Sitio de estudio

El estudio se realizó en el Campus de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad Autónoma de Yucatán (21° 51’ N y 89° 41’ O), en Xmatkuil, Yucatán, México (Figura 1), de junio-octubre de 2011 y de a enero-abril del 2012. El clima de la zona esAw₀ (^{García, 1988}) y durante los dos últimos años la precipitación anual promedio fue 967 mm, con la mayor precipitación concentrada de junio a octubre y temperatura máxima y mínima promedio de 37.8 y 24.5 °C (Figura 2). Los suelos predominantes son las rendzinas, con fertilidad moderada, 1 a 1.5% de carbono orgánico (CO) y pH de 7.5 a 7.8 (^{Bautista et al., 2011}).

Fuente: (http://www.seduma.yucatan.gob.mx/ordenamiento-ecologico/index.php).

Figura 1 Localización del sitio de estudio en Xmatkuil, Yucatán, México. 

Figura 2 Temperaturas máximas y mínimas, y precipitación en el sitio de estudio. Las flechas indican los momentos de cosecha de biomasa de las especies forrajeras. Los datos fueron tomados de la mini estación climática del Campus de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad Autónoma de Yucatán, México, de mayo del 2011 a junio de 2012. 

La vegetación de la zona es clasificada como selva baja caducifolia, donde los arbustos alcanzan entre 4 y 7 m de altura, y las especies más abundantes son Gymnopodium floribundum, Sapranthus campechianus, Bourreria pulchra, Diospyros bumeloides, Neomillspaughia emarginata, Gouania lupuloides, Karwinskia humboldtiana, Exostema caribaeum, Guettarda elliptica, Hamelia patens, Machaonia lindeniana, Randia aculeata, R. longiloba, Thouinia paucidentata, Sideroxylon americanum, Celtis iguanaea, Callicarpa acuminata, Petrea volubilis, e Hybanthus yucatanensis. Asimismo, existen especies de mayor tamaño (8 y 12 m) como Bursera simaruba, Havardia albicans, Lysiloma latisiliquum, Piscidia piscipula y Alvaradoa amorphoides (^{Gutiérrez-Báez y Zamora-Crescencio, 2012}).

Parcela experimental

La parcela experimental fue establecida desde el 2004 y se ubicaron unidades experimentales, cada una con una especie leñosa: L. leucocephala, G. ulmifolia o M. oleifera. Las plantas leñosas fueron establecidas en filas (tres por unidad experimental): 2.0 m entre hileras y 0.5 m entre plantas. Una poda total (>90% del follaje) se aplicó a 1.0 m de altura sobre el nivel del suelo con una frecuencia de aprovechamiento de 3 meses, desde el primer año de establecimiento. El riego de auxilio se aplicó durante la estación seca.

Para este estudio se evaluaron dos ciclos de cultivo (CC) y en ambos la densidad de siembra del maíz fue 20 000 plantas ha^-1, con semillas de la variedad local Nal-Xoy, una cruza aleatoria del Nal-Tel y la variedad PR7822 (^{Graefe, 2003}). Desde el establecimiento de la parcela experimental esta cruza de maíz se usó hasta el ciclo más reciente. La germinación se realizó en charolas plásticas de 70 celdas con una apertura de 3 cm de diámetro y una profundidad de 5 cm, y las plántulas se trasplantaron a los 15 d de germinación. Antes del trasplante, las especies leñosas fueron podadas, como se hizo desde el establecimiento de la parcela experimental (^{Caamal-Maldonado et al., 2012}).

El diseño fue de bloques completos al azar con tres repeticiones. Los tratamientos fueron: L. leucocephala asociada con maíz (Leucaena + maíz), G. ulmifolia asociada con maíz (Guazuma + maíz), M. oleifera asociada con maíz (Moringa + maíz), y un testigo (monocultivo de maíz).

Muestreo de arvenses

Para conocer la dinámica de las arvenses se realizaron muestreos en tres periodos: 1) inicio de cada CC (julio 2011 y enero 2012), al momento de trasplante del maíz; 2) mitad de cada CC, después de la primera poda de las especies arbóreas forrajeras (agosto 2011 y marzo 2012); y 3) al final de cada CC, antes de la poda de las especies arbóreas forrajeras (octubre 2011 y abril 2012).

