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Introducción
Una forma de mitigar los gases de efecto invernadero (GEI) es a través de la captura del carbono, mediante la fotosíntesis, el cual debe mantenerse el mayor tiempo posible secuestrado (Espinoza et al., 2012). El cultivo agroindustrial café, es el principal cultivo en la Sierra Madre de Chiapas, donde los productores obtienen gran parte de su economía para vivir, es por ello que conservan los cafetales. Por lo tanto, el carbono en el café estará siempre secuestrado de manera aérea o en el suelo y contribuye a la disminución de los GEI.
La conservación del café permite capturar carbono, por lo que se debe proponer como una alternativa para mitigar el cambio climático, a través de subsidios para el productor y así garantizar aún más el carbono que existen en los cafetales (Olorunfemi et al., 2019), de manera que, se conservaría el suelo, se obtendría mayor fijación biológica de nitrógeno y ciclaje de nutrientes (Villa et al., 2020).
Para obtener el carbono almacenado en café se requiere obtener la biomasa y el contenido porcentual de carbono. La biomasa es el peso seco de la especie, esta puede ser estimada directa e indirectamente. Las concentraciones de carbono (CC) en México han sido estudiadas mayormente en coníferas y latifoliadas (Yerena et al., 2012b; (Jiménez et al., 2013; Villanueva et al., 2015; Pompa et al., 2017) pero muy poco para café. Por lo consiguiente, conocer la concentración de carbono en café sería más preciso determinar el almacenamiento de carbono (Aquino et al., 2018).
En un estudio de café, Zavala et al. (2018) encontraron que el carbono almacenado depende de la altitud, donde a menor altitud mayor captura de carbono. Con altitudes de 1 565 m, Andrade et al. (2014) realizaron un estudio en Colombia sobre la fijación de carbono en café, donde registraron un promedio de 0.63 t C ha-1. En cambio, en altitudes menores a 1 200 m el carbono promedio de café en Ecuador es de 4.6 t C ha-1 (Corral et al., 2013).
Dada la importancia y las consideraciones antes mencionadas, esta investigación tiene como objetivo, evaluar el almacenamiento de carbono en biomasa aérea de café en dos gradientes altitudinales, además se determinó la concentración de carbono y nitrógeno, siendo la CC un elemento confiable para obtener el carbono almacenado en café.
Materiales y métodos
El estudio se desarrolló en dos municipios pertenecientes a la Sierra Madre de Chiapas: La primera área se localiza entre las coordenadas 15° 34’ 10.07’’ latitud norte y 92° 20’ 6.28’’ longitud oeste, a una altitud de 1 200 m, ubicada en el municipio de Siltepec. La segunda área con coordenadas 15° 15’ 56.7’’ latitud norte y 92° 17’ 55.07’’ longitud oeste, a una altitud de 1 500 m ubicado en Motozintla (Figura 1). Los terrenos presentan pendientes del 0 al 60%. Los climas son cálidos subhúmedos, cálidos húmedos y semicálido húmedo, con lluvias abundantes en verano que oscila de 800 a 1 200 mm, una temperatura media anual mayor de 18 °C, los suelos predominantes en la zona son Luvisol, Regosol y Acrisol (García, 2004).
Diseño de muestreo
En cada una de las localidades se realizó un muestreo aleatorio, evaluando una superficie de 5 ha, para determinar el tamaño de sitios a inventariar, primero se realizó un premuestreo, utilizando la siguiente ecuación (1) (Ancira y Treviño, 2015).
1). Donde: n = tamaño de muestra; t2 = valor extraído de la tabla de t de Student (p< 0.05). CV = coeficiente de variación; E= error porcentual. El tamaño de muestra se definió, a partir de la variable biomasa. Se establecieron 24 sitios en total por ambas áreas, los sitios fueron rectangulares de 4 x 25 m (100 m2) (Espinosa et al., 2012; Timoteo et al., 2016). En cada sitio se evaluaron todos los individuos presentes de café. Las variables que se midieron fue el diámetro normal (cm) con una cinta diamétrica modelo 283D/5m Forestry Suppliers y las alturas (m) se midieron con cinta métrica (Truper FH-5ME).
Estimación de biomasa
La biomasa aérea en café se estimó mediante el modelo alométrico propuesto por (Hairiah et al., 2001) el cual contempla una sola variable independiente. Este modelo (2) fue aplicado para cada individuo de café. BT= 0.2811 * DAP ^ 2.0635 2). Donde: BT= biomasa aérea total (kg); DAP= diámetro a la altura de pecho (cm).
