Área de estudio

El estudio se realizó en el parque denominado Bosque San Juan de Aragón (BSJA), Ciudad de México (CDMX). Localizado en la Delegación Gustavo A. Madero (19° 27’ 32” N y 99° 04’ 17” O), es considerado un bosque urbano inducido (^{ALDF, 2013}), con clima seco-templado, temperatura media anual de 16.5 °C y precipitación total anual de 586 mm. Aleatoriamente, se seleccionaron 10 de las 14 secciones que conforman al bosque, identificadas con los caracteres B, C, E, F, G, H, J, K, L y M, y empleando una intensidad de muestreo de 2.5% (^{Schreuder et al., 2004}), se establecieron 28 sitios de muestreo circulares de 0.1 ha (1000 m²) (r = 17.84 m) (Figura 1), en los cuales, se determinó la diversidad y estructura del arbolado (^{Saavedra-Romero et al., 2019}).

Figura 1:  Polígono del Bosque San Juan de Aragón, CDMX (^{Saavedra-Romero et al., 2019}). 

Figure 1:  Polygon of the San Juan de Aragon Park, CDMX (^{Saavedra-Romero et al., 2019}).  

Procedimientos de campo

En la evaluación se consideraron ocho propiedades por su importancia en la caracterización de suelos urbanos. Con el propósito de obtener muestras de suelo equitativas y representativas del área de estudio, se utilizó una barrena formada por tres cilindros consecutivos que permitió obtener muestras fraccionadas a profundidades de 0-5, 5-10 y 10 a 15 cm. Se colectaron cuatro muestras en las secciones C y H del bosque (las de mayor dimensión), y tres en el resto de las secciones. El número de muestras colectadas fue 32, y 96 submuestras en total, las cuales fueron embolsadas, etiquetadas y transportadas al laboratorio de Patología Forestal para su análisis. El muestreo se realizó durante el mes de abril y mayo, 2013.

Análisis de laboratorio

Las muestras de suelo se procesaron empleando métodos estandarizados para las siguientes propiedades: Densidad aparente (DA) y espacio poroso (EP) (^{Birkeland, 1993}), pH (relación suelo:agua, 1:2.5), conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO) y clase textural (CT) (^{Jackson, 1999}; ^{Bouyoucos, 1962}). Las variables porcentaje de carbono orgánico (CO) y la concentración de sales disueltas totales (SDT) se calcularon teóricamente para incluirlas en el análisis. Las fórmulas empleadas, fueron: %CO = [0.724*(%MO)] (^{Chaudhari et al., 2013}; ^{Hillel, 2004}) y SDT = [640*(CE)] (^{Smith y Doran, 1996}).

Análisis de datos

Se realizó con el programa estadístico SAS versión 9.4, empleando estadística paramétrica una vez que se comprobó la normalidad de los datos. Se empleó la prueba de Tukey (α = 0.05) para determinar diferencias. El análisis horizontal se realizó con el promedio de las tres profundidades de muestreo (0-5, 5-10 y 10-15 cm). Cabe destacar que, en estudios previos, se determinó la diversidad y estructura del estrato arbóreo (^{Saavedra-Romero et al., 2019}), resultados que fueron abordados posteriormente.

Análisis general de las propiedades físicas y químicas

Los valores de pH oscilaron de ligeramente ácidos a ligeramente alcalinos (Cuadro 1), no obstante, en sustratos tan heterogéneos como el suelo, los valores entre 6.5 y 7.5 se pueden calificar como neutros (^{Samson et al., 2017}). A pesar de que, para muchos, el pH es esencial en la química del suelo y factor primario de su fertilidad, la función del pH va más allá del simple suministro de nutrientes para la planta; otros procesos como las tasas de intemperismo y humificación, así como la actividad de poblaciones microbianas también pueden verse afectados (^{Yang y Zhang, 2015}; ^{Neina, 2019}), con consecuentes afectaciones en la salud y crecimiento de especies arbóreas (^{Pregitzer et al., 2016}).