Variables de respuesta

La cobertura total de arvenses se estimó a partir de fotografías digitales de alta resolución, tomadas con una cámara Canon Rebel EOS XS de 14.0 megapixeles, en cuadros metálicos de 0.5x0.5 m, seis por cada unidad experimental y distribuidos en zig-zag, en ambos lados de la hilera central de la especie arbórea respectiva en cada unidad. Dichas imágenes fueron tomadas en un ángulo recto (90°) y a una altura de 1.20 m. Después cada imagen se analizó con el software CobCal versión 2.1 para Windows^© para estimar la cobertura (^{Ferrari et al., 2006}).

Dentro de cada cuadro metálico se cosecharon las arvenses con la raíz para determinar el peso fresco de la biomasa total, se separaron por especie para determinar su riqueza (número de especies) y fueron contadas para cuantificar su densidad (individuos m^-2). Todas las muestras se secaron en una estufa de circulación de aire forzado a 70 °C hasta un peso constante para determinar su contenido de materia seca. También se determinó el potencial de supresión de las arvenses de acuerdo con la fórmula descrita por ^{Rippin et al. (1994}):

(1)

donde C es la biomasa de arvenses en el tratamiento testigo (g MS m^-2) y X es igual a la biomasa de arvenses en el tratamiento correspondiente a los sistemas agroforestales (g MS m^-2).

Análisis estadísticos

Los datos fueron analizados con un ANDEVA y GLM (^{SAS Institute, 2004}) para examinar el efecto de los sistemas agroforestales sobre la dinámica de la cobertura, biomasa, riqueza y densidad de arvenses en dichos sistemas (^{SAS Institute, 2004}). Para diferencias significativas se usó la prueba de Tukey (p ≤0.05).

Cobertura de arvenses

Al inicio del primer CC el sistema Guazuma + maíz tuvo la cobertura menor de arvenses (41%), respecto a los demás tratamientos. A la mitad del mismo CC (agosto) el sistema de Leucaena + maíz tuvo la cobertura menor de arvenses, le siguió la parcela con Guazuma + maíz y el monocultivo de maíz (testigo), aunque los dos últimos fueron similares al sistema con Moringa + maíz, que tuvo la cobertura mayor de arvenses (71%). Al final del primer CC los sistemas de Leucaena + maíz, Guazuma + maíz, y el monocultivo mantuvieron la cobertura menor de arvenses (49%) (Cuadro 1).

Cuadro 1 Cobertura de arvenses (m²) em sistemas agroforestales conformados por árboles y maíz comparado con un monocultivo de maíz, em dos ciclos de cutivo, em Xmantkuil, Yucatán, México. 

Medias con letras distintas entre filas indican diferencias significativas para cada muestro (p≤0.05).

Al inicio del segundo CC el sistema Guazuma + maíz tuvo la menor cobertura de arvenses (37%), le seguió Leucaena + maíz y el monocultivo de maíz, pero dos últimos no difirieron del sistema con Moringa + maíz. A la mitad de este ciclo, la cobertura de arvenses fue similar entre tratamientos (51% en promedio), pero al final del segundo ciclo los sistemas Guazuma + maíz y Leucaena + maíz tuvieron menor cobertura de arvenses (48 y 54%) (Cuadro 1).

En nuestro estudio la asociación de maíz con especies leñosas mostró resultados positivos para el control de arvenses; Esto concuerda con lo reportado por ^{Rippin et al. (1994}), ^{Caamal-Maldonado et al. (2001}) y ^{Cummings et al. (2012}). Esto es cierto, en particular, cuando se hace referencia a la biomasa. Aunque al iniciar cada ciclo se realizó una poda, el desarrollo de las ramas de los árboles sombreó el terreno, sobre todo en Guazuma. Asimismo, la caída de hojarasca de forma continua de dicha especie mantiene una cobertura permanente sobre el suelo, lo que limitaría el desarrollo de arvenses como una especie de mulch (^{Caamal-Maldonado et al., 2001}). Así, las asociaciones de cultivos con otras especies leguminosas o no leguminosas, pueden contribuir a reducir la biomasa de arvenses.

