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INTRODUCCIÓN
El incremento de la concentración de CO2 atmosférico y la contribución de éste sobre el calentamiento global, es hoy en día una de las preocupaciones más importantes para la humanidad (IPCC, 2007). La acumulación de carbono del suelo (CS) es un proceso importante para mitigar el efecto del cambio climático, ya que la superficie terrestre, además de ser un sumidero, es un reservorio de carbono estabilizado (Etchevers et al., 2006). Sin embargo, cuando hay cambio de uso, este mismo sumidero puede transformarse en una fuente. En México, los aspectos del ciclo del carbono más estudiados están asociados principalmente a la biomasa aérea, pero poco se conoce sobre la dinámica de acumulación del CS (Luis-Mejía et al., 2007). El incremento del CO2 en la atmósfera es atribuido en gran parte a las actividades humanas; la manipulación del suelo que el hombre realiza provoca impactos negativos en la productividad de los ecosistemas y la calidad ambiental, por su manejo debe ir acompañado de medidas de conservación que eviten su degradación. En este contexto, Geissen y Morales (2006) señalaron que en México no se han desarrollado suficientes investigaciones acerca de la influencia de las diferentes formas de uso del suelo sobre la fertilidad del mismo. Según Neill et al. (1998), después de los cambios en el uso del suelo sobrevienen una serie de modificaciones de algunas características físicas y químicas que afectan la fertilidad de este sustrato y causan problemas, tales como erosión o compactación del suelo. En condiciones tropicales el contenido de materia orgánica aumenta (Moraes et al., 1998) o disminuye (Trumbore et al., 1995) como consecuencia del efecto de la conversión de bosque a pastizal. Según Thiessen et al. (2003) el CS disminuye después de la deforestación, aunque eso depende del tipo de suelo. Smith (2008) enfatizó en la necesidad de conservar el CS dentro de un plan de manejo sustentable, ya que dicha pérdida incide negativamente en la fertilidad del suelo. Según Vergara-Sánchez et al. (2005) para planear el manejo y uso del suelo es necesario primero definir la fertilidad del suelo; estos autores proponen basarla en la disponibilidad de nutrimentos y contenidos de elementos potencialmente tóxicos. Sin embargo, según Sánchez et al. (2003), el concepto de calidad de suelos fue desarrollado para zonas de climas templados y no pueden ser aplicable directamente a condiciones tropicales. El uso del suelo influye sobre las propiedades químicas, físicas y biológicas, el estado de su fertilidad y la disminución de su capacidad de almacenamiento de CS (Palm et al., 2007). Por la importancia del suelo como reservorio del CS y para la producción de alimentos, se condujo el presente trabajo con los objetivos de cuantificar el CS en suelos con diferentes sistemas de uso, e identificar variables y factores que influyen en su almacenamiento en un ambiente tropical.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de Estudio
El trabajo se realizó en el distrito de temporal tecnificado 002 Zanapa-Tonalá sobre una superficie aproximada de 124 000 ha, ubicadas en la parte sur del estado de Tabasco (17° 49’ 33” N; 93° 18’ 15” O). De acuerdo a la clasificación de clima de Köppen, modificada por García (1973), dentro del ámbito geográfico se identifican dos climas: cálido húmedo con lluvias todo el año con un porcentaje de lluvia invernal menor al 18% (Af(m)) en el sur del distrito y, el cálido húmedo con abundantes lluvias en verano con un porcentaje de lluvia mayor al 10% (Am(f)) en el norte del mismo. La fisiografía en la parte norte del distrito se caracteriza por un escaso relieve, con altitudes de 100 m, cortadas por amplios valles resultado de la acumulación de grandes depósitos fluviales. La edad de esta zona data del Pleistoceno, en la era cuaternaria. Esta fisiografía fue formando suelos cuando una mezcla de materiales arrastrados por los procesos erosivos, se fue intemperizando para dar origen a suelos con altos contenidos de arena y ricos en hierro y aluminio (Palma et al., 2007). La parte sur, se encuentra en lo que se conoce como la planicie costera del Golfo de México, fisiográficamente constituye una extensa área plana de origen aluvial, principalmente con sedimentos profundos del cuaternario reciente. Los sedimentos fueron acarreados por numerosos ríos y arroyos que surcan la zona a partir del intemperismo de las rocas de la sierra de Chiapas y de la erosión de la zona de lomeríos. Estos materiales mezclados de diferentes minerales finalmente fueron depositados por continuas avenidas, constituyendo grandes extensiones de tierra (Palma et al., 2007).
