ello, la necesidad de buscar alternativas sostenibles de manejo de suelos.

En cuanto al análisis químico del suelo al inicio de la investigación (primera evaluación) demostró que el pH fue ácido en las parcelas donde se ubicaron todos los tratamientos (Tabla 1), lo cual significó un aspecto de interés agrícola por los efectos negativos de esta condición edafológica sobre el potencial productivo del suelo. Sin embargo, en la segunda evaluación realizada, luego de aplicadas las medidas de conservación y mejoramiento de los suelos, a diferencia del tratamiento testigo, en todos los tratamientos el pH mejoró de un estado de muy ácido a neutro, considerándose apropiado para los cultivos agrícolas (2323. Texeira H, Bianchi F, Cardoso I, Tittonell P, Peña M. Impact of agroecological management on plant diversity and soil-based ecosystem services in pasture and coffee systems in the Atlantic forest of Brazil. Agriculture, Ecosystems and Environment 2021, 305: 107171. https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107171).

Por tanto, estos cambios del pH después del manejo agroecológico del suelo de manera integral, resultaron ser significativos, con mejor comportamiento el T3 y 1,38 veces superior al estado inicial. Similares resultados, aunque inferiores, estuvieron los T1 y T2, (0,93 y 0,99) respectivamente al T3, pero significativos respecto a la primera evaluación, lo que permitió mostrar la influencia de las medidas aplicadas en el mejoramiento de la acidez del suelo al aumentar el pH y mejorar los rendimientos productivos del cultivo del cacao. Así lo corrobora (2525. Anda M, Shamshuddin J, Fauziah C I. Increasing negative charge and nutrient contents of a highly weathered soil using basalt and rice husk to promote cocoa growth under field conditions. Soil and Tillage Research, 2013. 132, 1-11.) que la productividad del cacao se incrementa cuando se disminuye la concentración de Al³⁺ y se aumenta el pH a valores entre 5,5 y 7,5, independientemente de otras características: suelos profundos, buen drenaje, retención de humedad y buen contenido de materia orgánica.

Por otra parte, según las clasificaciones del manual de técnicas analíticas para el análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos, con la aplicación de los tratamientos los niveles de fósforo cambiaron de niveles muy bajos a medianos (1212. Paneque, PVM, Calaña, NJM, Calderón, VM, Borges BY, Hernández GTC, Caruncho CM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA; 2010. 157 p.), en la segunda evaluación realizada para este elemento, con diferencia significativa entre los tratamientos con los mayores valores en el tratamiento 3; todo lo contrario, resultó en el tratamiento testigo, con los valores más bajos. Por lo general, los países tropicales se caracterizan por insuficiente contenido de fósforo, lo cual guarda relación con el contenido de arcilla, ya que ésta tiende a absorber gran cantidad de fósforo (2222. Núñez-Cano JI, Villarreal-Núñez JE, Gordón-Mendoza R, Franco-Barrera JE, Jaén-Villarreal JE, Sáez-Cigarruista AE. Retención de fósforo en suelos dedicados al cultivo de maíz en la Región de Azuero. Ciencia Agropecuaria, 2018. 29, 65–78. Available in: http://www.revistacienciaagropecuaria.ac.pa/index.php/cienciaagropecuaria/article/view/15), por lo que es necesaria la aplicación de materias orgánicas para incrementar y sostener la disponibilidad de este elemento en el suelo para el cultivo del cacao.

Por otro lado, en todos los tratamientos se evaluaron contenidos altos de potasio (primera evaluación) con aumento de su contenido después de aplicada una u otra medida de conservación y mejoramiento del suelo a excepción del testigo, donde disminuyó el contenido de este elemento, lo que pudo ser motivado por los arrastres de suelo por erosión al no aplicarse medidas de conservación de suelos. Por esta razón, las prácticas de conservación de suelos y uso de la materia orgánica e incorporación de abonos verdes inducen procesos bioquímicos, físicos y biológicos que favorecen la sostenibilidad del suelo (2323. Texeira H, Bianchi F, Cardoso I, Tittonell P, Peña M. Impact of agroecological management on plant diversity and soil-based ecosystem services in pasture and coffee systems in the Atlantic forest of Brazil. Agriculture, Ecosystems and Environment 2021, 305: 107171. https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107171).

