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Introducción
La milpa es un agroecosistema tradicional que provee alimentos básicos a las familias y promueve la seguridad alimentaria. En la actualidad el manejo de este sistema se ha modificado con la incorporación de fertilizantes y herbicidas, el productor tiene que invertir dinero en la compra de estos insumos, por lo que el sistema es menos rentable (Mascorro-de Loera et al. 2019, Rodríguez-Robayo et al. 2020). La aplicación de fertilizantes químicos en los cultivos resulta atractiva porque los productores observan un aumento en la producción a corto plazo (Rodríguez-Robayo et al. 2020). Pero no es una alternativa sostenible a largo plazo, ya que provoca el deterioro de la fertilidad del suelo e incrementa la demanda de insumos externos (Ebel et al. 2017). El uso de fertilizantes químicos en exceso causa efectos negativos en el balance de nutrientes del suelo, provoca la volatilización del Nitrógeno (N) y disminuye el almacenamiento de Carbono (C) como consecuencia de la acidificación del suelo, causado principalmente por la aplicación de fertilizantes nitrogenados (Qiu et al. 2016, Hammad et al. 2020). De igual forma, la aplicación de fertilizantes con N y fósforo (P), a largo plazo puede disminuir el contenido de micronutrientes como el zinc, manganeso y cobre en la capa superficial del suelo (Zhang et al. 2015).
Como alternativa a los sistemas de producción convencional se han desarrollado propuestas que incluyen el manejo de leguminosas como mejoradoras de la fertilidad del suelo, debido a que contribuyen a la fijación de N atmosférico, aumentan la disponibilidad de N, P, el contenido de carbono orgánico y humus (Stagnari et al. 2017, Meena et al. 2018). Al respecto, se ha reportado que las leguminosas de grano pueden incrementar el rendimiento de cereales un 29% en promedio y fijan hasta 120 kg ha-1 de N al año (Hasanuzzaman et al. 2019). De igual forma, se ha reportado que la materia orgánica (MO) de las leguminosas puede aumentar hasta en un 3.1% el contenido de carbono orgánico, la disponibilidad de P, el potasio (K) intercambiable y el N total del suelo (Abera y Gerkabo 2021).
Además de mejorar la fertilidad del suelo, especies como Vigna unguiculata, Vigna radiata y Phaseolus vulgaris proveen de granos comestibles con elevado valor nutricional que contribuyen a la alimentación familiar (Stagnari et al. 2017). El manejo de estas especies dentro de los policultivos como la milpa se ha realizado desde hace décadas, pero la agrodiversidad ha disminuido en los últimos años. El manejo de leguminosas mediante asociaciones y rotaciones de cultivos tiene beneficios socioecológicos y promueve sistemas de producción sostenibles a largo plazo (Hasanuzzaman et al. 2019, Rodríguez et al. 2020). Una estrategia de promoción es realizar investigación acción participativa para involucrar a los productores en los procesos de la investigación y así facilitar la revaloración y adopción de las propuestas. Por lo anterior, la presente investigación tuvo como objetivo determinar el efecto del cultivo de tres especies de leguminosas comestibles sobre la fertilidad del suelo de un agroecosistema en el municipio de Tahdziú, Yucatán, una localidad representativa del trópico subhúmedo dominada por suelo Luvisol.
Materiales y métodos
Sitio de estudio
El sitio de estudio se localiza en el municipio de Tahdziú en el sur de Yucatán, en las coordenadas 20° 13’ 52.8" LN 88° 56’ 39.6" LO, a 23 msnm (Figura 1). En una zona kárstica en un área donde predominan las rocas relativamente solubles (evaporitas y calizas) (Estrada-Medina et al. 2019). El clima es AW0, cálido subhúmedo con lluvias en verano (INEGI 2009).
