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Introducción
La degradación del suelo afecta sustancialmente su capacidad para continuar produciendo de manera sustentable, ya que crea condiciones de estrés que impiden un desarrollo saludable de las plantas. La degradación del suelo se refiere a los procesos desencadenados por las actividades humanas que reducen su capacidad actual o futura para funcionar y sostener ecosistemas naturales o manejados, para mantener o mejorar la calidad del aire y agua y para preservar la salud humana (FAO/ISRIC, 2000). Se considera como degradación del suelo a toda modificación que conduzca a la pérdida de las funciones del mismo. El nivel de degradación del suelo puede ser medido a través de índices y de propiedades indicadoras sensibles a los cambios funcionales en los primeros 20 cm de suelo mineral (Sánchez et al., 1997). El uso de índices para calificar la degradación del suelo es valioso, porque éstos aglutinan el efecto de varias propiedades dándole un peso específico a cada una acorde a su funcionamiento en el suelo. Los índices consideran atributos o propiedades que reflejan aspectos de la productividad o funcionalidad ambiental, también son usados para determinar si la calidad del suelo se mantiene estable o está declinando debido a un proceso de degradación (Singh y Khera, 2009).
Los índices y propiedades indicadoras tienen que estar relacionados con alguna función del suelo en el ecosistema (Herrick et al., 2002), por ejemplo, la de mantener la productividad de las plantas, la conservación de la biodiversidad, almacenar y proveer recursos para los organismos; así mismo, deben de reflejar cambios que se deriven del manejo, en la medida de lo posible deben ser predictivos: tienen que reflejar cambios tempranos en los procesos ecológicos y deben de advertir de futuros cambios o tendencias en el funcionamiento del suelo. Karlen et al. (1997), destacan que la selección de indicadores de degradación debe hacerse pensando en las funciones que el suelo deja de realizar cuando es degradado y de los cambios en las funciones que surjan en respuesta a un estrés, natural o introducido, o a una práctica de manejo.
Se reconocen tres tipos de degradación inherentes al suelo: física, química y biológica (FAO, 2001). La física, está referida a la alteración del funcionamiento físico del suelo, que se puede manifestar por la reducción del volumen útil, disminución del espacio poroso, modificación del arreglo estructural, baja en la estabilidad de los agregados, encostramiento y sellado que impiden el intercambio de gases y agua. La degradación física impide que el suelo funcione adecuadamente, ya que afecta la capacidad de trasmisión de fluidos, el volumen de almacenaje y modifica el balance adecuado de agua y gases importante para disolver los nutrientes que necesitan las plantas y microorganismos (Topp et al., 1997). La degradación química está relacionada con la contaminación, salinización, acidificación, pérdida o distribución irregular de los nutrientes del suelo, en la transformación de los residuos orgánicos que involucra procesos específicos como el reciclaje de nutrientes y la tasa de mineralización, ambos realizados por los microrganismos del suelo, asi como la pérdida de carbono y alteración de la actividad microbiana.
La degradación del suelo se acentúa más en las regiones secas, donde los organismos viven en el límite de sus umbrales de sobrevivencia debido principalmente a la falta de un recurso crítico que es el agua, las regiones secas son más vulnerables que otras por su alta dependencia de las precipitaciones pluviales (Le Houérou, 2002; UN-CCD, 2005). En México, las principales causas de la degradación de los suelos son la deforestación (24%), el cambio de uso del suelo (25%), el sobrepastoreo (25%) y las prácticas agrícolas ineficientes (16%) (Ramírez -Carballo y Pedroza- Sandoval, 2007).