A propósito, los mayores incrementos de potasio se encontraron en el tratamiento 3, seguido del tratamiento 2. Este aumento de potasio puede ser debido a la aplicación de las medidas de conservación al incorporase los abonos orgánicos de la cáscara de cacao (rica en este elemento) y de la materia orgánica generada por la biomasa en descomposición de la Canavalia ensiformis L., en el agroecosistema cacaotero, lo que representó un mejor aprovechamiento y disponibilidad de este elemento.

Con respecto a la materia orgánica en la primera evaluación, en todos los tratamientos mostró niveles medios, sin diferencia significativa entre los mismos. Al final de la evaluación, en los tratamientos donde se aplicaron una u otra alternativa de protección y mejoramiento de los suelos fue alto, con los mayores valores en el tratamiento 3, seguido de los tratamientos 2 y 1, pero en el suelo donde estuvo establecido el tratamiento testigo, disminuyó el contenido de materia orgánica.

En varias zonas del mundo, el uso inadecuado de la tierra ha provocado diferentes procesos de erosión y disminución del contenido de materia orgánica de los suelos; fenómeno que se ha incrementado por el cambio climático y con ello el incremento de la vulnerabilidad (1515. Vanwalleghem T, Gómez J, Amate J, González de Molina M, Vanderlinden K, Guzmán G, Van Den Eeckhaut M, Poesen J. Impact of historical and use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene. 2017, 17(1): 13-29. doi: http://doi.org/10.1016/j.ancene.2017.01.002). En este contexto, las tierras desprovistas de cobertura vegetal se hacen más vulnerables a la degradación (1616. Hancock G, Verdon-Kidd D, Lowry J. Soil erosion predictions from a land scape evolution model: an assessment of a post-mining land for musing spatial climate change analogues. Sci. Total, Environ. 2017, 601-602, 109-121. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.038); por lo tanto, teniendo en cuenta lo planteado por los autores que anteceden, en la presente investigación el uso de las coberturas y barreras de conservación han hecho del agroecosistema cacaotero menos vulnerable a las pérdidas de suelo, por lo que el uso de las alternativas facilitó disminuir la erosión y el escurrimiento, contribuyendo a mejorar la sostenibilidad del suelo y la productividad del cultivo.

De manera que, los resultados del análisis químico al suelo en cada tratamiento permitieron resaltar la importancia de los abonos verdes y la fuente de materia orgánica originada de la cáscara de cacao, como parte del manejo agroecológico en el mejoramiento de las propiedades químicas del suelo. De esta forma, el manejo puede ser sostenible mediante el empleo de fuentes locales de estos materiales, producidos in situ, lo cual les otorga mayor importancia a las alternativas aplicadas. De ahí que, los abonos verdes constituyen una práctica agronómica que consiste en la incorporación de una masa vegetal no descompuesta de plantas cultivadas, con la finalidad de mejorar la disponibilidad de nutrientes y las propiedades del suelo (1717. Prager MM, Sanclemente OE, Prager J, Miller DI. y Ángel Sánchez. Abonos verdes: tecnología para el manejo agroecológico de los cultivos. Agroecología, 7: 53-62, 2012., 1818. Hu C, Xia X, Chen Y, Han X. Soil carbon and nitrogen sequestration and crop growth as influenced by long-term application of effective microorganism compost. Chilean Journal of Agricultural Research 2018, 78: 13-22.), de manera que esta constituye una alternativa a emplear para el manejo agroecológico de los suelos dedicados al cultivo del cacao.

En sentido general, lo expuesto con anterioridad evidencia que la aplicación al suelo de barreras tanto vivas como muertas protectoras de suelos y fuentes de materia orgánica originadas del propio agroecosistema, mejoran la calidad, la sostenibilidad y la agroproductividad del recurso suelo (1919. Hernández CE, Carrazana B, Ríos C, Muñoz P, González O. Evaluación de manejo conservacionista en suelo Pardo Grisáceo.1st Ed. La Habana, Cuba: Ediciones Centro agrícola; 2015, 42 (3): 33 p.), debido a una nutrición de los cultivos que redundará en mayores rendimientos.