Generación de Mapa Paramétrico de Suelos y su Uso
Con apoyo del programa Arc Gis 9.2, se realizó una clasificación supervisada de imágenes Spot del área de estudio (escena completa 1069 km2) del año 2008, con el fin de identificar los diferentes usos del suelo. En dicho mapa se realizó una sobreposición del mapa de clasificación de suelo presentado por Palma-López et al. (2007). La sistematización de los suelos fue actualizada e integrada de acuerdo a la Base Referencial Mundial del Recurso Suelo referida como la WRB (IUSS, 2006), con la finalidad de obtener un mapa paramétrico en el que los diferentes polígonos representaron sitios potenciales de muestreo.
Muestreos
A partir de los mapas de uso y clasificación de suelos que se generaron en la etapa anterior, se seleccionaron sitios de muestreos cubriendo todas las combinaciones potenciales entre los dos factores (uso y clases de suelos). Basados en esa información, se seleccionaron 66 sitios excluyendo los usos y subunidades de suelo menos representativas. Cada sitio fue ubicado y posicionado en campo mediante un GPS marca Garmin usando el datum WGS 84, y muestreado a dos profundidades (0-15 cm y 15-30 cm) para determinar propiedades químicas y físicas.
Variables de Estudio
Se determinó el porcentaje de arcillas mediante análisis mecánicos (Bouyoucos, 1927), pH (relación suelo: agua 1:2), C (Walkley y Black, 1934) y a partir de la multiplicación del C por 1.724 se calculó el contenido de MS. Los análisis estadísticos incluyeron análisis de varianza y de correlaciones mediante el programa estadístico SAS para Windows versión 8.0 (SAS Institute, 1999).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Uso Actual del Suelo
En el mapa temático que se obtuvo de la digitalización de las imágenes satelitales se observó que existen los siguientes usos de suelo: acahual, arroz, cacao, caña de azúcar, cítricos, eucalipto, piña, pastizal, sistemas popal-tular, cuerpos de agua y zonas urbanas (Figura 1).
Los usos identificados con actividad agropecuaria en el área son: arroz, cacao, caña de azúcar, cítricos, eucalipto, piña y pastizales. La lista con los porcentajes de distribución de los usos de suelo identificados se presenta en el Cuadro 1; los usos con mayor frecuencia son: el pastizal (63.6%), eucalipto (11.7%) y acahual (11.2%), mientras que los usos de menor distribución fueron: arroz (0.3%), caña de azúcar (0.3%) y piña (0.2%). Se observó una amplia distribución del pastizal reflejo de la intensa deforestación que ha sufrido el país en esta región en las últimas décadas, provocada por cambios drásticos en el uso de la tierra. Según Palma y Triano (2007), en el estado de Tabasco el 49% de la superficie estatal era ocupada por selva baja y acahuales en 1940, y el 21% era destinado a pastizales, para el año 2002 el 42% eran áreas dedicadas a la ganadería y, sólo el 14.6% del área era vegetación primaria y secundaria.