Las terrazas fluviales de Zapotitlán Salinas, ubicadas en la porción meridional de la región semiárida de Tehuacán, Puebla, no han escapado al problema de la degradación del suelo, ya que se trata de una área donde la presencia e impacto de la actividades humanas es ancestral, el valle de Tehuacán es considerado como el sitio donde surge la agricultura en Mesoamérica y centro de origen del maíz. Aquí se ha reconocido la presencia de al menos seis grupos étnicos y tiene una historia de ocupación humana que data de tiempos remotos (Byers, 1967; Casas y Caballero, 1995). Especialmente en las terrazas estudiadas McAuliffe et al. (2001), mencionan que han estado sometidas a una fuerte presión desde hace un largo tiempo, a causa de diferentes actividades productivas como la extracción de sal y leña, el pastoreo de cabras y la agricultura. Los mismos autores proponen la hipótesis de que la erosión del suelo provocada por las prácticas agrícolas fue un factor determinante en el decaimiento de la agricultura pre-colombina en la región. En la actualidad las terrazas presenten áreas profundamente deterioradas carentes de vegetación, donde se manifiestan diferentes tipos de degradación del suelo como: erosión, encostramiento, sellado, pérdida de materia orgánica y nutrientes. Colindante a estos sitios, se encuentran manchones de matorral con dosel cerrado donde aparentemente el suelo no muestra evidencias de deterioro; así mismo, existen algunas comunidades vegetales aisladas que manifiestan un estado de deterioro intermedio. Dentro de este mosaico también coexisten parcelas agrícolas, unas de ellas abandonadas y muy deterioradas y otras activas para cultivar maíz y frijol (Muñoz-Iniestra et al., 2009). El objetivo de la presente investigación fue evaluar el nivel de degradación física y biológica que tiene el suelo de una terraza fluvial bajo distintas coberturas. Con el propósito de conocer si hay relación entre el tipo de cobertura y la degradación del suelo; por otra parte se pretende identificar que propiedades del suelo son las que están más correlacionadas con la degradación física y biológica del suelo.
Material y métodos
Área de Estudio
La terraza estudiada se encuentra en la cuenca de Zapotitlán Salinas, Puebla (Figura 1), ubicada en la sierra Madre del Sur, tiene como coordenadas del punto central 18° 19’ 33” N y 97° 27’ 17.4” O, con una altitud absoluta de 1444 m. El clima es de tipo Bsohw ́ ́(e)g, semiseco, semicálido, con lluvias en verano, una temperatura media anual de 21 °C, la precipitación media anual es de 420 mm (García, 2004). Está constituida por varios mantos aluviales donde se observan estratificaciones de arcilla y limo, arena muy fina, cantos rodados y gravas, el suelo es un Fluvisol calcárico, constituido de sedimentos fluviales.
Mc1 = mezquital cerrado 1; Mc2 = mezquital cerrado 2; Ma1 = mezquital abierto 1; Ma2 = mezquital abierto 2; Aa = parcela agrícola activa; Ab = parcela agrícola en abandono Sc = suelo con costra; Sd = suelo desnudo.
Figura 1 Localización de la terraza fluvial en Zapotitlán Salinas, Puebla.
La terraza seleccionada presenta una altura relativa de 17 m con respecto al cauce y un ancho medio de 465 m, con una superficie aproximada de 20 ha, de las cuales el 10% presenta una fuerte desertificación, el 90% de la superficie restante presenta una combinación de parches con suelo desnudo y sitios con vegetación de matorral espinoso (mezquital), el cual puede encontrarse desde una condición cerrada hasta muy abierto donde los arbustos están separados formando pequeñas islas de fertilidad, entre los arbustos quedan espacios abiertos de diferente tamaño donde sólo hay suelo desnudo es decir sin cobertura o bien suelo cubierto por una superficie casi continua de costras microbióticas.
También se presentan terrenos agrícolas, muchos de ellos en abandono. El suelo de esta terraza es profundo y compacto. El horizonte superficial es de color pardo grisáceo en seco (10YR 5/2), con estructura laminar y masiva en el primer horizonte, después cambia a masiva y poliédrica subangular, con textura franco limosa, pH de 7.9 y rico en carbonatos (Muñoz-Iniestra et al., 2009). Para evaluar la relación entre diferentes usos del terreno o coberturas y la degradación física y biológica del suelo se escogieron dentro de la terraza distintos sitios (Cuadro 1).
Cuadro 1 Ubicación de los diferentes tipos de coberturas donde se realizó la toma de muestras, (los sitios tienen una posición muy cercana unos con respecto a otros).