La pendiente del terreno, unido a las abundantes precipitaciones en la zona de estudio, son las posibles causas que ha producido constantes arrastres de la lámina superficial del suelo, a través de la erosión hídrica ocasionando la pérdida de la capacidad productiva, de gradación y su fertilidad, al evidenciarse disminución del contenido de los principales factores limitantes en el rendimiento de los cultivos: N, P₂O₅, K₂O, MO y el pH (2626. Chen S, B Lin, Y.Li, S Zhou 2020. Spatial and temporal changes of soil properties and soil fertility evaluation in a large grain-production area of subtropical plain, China. Geoderma 357: 113937. 1-13. doi: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.113937).

La mayor pérdida de suelo, desde el inicio hasta el final del período investigativo, ocurrió en el tratamiento testigo (Figura 2). Por el contrario, debido al efecto de los tratamientos: T1, T2 yT3, las pérdidas de suelo disminuyeron, aunque con diferencia significativa entre ellos, destacándose el tratamiento 3 con el mejor resultado. Por lo anterior, fue evidente el positivo efecto de las medidas de conservación, protección y mejoramiento de suelos en el agroecosistema cacaotero como parte del manejo agroecológico integral del mismo.

Diferentes autores han informado pérdidas superiores a las 20 t ha^-1 año cuando no se aplican medidas de conservación del suelo. Se reportan pérdidas superiores a las 30 t ha^-1 año en los suelos Pardo Sialíticos del Norte de La Habana de forma natural y por efecto antrópico, a pesar de la alta resistencia antierosiva de estos suelos (2020. Aguilar, Y.; Castro, N.; Peña, F. y Riverol, M. Cuantificación de la erosión y medidas para su control y estabilización en la finca La Rosita al norte de la provincia de la Habana. In: XV Congreso Latinoamericano y V Cubano de la Ciencia del Suelo. La Habana, Cuba: 2001. Boletín No 4. 195p). El uso intensivo y continuo de los suelos, sin aplicar buenas prácticas agroecológicas en la localidad donde se condujo la investigación, constituyen amenazas que limitan la productividad de los suelos y reducen la sostenibilidad del cultivo del cacao.

Es evidente que una mayor pérdida de suelos productivos dañaría severamente la producción de alimento y la seguridad alimentaria. Esta pérdida puede ser restringida mediante el manejo sostenible de suelos, utilizando el conocimiento científico, local y tecnologías apropiadas.

Respecto a los rendimientos productivos, en la Figura 3 se muestran diferencias significativas entre los tratamientos, a favor del tratamiento 3, cuyo rendimiento promedio (1,18 t ha^-1) seguido de los tratamientos T1, T2 (0,87 t ha^-1 y 0,90 t ha^-1, respectivamente), superiores al promedio local (0,40 t ha^-1). Por otra parte, el valor de rendimiento más bajo lo obtuvo el tratamiento testigo, cuyo resultado pudo estar relacionado con las constantes pérdidas de suelo y con ello la degradación de sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

El suelo es un recurso agotable, lo que significa que su pérdida y degradación es una amenaza para la seguridad alimentaria. Pero, la pérdida de suelo puede reducirse en gran medida con prácticas de gestión sostenible del suelo como las barreras vivas y muertas o cultivos de cobertura que protejan la superficie del suelo de su pérdida por erosión y degradación. Por ello, proporcionar información a los responsables del manejo del suelo acerca de los procesos de erosión y sus consecuencias con base en una evaluación fiable de vulnerabilidad y niveles de riesgo, es un paso necesario para su prevención y control (1717. Prager MM, Sanclemente OE, Prager J, Miller DI. y Ángel Sánchez. Abonos verdes: tecnología para el manejo agroecológico de los cultivos. Agroecología, 7: 53-62, 2012.).

Por esta razón, las alternativas de manejo agroecológico de suelo adquieren significación ante el deterioro por efecto de precipitaciones e intensidad en la región. A la vez, las medidas son indispensables para el soporte y suministro de nutrientes y sostenimiento del agroecosistema de producción de cacao, dentro del margen de la agricultura ecológica y sostenible, donde solo puede ser obtenida mediante el manejo integrado de suelos.