Es importante destacar que los métodos de medición de la cobertura difieren entre los estudios consultados; en algunos, la cobertura se estimó con mediciones indirectas (visuales), pero en nuestro estudio se utilizaron fotografías digitales que brindan mayor precisión en la medición de dicha variable (^{Ferrari et al., 2006}).

Aunque el método fotográfico es más preciso para evaluar la cobertura, los resultados no mostraron relación directa con la biomasa de las arvenses. En efecto, el porcentaje de cobertura no permite discriminar si hay mayor o menor cantidad de biomasa; sólo expresa si la superficie está más o menos ocupada por arvenses. Así, puede haber cuadros de muestreo con mayor o menor biomasa y tener ambos la misma cobertura. De hecho, especies con hábitos de crecimiento horizontal (i.e. rastrero, procumbente o ascendente) tendrán cobertura mayor que las especies con crecimiento vertical (i.e. erecto). Asimismo, la forma y disposición de las hojas será fundamental en esta variable (^{Rippin et al., 1994}).

Biomasa de arvenses

Durante el primero y segundo CC los sistemas agroforestales (i.e. Guazuma + maíz, Moringa + maíz y Leucaena + maíz), tuvieron biomasa menor de arvenses que el monocultivo de maíz (Cuadro 2).

Cuadro 2 Biomasa de arvenses (g MS m^-2) em sistemas agroforestales conformados por árboles forrajeros y maíz comparado con un monocultivo, en dos ciclos de cultivo, en Xmatkuil, Yucatán, México. 

Medias con letras distintas entre filas indican diferencias significativas para cada muestro (p≤0.05).

En los dos CC la asociación de especies arbóreas forrajeras con maíz disminuyó la biomasa de arvenses con respecto al monocultivo. Las hojas de esas plantas interfirieron con la entrada de luz solar y no permitieron que germinaran las arvenses o que se desarrollaran hasta su reproducción. Lo anterior concuerda con lo reportado por ^{Jama et al. (1991}), quienes mostraron que la asociación de L. leucocephala con maíz puede reducir hasta 90% la biomasa de arvenses. La anchura mayor de las hojas de G. ulmifolia también pudo contribuir a reducir la biomasa de esas especies. Es importante considerar que la poda de los árboles se dio al inicio de cada CC, para obtener el forraje en un esquema de corte y acarreo, lo que permitió a las plántulas de maíz recibir la luz necesaria al inicio de su desarrollo. El rebrote de las hojas de los árboles sombreó paulatinamente la superficie del suelo, lo que incidió en la germinación y establecimiento de las arvenses. Además, la hojarasca de los árboles, con especial relevancia la G. ulmifolia, que cubrió el espacio como una auténtica alfombra, pudo afectar más el desarrollo de las arvenses.

Al inicio el experimento se planteó para evaluar la producción de forraje y el rendimiento de maíz en arreglos agroforestales. Es decir, los árboles no se establecieron como un método de control de arvenses. Pero la importancia de las especies leñosas sobre las herbáceas puede contribuir al éxito del sistema y a disminuir el uso de insumos externos, como los herbicidas.

Riqueza de arvenses

La riqueza de arvenses al inicio y a la mitad del primero y segundo CC fue similar en los tratamientos evaluados. Sin embargo, al final de ambos ciclos, el sistema agroforestal conformado por Guazuma + maíz destacó por presentar menos especies de arvenses que el monocultivo de maíz (Cuadro 3). Esto concuerda con la dinámica de la biomasa de estas especies en el tratamiento respectivo: hubo menores valores de esa variable, y coincide con menos especies en el mismo.

Cuadro 3 Número de especies (en 0.5 m²) en sistemas agroforestales conformados por árboles forrajeros y maíz comparado con un monocultivo de maíz, en dos ciclos de cultivo, em Xmatkuil, Yucatán, México. 

Medias con letras distintas entre filas indican diferencias significativas para cada muestro (p≤0.05).

Las especies identificadas fueron 47 y pertenecen a 18 familias, de las cuales más del 21% son leguminosas (Fabaceae), seguida de las familias de Poaceae (12.8%), Asteraceae, (10.6%), Malvaceae, (8.5%), y Euphorbiaceae (8.5%), y juntas conforman más del 61% de totas las especies encontradas (Figura 3).