En cada sitio se tomaron tres muestras de suelo superficial, siguiendo una trayectoria en zig-zag, la recolección se realizó con un barreno cilíndrico introduciéndolo hasta una profundidad de 20 cm. Las muestras se depositaron en bolsas de polietileno de 2 kg debidamente etiquetadas. El análisis de las muestra en el laboratorio se enfocó a evaluar las propiedades que más influyen en el funcionamiento del suelo (Cuadro 2) y que se necesitan conocer para calcular los índices de degradación y de salinidad según los modelos propuestos por FAO, PNUMA, UNESCO (1979).
donde: FS = % de limo fino, CS = % de limo grueso, Cy = % de arcilla, MO = % de materia orgánica.
donde: CI = índice de encostramiento, SA = porcentaje de agregados estables, FC (capacidad de campo = 0.2391-0.0019×%Sn+0:0036×%Cy+0.0299× % MO), WP = punto de marchitamiento, Sn = porcentaje de arena.
donde: MO = materia orgánica (%).
Para cada propiedad evaluada en los diferentes sitios, se obtuvo el valor promedio, la varianza y el error estándar. Con los promedios se calcularon los índices de degradación física y biológica para cada sitio. Para determinar si había diferencias significativas entre los índices de degradación y el tipo de uso de suelo o cobertura, se aplicó un análisis de varianza de un factor, se determinó el intervalo de confianza de la prueba de Tuckey con un P de 0.05. También se calculó el coeficiente de correlación de Pearson y el de determinación (R2), esto para identificar que propiedades del suelo son las que están más relacionadas con la degradación. Los datos expresados en porcentaje se normalizaron transformándolos por medio del arcoseno de la raíz cuadrada (Zar, 1999).
Resultados y discusión
Propiedades del Suelo en los Diferentes Sitios
Entre los aspectos más relevantes que se pudieron observar es que los mezquitales cerrados (Mc1 y Mc2) son los que muestran mayores diferencias con respecto a los demás sitios, principalmente en: densidad aparente, porosidad, estabilidad de agregados, capacidad de campo, contenido de materia orgánica y nutrientes (N-P-K), en las demás propiedades no se observó una relación tan directa con los sitios (Cuadro 3). Todas las propiedades con excepción del magnesio presentan diferencias significativas entre los sitios evaluados. Los matorrales cerrados muestran una cobertura diferente a los demás sitios, ya que presentan un denso dosel que protege al suelo del impacto erosivo de la lluvia, además la superficie del suelo en estos sitios está recubierta de residuos vegetales como hojas, frutos y pequeñas ramas, lo que disipa la energía del escurrimiento superficial evitando que el suelo se pierda. Wezel et al. (2000), demostraron que el suelo al tener en su superficie abundante hojarasca, residuos orgánicos, tal y como ocurre en los matorrales cerrados, se reduce la erosión y por lo tanto, el desplazamiento de partículas, además de que la cantidad de agua que puede entrar en un suelo protegido por una cubierta vegetal es mayor que en un suelo desnudo. Al tener, estos sitios, más aporte de materia orgánica, presentan una mayor porosidad, son menos compactos lo que favorece el flujo e intercambio de fluidos en el interior del suelo (Singh y Khera, 2009). Stocking y Murnaghan (2003), mencionan que la perdida de cubierta vegetal es el primer paso del proceso de deterioro del suelo y si este no se controla a tiempo, provocará que el paisaje en su conjunto se deteriore.
Degradación Física
La menor degradación física corresponden a los mezquitales cerrados 1 y 2 (Mc1 y 2) (Figura 2), en el segundo lugar están el mezquital abierto 2 (Ma2) y la parcela con la agricultura activa (Aa), mientras que los sitios con mayor degradación física fueron la parcela agrícola abandonada (Ab) y el suelo desnudo (Sd), los demás sitios tuvieron un comportamiento intermedio.
Mc1 = matorral cerrado 1; Mc2 = matorral cerrado 2; Ma1 = matorral abierto 1; Ma2 = matorral abierto 2; Sc = suelo con costra; Sd = suelo desnudo, Ab = agricultura en abandono; Aa = agricultura activa.
Figura 2 Variación del índice de degradación en los distintos sitios.
Los valores del índice de correlación indican que las propiedades vinculadas con la degradación física del suelo en los sitios estudiados son: la porosidad (-0.945), estabilidad de los agregados (-0.880), materia orgánica (-0.864), nitrógeno (-0.823), densidad aparente (0.785) y capacidad de campo (-0.779).