Estudios con especies forestales y árboles urbanos indican que un pH de 5.2 a 7.0 es óptimo para su crecimiento; teóricamente, en este intervalo los árboles no evidencian síntomas de toxicidad por metales pesados, y disponen de una reserva apropiada de macro y micronutrimentos (^{Amacher et al., 2007}; ^{Costello et al., 2003}), con posibles deficiencias quizás de P y Zn (^{Samson, 2017}). Si bien, en la mayoría de las condiciones (edáficas y geográficas), el efecto del pH del suelo tiene efecto sobre la nutrición vegetal (^{Neina, 2019}), también la sensibilidad o tolerancia de las especies, desempeña un papel crucial en su desarrollo y crecimiento. En términos generales, y a partir de estudios previos sobre diversidad y estructura del BSJA, ^{Saavedra-Romero et al. (2019)}, identificaron las siguientes especies arbóreas (o similares), mismas que pueden presentar buen desarrollo en los siguientes intervalos de pH: (a) Cupressus sempervirens L., Fraxinus uhdei (Wenz.) Lingelsh, Tamarix parvifolia (DC) y Schinus molle L. prosperan en suelos con pH <5.5 y >8.5 (muy ácido a muy alcalino); (b) Eucalyptus camaldulensis (Dhnh) en pH= 6.5-7.5 (ligeramente ácido a ligeramente alcalino), y (c) Acacia retinodes Schltdl., Casuarina cunninghamiana (Miq.) y Grevillea robusta (A. Cunn. Ex. R. Br.) en pH = 6.0‑8.5 (ligeramente ácido a altamente alcalino) (^{Samson et al., 2017}; ^{Costello et al., 2003}) [http://hort.ufl.edu/database/trees-scientific.shtml; http://selectree.calpoly.edu]; incluso, en suelos sódicos (pH de 8.6‑10), las últimas pueden presentar buen desarrollo (^{Bui et al., 2014}; ^{Osman, 2013}).

En general, los árboles han evolucionado para prosperar en suelos con grandes variaciones en el pH; algunas especies tienen un estrecho rango en el cual crecen bien, mientras que otras pueden crecer en un amplio rango. Plantar árboles en suelos con un pH incompatible puede afectar su crecimiento y salud (^{Scharenbroch et al., 2018}), pero, tomando en cuenta el valor de pH = 7.2 registrado en los suelos del área de estudio, asumimos que no existen problemas de solubilidad y disponibilidad de nutrimentos para ninguna de las especies arbóreas que ahí crecen (^{Saavedra-Romero et al., 2019}).

Generalmente, los suelos urbanos están catalogados como altamente compactados (^{Edmondson et al., 2011}), pero pocos estudios lo muestran (^{Jim y Ng, 2018}). Para el BSJA, la densidad aparente (DA) fue cercana a 1.0, y ligeramente mayor a la de suelos orgánicos (^{O´Neill et al., 2005}) (Cuadro 2). Valores similares, y en algunos casos mayores, se reportan en suelos de áreas residenciales e institucionales de varias ciudades de Estados Unidos; en Tampa, se han obtenido promedios de 0.59 g cm^-3 hasta 1.33 g cm^-3 (^{Hagan et al., 2010}), mientras que, en Florida, las densidades son mayores (Cuadro 2). De acuerdo con ^{Hagan et al. (2012a},^b), suelos con DA ≤ 1.33 g cm^-3 se consideran adecuados para el desarrollo vegetal, ya que poseen menor resistencia mecánica a la penetración de raíces, y tienen excelentes tasas de infiltración; por su parte, ^{Amacher et al. (2007)}, proponen un umbral de 1.5 g cm^-3, concluyendo que valores superiores a este, son condicionantes de compactación. De acuerdo con el ^{USDA (2006)}, un suelo con DA de 1.44 g cm^-3, se califica como moderadamente compactado (^{Kozlowski et al., 1991}), y en estas condiciones, algunas especies arbóreas no prosperan. Por ejemplo, Alnus rubra Bong. y Abies alba Mill de dos años de edad presentan buen desarrollo en suelos con DA entre 1.32 y 1.59 g cm^‑3; sin embargo, Picea sitchensis (Bong.) Carr y Tsuga canadensis (L.) Carriére, no muestran el mismo desempeño (^{Pritchett y Fisher, 1987}). De acuerdo con ^{Trowbridge y Bassuk (2004)}, las DA superiores a las que puede penetrar una raíz afectan de manera inmediata el volumen de suelo utilizable por la planta.