Análisis de laboratorio
Una vez obtenida la biomasa, se calculó la concentración de carbono y nitrógeno del café. Por las dos aéreas se tomaron seis individuos al azar, por cada individuo se obtuvo una muestra por cada componente (corteza, hojas y fuste) colocándose en bolsas de papel (Aquino et al., 2018). Las muestras se secaron en una estufa de secado Blue M hasta alcanzar un peso constante, posteriormente se pulverizaron las 18 muestras en un molino marca Marathon Electric serie C20J020016, se colocaron en bolsas de polietileno etiquetadas con un código, con un peso promedio de 90 g cada una.
Después se pesaron 30 mg de cada muestra en una balanza, para que fueran analizadas por el equipo denominado analizador elemental Thermo Scientific Flash 2000 NC Soils Analyzer. La concentración de carbono y nitrógeno se determinó con el equipo antes mencionado, éste determina las concentraciones en muestras sólidas mediante combustión completa, a una temperatura de 950 °C, los gases producto de la combustión son medidos a través de un detector de infrarrojo no dispersivo que contabiliza las moléculas de carbono contenidas en estos gases (Yerena et al., 2012a).
Estimación de carbono y dióxido de carbono
El carbono almacenado en cada planta de café se estimó mediante la multiplicación de la biomasa aérea por la concentración de carbono promedio de los componentes del presente estudio. Una vez obtenido el almacenamiento de carbono se multiplicó por la constante 3.67 (44/12) y se obtuvo el dióxido de carbono en café (Zavala et al., 2018).
Análisis estadístico
La biomasa, el almacenamiento de carbono y el dióxido de carbono en café se comparó como poblaciones independientes a través de una prueba de t Student para verificar las diferencias significativas en diferentes altitudes (Hernández et al., 2017).
Los datos de concentración de carbono y nitrógeno fueron sometidos a un análisis de varianza y cuando se presentaron diferencias significativas se realizó la prueba de medias de Tukey (p< 0.05) y verificar la diferencia entre los componentes de café (Sáenz et al., 2021). Los análisis fueron realizados en el programa estadístico R Studio, versión 4.1.2 (Marroquín et al., 2018; R Core Team, 2022).
Resultados y discusión
El número de plantas de café en Siltepec fue un promedio de 30 individuos por sitio, teniendo una densidad promedio de 3 014 plantas ha-1, en cambio para Motozintla hubo un promedio de 32 individuos por sitio, con 3 211 plantas ha-1, esta densidad depende de la forma de plantación respecto a la topografía del terreno. Para ambas altitudes la distancia de siembra fue de 2 x 1.5 m. El marco de plantación en Siltepec fue marco real, con pendientes inferiores a 20% y en Motozintla a tres bolillos con pendientes superiores a 40%. La diferencia de plantas se debe a la topografía que presenta cada altitud (Cuadro 1).
Cuadro 1 Número de individuos evaluados por hectárea.
| Localidad | Especie | Distancia de siembra (m) | Densidad (plantas ha-1) |
|---|---|---|---|
| Siltepec | Café | 2 x 1.5 | 3 014 |
| Motozintla | Café | 2 x 1.5 | 3 211 |
La distancia de siembra en café es igual a lo reportado por Zavala et al. (2018), obteniendo más de 3 000 individuos de café ha-1, mientras en distanciamientos de 1.3 x 1.3 m se registraron densidades > 6 250 (Medina et al., 2009; Jurado et al., 2019), que no influyen en la CC respecto a la presente investigación.
Los diámetros en Siltepec varían de 2.45 a 3.98 cm, reportando una altura promedio de 2.91 m, estos valores estiman una biomasa promedio de 2.49 kg por individuo. Para la otra localidad los diámetros oscilan de 1.25 a 2.48 cm y una altura media de 2.24 m, obteniendo una biomasa promedio de 0.88 kg por planta.
Los sitios con altitudes de 1 200 m (Siltepec) duplican las estimaciones de biomasa, carbono y dióxido de carbono respecto a los 1 500 msnm (Cuadro 2). Con base en lo anterior Solórzano y Querales (2010) reportan diámetros en café de 2.02 a 4.1 cm, siendo estos valores similares a esta investigación, pero menor para la variable altura (1.6 m) en ambas localidades.
Cuadro 2 Variables obtenidas y estimadas en café.
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|---|---|---|---|---|
| Siltepec | ||||
| 2.88 | 2.91 | 226.6 | 107.2 | 393.7 |
| Motozintla | ||||
| 1.74 | 2.24 | 100.7 | 47.4 | 173.7 |
En un estudio realizado en Colombia, una planta de café presenta una biomasa promedio de 2 kg, este valor es similar al que se encontró en Siltepec, pero mayor a la biomasa de Motozintla (Darío, 2011). Zavala et al. (2018) evaluaron café a una altitud de 1 500 m reportando un diámetro promedio de 4.93 cm, con una altura media de 1.75 m, teniendo como resultado una biomasa por planta de 0.81 kg, este valor fue cercano a la biomasa que reporta Motozintla, aunque los resultados de diámetro y altura fueron mayores a las dos altitudes del presente estudio.