De acuerdo a la escala de valoración manejada por De la Paz et al. (2006), los matorrales cerrados tienen una degradación física muy baja, el suelo desnudo y la parcela agrícola abandonada tienen una degradación moderada, los matorrales abiertos, la parcela agrícola activa (Aa) y el suelo con costra (Sc) se encuentran en una posición intermedia presentando menor diferencia entre sí. Según el resultado del coeficiente de correlación de Pearson la degradación física de los suelos estudiados está vinculada a la alteración de propiedades como: porosidad, densidad aparente, estabilidad de los agregados, materia orgánica, nitrógeno y capacidad de campo. La porosidad fue la propiedad que tuvo una mayor correlación (-0.94), el carácter negativo de esta relación indica que tiene una relación inversa con el IDF, es decir cuando este se incrementa la porosidad disminuye. La porosidad determina el volumen de espacio útil para almacenar agua, gases y para que las raíces puedan crecer y desarrollarse saludablemente, así mismo de la porosidad depende la velocidad de difusión de fluidos en el suelo (Reynolds et al., 2002). La reducción del espacio poroso está vinculada con el incremento de la densidad aparente y la compactación, los cuales a su vez dependen de la cantidad de agregados estables y del contenido de materia orgánica (Shepherd et al., 2001). Altos porcentajes de agregación y materia orgánica ayudan mantener una alta porosidad (Cabria et al., 2002).
Estos resultados permiten plantear la hipótesis de que la degradación física del suelo en los diferentes sitios estudiados, está relacionada con la reducción del volumen del espacio poroso. Sin embargo, la porosidad es una propiedad que depende del comportamiento de otras como la textura, estructura, contenido de materia orgánica, etc. Nasr y Seles (1995), mencionan que la porosidad afecta a la emergencia principalmente por cambios en el volumen y continuidad de los poros. Los suelos con baja porosidad son suelos muy densos con fuerte empaquetamiento, esto reduce el volumen de agua que el suelo pueda almacenar, además de obstaculizar el desarrollo de las raíces (Schaetzl y Anderson, 2005).
Otra propiedad que también mostró una alta correlación inversa (-0.880) con el IDF es la estabilidad de los agregados, los matorrales cerrados 1 y 2 son los que presentaron suelos con mayor porcentaje de agregados estables, siguiéndoles los Ma1 y 2, el Sd y el sitio Aa es donde se registraron los valores más bajos. Estos resultados muestran la estrecha relación que hay entre la degradación física, la estabilidad de los agregados y el contenido de materia orgánica del suelo. La estabilidad de los agregados y su distribución por tamaño son indicadores de la susceptibilidad del suelo a la degradación (Boix-Fayos et al., 2001). El contar con una estructura estable es esencial para un buen funcionamiento físico del suelo, ya que permite tener un balance adecuado de macro y microporos, lo que favorece la relación agua-aire dentro del suelo, además hace más resistente el suelo ante la erosión (USDA, 1999; Cabria et al., 2002). El agrupamiento natural de las partículas primarias del suelo es el resultado de procesos físicos que forman los agregados y de procesos químicos y biológicos que los estabilizan (Allison, 1968; Lynch y Bragg, 1985). No obstante que las arcillas, el carbonato de calcio y los sesquióxidos participan en la agregación, el principal agente de unión es la materia orgánica (Koorevaar et al.,1983). Los agregados del suelo son producto de la comunidad microbial del suelo, de los componentes orgánicos y minerales, de la naturaleza de la comunidad de plantas en la superficie y de la historia del ecosistema. Son importantes con relación al movimiento y almacenaje de agua en el suelo, resistencia a la erosión, desarrollo radicular y actividad de la comunidad microbial (USDA, 1999).
Índice de Degradación Biológica (IDB)
Al analizar los resultados se apreciaron la formación de cuatro clases o grupos, el primero es el que presentó menor IDB y corresponde a los mezquitales cerrados, el segundo lo forman los mezquitales abiertos y el último el suelo desnudo, los demás sitios ocupan una posición intermedia. Entre menos cobertura vegetal o materia orgánica tenga el suelo, mayor es el IDB (Figura 3). El incremento en el índice refleja una tasa elevada de mineralización, lo que implica una baja acumulación de materiales orgánicos, afectando con esto la calidad y fertilidad del suelo (De la Paz et al., 2006)
Mc1 = matorral cerrado 1; Mc2 = matorral cerrado 2; Ma1 = matorral abierto 1; Ma2 = matorral abierto 2; Sc = suelo con costra; Sd = suelo desnudo, Ab = agricultura en abandono; Aa = agricultura activa.
