Selección de sitios de muestreo

Con base en la cartografía de suelos de Tabasco (^{Palma-López et al., 2010}; ^{Palma-López et al., 2017}), se identificaron los diferentes grupos de suelos ubicados en la subregión Chontalpa. Posteriormente se realizaron recorridos de campo, con el fin de seleccionar sitios de estudios por grupo de suelo, por lo que mediante barrenaciones de hasta 1.50 m de profundidad, se corroboró que los sitios se ubicaran en unidades pedológicas diferentes. Después de confirmar lo anterior, se seleccionaron tres sitios de estudio (uno por grupo de suelo), con los siguientes criterios: plantaciones de cacao Guayaquil, edad similar de 40 años, con una superficie mínima de 2 hectáreas y manejo agronómico similar, con énfasis en que no hubieran recibido fertilización, ni riego suplementario.

Ubicación de los sitios de estudio

Los sitios de estudios se ubican en los municipios de Cárdenas (18° 08’ 34.51” N; 93° 29’ 27.22” O), Comalcalco (17° 25’ 41.63” N; 93° 30’ 59.56” O) y Cunduacán (18° 09’ 21.17” N; 93° 15’ 29.02” O) (Figura 1). El clima predominante de la subregión es cálido húmedo con abundantes lluvias en verano, precipitación media anual de 2500 mm y una temperatura media anual de 26 °C (^{Pérez-Sosa y Granados-Ramírez, 2020}). De acuerdo con la taxonomía de suelos (^{Soil Survey Staff, 2014}), los suelos estudiados presentan un régimen de humedad edáfica Údico y un régimen de temperatura Isohipertérmico.

Figura 1: Localización de los sitios de estudio en la Chontalpa, Tabasco, México.  

Figure 1: Location of the study sites in La Chontalpa, Tabasco, Mexico. 

Descripción taxonómica y caracterización de unidades pedológicas

En cada sitio de estudio, se realizó una calicata de 1.50 m de profundidad y se describieron los perfiles de suelos de acuerdo a ^{Cuanalo (1981)}. Posterior a su descripción en campo, en cada horizonte del perfil, se obtuvieron muestras de suelo, las cuales se les practicaron análisis físicos y químicos de acuerdo a lo estipulado en la NOM-021-SEMARNAT-2000 para clasificación de suelos (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). A partir de la descripción de perfiles y de los resultados de los análisis físicos y químicos, se clasificaron hasta el segundo nivel categórico, identificando el grupo de suelo y los calificadores principales y suplementarios de acuerdo a las reglas de la Base Referencial Mundial del Recurso Suelo (^{IUSS, 2015}). Los análisis físicos y químicos se realizaron en el Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco.

Diagnóstico nutrimental del suelo

El muestreo de suelos se realizó en época de secas, específicamente en el mes de marzo de 2020. En cada sitio de estudio, se delimitó una hectárea, que fue subdividida en cuatro cuadrantes (2500 m² cuadrante^-1) y se seleccionaron de manera aleatoria 5 árboles de cacao por cuadrante, cada árbol fue considerado como unidad experimental, por lo tanto, en cada sitio de estudio contempló un total de 20 árboles. Los muestreos de suelo se realizaron con barrena holandesa, en los cuatro puntos cardinales respecto a la base del árbol, a una distancia de 1 m, dentro de la zona de goteo (área de influencia de la fronda de cada árbol) de los árboles seleccionados. Se tomaron submuestras de suelos a tres profundidades: 0-10 cm, 10-30 cm y 30-50 cm sin considerar la profundidad de los horizontes del perfil, dado que se buscó muestrear a profundidades con mayor influencia de la actividad orgánica del suelo. Cada grupo de submuestras, se mezclaron para obtener una muestra compuesta. En dichas muestras se realizaron los siguientes análisis físicos y químicos: potencial de Hidrógeno (pH; potenciómetro, medido en relación suelo-agua 1:2), materia orgánica (MO; método de combustión húmeda de Walkley y Black); nitrógeno total (N; digestión en Microkjeldahl); fósforo asimilable (P; método Olsen); capacidad de intercambio catiónico (CIC; extracción en acetato de amonio pH 7) y bases intercambiables Ca⁺², Mg⁺², K⁺ y Na⁺ (extracción en acetato de amonio pH 7 y lectura por absorción atómica) con base en lo establecido en la NOM-021-SEMARNAT-2000 (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}).