Clases de suelos
Acorde a la clasificación en el área de estudio se identificaron 12 subunidades de suelo (Figura 2); las cinco subunidades principales fueron: los Vertisoles éutricos (VReu) con un 26.1%, los Plintosoles dístricos (PTdy) ocuparon un 18.8%, los Acrisoles plínticos (ACpl) ocuparon un 16.8%, los Acrisoles húmicos (AChu) el 15.9% y, los Acrisoles gléyicos (ACgl) cubren el 7.6%.
En menor superficie también se identificaron Fluvisoles éutricos, Gleysoles éutricos, Acrisoles férricos, Cambisoles vérticos, Gleysoles mólicos, Histosoles fíbricos, Cambisoles éutricos y Cuerpos de agua (Cuadro 2).
Distribución de los Sistemas de Uso de Suelo en las Subunidades de Suelo Identificadas
El pastizal es el uso que tuvo presencia en todas las subunidades de suelo identificadas, aunque su frecuencia fue mayor en los VReu y en los PTdy donde hubo mayor frecuencia (Cuadro 3). La amplia distribución del pastizal en la mayor parte del distrito se debió a la disponibilidad de pastos que se adaptan a las características físicas y químicas del suelo. En PTdy y ACpl, ubicados en la parte sur del distrito, el pasto predominante fue Brachiaria humidicola, mientras que en la parte norte del área de estudio, donde predominan los VReu, el pasto más usual fue Cynodon plectostachyus. Geissen y Morales (2006) observaron que el uso de Cynodon plectostachyus o sucesiones forestales en suelos AChu incrementaba la fertilidad del suelo en comparación con Brachiaria decumbens, por lo que concluyeron que el primero en monocultivo o en combinación con sucesiones forestales, es adecuado para un uso sustentable en este tipo de suelos. De igual manera, la piña, los cítricos y el eucalipto, que son cultivos que presentan mayor tolerancia a condiciones de acidez típicas de ACpl y PTdy, se restringieron exclusivamente a dichas subunidades. El eucalipto fue observado exclusivamente en los PTdy, la piña en ACpl y PTdy, mientras que los cítricos en los ACgl, AChu, ACpl y PTdy. El arroz y la caña de azúcar requieren de un abundante suministro de agua durante todo el ciclo agrícola, por lo que los suelos de texturas gruesas se ven limitados para el uso en estos dos cultivos debido a su alta permeabilidad. En el área de estudio el arroz es un cultivo estacional que se restringe a los VReu aunque su distribución es de sólo 0.3%, mientras que la caña de azúcar se observó en los ACgl, VReu y PTdy. El cacao se encuentra establecido en los VReu y ACgl debido a que son suelos de texturas arcillosas que permiten una mejor conservación de la humedad, sobre todo cuando se observa una sequía interestival en el área de estudio.
Variables Físicas y Químicas
Todos los sistemas de usos, que se estudiaron, registraron diferencias estadísticamente significativas en el contenido de arcillas, pH, MO y contenido de C, tanto en la profundidad de 0-15 cm como en la profundidad 15-30 cm (Cuadro 4). La acidez y la MO son los parámetros químicos que muestran una influencia directa importante en la biota del suelo y en el proceso de descomposición (Geissen y Morales, 2006). La actividad humana es una de las principales causas de degradación química, física y biológica de los suelos, ya que supone tanto una disminución en la productividad, como cambios en la funciones ecológicas del suelo; tal es el caso de la MO, la cual tiene una clara afectación de su dinámica de acuerdo al uso del suelo (Trasar-Cepeda et al., 2008).
Cuadro 4. Indicadores físicos y químicos de los suelos bajo diferentes sistemas de uso (los valores corresponden a las medias ± desviaciones estándar).
† Las medias con letras diferentes son estadísticamente diferentes (Tukey P ≤ 0.05). n = número de observaciones; MOS = materia orgánica del suelo; C = carbono.