Figura 3 Índice de degradación biológica de los diferentes sitios muestreados.
El IBD del suelo está inversamente relacionado con algunas propiedades como la estabilidad de agregados, porosidad, materia orgánica, nitrógeno y fósforo, y directamente vinculado con la densidad aparente (Cuadro 4).
El índice de degradación biológica (IDB), presentó un comportamiento similar al de degradación física, los sitios con menor contenido de materia orgánica en el suelo, son los que presentaron una mayor degradación biológica y viceversa. La materia orgánica es una de las propiedades con mayor vinculación con el IDB, los resultados obtenidos muestran una fuerte correlación inversa entre los niveles de materia orgánica y el IDB (-0.891), observándose que a medida que decrece la materia orgánica se incrementa la degradación biológica. Los sitios con mayor cobertura vegetal, como los matorrales cerrados, son los que tienen los mayores contenidos de materia orgánica en el suelo (Cuadro 3) y también son los que tienen menor degradación biológica (Figura 3), en cambio, los suelos desnudos y con costra fueron los que tuvieron menos carbono y mayor degradación. Esto refuerza el hecho de que una de las mejores prácticas que se pueden hacer para evitar la degradación del suelo es mantener sus niveles de carbono orgánico. La materia orgánica aumenta el espacio poroso, por lo tanto reduce la densidad aparente haciendo que el suelo sea menos compacto, además por su elevada capacidad de absorción aumenta la reserva de agua (Riginos y Herrick, 2010). Lal et al. (1999), indican que la calidad y fertilidad del suelo depende mucho del contenido de materia orgánica, una buena parte del carbono del suelo proviene de la contribución que hacen las raíces, sin embargo esta decrece cuando se reduce la cobertura vegetal o se intensifica el uso de suelo.
El tener un IDB con valores altos indica una fuerte mineralización de la materia orgánica, bajas reservas de carbono, baja actividad microbiológica y en consecuencia fallas funcionales en el reciclaje de nutrientes (Karlen, 1997). Los suelos protegidos por una cobertura vegetal densa mantienen un equilibrio natural entre las ganancias y pérdidas de residuos orgánicos, sin embargo cuando la cobertura vegetal es eliminada o reducida, el suelo recibe menos aportes de residuos orgánicos a la vez que se produce una rápida mineralización del humus, favorecida por el laboreo y altas temperaturas. Se inicia así un proceso de disminución progresiva del contenido de materia orgánica del suelo que provoca un rápido deterioro de su fertilidad y estructura, con lo cual disminuye la infiltración y aumenta la escorrentía incentivándose los procesos erosivos (Colomer y Sánchez, 2001).
La eliminación de la vegetación deja a la superficie del suelo expuesta a los agentes erosivos, además de favorecer la desintegración de los agregados favorece el encostramiento de la superficie, esto trae serias repercusiones funcionales, ya que se reduce la infiltración afectando las reservas de agua del suelo (Dregne, 2002; Dexter et al., 2008). Por otra parte la labranza continua contribuye a acelerar la mineralización de la materia orgánica, esto como resultado del incremento de la aireación a causa del rompimiento de los agregados quienes protegen a los residuos orgánicos del ataque microbiano (Zornoza et al., 2009).
Conclusiones
Los resultados obtenidos muestran una significativa relación entre la cobertura del terreno y la degradación física y biológica del suelo, encontrando que entre más densa es la cobertura del suelo y mayor el contenido de materia orgánica, la degradación física y biológica del suelo será menor. Las propiedades que mostraron una mayor relación con la degradación de los suelos estudiados fueron la porosidad, estabilidad de los agregados y la materia orgánica, por lo que se recomienda que para recuperar los suelos degradados y conservar los que aún no lo están, se realicen prácticas tendientes a mejorar la porosidad y estabilidad de los agregados, lo cual se puede lograr, manteniendo un nivel óptimo de materia orgánica en el suelo.