Diagnóstico nutrimental de tejidos foliares

El muestreo foliar en los árboles seleccionados en cada unidad experimental, se realizó en la misma época que el muestreo para el diagnóstico nutrimental de los suelos (marzo 2020), justo en la etapa de producción de dichos árboles. Se muestrearon 20 hojas del estrato medio de las copas, sin daños visibles (cinco hojas por cada punto cardinal). La hoja seleccionada fue la numero cuatro, de las recientemente maduras, obtenidas a partir de la punta del ápice hacia adentro (^{Reetz, 2016}). Las hojas fueron almacenadas en bolsas de papel estraza para posteriormente trasladarse al área de procesamiento de muestras del Colegio de Postgraduados Campus Tabasco, en donde las hojas se lavaron con agua destilada, se secaron al aire y se ingresaron a una estufa de aire forzado a 60 °C hasta peso constante (72 h aproximadamente). Posteriormente, se molieron y tamizaron con un tamiz #20 malla de 1 mm. Los análisis realizados fueron N (método de Semimicro-Kjeldahl); P (colorimetría de luz visible con molibdato de amonio); Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y Sodio (Na) por espectrofotometría de absorción atómica (^{Álvarez y Marín, 2011}).

Tanto los análisis de suelos como foliares para el diagnóstico nutrimental, se llevaron a cabo en el Laboratorio de Suelos y Plantas del Centro de Investigación de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco.

Diseño y análisis estadísticos

El diseño experimental utilizado fue un diseño completamente al azar. Con los datos obtenidos se realizaron análisis de varianzas (ANOVA) y prueba de comparación de medias de Tuckey con un nivel de significancia del P ≤ 0.05, mediante el paquete estadístico Statistica (^{Statsoft, 2011}).

Clasificación de los suelos

De acuerdo con la descripción y análisis físicos y químicos de los horizontes de los perfiles de suelo y con base en la base referencial del recurso suelo, los suelos cultivados con cacao en la subregión de la Chontalpa Tabasco se clasifican como: Haplic Vertisol (Hypereutric, Gleyic) para el Sitio 1 (VR); Eutric Gleyic Cambisol (Clayic) para el Sitio 2 (CM); y Gleyic Eutric Fluvisol (Loamic) para el Sitio 3 (FL) (Anexos 1 y 2). Estos suelos por su origen a partir de aluviones recientes son aptos para el cultivo, ya que se tratan de suelos profundos, ricos en MO, con adecuados niveles en sus propiedades químicas, y con excepción de los VR, presentan texturas de medias a finas, adecuadas para el buen desarrollo de las plantas (^{Bojórquez et al., 2007}; ^{Sotelo, Gutiérrez, Cruz, Ortiz y Segura 2008}; ^{López-Castañeda et al., 2017}; ^{Palma-López et al., 2017}).

Caracterización de la fertilidad edáfica de los suelos del saf-cacao

Como se puede observar en el Cuadro 1, en los suelos CM y FL, las mayores concentraciones de MO se encuentran en los primeros 10 cm de profundidad, a diferencia de los VR, los cuales presentan contenidos de MO similares dentro de una capa más profunda, que va desde la superficie hasta los 50 cm. Estos resultados concuerdan con lo reportado por ^{Brito-Vega, Salaya, Gómez, Gómez y Antele (2018)}, quienes señalan que los suelos cultivados con cacao, que son más arcillosos tienen mayor capacidad para proteger la MO. La MO, se considera como una de las principales variables edáficas para definir la fertilidad del suelo, ya que favorece la fertilidad física, al reducir la densidad aparente, y aumentar la tasa de infiltración; la química, al suministrar nutrientes, y la biológica, al incrementar la actividad microbiana (^{Martínez, Fuentes y Acevedo, 2008}; ^{Cantú-Silva y Yáñez-Díaz, 2018}).