En esta investigación los niveles de acidez variaron desde 4 hasta 5.9, los cultivos que toleran mayormente la acidez como es el caso de piña, cítricos y eucalipto se encontraron establecidos en suelos cuyas características químicas nativas por su origen genético tienen niveles de pH inferiores a 4.5, texturas gruesas y mayor porcentaje de CS, mientras que los suelos con pH superior a 4.9, con mayor porcentaje de arcilla y menor porcentaje de CS tenían establecido cultivos como cacao, caña de azúcar, arroz y pastos (Cuadro 4). En la profundidad de 0-15 cm, la MO varió de 5.0 a 12.3% y el CS de 30 a 71 g kg-1, en la profundidad de 15-30 cm la variación de la MO fue de 3.1 a 9.4% y el CS de 18 a 54 g kg-1. La cantidad de residuos orgánicos aportados por los sistemas, tuvo una afectación positiva sobre la cantidad de MO y de CS en el perfil, contrario a lo reportado por Delgado et al. (2006), quienes indican sucede sólo en la fracción del horizonte A y B. La piña aunque es un cultivo que no aporta hojarasca a diferencia de las plantaciones perennes, se renueva después de la cosecha (dos años después de la siembra), lo que provoca que los residuos postcosechas se integren al suelo y estos residuos se acumulen. Sin embargo, este tipo de materia orgánica es de lenta degradación (Alvarado et al., 2005).
El porcentaje de arcillas condiciona la tasa de infiltración y la retención de humedad en los suelos; por tal razón, cultivos exigentes en el suministro de agua como es el caso del arroz, se tienen que establecer en suelos poco permeables como los VReu, particularmente aquellos ubicados en las zonas bajas. Esa es la razón por la que no obstante que el ciclaje de MO proveniente del este cultivo es menor que el registrado en los cacaotales o caña de azúcar, el aporte de MO que se deposita durante las inundaciones recurrentes en estos suelos, se manifiesta en mayores contenidos de MO con relación a otros suelos de sistemas de usos diferentes como los citados anteriormente. En consecuencia, los arrozales registran en la capa de 0-15 cm, contenidos de CS de 38 g kg-1 superior a los registrados en otros sistemas de uso también establecidos sobre VReu. Palma et al. (2007) puntualizaron que en el estado de Tabasco los PTdy anteriormente fueron utilizados para el cultivo de arroz y, estos se dejaron de usar para ese cultivo debido a su baja permeabilidad.
Al igual que los cultivos de caña de azúcar y el arroz, los suelos destinados al cultivo de cacao también deben de conservar adecuadamente la humedad y con pH cercano a la neutralidad (Ramos-Reyes, 2004), por esto los cacaotales se establecen en la parte centro-norte del distrito que es donde se ubican los VReu y ACgl, donde se encuentran condiciones mínimas para el cultivo del cacao, tales como buena retención de humedad, medianas condiciones de drenaje interno, pH ácido moderado para el cultivo (5.1-5.3±0.6), adecuados contenidos de MO (5.1-7.4 %) y una topografía con pendientes menores al 15% (Vera et al., 2000). Estos autores observaron que este cultivo crecía en suelos con pH ligeramente ácidos, como los que se registran en los VReu y ACgl. Como se señala en el Cuadro 4, hay sistemas de usos, como el cacao, que a pesar de aportar importantes cantidades de MO al suelo provenientes de la hojarasca de los árboles, presentan valores de MO y de CS inferiores a otros sistemas como el pastizal o el arroz. Dicho sistema se establece principalmente en VReu y, tal como se muestra en la Cuadro 5, los VReu son los que presentaron menor porcentaje de MO y CS. Estos suelos, junto con los ACgl presentaron el porcentaje más elevado de arcilla y pH. El análisis de correlación indicó que a pH bajos hay una acumulación de MO (-0.334; P ≤ 0.006**) y, mayor CS (-0.306; P ≤ 0.012*) respectivamente. Los suelos que mayor acidez presentaron fueron los usados en cítricos y eucalipto, mismos sistemas que registraron la mayor acumulación de MO. Esto se ha definido como una relación integrada bidireccional, ya que mientras en una dirección, la MO afecta la reacción del pH debido a los diversos grupos activos que aportan grados de acidez, a las bases de cambio y al contenido de nitrógeno presente en los residuos aportados a los suelos (Martínez et al., 2008); en sentido inverso, el pH es un factor importante para mantener la capacidad degradativa del suelo debido a que el pH afecta las poblaciones microbianas responsables de la descomposición de compuestos que le sirven como fuentes de carbono (Singh et al., 2003).