Diseño experimental
El experimento se estableció en una superficie plana de 289 m2 con un sistema de riego por goteo. Fueron tres tratamientos representados por Vigna unguiculata, Vigna radiata y Phaseolus vulgaris, con tres repeticiones y bajo un diseño de bloques completos al azar. Cada tratamiento comprendió tres hileras de 5 m de largo, 0.3 m de ancho y 1.5 m de separación entre ellas (20 m2). La siembra se realizó manualmente el 19 de agosto del 2020. Se colocaron dos semillas por golpe a 30 cm de distancia entre plantas. En total, en cada unidad experimental se tuvieron 96 plantas y una densidad de 32 000 plantas ha-1.
El control de malezas se realizó de forma manual una vez por semana. Para evitar la presencia de plagas de insectos se aplicó un bioinsecticida de Neem (Azadirachta indica) (5%) a los 7 y 14 dds (días después de la siembra) y un caldo sulfocálcico (0.5%) a los 30 dds para evitar la presencia de hongos. Ambos se aplicaron de forma foliar con un aspersor. Para preparar el bioinsecticida de Neem se maceraron 250 g de sus hojas en 1 L de agua caliente y se dejó reposar por 24 h, después el concentrado se diluyó al 5% para su aplicación. Para el caldo sulfocálcico se diluyeron 250 g de azufre y 125 g de cal en 1 L de agua hirviendo, al enfriarse se tomó 100 mL del concentrado y se diluyó en 20 L de agua para su aplicación (Restrepo 2007, Peña et al. 2013).
Evaluación visual del suelo (EVS)
Se realizó de forma participativa con un productor de la zona el 9 de septiembre del 2020 en un punto intermedio de la parcela siguiendo la guía para EVS propuesta por Shepherd et al. (2008). Se le preguntó al productor acerca de los indicadores que toma en cuenta para determinar la calidad del suelo y el nivel de importancia que tiene cada uno. Los indicadores evaluados fueron: textura, estructura y consistencia, compactación, porosidad, costra superficial, cobertura vegetal, porosidad y presencia de lombrices. La EVS resultó de la suma de la calificación de todos los indicadores y se consideró pobre si la suma era menor a 11, moderada si era de 11 a 22 y buena si era mayor a 22 puntos. La importancia de cada indicador se analizó mediante un gráfico radial.
Toma de muestras de suelo y análisis de laboratorio
Dos días previo a la siembra se tomaron tres muestras compuestas de la parcela experimental para determinar las condiciones del suelo. Para tomar la muestra se eligieron cinco puntos, uno en cada vértice y en el centro de cada bloque. Se removió la hojarasca fresca, plantas y piedras de la superficie entre 1 a 3 cm de profundidad, en cada punto se tomó una submuestra de 100 a 200 g de suelo a una profundidad de 0 a 30 cm.
Posterior a la cosecha de los cultivos (113 dds) se tomó una muestra compuesta de suelo por cada tratamiento, las submuestras se tomaron en 5 puntos, una en cada vértice y en el centro de cada cuadrante sobre la línea de cultivo. Todas las muestras se secaron al sol durante un día y en una estufa a 70°C por tres días. Las muestras se pasaron por un tamiz de 2 mm y se almacenaron en bolsas de papel y bolsas herméticas etiquetadas hasta su uso.
Los análisis se realizaron por triplicado en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas y Agua de la Universidad Autónoma de Yucatán. Donde se determinó la textura por medio del método de Bouyoucos (Gee y Bauder 1986), el pH en agua relación 1:2 por el método del potenciométrico (Thomas 1996), la capacidad de intercambio catiónico (CIC) por el método de Acetato de Amonio pH7 (Summer y Miller 1996), la conductividad eléctrica relación 1:5 (CE) por el método del potenciómetro (Rhoades 1996), el sodio (Na) y potasio (K) por flamometría (Helmke y Sparks 1987), calcio (Ca) por flamometría (Suarez 1996), el nitrógeno (N) por el método de Kjeldahl (Bremner 1996), el fósforo (P) por el método de Olsen (Kuo 1996), el carbono (C) por el método de Walkley y Black (Nelson y Sommers 1987), la materia orgánica (MO) se calculó por medio de la relación: %MO = %C x 1.724 (Nelson y Sommers 1987), y la estabilidad de microagregados por el método semicuantitativo (Kemper y Rosenau 1986).