CONCLUSIONES

INTRODUCTION

In tropical regions, water erosion is the most important soil degradation process (11. Moreira CB, Naves SN, Curi PV, Gomes B. Erosão hídrica pós-plantioem florestas de eucalipto nabacia do rio Paraná, no leste do Mato Grosso do Sul. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 2014, 38 (5): 1565-1575. Available in: http://dx.doi.org/10.1590/S0100-06832014000500022.). It has been reported that soil erosion has been influenced by climate change, mainly by changes in temperature and precipitation patterns that have impacted plant biomass production, infiltration rates, soil moisture, and changes in crop use and management (22. Li Z, Fang, H. Impacts of climate change on water erosion: a review. Earth-Sci. Rev. 163: 94-117. DOI: http://doi.org/10.1016/j.earscirev . 2016.10.004.). This, together with world population growth and the estimated 50 % increase in food demand in the coming years, make climate change an additional risk for soil degradation and depletion of water reserves, due to the expansion of cultivation areas and intensification of production (33. FAO. Metodología Provisional para la Evaluación de la Degradación de los Suelos. Roma, Italia. (2016). Conservación de suelos y aguas en América Latina y el Caribe.[Internet] Available from: http://www.fao.org/americas/perspectivas/suelo-agua/es/).

In this regard, it has been pointed out that, although it is a fact that climate change is a natural and inevitable process and is not under human control, poor management of soils and the environment by man can accelerate erosive processes. Therefore, if land use could be properly managed, soil loss could be controlled and even decreased, even under the influence of climate change (44. Zare M, Nazari S.A, Mohammady M, Salmani H, Bazrafshan J. Investigating effects of land use changescenarios on soil erosion using CLUE-s and RUSLE models. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2017; 14(1): 1905-1918. doi: http://doi.org/10.1007/s13762-017-1288-0.).

On the other hand, soils are also deteriorating rapidly due to nutrient depletion, loss of organic carbon, and compaction. However, this phenomenon can be reversed provided that initiatives are taken to promote sustainable management practices and the use of appropriate technologies (55. FAO Noticias. Los suelos están en peligro, pero la degradación puede revertirse [Internet]. [Cited 2018 Apr 3]. Available in: http://www.fao.org/news/story/es/item/357165/icode/).

It is a recognized fact that soil conservation is a pressing and urgent need that cannot be postponed. An average loss of 0.3 % of annual crop yields is occurring due to erosion, which, if continued without positive changes, could lead to a 10 % reduction in annual yields by the year 2050. This would mean the annual loss of 4.5 million hectares of agricultural soils, with Asia, Latin America and the Caribbean, the Near East and North Africa being the regions with the highest tendency to such deterioration (66. FAO, GTIS. Estado mundial del recurso suelo (EMRS). Resumen técnico. Roma. 2015.).

Soil deterioration reinforces the importance of soil conservation, which implies considering fundamental aspects such as food security, resilience to climate change and geosocial stability (77. Marzen M, Iserloh T, De Lima J, Fister W, Ries J. Impact of severe rain storms on soil erosion: experimental evaluation of wind-driven rain and its implications for natural hazard management. Sci Total Environ. 2017; 590: 502-513. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitot-env.2017.02.190.). Particularly in Cuba, as a consequence of the above, more than 40 % of the soils are affected by erosion with potentials up to 56 %, which is alarming if we consider that the first sign of the chain reaction unleashed by these factors, the decrease in agricultural yields (88. Riverol, M, Aguilar Y. Alternativas para reducir la degradación de los suelos en Cuba y el enfrentamiento al cambio climático, sembrando en tierra viva. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones Manual de agroecología; 2015. 132p.) in several crops, among these, cocoa, which is developed, fundamentally, in the pre-mountain range of the Nipe-Sagua-Baracoa and Sierra Maestra mountain massifs, in addition to the growing development in the Central and Western zones of the country (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.), with an average yield that does not exceed 0.39 t ha^-1(1010. ONEI (Oficina Nacional de Estadística e Información). Anuario estadístico de cuba 2018, agricultura, ganadería, silvicultura y pesca Edición 19. República de Cuba. Available from. https://www.directoriocubano.info/cuba/la-oficina-nacional-de-estadisticas-e-informacion-onei-de-cuba-presenta-su-edicion2019/).