De acuerdo con ^{Rasmussen et al. (2018)}, las arcillas exhiben una mayor área superficial específica y generalmente presentan una carga permanente, que le confieren la capacidad de estabilizar mayor cantidad de MO, ya sea de manera directa mediante la adsorción de los compuestos orgánicos a la superficie de las arcillas, o indirectamente mediante la formación de estructuras más estables. Otros estudios han señalado que, los suelos de los sistemas agroforestales de cacao en la Chontalpa Tabasco, registran niveles de MO medios y altos de Nt, con valores de 2.12 y 0.18%, respectivamente, entre 0-30 cm de profundidad, sin embargo, después de 30 cm, los niveles de ambas variables bajan a 0.80 y 0.09% de MO y Nt, respectivamente, que los ubican como niveles bajos en ambos casos (^{Pascual-Cordova et al., 2017}). Esos niveles de MO bajos, pueden ser producto de una rápida descomposición de los residuos orgánicos que se integran al suelo a través de la hojarasca. Los resultados que se indican en el Cuadro 1, reflejan una relación C/N menor a 12, en todos los suelos y profundidades, misma que se acentúa a mayor profundidad, estas relaciones C/N tan bajas predisponen una rápida mineralización, que por un lado liberan nutrientes disponibles para las plantas, pero, por otro lado, agotan las reservas orgánicas e influencian la calidad de los productos húmicos finales (^{Gallardo-Lancho, 2016}). Debido a esta influencia que ejerce la relación C/N sobre la velocidad de descomposición de la MO, este parámetro se considera un indicador de la tasa de mineralización o inmovilización del N; valores altos de C/N indican que la MO se descompone lentamente, provocando inmovilización neta del N, en tanto que, una relación C/N < 15, indica una óptima descomposición de la MO (^{Soto-Mora, Hernández, Luna, Ortiz y García, 2016}; ^{Gamarra-Lezcano, Díaz, Vera, Galeano y Cabrera, 2018}).

Uno de los productos de esa rápida mineralización a la que se alude en el párrafo anterior, es el nitrógeno, un elemento altamente demandado por las plantas de cacao (^{Furcal-Beriguete, 2017}). Como se observa en el Cuadro 1, las variables MO, Nt y la relación C/N guardan una estrecha relación, esto se debe a que el N junto con el C, son los principales constituyentes de la MO. Como se puede apreciar el suelo VR presentó contenidos altos de N en sus tres profundidades, el CM alto para la primera y medios para las dos siguientes profundidades, mientras que en el FL es medio para la primera, y bajos para la segunda y tercera profundidad respectivamente (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). Debido a la deforestación de la vegetación original en Tabasco existen pocos datos sobre la relación C/N en suelos sin cultivo, ^{Ribón-Carrillo, Salgado, Palma y Lagunes (2003)}, refieren que en un Vertisol con selva mediana perennifolia se encontró un C/N de 11.3, cercano a los valores obtenidos en los Vertisoles con cultivo de cacao. En un trabajo realizado en la misma zona ^{Sulçe, Palma, Jacquin, Vong y Guiraud (1996)} encontraron en la capa arable un C/N de 9.9 y 9.3 para un Vertisol y un Fluvisol, respectivamente, recién desmontados de vegetación secundaria y recién sembrados con maíz, lo cual nos indica que los C/N de los VR y FL están ligeramente arriba de estos datos. La distribución del N en las diferentes capas del suelo revela que esas concentraciones de N provienen de la descomposición de la MO, por lo que, al disminuir la reserva orgánica, el N disminuye notoriamente.

Justo debido a que el N es un nutriente que se pierde rápidamente, independientemente de que los suelos puedan recibir aportes importantes de MO, el suministro de fertilizantes nitrogenados puede beneficiar la nutrición de las plantaciones, ya que los fertilizantes ponen a disposición de forma rápida N inorgánico al suelo, además de incrementar la velocidad de descomposición de los residuos orgánicos (^{Mulia et al., 2017}; ^{Dogbatse et al., 2021}).