Resultados y discusión
Evaluación visual del suelo
De acuerdo con el productor, los indicadores más importantes para determinar la calidad del suelo son la compactación y la porosidad. De manera general el productor menciona que “es de buena calidad cuando está suave porque esto permite que crezcan las raíces” y “hay que dejar descansar la tierra para que los cultivos se desarrollen bien”. En la EVS los indicadores costra superficial, profundidad, estructura y consistencia presentaron buena calidad, mientras que la porosidad y la compactación fueron moderadas. La textura se calificó como moderadamente pobre, con presencia de lombrices y pobre cobertura vegetal (Figura 2). El nivel de importancia que el productor le asignó a cada indicador es resultado de la experiencia y de los conocimientos que le han transmitido sus antepasados. Al respecto, Bautista y Zink (2010) mencionan que los productores mayas consideran la posición en el relieve, el color, la proporción de gravas, rocas, la profundidad, el drenaje, la textura y la estructura para clasificar el suelo. Aunque, la compactación y la porosidad no son mencionadas, estas características se encuentran relacionadas con la textura y la estructura del suelo.
Figura 2 Indicadores visuales de la calidad del suelo de un agroecosistema localizado en Tahdziú, Yucatán.
El suelo tuvo poca presencia de materia orgánica (<30%) y nula presencia de lombrices por lo que los agregados fueron escasos y esto indica que hay riesgo de erosión (Osman 2013). Al respecto, se ha demostrado que la tasa de infiltración es influenciada por las lombrices de tierra, ya que sus madrigueras pueden reducir la erosión hasta un 50% (Blouin et al. 2013). El manejo intensivo de la parcela, la quema y el uso de herbicidas evita que la materia orgánica se mantenga, que se reincorporen parte de los nutrientes y que las lombrices permanezcan, lo que contribuye con la degradación de la fertilidad del suelo (Ramos-Oseguera et al. 2019).
Propiedades químicas del suelo
El suelo tiene textura arcillosa, con 53.9% de arcillas, 18.6% de limos y 27.42% de arenas. Mientras que la MO, C, N, K y micro-agregados estables no presentaron efectos entre tratamientos, pero sí se observaron diferencias significativas entre los tratamientos con respecto a las variables de pH, CE, CIC, P, Ca y Na (Tabla 1). El pH fue significativamente menor en el tratamiento con V. unguiculata que con P. vulgaris. La conductividad eléctrica disminuyó con los tratamientos de V. radiata y P. vulgaris, mientras que en el tratamiento con V. unguiculata aumentó. La capacidad de intercambio catiónico disminuyó después de los tratamientos con V. radiata y P. vulgaris. El contenido de fósforo aumentó significativamente (p < 0.05) después del tratamiento con V. unguiculata y disminuyó después de los tratamientos con V. radiata y P. vulgaris. El contenido de calcio disminuyó después de los tratamientos con leguminosas y entre tratamientos fue mayor con P. vulgaris que con V. radiata y V. unguiculata. El contenido de sodio presentó diferencias entre tratamientos siendo el de P. vulgaris mayor que el de V. radiata. Sólo se observó efectos de tratamiento en los valores de CIC y Ca, los cuales disminuyeron después del cultivo con las leguminosas, esto sugiere que la fertilidad del suelo es baja. Al respecto, Estrada-Medina et al. (2013), reportan valores de 36.5 a 25.5 cmol kg-1 para los horizontes A1 y A2, respectivamente, para suelo tipo Luvisol.
