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Introducción
Anualmente se pierde la capacidad productiva de 10 millones de hectáreas de tierras de uso agropecuario debido a la degradación de los suelos por una serie de factores causales de tipo natural y antrópico1,2. La erosión hídrica es una de las principales causas de la degradación de los suelos en zonas áridas, donde la lluvia tiene un carácter errático y torrencial, lo que produce altos volúmenes de escurrimiento hídrico en corto tiempo con fuerte impacto erosivo3. Entre las propiedades del suelo que determinan la erosión hídrica son las relacionadas a la infiltración y la estabilidad de los sedimentos, tales como la textura, contenido de materia orgánica y tipo de agregados de las partículas4.
La cobertura vegetal sobre el suelo reduce el desprendimiento de partículas al interceptar las gotas de lluvia y disminuir su energía erosiva. La vegetación y los residuos vegetales superficiales reducen la velocidad del flujo de agua sobre el suelo y promueve la decantación de sedimentos5. El impacto es mayor en estas regiones por falta de una adecuada cobertura vegetal, bajo contenido de materia orgánica y la baja capacidad de retención de humedad en el suelo, entre otros factores6. Para mitigar la degradación del suelo, se realizan prácticas agronómicas, según el tipo de sistema de producción agropecuario y condiciones específicas de cada región7,8.
El levantamiento de bordos en curvas a nivel, construcción de mampostería que disminuya la velocidad del agua de lluvia, sistemas de captación de agua de lluvia in situ a base de microcuencas, la resiembra de pastos nativos con métodos de labranza convencional, establecimiento de diferentes especies de plantas nativas o introducidas de potencial forrajero y uso de diferentes tipos de retenedores de la humedad del suelo9, son algunas de las tecnologías que se aplican para mitigar el problema de la erosión. La mayor parte de estas técnicas están dirigidas a la retención de la humedad en el suelo ante las altas tasas de evaporación potencial, la cual llega a ser hasta diez veces mayor que la precipitación en zonas semiáridas.
Los sistemas de producción ganaderos en zonas semiáridas son vulnerables debido la recurrencia de sequías, la presencia de suelos con baja cobertura vegetal y escaso contenido de materia orgánica, lo cual genera un proceso de degradación de los recursos naturales que repercute en un bajo potencial productivo10. Adicionalmente, el sobrepastoreo es uno de los problemas más recurrentes que incrementa el problema de la productividad en áreas de agostadero con precipitación deficiente11. Lo anterior, hace necesario fortalecer las líneas de investigación y generación de estrategias para mejorar el uso y manejo de los recursos agua, suelo, planta, animal en zonas ganaderas a base de vegetación nativa de ramoneo y presencia regular de pastizal, lo cual permita promover una mayor sustentabilidad desde el punto de vista productivo, económico, social y ambiental12.
Un factor que mejora las condiciones físicas edáficas para incrementar y conservar la humedad después de las lluvias es el uso de cobertura en el suelo13. Si el uso de cobertura vegetal se complementa con la resiembra de pastos nativos de la región, existe una mayor posibilidad de mitigación de la degradación de los suelos de agostadero.
El pasto buffel (Cenchrus ciliaris L.) es una especie introducida en México que ha mostrado adaptación a condiciones críticas de tipo ambiental en zonas semiáridas, las cuales sustentan en gran medida, su economía en la ganadería extensiva de agostadero13,14. Aun cuando esta especie de pasto tiene un alto potencial de adaptación y desarrollo en suelos degradados de zonas semiáridas9,15, el establecimiento de esta especie forrajera en condiciones ambientales marginales requiere de un manejo adecuado de los recursos naturales, que garantice su germinación, crecimiento y productividad acorde a su potencial de desarrollo16,17. Desde esta perspectiva, las coberturas vegetales en el suelo y otros retenedores de humedad edáfica, entre otras prácticas, están probando ser una estrategia eficaz en el desarrollo sustentable de áreas ganaderas a base de pastizal en suelos degradados de zonas áridas6,18,19.
El objetivo de este estudio fue evaluar el uso de residuos de cosecha de maíz como cobertura vegetal y su impacto en el contenido de humedad del suelo y el establecimiento, desarrollo y productividad del pasto buffel (Cenchrus ciliaris L.) en suelos degradados de zonas áridas en el norte de México.
Material y métodos
Ubicación geográfica
El estudio se llevó a cabo en un área con vegetación de matorral micrófilo y rosetófilo y pequeñas áreas de pastizal en el Municipio de Mapimí al norte del Estado de Durango, México. El área se ubica a 25° 52’ 23.65" N y 103° 43’ 41.74" O y a una altitud de 1,176 m, con un registro de precipitación promedio anual de 304 mm, temperatura máxima de 44 °C y mínima de 10.2 °C20.