Estimación de biomasa
El análisis estadístico aplicado mediante la prueba de T de Student, indican que existen diferencias significativas (p< 0.001) en la biomasa por altitud. En altitudes de 1 500 m la biomasa promedio fue de 10.07 t ha-1, para altitudes de 1 200 m se obtiene una biomasa media de 22.66 t ha-1 (Figura 2), ambos resultados son mayores a los que reportan otros investigadores en café, donde registran una biomasa de 1.1 y 6.64 t ha-1 en altitudes superiores a 1 500 m (Andrade et al., 2014; Jurado et al., 2019).
Concentración de carbono
Concentración de carbono total por componente entre localidades
Asimismo Hernández et al. (2020) realizaron una investigación de café en Colombia a una altitud de 1 200 m obteniendo una biomasa de 7.2 t ha-1. Corral et al. (2013) reportaron 9.6 t ha-1 en biomasa en café siendo este valor similar a la localidad de Motozintla (1 500 msnm) y de menor biomasa para Siltepec. Sin embargo, en los cafetales de Perú a una altitud de 1 500 m, Zavala et al. (2018) registraron una biomasa de 51.39 t ha-1 en café a 10 años.
En el presente estudio la menor altitud es la que almacenó la mayor biomasa en las plantas de café, estos resultados coinciden con otras investigaciones donde la mayor biomasa almacenada se registró en altitudes ≤ 1 200 m (Mena et al., 2011; Hernández et al., 2012). Las plantas de café juegan un papel importante en la acumulación de biomasa, ya que esta especie almacena entre 30 a 40% de biomasa respecto a un sistema agroforestal (Andrade et al., 2014; Terán et al., 2018). La acumulación de biomasa puede atribuirse al manejo de cultivo, como la aplicación de podas en el café y la fertilización, que contribuye a un mejor crecimiento y desarrollo de la planta (Medina et al., 2009).
Entre los componentes de cada localidad se presentaron diferencias significativas (p< 0.001). La prueba de Tukey (
= 0.05) indica que la concentración de carbono en el componente fuste es estadísticamente diferente con valores superiores al resto de componentes por localidad, mientras el componente hoja y corteza de Siltepec son estadísticamente similares, caso contrario para los componentes (hoja y corteza) de Motozintla, donde se presentó un grupo con valores intermedios que va de 46.18 a 47.42% (Cuadro 3).
Cuadro 3 Contenido de carbono total (%) por componente entre localidades.
| Componente | Localidad | Media ±EE | Agrupación Tukey1 |
|---|---|---|---|
| Fuste | Siltepec | 49.25 ±0.72 | a |
| Motozintla | 48.97 ±2.49 | a | |
| Hoja | Motozintla | 47.42 ±0.9 | ab |
| Siltepec | 46.53 ±0.76 | bc | |
| Corteza | Siltepec | 46.18 ±0.93 | bc |
| Motozintla | 44.72 ±1.41 | c |
1= letras iguales son estadísticamente similares (p≤ 0.05). EE= error estándar.
Concentración de carbono total de la especie
Al igual que este estudio Yerena et al. (2012a) presentaron valores superiores en el fuste en sitios del matorral espinoso tamaulipeco, y en los sitios de corteza los valores fueron inferiores al resto de sus componentes. La CC promedio fue mayor en la localidad de Siltepec <altitud que> Motozintla, siendo similar a la investigación de Hernández et al. (2012) en un estudio de captura de carbono donde encontraron que, a menor altitud mayor contenido de carbono en la biomasa total.
Mediante el análisis de varianza se determinó que si hay diferencias significativas entre los componentes de café (p< 0.001), por lo que se procedió a realizar la prueba de Tukey (
= 0.05) donde la concentración de carbono se dividió en tres grupos. El contenido de carbono expresado en porcentaje vario de 45.45 a 49.11%, donde la corteza obtuvo la menor concentración de carbono, posteriormente la hoja y por último el fuste (Cuadro 4).
Cuadro 4 Carbono y nitrógeno total por componente en café.
| Componente | Media ± EE | Agrupación Tukey1 |
|---|---|---|
| Carbono | ||
| Fuste | 49.11 ±0.81 | a |
| Hoja | 46.98 ±0.54 | b |
| Corteza | 45.45 ±0.84 | c |
| Nitrógeno | ||
| Hoja | 3.03 ±0.35 | a |
| Corteza | 1.68 ±0.15 | b |
| Fuste | 0.43 ±0.05 | c |
1= letras iguales son estadísticamente similares (p≤ 0.05). EE= error estándar.