Mountainous regions are considered fragile ecosystems, in which agricultural development depends on sustainable alternatives to avoid breaking the balance between man and nature, since they are given the conditions for the occurrence of phenomena such as soil erosion caused by heavy rainfall and undulating relief, whose slopes without conservation measures cause runoff, which means the dragging of soil particles by the energy of water circulation before a lack of protection of the same.

Faced with this scenario, there is a need to gradually improve sustainability in the management of local natural resources such as soil, in order to achieve sustainable development through agroecological management alternatives that allow its conservation and improvement, in addition to achieving potential crop yields. Therefore, the present research work aimed to evaluate agroecological soil management alternatives in a fragile mountainous agroecosystem planted with Theobroma cacao L. in Baracoa municipality, Guantánamo province, Cuba.

MATERIALS AND METHODS

The research was conducted during the period 2016 - 2018, in agroecosystems of the UBPC “José Maceo Grajales”, located in the town of Jamal, Baracoa municipality, located at 20°16'34.65“north latitude and 74°25'32.35” west longitude, at 23 meters above sea level. It was developed in a cocoa plantation 20 years old, established with grafting of clone UF 650, with mixtures of forest species as shade, on a soil with sialitic brown grouping, brown type, ochric subtype (1111. Hernández A, Pérez J, Bosch D, Castro N. Clasificación de los suelos de Cuba.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA, 2015. 93p.), undulating relief and average slope of 15 %.

For the characterization of the climate, the existing information of the last five years was recorded, provided by the Meteorological Station, belonging to the Institute of Meteorology (INSMET) located in the area of Jamal (Figure 1). With the data described above, a climodiagram was drawn up showing the average temperatures and rainfall in the study area.

A randomized block design was used, with four treatments and four replications. The treatments were:

Aralia plants (Aralia elegans) were used as a living barrier, established in spring by stakes with an approximate length of 0.40 m at a distance of 12 m between barriers (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.). Stakes were placed in holes traced following the contour line for each treatment. Plants were pruned to maintain a minimum height of 0.80-1 m. All plant residues and biomass from the cocoa agroecosystem were used as dead barriers, such as banana stems, palm stalks, trunks and branches from pruning the crop itself. These were cordoned off at a distance of 12 m (99. Márquez JJ, Aguirre MB. Cacao con dominación de Origen, metodología para su obtención en el Consejo Popular de Sabanilla en el Municipio Baracoa.1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones ACTAF, 2010. 62p.) and secured with stakes to ensure stability and uniformity.

The source of organic matter used was decomposed cocoa shells from the harvest pits of the plantation itself. Individual terraces were made up of small circular platforms around each cocoa plant and protected with banana pseudostems. Organic matter was applied every six months, at a rate of 10 kg per plant. On the other hand, the seeds of the species Canavalia ensiformis L. were sown around the cocoa plants and between rows at a planting frame of 0.20 m between plants and 0.50 m between rows. After homogeneous flowering, the biomass was incorporated into the soil for decomposition and use as organic fertilizer.

Two soil samplings were carried out per treatment with the objective of evaluating the nutritional behavior of the soil, one at the beginning (first evaluation, January 2016) and the other at the end of the research (second evaluation, December 2018). To carry out the two samplings, soil subsamples were taken per treatment, which were mixed and a final sample of 1 kg per treatment was obtained.

The chemical analysis of the soil samples was carried out and the contents of organic matter (by the Colorimetric method), phosphorus (Oniani method by Colorimetry), potassium (Oniani method by flame photometry) and pH were determined, whose methods were described in the Manual of analytical techniques for soil analysis, foliar, organic fertilizers and chemical fertilizers (1212. Paneque, PVM, Calaña, NJM, Calderón, VM, Borges BY, Hernández GTC, Caruncho CM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA; 2010. 157 p.). The evaluation of their content in the soil was categorized as high, medium, low and very low, as described in the same manual.