^{Stevenson (1994)} señala que, bajo condiciones templadas, solamente un tercio del C y N que entran al suelo a través de los residuos orgánicos, pueden permanecer como MO después de un año, a menos que haya factores edáficos extremos que restrinjan la actividad biológica. Si se toma en cuenta, que la precipitación y la temperatura son factores climáticos que aceleran la velocidad de la descomposición, es de esperarse que, en ambientes cálidos y húmedos como es el caso de la Chontalpa Tabasco, la cantidad de MO disminuya drásticamente (^{Gallardo-Lancho, 2016}), y con ello una liberación de N, que al paso del tiempo es lixiviado, debido a que el N orgánico se transforma en N amoniacal (NH₄ ⁺) y nitrato (NO₃ ^-), que son las formas asimilables para las plantas, aunque muy móviles y fácilmente lixiviadas (^{Sulçe et al., 1996}; ^{Celaya-Michel y Castellanos-Villegas, 2011}).

Otro indicador importante para definir los niveles de fertilidad edáfica es el pH. En el Cuadro 2, se puede observar que los pH son moderadamente ácidos en todos los suelos y profundidades (Cuadro 2), (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). El pH de los suelos tropicales suele ser una de las restricciones más importantes para la producción de los cultivos (^{Ribeiro et al., 2013}), no obstante, valores por encima de 5.5 suelen ser óptimos para el buen crecimiento y desarrollo del cacao (^{Van Vliet, Maja y Kent, 2015}). Solo el FL presentó diferencias estadísticas significativas entre profundidades, resaltando que la capa de 30-50 cm es ligeramente más ácida que las capas superficiales; sin embargo, en ningún caso, los valores de pH se pueden considerar como restrictivos para el cultivo de cacao.

En el caso del P, las deficiencias suelen ser comunes en los suelos agrícolas (^{Balemi y Negisho, 2012}; ^{Zhu, Li y Whelan, 2018}). Sin embargo, los niveles detectados en esta investigación se consideran altos (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}), probablemente debido a la relación beneficiosa que existe entre el cacao y los árboles de sombra, en donde el ciclo de nutrientes se ve mejorado por los aportes de la hojarasca (^{Isaac, Timmer y Quashie-Sam, 2007}). Se observa que, en todos los sitios estudiados hubo una disminución del P conforme aumentó la profundidad (Cuadro 2).

De manera general, la mayor concentración de P se ubica en la capa superficial de 0-10 cm, asociados probablemente a la liberación de iones PO₄ ^- producto de la mineralización de la MO, en particular, en los CM y FL que presentaron contenidos más altos. Cabe mencionar, que los valores de P obtenidos en esta investigación, son más altos que los encontrados en otros estudios realizados en plantaciones de cacao en la zona de estudio, que fueron de 8.15 mg kg^-1 y de 5.35 mg kg^-1 en la superficie (^{López, López de Rojas, España, Izquierdo y Herrera, 2007}; ^{Pascual-Cordova et al., 2017}). De acuerdo a ^{Ruttenberg (2003)}, en ecosistemas naturales, las mayores fuentes de P provienen de la mineralización de rocas ricas en P que, al meteorizarse, se descomponen y liberan los fosfatos. Estos son traslocados a las plantas y posteriormente a los animales a través de la ingesta, para regresar al suelo a través de excretas, que al ser atacadas por los microorganismos se convierte en ortofosfatos, los cuales son aprovechados por las plantas para formar fosfato orgánico (biomasa vegetal), y de nueva cuenta regresar al suelo después del proceso de mineralización.