Figueroa et al. (2005) determinaron la CC en café obteniendo valores de 41.9% en fuste y 42.3% en hojas, dichos porcentajes son menores al presente estudio. El promedio del contenido de carbono total de este estudio fue 47.18%, este valor es similar a lo registrado en Oaxaca donde obtuvieron el 46.2% para especies desarrolladas en ambientes tropicales (Aquino et al., 2018), al igual que lo reportado en latifoliadas (48.84%) y Pinus sp. (47.34%) (Yerena et al., 2012b; Jiménez et al., 2013). Por su parte, la CC obtenido en árboles que se utilizan como sombra para el café (40.28%) resultaron más bajos al de esta investigación (Hernández et al., 2012). Respecto a lo anterior, las especies tienen diferentes contenidos de carbono (41.9-49.95%); sin embargo, la mayoría de las especies es cercano a 0.5.
Concentración de nitrógeno
El café no solo contiene carbono, sino también nitrógeno (N), principalmente en el componente hoja (3.03%), seguida la corteza (1.68%) y por último el fuste (0.43), teniendo una media de 1.71% en nitrógeno total (Cuadro 4). El contenido de nitrógeno en promedio de este estudio es inferior a lo reportado por Pérez et al. (2014) donde los valores oscilan entre 2.91 a 3.09% N en café. Sin embargo, para especies tropicales en Chiapas el nitrógeno es de 1.86% en un estudio realizado por Moreno et al. (2021), siendo similar a este estudio, pero menor para árboles tropicales en Oaxaca, con 0.48% N (Hernández et al., 2012). Es importante conocer el nitrógeno en las plantas de café, porque sirven como indicadores del estado nutricional de la planta. Un buen contenido foliar de nitrógeno en café permite obtener un buen rendimiento, un valor por debajo de 2.80% N (foliar) indica insuficiencia de nutrientes (Pérez et al., 2014).
Estimación de carbono y dióxido de carbono
Al estimar el carbono (C) y el dióxido de carbono (CO2) en café por altitudes, se determinó que existen diferencias significativas (p< 0.001). En el presente estudio las plantas de café registraron 10.72 t C ha-1 y 39.37 t CO2 ha-1 en altitudes de 1 200 m (Siltepec), para altitudes de 1 500 m (Motozintla) se obtuvo 4.74 t C ha-1 y 17.37 t CO2 ha-1; (Figura 3).
El mayor almacenamiento de carbono y dióxido de carbono se presentó en altitudes de 1 200 m, esta afirmación coincide con otros autores donde han encontrado el mayor potencial de carbono de café en altitudes menores a 1 300 m (Hernández et al., 2012; Paz et al., 2018). Terán et al. (2018) realizaron un estudio de café en Oaxaca con altitudes de 1 200 a 1 600 m, donde encontraron valores de 2.38 t C ha-1 y 8.71 t CO2 ha-1, estos valores son inferiores a la altitud de 1 200 m en esta investigación, caso contrario para la altitud de 1 500 m.
En un estudio realizado de café en Veracruz con altitudes por encima de 2 200 m, Valdés et al. (2022) encontraron valores de 8.88 t C ha-1 siendo este valor diferente a lo reportado en el presente estudio. Los resultados de las variables estimadas de Motozintla son similares a los resultados de Van et al. (2002); Jurado et al. (2019); Hernández et al. (2020) donde encontraron valores promedios de 3.5 t C ha-1 y 12.84 t CO2 ha-1. Asimismo, autores como Zavala et al. (2018) reportaron 8.42 t C ha-1 y 30.9 t CO2 ha-1 en café con altitudes menores a 1 500 m en Perú. El almacenamiento de carbono en las plantas de café depende principalmente de la altitud, pendiente del sitio, condiciones climáticas y prácticas de manejo, como son las podas (Darío, 2011; Hernández et al., 2012; Zavala et al., 2018).
Conclusiones
La concentración de carbono total en la biomasa aérea de café varió de 45. 45 a 49.11% en sus componentes, obteniendo un contenido de carbono promedio de 47.18%. El almacenamiento de carbono en los dos gradientes altitudinales presentó diferencias significativas, donde el mayor carbono registrado fue en altitudes de 1 200 m con un promedio de 10.72 t C ha-1. La altitud es una variable que influyó en el almacenamiento de carbono en los cafetales de la Sierra Madre de Chiapas.