Soil losses were determined by the improved method of nails and washers (1313. Mendoza ME. Métodos de clavos y rondanas. In: Somarriba M, Obando M, Alonso J. Manual de métodos sencillos para estimar erosión hídrica. [Cited 2019 Dic 18]. Available in: https://www.academia.edu/26567071/Manual_de_m%C3%A9todos_sencillos_para_estimar_erosi%C3%B3n_h%C3%ADdrica , 2005. p. 10-15.), for which four random points were evaluated by means of graduated and buried rods where the treatments were located, in plots without application of measures and with application of measures per treatment, to determine the level of eroded soil layer, based on the following formula:

Where:

P= soil loss in (t ha^-1 year).

h= height of the soil sheet lost by erosion (cm).

A= measured area (m²).

Da= bulk density (g cm³).

Soil losses were determined from the monthly recording of the height in cm of the eroded soil sheet in each of the graduated rods per treatment and per plot with and without the application of the management alternatives, whose average values signified the soil loss for each treatment. The dynamics of the soil loss register was compared with the local pluviometric information, which allowed the analysis and interpretation of the results due to the direct relationship that precipitation has with soil loss in mountainous relief.

During the research, evaluations of the agricultural yield (t ha^-1) of the crop per treatment were carried out in two harvest years that included four seasons (two cold harvests and two spring harvests). At the end of the research, the average agricultural yield of the crop years was determined from the number of ears harvested in a total of 22 plants per treatment, which were 100 % of plants per plot.

For all the research, the data were processed with the use of the statistical program STATGRAPHICS plus ver. 5.1, where an analysis of variance of simple classification and the comparison of the means with the application of Duncan's Multiple Range Test, for a 95 % probability of error, were carried out.

RESULTS AND DISCUSSION

In correspondence with the historical climatic characteristics of the region under study (Figure 1), the mean annual precipitation was between 1500-1800 mm, with higher values during the rainy season and the temperature between 25.7-30 ºC (1414. Suárez G. Zonificación edafoclimática de Theobroma cacao L. en el macizo Nipe Sagua Baracoa [Tesis de doctorado] INCA, 2014.100P).

Therefore, it is considered a very rainy area within the Nipe Sagua Baracoa mountain massif, with the possible effects of precipitation on the soil by causing soil deterioration, due to the constant runoff due to the effect of the slope, and with it the loss of organic matter that potentially causes low yields in the Theobroma cacao L. crop, when conservation and soil improvement measures are not applied. Thus, soil deterioration caused by natural phenomena or anthropogenic origin, shows the need to pay special attention when studying the impacts of high rainfall on unprotected soil and, at the same time, on production, in this case of cocoa. Thus, the need to look for sustainable soil management alternatives.

The chemical analysis of the soil at the beginning of the research (first evaluation) showed that the pH was acidic in the plots where all the treatments were located (Table 1), which was an aspect of agricultural interest due to the negative effects of this soil condition on the productive potential of the soil. However, in the second evaluation, after the application of soil conservation and improvement measures, unlike the control treatment, in all treatments the pH improved from a very acid to a neutral state, which was considered appropriate for agricultural crops (2323. Texeira H, Bianchi F, Cardoso I, Tittonell P, Peña M. Impact of agroecological management on plant diversity and soil-based ecosystem services in pasture and coffee systems in the Atlantic forest of Brazil. Agriculture, Ecosystems and Environment 2021, 305: 107171. https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107171).

Therefore, these changes in pH after integrated agroecological soil management were significant, with T3 performing better and 1.38 times better than the initial state. Similar results, although lower, were found for T1 and T2, (0.93 and 0.99) respectively to T3, but significant with respect to the first evaluation, which showed the influence of the measures applied in the improvement of soil acidity by increasing the pH and improving the productive yields of the cocoa crop. This is corroborated by (2525. Anda M, Shamshuddin J, Fauziah C I. Increasing negative charge and nutrient contents of a highly weathered soil using basalt and rice husk to promote cocoa growth under field conditions. Soil and Tillage Research, 2013. 132, 1-11.) that cocoa productivity increases when the Al³⁺ concentration is decreased and the pH is increased to values between 5.5 and 7.5, independently of other characteristics: deep soils, good drainage, moisture retention and good organic matter content.