Cuadro 5 Indicadores físicos y químicos de las subunidades de suelo identificadas (los valores corresponden a las medias ± desviaciones estándar).
† Las medias con letras diferentes son estadísticamente diferentes (Tukey P ≤ 0.05). n = número de observaciones; MO = materia orgánica del suelo; C = carbono.
Los contenidos de MO y C en suelos arcillosos son mayores que en arenosos, debido a la mayor protección física para la MO (Van Veen y Kuikman, 1990). La protección ocurre cuando la MO es adsorbida sobre las partículas de arcillas o los limos o cuando es incrustada o recubierta por los minerales de tamaño arcilla (Tisdall y Oades, 1982), o cuando la MO se encuentra fuera del alcance los microorganismos al estar dentro de los agregados del suelo (Sánchez-Hernández et al., 2006). No obstante, los resultados de esta investigación sugieren que los suelos con mayor contenido de arcillas tienen menor contenido de MO y C. Matus y Maire (2000) indican que la acumulación de la MO depende de la tasa de mineralización y, la tasa de mineralización del C y N está estrechamente relacionada con el grado de saturación de C en las partículas de arcillas y limo, así como del contenido de C del suelo, más que del contenido de arcillas o del contenido de MO; es decir, la acumulación de la MO depende del equilibrio entre lo que entra al suelo y lo que se mineraliza y, la mineralización depende también de la calidad del material orgánico aportado al suelo. Asimismo, el C del suelo depende de la cantidad y calidad de residuos que regresan al suelo y no a su distribución en el suelo (Espinoza et al., 2007). Además, los suelos difieren en su acidez, composición de MO, composición mineralógica de sus arcillas y características del complejo intercambiable, como resultado de la diversidad del uso del suelo y funciones ecológicas; de tal forma, que la diversidad de los suelos de áreas montañosas, tropicales, están reguladas por la gran variedad de materiales parentales y la edad de las superficies expuestas (Krasilnikov et al., 2007).
CONCLUSIONES
Los sistemas de uso de suelo más frecuente en el Distrito de Temporal Tecnificado 002 Zanapa-Tonalá fueron los pastizales, seguido de plantaciones de eucalipto, cacao y cítricos, así como áreas reducidas cultivadas con piña y arroz. Los suelos que cubren la mayor porción territorial del distrito fueron los Vertisoles éutricos (VReu), Plintosoles districos (PTdy), Acrisoles plínticos (ACpl), Acrisoles húmicos (AChu) y Acrisoles gleyicos (ACgl), suelos que difieren en el origen genético de su material parental, edad y exposición al medio ambiente, dichas características junto con el aporte de residuos orgánicos característico de los sistemas de uso del suelo, regulan la acumulación de la materia orgánica del suelo (MO) y del carbono del suelo (CS). Los sistemas de uso que mayor cantidad de MO y CS acumularon fueron piña, cítricos, eucalipto y pasto; los que menor cantidad acumularon fueron arroz, caña de azúcar y cacao. Los sistemas que más MO y CS acumularon se encuentran establecidos en PTdy y ACpl, dichos suelos se caracterizan por presentar niveles de acidez que promueve estrechamente la descomposición de la MO. Los VReu y ACgl se caracterizan por un alto porcentaje de arcilla y acidez que oscila en un valor de 5, condiciones que facilitan la degradación de la MO y no permite la acumulación de carbono en el perfil.