Figura 3 Familias botánicas de las arvenses asociadas a los sistemas agroforestales conformados por árboles forrajeros y maíz en Xmatkuil, Yucatán, México. 

La riqueza de especies de arvenses, al final de los dos CC, fue menor donde estuvo presente G. ulmifolia, que con la presencia de otras especies arbóreas y el monocultivo de maíz. Esto se puede explicar por la forma arquitectónica que posee dicha especie comparado con las otras leñosas: sus hojas se disponen en una copa densa que limita la entrada de luz. Aunque no se midió la cobertura de las plantas forrajeras, pudo observarse que, al contrario de G. ulmifolia, L. leucocephala, aunque rebrota con ramas desde la base del tronco, permite la entrada de luz necesaria para las plantas heliófilas como las arvenses. Asimismo, M. oleifera tiene un crecimiento peculiar a partir de las podas: el tronco se elonga y las ramas rebrotan en la parte superior, como formando un “plumero”. Ello, además de que sus ramas no crean una copa densa, permitiría la emergencia de especies de arvenses. ^{Segura-Rosel et al. 2012}) indican que G. ulmifolia tiene hojas grandes (simples) que al caer en el suelo persisten como hojarasca por más de cuatro semanas. Según ^{Casanova-Lugo et al. (2014}), la composición de G. ulmifolia influye en la cantidad y estacionalidad de las especies que están debajo del dosel; además, puede generar un microclima húmedo y sombreado que limitaría la presencia de las arvenses.

Las Fabaceae, Poaceae y Asteraceae fueron las familias botánicas de arvenses predominantes en los sistemas agroforestales confomados por especies forrajeras y maiz. Esto concuerda con ^{Caamal-Maldonado et al. (2001}), quienes reportan que las arvenses con mayor importancia fueron Asteraceae, Poaceae, Fabaceae y Acanthaceae, al estudiar los efectos aleopáticos de las leguminosas Mucuna deeringiana, Canavalia ensiformis, L. leucocephala y Lysiloma latisiliquum, en el control de arvenses en el cultivo de maíz en Yucatán. Pero en La Habana, Cuba, en un cultivo de maíz precedido de un barbecho transitorio después del cultivo de papa (Solanum tuberosum) las familias de arvenses dominantes fueron las Poaceaes y Euphorbiaceaes (^{Blanco y Leyva, 2010}). Esto indica que la diversidad de arvenses está relacionada con las condiciones edafo-climáticas de la zona, así como con las prácticas culturales precedentes, relacionadas con el daño residual de los herbicidas selectivos.

Densidad de arvenses

En el inicio del primer CC los tratamientos fueron similares en cuanto a la densidad de arvenses. En contraste, a la mitad de ese ciclo la mayor densidad de arvenses se presentó en el monocultivo de maíz. Del mismo modo, al final de este primer ciclo, el monocultivo de maíz acumuló la mayor densidad de arvenses, y la menor correspondió a los sistemas agroforestales Guazuma + maíz y Moringa + maíz, con valores similares estadísticamente (Cuadro 4).

Cuadro 4 Densidad de arvenses (individuos m^-2) en sistemas agroforestales conformados por árboles forrajeros y maíz comparado con un monocultivo, en dos ciclos de cultivo, en Xmatkuil, Yucatán, México. 

Medias con letras distintas entre filas indican diferencias significativas para cada muestro (p≤0.05).

Al inicio y al final del segundo CC el monocultivo de maíz presentó la mayor densidad de arvenses, que los sistemas agroforestales. No obstante, a la mitad de este segundo periodo no se presentaron diferencias significativas entre los sistemas evaluados (Cuadro 4).

Respecto a la densidad de arvenses, a la mitad y al final del primer ciclo el monocultivo de maíz tuvo el mayor valor, como se esperaba, porque la presencia de árboles en los cultivos puede reducir la presencia de herbáceas poco tolerantes a la sombra. En los tratamientos con árboles, la poda aumenta la presencia de especies arvenses, pero al recuperarse del corte se limitan de nuevo las condiciones para el desarrollo de las plantas herbáceas. ^{Barbier et al. (2008}) indican que la disminución de la densidad de arvenses se genera por la variación en la disponibilidad de recursos como la luz y otros efectos causados por las características de las especies arbóreas.