Tabla 1 Medias (g) de las propiedades químicas del suelo de un agroecosistema localizado en Tahdziú, Yucatán.
| Tratamientos | pH | CE (dS/m) | MO (%) | CIC (cmol (+)/ kg) | Micro-agregados Estables (%) | C (%) | N total (%) | P (mg /kg) | K (cmol (+)/ kg) | Ca (cmol (+)/ kg) | Na (cmol (+)/ kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Presiembra | 7.29ab | 0.082ab | 6.07a | 9.88a | 54.31a | 3.53a | 0.30a | 2.77b | 0.14a | 6.73a | 0.010a |
| (0.16) | (0.008) | (0.75) | (0.26) | (0.44) | (0.43) | (0.13) | (2.25) | (0.03) | (0.09) | (0.003) | |
| Vigna radiata | 7.19ab | 0.070b | 4.95a | 8.43b | 58.77a | 2.97a | 0.27a | 1.15b | 0.09a | 4.88c | 0.010a |
| (0.04) | (0.004) | (0.30) | (0.37) | (9.33) | (0.01) | (0.03) | (0.17) | (0.004) | (0.14) | (0) | |
| Vigna unguiculata | 6.92b | 0.095a | 5.20a | 9.14ab | 52.23a | 3.02a | 0.32a | 10.56a | 0.07a | 5.05c | 0.010a |
| (0.04) | (0.006) | (0.17) | (0.38) | (1.61) | (0.09) | (0.09) | (0.28) | (0.002) | (0.08) | (0.004) | |
| Phaseolus vulgaris | 7.51a | 0.067b | 5.38a | 8.43b | 56.20a | 3.02a | 0.22a | 0.53b | 0.07a | 5.80b | 0.003b |
| (0.28) | (0.004) | (0.25) | (0.24) | (2.99) | (0.31) | (0.05) | (0.14) | (0.06) | (0.36) | (0.002) |
Valores con letra diferente en la misma columna presentan diferencias significativas en la prueba de Tukey (α = 0.05). Números entre paréntesis corresponden a la desviación estándar (g).
La mayoría de los macronutrientes disminuyeron su concentración al término del ciclo de los cultivos, posiblemente resultado de la adsorción de nutrientes por las leguminosas. Al respecto, se han reportado efectos positivos en la condición del suelo a mediano y largo plazo con la incorporación de residuos de leguminosas como el aumento de la disponibilidad de N y P, así como el contenido de carbono orgánico y humus, entre otros (Stagnari et al. 2017, Meena et al. 2018, Abera y Gerkabo 2021). Lo anterior, debido a que las leguminosas fijan menos N cuando su disponibilidad es alta, ya que tienen la capacidad de regular su fijación de N dependiendo de las condiciones del suelo (Menge et al. 2009, Hasanuzzaman et al. 2019). Esta habilidad pudo ser la causa de que no se observaran diferencias significativas en el contenido de N entre la pre-siembra y después del cultivo de leguminosas. El contenido de carbono encontrado es considerado como muy bajo de acuerdo con Delgado-Carranza et al. (2017) quienes sugieren que valores de 1 al 5% de C orgánico son muy bajos para zonas de Karst en Yucatán. El aumento del contenido de P en el suelo después del tratamiento con Vigna unguiculata coincide con Dahmardeh y colaboradores (2010) quienes obtuvieron un aumento en la disponibilidad de P después de cultivos intercalados de Vigna unguiculata y Zea mays.
La calidad del suelo fue moderada tanto por la evaluación visual como por el análisis químico realizado. La EVS es una herramienta que puede utilizarse para realizar evaluaciones rápidas sobre la calidad de los suelos, pero no sustituye a los análisis de laboratorio. Se observó disminución en el contenido de la mayoría de los nutrientes después de los tratamientos, a excepción del tratamiento con V. unguiculata donde se registró un aumento en el contenido de P. Es recomendable considerar la incorporación de la biomasa de las leguminosas para conocer su efecto sobre la fertilidad del suelo al descomponerse.