Descripción del sitio experimental
Según análisis físico químico de suelos, el sitio experimental presenta un suelo franco arenoso con un porcentaje de 56, 28 y 16 de arena, limo y arcilla respectivamente, con un punto de marchitez permanente (PMP) de 9.6 % y una capacidad de campo (CC) de 19.7 %. Son suelos pobres en macro y microelementos, aunque con buenos niveles de Potasio (68.4 mg·Kg-1) y Calcio (33.7 meq·L-1), esto último hace que corresponda a suelos alcalinos con un pH de 8.3 y una pendiente del 1 % (Figura 1)21.
Diseño experimental y de tratamientos
Se usó un diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones y cuatro tratamientos: siembra de 10 kg ha-1 con semilla de pasto buffel (Ps); sin siembra de pasto y solo aplicación de 10 t ha-1 de rastrojo de maíz como cobertura vegetal sobre el suelo (Cv); la combinación de los tratamientos Ps + Cv: más el testigo (sin siembra de pasto, ni aplicación de cobertura vegetal). Cada unidad experimental tuvo una dimensión de 5x5 m.
El estudio se llevó a cabo en el verano-otoño de 2017, para lo cual se realizó preparación del suelo del área experimental mediante uso de rastrillo a una profundidad de 5 cm. En los tratamientos de siembra del pasto, ésta fue al voleo, procurando que la semilla quedara distribuida de manera homogénea sobre el suelo, para posteriormente, cubrirla con una ligera capa del mismo suelo mediante un segundo paso de rastrillo, de tal manera que la semilla no quedara expuesta al arrastre por el viento. En los tratamientos donde se utilizó el rastrojo de maíz seco como cobertura, se realizó inmediatamente posterior a la siembra en los tratamientos correspondientes. El experimento se estableció en suelo seco y los tratamientos se expusieron a la primera lluvia, la cual ocurrió en el mes de julio con un volumen de precipitación de 64.8 mm, lo que permitió la germinación de la semilla del pasto. La precipitación pluvial ocurrida en el área de influencia experimental, durante el período de estudio, se midió mediante una estación microclimática marca La Crosse Technology®, Modelo Heavy Weather Pro WS 2800 (USA).
Variables medidas
El contenido de humedad del suelo (%) se cuantificó mediante uso de tensiómetro digital Soil Tester® Modelo HB-2 (Ontario, Canadá); en tanto que las variables de la planta como el número de plantas de pasto m-2, se midió con cuadrante de 20x20 cm contabilizando el número de plantas dentro del cuadrante; altura del pasto (cm); cobertura del pasto (%) estimada en un m2 con uso de cuadrante de 20x20 cm y uso de escala de 0 a 100 para estimar el % de cobertura del suelo por el pasto por unidad de superficie. Todas estas variables se midieron en seis diferentes fechas: 36, 52, 67, 87, 107 y 127 días después de la siembra del pasto (DDSP) y se tomaron tres mediciones como unidad de muestreo por tratamiento en cada fecha de evaluación.
Las variables fisiológicas del pasto correspondieron a: índice de clorofila, medida con uso de determinador de clorofila marca Spectrum Technologies Inc. Fieldscout CM 1000; fotosíntesis (µmol CO2 m-2 s-1); conductancia estomática; transpiración (mmol H2O m-2 s-1), medidas estas tres últimas con analizador de flujo de gases por rayos infrarrojos, modelo LI-6400XT (LI-COR®, Inc. Lincoln, Nebraska, USA); eficiencia en el uso del agua, producto del cociente entre la cantidad de CO2 asimilado y la cantidad de agua transpirada por la planta. Estas variables fueron medidas una sola vez a los 107 DDSP, para lo cual se tomaron tres plantas por unidad experimental. Al final del experimento (127 DDSP), se obtuvo la biomasa seca producida del pasto (g m-2), mediante corte y secado a peso constante de toda la planta, excepto la raíz.
Resultados y discusión
De acuerdo con los registros de precipitación en el área de estudio, el año 2017 registró una precipitación de 277.4 mm, que fue ligeramente inferior a la media anual, la cual fue de 304 mm. El período julio-septiembre fue el de mayor precipitación, con un total de 165.5 mm, que representa el 59.6 % del total en el año (Figura 2). Bajo estas condiciones pluviométricas, el pasto buffel prosperó adecuadamente, ya que el rango de lluvia óptimo en verano que se ha reportado para su crecimiento es de 150 a 550 mm22, lo cual coincide con lo reportado en el sitio de estudio. Martin et al23 reportaron que, para un periodo de tres años, la actividad de crecimiento de esta especie se observó 15 días posteriores a una precipitación igual o superior a 20 mm; condición que ocurrió en los meses de julio y septiembre en el presente estudio. En pastizales áridos del sur de Nuevo México, se encontró que lluvias de < 20 mm en un día, no contribuyen a humedecer adecuadamente la parte superior del suelo en 0.1 m24.