Los contenidos de Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ y Na⁺, presentaron diferencias significativas en todos los suelos (Cuadro 2). De manera general, el VR fue el que presentó mayor concentración de cationes intercambiables. Para el caso del Ca²⁺, se observan diferencias significativas entre suelos y profundidades, el orden en que se presentaron las concentraciones de Ca²⁺ en los sitios estudiados fue, Vertisol>Cambisol>Fluvisol. De acuerdo a ^{NOM-021-SEMARNAT-2000 (2002)}, en todas las profundidades se encontraron valores altos de Ca²⁺ con excepción de la profundidad de 30-50 cm del CM y FL que mostraron contenidos medios. El Ca²⁺ es un elemento que se encuentra comúnmente en concentraciones altas y medias en los suelos con plantaciones de cacao (^{Nelson et al., 2011}; ^{Pascual-Cordova et al., 2017}; ^{Singh, Sanderson, Field, Fidelis y Yinil, 2019}), las razones pueden ser diversas, los suelos estudiados son aluviales de origen, con contenidos importantes de Ca y las otras bases de intercambio (^{Palma-López et al., 2017}), además el Ca²⁺ es un nutriente que no se exporta en altas cantidades en el rendimiento de cacao (^{Reetz, 2016}), también el bombeo de nutrientes que hacen los árboles de sombra en el sistema agroforestal cacao, favorece el aporte de nutrientes en la superficie del suelo (^{Isaac y Borden, 2019}). El Mg²⁺ en todas las profundidades presentó altas concentraciones (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}), la razón puede deberse a lo explicado para el Ca²⁺. El aporte de Mg por la hojarasca de los árboles de sombra es de alrededor de 10 kg ha^-1 año^-1 (Báez-Daza, 2018¹), que es superior a las cantidades que exporta el rendimiento de una tonelada de cacao, que es de alrededor de 4 kg ha^-1 año^-1 (^{Furcal-Beriguete, 2017}). Conforme incrementó la profundidad de los suelos estudiados disminuyeron las concentraciones de Mg, casi en todos los casos hubo diferencias estadísticas significativas entre las profundidades de cada unidad de suelos, excepto para el FL en el que la profundidad dos y tres fueron estadísticamente iguales.

El nutriente K⁺ en casi todas las unidades de suelo estudiadas presentó valores altos en la primera y tercera profundidad, teniendo valores medios en la segunda profundidad (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). La primera y tercera profundidades de las unidades de suelos VR y CM fueron estadísticamente similares (Cuadro 2) y con contenidos altos, el FL presentó valores altos en la primera profundidad y medios para la segunda y tercera (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). El K es el elemento nutriente que más demanda el cacao, oscila entre los 50 y 80 kg ha^-1año^-1, la cascarilla es la parte que más exporta a este elemento (^{Reetz, 2016}; ^{Furcal-Beriguete, 2017}), esto probablemente sea una de las razones por la que los suelos cacaoteros de Tabasco han disminuido gradualmente sus contenidos, ya que ésta no se reincorpora al sistema por su potencial de causar enfermedades fungosas y por el desconocimiento de sus propiedades y características benéficas (^{Pascual-Cordova et al., 2017}; ^{Castillo, Alvarez y Contreras, 2018}). Los cationes no se retienen con la misma intensidad en el complejo arcillo-húmico, por lo que, tanto la cantidad como el tipo de catión que puede retener el suelo depende de sus propiedades físicas, químicas y mineralógicas, debido a la serie liotrópica, en la cual el Ca²⁺ es el catión que se encuentra en mayor proporción en el suelo, seguido del Mg²⁺, K⁺ y Na⁺, esto debido a las valencias que posee cada elemento; este último es poco retenido, por lo que tiende a lixiviarse (Sadeghian y Zapata, 2015; ^{Corona-Rodríguez, 2019}; ^{Cepeda-Ureña, 2020}). Todos los elementos nutrientes de los suelos estudiados presentaron contenidos suficientes para el óptimo rendimiento de las plantaciones estudiadas (^{Van Vliet, Maja y Kent, 2015}), sin embargo, por su importancia, es necesario dar seguimiento a la dinámica del K en los sistemas agroforestales del estado.