En el segundo CC, el monocultivo de maíz tuvo la mayor cantidad de arvenses y al no haber especies arbóreas en ese tratamiento, la presión de las arvenses es mayor. En este sentido, ^{Ayala-Sánchez et al. (2007}) mencionan que en los sistemas tradicionales en el segundo CC hay mayor presencia de arvenses porque al haber actividad en el suelo, las semillas latentes germinan y su potencial de competencia es mayor. Ello fue más evidente en este estudio puesto que en el mismo sitio se ha cultivado por más de ocho años (^{Caamal-Maldonado et al., 2012}). Asimismo, los árboles asociados con maíz, limitaron el desarrollo de las arvenses. También, es importante mencionar que en otro experimento en la misma parcela, el rendimiento de maíz en monocultivo aumentó al aplicar el follaje de L. leucocephala y G. ulmifolia como cobertura (^{Gallegos-Pérez et al., 2013}). Ello concuerda con lo reportado por ^{Jama et al. (1991}), quienes sostienen que el uso de leguminosas arbóreas (i.e. L. leucocephala) como abono verde en el cultivo de maíz incrementa el rendimiento de maíz en 24 a 76%. Lo anterior fue corroborado por ^{Rippin et al. (1994}) con otras leguminas arbóreas como Erythrina poeppigiana y Gliricidia sepium. En este contexto, es posible señalar que los sistemas agroforestales tienen el potencial para generar sistemas de producción sostenibles al propiciar un mejor control de arvenses.

Supresión potencial de arvenses

Los potenciales de supresión de arvenses variaron de 23% a 36% en los sistemas agroforestales evaluados, en comparación con el monocultivo de maíz. El sistema agroforestal Guazuma + maíz presentó el mayor potencial, seguido por los sistemas Moringa + maíz y Leucaena + maíz. En consecuencia, el monocultivo de maíz tuvo la mayor proporción relativa de arvenses que los sistemas agroforestales (Figura 4).

Figura 4 Supresión potencial y proporción relativa de arvenses en sistemas agroforestales conformados por árboles forrajeros y maíz comparado con un monocultivo de maíz, en dos ciclos de cultivo, en Xmatkuil, Yucatán, México. 

El efecto supresor de arvenses de los árboles reportado por ^{Jama et al. (1991}) también se observó en nuestro estudio, pero en un grado menor porque los sistemas agroforestales evaluados redujeron de 23% a 36% la biomasa de arvenses, comparado con el monocultivo. Este efecto supresor fue más evidente con el maíz asociado con G. ulmifolia, por razones ya explicadas: tamaño de las hojas que limita la entrada de luz, permanencia de hojarasca en el suelo de esta especie, y modificación del microclima. También es factible que la naturaleza y contenido de compuestos químicos, en especial de metabolitos secundarios en las hojas de las plantas, puedan ejercer efectos significativos en la germinación y crecimiento de arvenses. Por ejemplo, la hojarasca de L. leucocephala tiene compuestos que limitan el desarrollo de arvenses (^{Caamal-Maldonado et al., 2001}). El aminoácido mimosina es el principal compuesto posiblemente responsable de tal efecto. Sin embargo, hay pocos estudios para determinar si dichos compuestos actúan individualmente o en conjunto, y así promoverlos para controlar arvenses, más aún en sistemas agroforestales.

La búsqueda de alternativas sustentables para el manejo de las arvenses involucra maximizar los procesos ecológicos benéficos dentro de los agroecosistemas. Así, se busca mantener las poblaciones de arvenses a umbrales bajos para que no afecten negativamente el crecimiento y desarrollo de los cultivos (^{Caamal-Maldonado et al., 2001}; ^{Cummings et al., 2012}). Para ello es necesario identificar el tipo de biodiversidad deseable a mantener o ampliar, para plantear las mejores prácticas (^{Lin et al., 2004}; ^{Barbier et al., 2008}), y reducir el uso de herbicidas a niveles mínimos (^{Cummings et al., 2012}). Si bien los sistemas agrícolas son más simples en comparación con los ecosistemas naturales, hay opciones para rediseñar y manejar sistemas agroecológicos y reducir las poblaciones de las arvenses (^{Charudattan, 2001}). En esas alternativas están los sistemas agroforestales, por las bondades que ofrecen al productor y al ambiente.