Figura 2 Comportamiento de la precipitación pluvial ocurrida durante el año de 2017 en el área de estudio. Mapimí, Durango, México
Contenido de humedad del suelo, crecimiento y desarrollo del pasto
El contenido promedio de humedad del suelo fue superior significativamente (P≤0.05) en el tratamiento siembra de pasto + cobertura del suelo con residuos de cosecha de maíz (Sp + Cv) respecto del testigo, con valores de 13.8 vs 10.6 %, respectivamente, sin diferencia estadística del primero (Sp + Cv), respecto de los otros dos tipos de cobertura por separado (Sp y Cv) (Cuadro 1).
Cuadro 1 Efecto en suelo en el crecimiento y desarrollo de pasto buffel (Cenchrus ciliaris L) con y sin uso de cobertura vegetal a base de residuos de cosecha de maíz en suelo
| Tratamientos | Humedad en suelo (%) |
Número de plantas m-2 |
Cobertura del pasto (%) |
Altura de planta (cm) |
|---|---|---|---|---|
| Testigo* | 10.6b | 172.8b | 12.65c | 17.1bc |
| Sp | 12.2a | 358.0ab | 7.11c | 6.5c |
| Cv | 13.0ab | 481.5ab | 25.68b | 22.3ab |
| Sp + Cv | 13.8a | 518.5a | 51.23a | 31.8a |
*Sin siembra de pasto ni aplicación de cobertura vegetal en el suelo, solo el pasto nacido en forma natural. Sp= Siembra de 10 Kg ha-1 de semilla de pasto buffel sin aplicación de residuos de cosecha de maíz en el suelo. Cv= Aplicación de 10 t ha-1 de residuos de cosecha de maíz como cobertura vegetal sobre el suelo. Sp + Cv= Combinación de los dos últimos tratamientos antes citados.
ab Cifras con las mismas letras dentro de una misma columna, son iguales (P≤0.05).
Producto de esta condición de disponibilidad hídrica en el tratamiento Sp + Cv, el número de plantas de pasto m-2, cobertura del pasto, índice de clorofila y altura de planta de pasto, fueron significativamente mayores (P≤0.05) con valores de 518.5 plantas m-2, 51.23 %, 162 y 31.8 cm, respectivamente; el testigo registró los valores más bajos en estas variables, sin diferencia estadística de este último con el tratamiento Sp. No hubo una respuesta consistente en los tratamientos Sp y Cv al aplicarse por separado, ya que fluctúan entre valores estadísticamente similares al tratamiento Sp + Cv y el testigo (Cuadro 1).
Los anteriores resultados son coincidentes con lo reportado por Cruz-Martínez et al9, quienes encontraron que el pasto buffel, mejora el crecimiento, contenido de clorofila y cobertura del pasto en el suelo, cuando se aplicó hidrogel a diferentes dosis como retenedores de humedad en el suelo. Alcalá25, indica que el desarrollo del pasto buffel, depende en buena medida de la cantidad de agua retenida en el suelo. Por otra parte, se ha reportado que las prácticas de conservación de humedad en el suelo en sitios de agostadero, incrementa la infiltración hídrica y por lo tanto la productividad vegetal26. En contraste, la degradación física del suelo afecta negativamente el crecimiento y rendimiento de los cultivos agrícolas, como consecuencia de limitada profundidad de raíz, baja reserva de humedad en suelo y bajo contenido de nutrientes disponibles, lo cual afecta negativamente el contenido de carbono orgánico, nitrógeno, fósforo y potasio y pH en el suelo27.
Indicadores fisiológicos y productividad de biomasa del pasto
El tratamiento Sp + Cv, destacó por su mayor índice de clorofila con respecto al testigo, lo que se reflejaría en una adecuada actividad fotosintética28. Pezeshki29 y Carter y Knnap30, identificaron que una degradación de clorofila por cualquier factor de estrés repercute en la reducción de la capacidad fotosintética de la hoja, pues limita el proceso fotoquímico en la absorción de la radiación.
El contenido de clorofila y la producción de biomasa fueron significativamente mayores (P≤ 0.05) en el tratamiento donde se combinó la siembra 10 kg ha-1 de pasto y aplicación de 10 t ha-1 de residuos de cosecha de maíz como cobertura del suelo (Sp + Cv), respecto del resto de los tratamientos, con valores de 162.0 y 167.8 g m-2, respectivamente, en comparación con el testigo que registró valores de 18.9 µmol m-2s-1, 105.7 y 54.4 g m-2. Lo anterior, representa un incremento del 12.1, 53.2 y 208.4 % de incremento entre estas variables, respectivamente, lo cual sugiere que la siembra del pasto requiere ser complementada con la incorporación de una cobertura en el suelo, que en este estudio fue los residuos de cosecha de maíz o bien algún otro tipo de retenedor de la humedad edáfica, como lo reportaron diferentes autores12,17,28. La conductancia estomática, transpiración y la eficiencia en el uso del agua, no fueron afectadas por los tratamientos aplicados en este estudio (Cuadro 2).