La CIC de los tres estratos de profundidad se diferencian estadísticamente entre los sitios de estudio, observándose una disminución de los valores conforme el aumento de la profundidad. Para el suelo VR, los niveles de CIC fueron altos (>30 cmol (+) kg^-1) en todas las profundidades; para el CM, la primera profundidad se clasificó como alta y media para la segunda y tercera profundidad. En el FL las tres profundidades se clasificaron como medias (Cuadro 2), (^{NOM-021-SEMARNAT-2000, 2002}). El sistema agroforestal cacao favorece la acumulación de residuos, los cuales, al mineralizarse gradualmente favorecen el incremento de la CIC, parámetro que se relaciona fuertemente con la retención de las bases de intercambio (^{Salvador-Morales et al., 2017}; ^{Jagoret et al., 2019}). De acuerdo con ^{Sharma (2011)}, la rápida oxidación de la MO provoca la pérdida de los reservorios nutrimentales del suelo, por lo que la adopción o conservación de sistemas diversificados de uso de la tierra como agroforestería, agrihorticultura o agrosilvicultura, como es el caso del cacao, permiten mantener una importante calidad del suelo. Hay que resaltar que estos suelos provienen de aluviones del Reciente con arcillas tipo Montmorillonita por lo que su CIC y saturación de bases es de medio a alto, aunque el sitio ya no recibe aportaciones aluviales debido a la protección del cauce, por lo que la sustitución de bases es bajo y con el tiempo se espera que haya una acidificación del suelo (^{Palma-López et al., 2017}).

Diagnóstico nutrimental de tejidos foliares

Los resultados de los análisis foliares indican que la mayoría de los sitios evaluados, presentan niveles ligeramente óptimos en cuanto a los contenidos de N, P, Ca y Mg; deficitarios en K, con excepción del suelo VR, el cual presenta un nivel ligeramente óptimo. En todos los sitios, el Na se presenta en contenidos inferiores a los niveles críticos para este cultivo (Cuadro 3).

Según ^{White y Brown (2010)} el nivel óptimo de N en la materia seca foliar en el cultivo de cacao, se ubica entre 15 y 40 g kg^-1. Como se puede observar, todos los sitios evaluados superan el nivel crítico mínimo de 15 g kg^-1. Sin embargo, estos niveles son apenas superiores a dicho nivel, por lo que, en alguna época del año, esos niveles podrían ser deficitarios, ya que este nutriente es regulado por el régimen de pluviometría que se presentan en las diferentes épocas del año (^{Mengel y Kirkby, 2000}).

De acuerdo con ^{Jones, Wolf y Mills (1991)}), los niveles bajos de K se encuentran entre 10-12.9 g kg^-1, suficientes entre 13-22 g kg^-1 y altos > 22 g kg^-1, por lo que, como se puede observar en el Cuadro 3, los árboles establecidos en el suelo CM son deficitarios en este nutriente, los del FL son suficientes, y solamente los del suelo VR son altos.

Otra razón por la que el N y otros nutrientes como el K pueden ser deficitarios, es que ambos elementos son los que más requieren los árboles de cacao para producir (^{Salgado-García et al. 2013}), una situación que se combina con la susceptibilidad de que el N mineral, proveniente de la mineralización de la MO se lixivie, mientras que, en el caso del K, se trata del elemento que más se exporta a través de la cosecha, en particular a través de las acumulaciones de nutrientes que ocurren en la cascara de la baya o mazorca.

Se puede observar que los árboles de todos los sitios de muestreo superan el nivel crítico de 2 g kg^-1 (^{Aikpokpodion, 2010}). Sin embargo, de acuerdo con ^{Bouma (1967)} el P presenta una alta variabilidad en la planta, por lo que las concentraciones de fosfatos son altamente variables entre las hojas viejas y nuevas; por su parte ^{Mengel y Kirkby (2000)} señalan que la concentración de P depende también del estado fenológico (inicio de botón floral y floración) etapa crítica en cual la planta requiere un mayor suministro de P (^{Aburto-González, Alejo, Ramírez y Sánchez, 2017}).

El Ca y el Mg presentan niveles de suficiencia cuando superan 5 g kg^-1 en tejidos foliares de cacao (^{Mengel y Kirkby, 2000}; ^{Jones, Wolf y Mills, 1991}). En el Cuadro 3, se observa que ambos nutrientes rebasan dicho nivel crítico, excepto en el FL que apenas registró un nivel de 4.5 g kg^-1. Aunque el Na no es considerado un nutriente en el cultivo de cacao, sus niveles de concentración juegan un papel importante en la nutrición vegetal, según ^{White y Brown (2010)} el nivel crítico de Na es de más de 2 g kg^-1, un nivel que no se supera en los árboles en ninguno de los suelos evaluados.