On the other hand, according to the classifications of the manual of analytical techniques for the analysis of soil, foliar, organic fertilizers and chemical fertilizers, with the application of the treatments, the levels of phosphorus changed from very low to medium levels (1212. Paneque, PVM, Calaña, NJM, Calderón, VM, Borges BY, Hernández GTC, Caruncho CM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 1st ed. La Habana, Cuba: Ediciones INCA; 2010. 157 p.), in the second evaluation made for this element, with a significant difference between the treatments with the highest values in treatment 3; on the contrary, it resulted in the control treatment, with the lowest values. In general, tropical countries are characterized by insufficient phosphorus content, which is related to clay content, since clay tends to absorb a large amount of phosphorus (2222. Núñez-Cano JI, Villarreal-Núñez JE, Gordón-Mendoza R, Franco-Barrera JE, Jaén-Villarreal JE, Sáez-Cigarruista AE. Retención de fósforo en suelos dedicados al cultivo de maíz en la Región de Azuero. Ciencia Agropecuaria, 2018. 29, 65–78. Available in: http://www.revistacienciaagropecuaria.ac.pa/index.php/cienciaagropecuaria/article/view/15), so it is necessary to apply organic matter to increase and sustain the availability of this element in the soil for cocoa cultivation.

On the other hand, high potassium contents were evaluated in all treatments (first evaluation) with an increase in its content after the application of one or another soil conservation and improvement measure, with the exception of the control, where the content of this element decreased, which could be due to soil dragging by erosion when soil conservation measures were not applied. For this reason, soil conservation practices and the use of organic matter and incorporation of green manures induce biochemical, physical and biological processes that enhance soil sustainability (2323. Texeira H, Bianchi F, Cardoso I, Tittonell P, Peña M. Impact of agroecological management on plant diversity and soil-based ecosystem services in pasture and coffee systems in the Atlantic forest of Brazil. Agriculture, Ecosystems and Environment 2021, 305: 107171. https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107171).

Incidentally, the greatest increases in potassium were found in treatment 3, followed by treatment 2. This increase in potassium may be due to the application of conservation measures by incorporating organic fertilizers from cocoa shells (rich in this element) and organic matter generated by the decomposing biomass of Canavalia ensiformis L., in the cocoa agroecosystem, which represented a better use and availability of this element.

With respect to organic matter in the first evaluation, in all treatments it showed average levels, with no significant difference between treatments. At the end of the evaluation, in the treatments where one or another soil protection and improvement alternative was applied, the organic matter content was high, with the highest values in treatment 3, followed by treatments 2 and 1, but in the soil where the control treatment was established, the organic matter content decreased.

In several areas of the world, inadequate land use has caused different erosion processes and a decrease in the organic matter content of soils, a phenomenon that has increased due to climate change and, therefore, increased vulnerability (1515. Vanwalleghem T, Gómez J, Amate J, González de Molina M, Vanderlinden K, Guzmán G, Van Den Eeckhaut M, Poesen J. Impact of historical and use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene. Anthropocene. 2017, 17(1): 13-29. doi: http://doi.org/10.1016/j.ancene.2017.01.002). In this context, lands devoid of vegetation cover are more vulnerable to degradation (1616. Hancock G, Verdon-Kidd D, Lowry J. Soil erosion predictions from a land scape evolution model: an assessment of a post-mining land for musing spatial climate change analogues. Sci. Total, Environ. 2017, 601-602, 109-121. doi: http://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.038); therefore, taking into account what was stated by the above authors, in the present research the use of cover and conservation barriers have made the cocoa agroecosystem less vulnerable to soil losses, so that the use of alternatives facilitated the reduction of erosion and runoff, contributing to improve soil sustainability and crop productivity.

Thus, the results of the chemical analysis of the soil in each treatment highlighted the importance of green manures and the source of organic matter from cocoa shells as part of agroecological management in improving the chemical properties of the soil. In this way, management can be sustainable through the use of local sources of these materials, produced in situ, which gives greater importance to the alternatives applied. Hence, green manures are an agronomic practice that consists of the incorporation of a non-decomposed vegetal mass of cultivated plants, with the purpose of improving the availability of nutrients and the properties of the soil (1717. Prager MM, Sanclemente OE, Prager J, Miller DI. y Ángel Sánchez. Abonos verdes: tecnología para el manejo agroecológico de los cultivos. Agroecología, 7: 53-62, 2012.,1818. Hu C, Xia X, Chen Y, Han X. Soil carbon and nitrogen sequestration and crop growth as influenced by long-term application of effective microorganism compost. Chilean Journal of Agricultural Research 2018, 78: 13-22.), so that this constitutes an alternative to be used for the agroecological management of soils dedicated to the cultivation of cocoa.