Cuadro 2 Indicadores fisiológicos y productividad de biomasa de pasto buffel (Cenchrus ciliaris L) en diferentes tratamientos de siembra de pasto y uso de residuos de cosecha de maíz como cobertura vegetal en el suelo
| Tratam. | Fotosíntesis (µmol m-2s-1) |
Conductancia estomática |
Transpiración (mmol H2O2 m-2s-1) |
EUA | Índice de clorofila |
Materia seca (g m-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Testigo* | 18.9ab | 0.156ª | 2.75a | 6.9a | 105.7b | 54.4c |
| Sp | 14.1b | 0.111a | 2.16a | 7.1a | 75.1c | 53.3c |
| Cv | 20.1ab | 0.176a | 2.95a | 7.0a | 146.4a | 102.7b |
| Sp + Cv | 21.2a | 0.138a | 2.53a | 8.4a | 162.0a | 167.8a |
Tratam.= Tratamientos. EUA= Eficiencia en el uso del agua. *Sin siembra de pasto ni aplicación de cobertura vegetal en el suelo, solo el pasto nacido en forma natural. Sp= Siembra de 10 Kg ha-1 de semilla de pasto buffel sin aplicación de residuos de cosecha de maíz en el suelo. Cv= Aplicación de 10 t ha-1 de residuos de cosecha de maíz como cobertura vegetal sobre el suelo. Sp + Cv= Combinación de los dos últimos tratamientos antes citados.
abc Cifras con las mismas letras dentro de una misma columna, son iguales (P≤0.05).
En una proyección de la producción de biomasa seca en g m-2, se tiene que el rendimiento por hectárea es equivalente a 1.6 t ha-1 en el mejor tratamiento (Sp + Cv), con respecto al testigo que produjo 0.54 t ha-1, 208.4 % más del primero, con respecto del segundo y un promedio general de 0.89 t ha-1 entre todos los tratamientos. Por lo anterior, esta tecnología en términos de productividad también es de perspectiva, debido a la baja bioproductividad de estas áreas.
Los resultados de los Cuadros 1 y 2, muestran que a una menor humedad en el suelo correspondió una disminución significativa (P≤0.05) de la actividad fotosintética, al menos en el tratamiento Sp + Cv, con respecto del testigo. Lo anterior, coincide con lo reportado por Tezara et al31, quienes indican que la presencia de humedad en el suelo favorece la fotosíntesis de la planta, en tanto que el déficit hídrico la disminuye. Con respecto al resultado positivo del índice de clorofila en función de un mayor contenido de humedad en el suelo, es contrario a lo reportado por Meléndez et al32 y Trujillo et al33, quienes observaron que el contenido de clorofila aumenta en suelos con bajos gradientes de humedad y disminuye en suelos con altos gradientes de humedad en suelo. En cambio, Aguilar y Peña34, en un estudio realizado en Opuntia ficus-indica, reportaron que las plantas bajo sequía redujeron significativamente la concentración de clorofila, lo cual es congruente con lo encontrado en este estudio. Los anteriores resultados contrastantes de respuesta al estrés hídrico en el contenido de clorofila podrían estar relacionado a la naturaleza genética de los materiales vegetales utilizados, como el nopal, y las propias condiciones ecológicas en que fueron realizados los diferentes estudios35. Adicionalmente, Cabrera36 señala que la actividad fisiológica como la fotosíntesis, conductancia y transpiración del pasto buffel, dependen de las fluctuaciones del estado del tiempo propias de cada año.
Conclusiones e implicaciones
El uso de cobertura vegetal con residuos de cosecha de maíz en combinación con siembra de pasto (Cenchrus ciliaris L.), fue el tratamiento de mejor efecto en el contenido de humedad del suelo, lo cual favoreció el crecimiento y desarrollo de la planta de pasto, con un mejor número de plantas por unidad de superficie, una mayor cobertura vegetal, mayor índice de clorofila y una mayor producción de materia seca. No obstante, estos mismos tratamientos, pero aplicados por separado, mostraron un comportamiento inconsistente, con respuesta similar a la de la combinación de ambas prácticas, pero ésta diferenciada de la respuesta del testigo. La fisiología de la planta de pasto en términos de fotosíntesis, conductancia estomática, transpiración y uso eficiente del agua, no mostraron efecto por las prácticas de cobertura vegetal probadas en este estudio.