In general, it is evident that the application of living and dead soil protection barriers and sources of organic matter originating from the agroecosystem itself improve the quality, sustainability and agroproductivity of the soil resource (1919. Hernández CE, Carrazana B, Ríos C, Muñoz P, González O. Evaluación de manejo conservacionista en suelo Pardo Grisáceo.1st Ed. La Habana, Cuba: Ediciones Centro agrícola; 2015, 42 (3): 33 p.), due to crop nutrition that will result in higher yields.

The slope of the land, together with the abundant rainfall in the study area, are the possible causes that have produced constant dragging of the superficial soil layer, through hydric erosion, causing the loss of the productive capacity, gradation and fertility, by evidencing a decrease in the content of the main limiting factors in crop yields: N, P₂O₅, K₂O, OM and pH (2626. Chen S, B Lin, Y.Li, S Zhou 2020. Spatial and temporal changes of soil properties and soil fertility evaluation in a large grain-production area of subtropical plain, China. Geoderma 357: 113937. 1-13. doi: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.113937).

The greatest soil loss, from the beginning to the end of the research period, occurred in the control treatment (Figure 2). On the contrary, due to the effect of the treatments: T1, T2 andT3, soil losses decreased, although with significant difference among them, highlighting treatment 3 with the best result. Therefore, the positive effect of soil conservation, protection and improvement measures in the cocoa agroecosystem as part of integrated agroecological management was evident.

Different authors have reported losses of more than 20 t ha^-1 year when soil conservation measures are not applied. Losses higher than 30 t ha^-1 year have been reported in the Brown Sialitic soils of the North of Havana in a natural way and by anthropic effect, in spite of the high anti-erosion resistance of these soils (2020. Aguilar, Y.; Castro, N.; Peña, F. y Riverol, M. Cuantificación de la erosión y medidas para su control y estabilización en la finca La Rosita al norte de la provincia de la Habana. In: XV Congreso Latinoamericano y V Cubano de la Ciencia del Suelo. La Habana, Cuba: 2001. Boletín No 4. 195p). The intensive and continuous use of soils, without applying good agroecological practices in the locality where the research was conducted, constitute threats that limit the productivity of soils and reduce the sustainability of cocoa cultivation.

It is evident that further loss of productive soils would severely damage food production and food security. This loss can be restricted through sustainable soil management, using local, scientific knowledge and appropriate technologies.

Regarding productive yields, Figure 3 shows significant differences between treatments, in favor of treatment 3, whose average yield (1.18 t ha^-1) followed by treatments T1, T2 (0.87 t ha^-1 and 0.90 t ha^-1, respectively), higher than the local average (0.40 t ha^-1). On the other hand, the lowest yield value was obtained by the control treatment, which result could be related to the constant soil losses and thus the degradation of its physical, chemical and biological properties.

Soil is an exhaustible resource, which means that its loss and degradation is a threat to food security. But, soil loss can be greatly reduced with sustainable soil management practices such as live and dead barriers or cover crops that protect the soil surface from loss through erosion and degradation. Therefore, providing information to land managers about erosion processes and their consequences based on a reliable assessment of vulnerability and risk levels is a necessary step for prevention and control (1717. Prager MM, Sanclemente OE, Prager J, Miller DI. y Ángel Sánchez. Abonos verdes: tecnología para el manejo agroecológico de los cultivos. Agroecología, 7: 53-62, 2012.).

For this reason, agroecological soil management alternatives acquire significance in the face of deterioration due to the effect of rainfall and intensity in the region. At the same time, these measures are indispensable for the support and supply of nutrients and sustainability of the cocoa production agroecosystem, within the framework of ecological and sustainable agriculture, which can only be achieved through integrated soil management.

CONCLUSIONS