La circulación de peatones, vehículos automotores y equipo de mantenimiento dentro de las áreas verdes, alteran drásticamente las propiedades del suelo; a medida que las partículas del suelo se comprimen por el desarrollo de dichas actividades, la cantidad de poros y la actividad y penetración de raíces también se reducen (^{Scheyer y Hipple, 2005}). Los macroporos (> 50 µm) son los más afectados, disminuyendo en tamaño, afectando en consecuencia las tasas de infiltración y el intercambio de gases (^{Pallardy, 2008}). En el presente estudio, el espacio poroso (EP) osciló de 57.97 a 65.41%. Suelos urbanos de India, China y Estados Unidos, presentan valores similares a los del BJSA (Cuadro 2). ^{Jim y Ng (2018)} mencionan que un espacio poroso >50% es el umbral óptimo para el crecimiento vegetal; suelos con esta cualidad, presentan menor resistencia a la penetración de raíces y la diversidad de microorganismos se ha observado que es mayor (^{Ropher y Ophel-Keller, 1997}). Los estudios de ^{Zheng et al. (2017)}, mencionan que el aumento en la riqueza de especies arbóreas, puede producir cambios en la densidad aparente del suelo, por ende, en la porosidad, siendo esta mayor en la capa superficial del suelo (0-10 cm), es posible, por lo tanto, que la diversidad arbórea del BSJA y la densidad de plantación en sus diferentes secciones ejerzan el mismo efecto (^{Duan et al., 2019}; ^{Saavedra-Romero et al., 2019}).

La conductividad eléctrica (CE) y sales disueltas totales (SDT) proporcionaron un panorama sobre el grado de “salinidad” de los suelos del BSJA; la primera, osciló de 0.46 a 0.56 dS m^-1, y la segunda, de 295.57 a 358.83 mg L^-1 (Cuadro 1). Para el adecuado funcionamiento y crecimiento arbóreo, el suelo debe contener una mezcla de sales mínimamente indispensables; sin embargo, cuando algunas alcanzan concentraciones altas, pueden ocasionar entre otros daños, inhibición osmótica (menor absorción de agua), alteración de procesos enzimáticos, y toxicidad en árboles deciduos por la alta concentración de metales pesados (^{Piczak et al., 2003}); algunas especies sensibles a estas alteraciones son el fresno (Fraxinus sp.) y el sicomoro (Acer pseudoplatanus L.) (^{Pallardy, 2008}). Con base al carácter tolerante/sensible de las especies arbóreas a las sales del suelo, valores de conductividad eléctrica < 2.0 dS m^-1 (450 mg L^-1 de sales solubles), se califican como insignificantes (^{Equiza et al., 2017}; ^{Amacher et al., 2000}), aunque algunas especies son sensibles incluso a esas concentraciones (^{Hillel, 2004}). De acuerdo con el ^{USDA (2006)}, un suelo con más de 600 mg L^-1 de sales, se considera impactado, y con más de 1000 mg L^-1, severamente impactado. Con base en los resultados, se concluye que el contenido de sales y de conductividad eléctrica de los suelos del BSJA, se encuentran dentro de límites aceptables para el desarrollo de especies leñosas.

La materia orgánica (MO), es un factor clave en la capacidad de los suelos para mantener la productividad biológica, la calidad ambiental y la salud de las plantas (^{Mao et al., 2014}); y junto con el carbono orgánico (CO), son de los mayores componentes del suelo y la principal fuente energética de microorganismos (^{Boul et al., 2011}). En el BSJA, se determinó un contenido de MO que osciló de 3.20 a 4.07%, y 2.32 a 2.94% para el CO (Cuadro 1), estos valores, en general, son menores a los reportados en suelos urbanos de Miami-Dade con un porcentaje de 9.5, en Gainesville de 3.8%, y de 4.8% en Tampa (^{Hagan et al., 2012a}, ^b). Los valores reportados para Kupwara, India, fueron más bajos, con 1.04% de MO y 0.57% de CO (^{Ahad et al., 2015}). Según ^{Schindelbeck et al. (2008)}, 5.4% de MO en suelo se considera excelente, 2.3% es bajo, mientras que suelos con menos de 1%, se clasifican con baja fertilidad (^{USDA, 2006}). Con estos antecedentes, los suelos del BSJA se califican con fertilidad moderada, lo cual podría generar problemas de disponibilidad de nutrientes esenciales para la planta y microorganismos asociados.

En lo que respecta a la fracción mineral, las arcillas conformaron el 23.92%, los limos el 42.62% y las arenas el 33.35%. La literatura reporta que los suelos con un contenido de arcilla > a 50% y >75% de arena, pueden en el corto plazo presentar problemas de compactación, especialmente en áreas de uso intensivo (^{USDA, 2006}). El BSJA, a pesar de ser un área de uso constante, los niveles de estas dos fracciones minerales fueron normales con una clase textural dominante franca. Estos suelos de acuerdo con ^{Amacher et al. (2007)}, son adecuados para soportar el desarrollo de especies forestales debido a que poseen suficientes reservas de carbono y mejoran ciertas propiedades físicas como la densidad aparente (^{Riestra et al., 2012}).

Análisis horizontal de las propiedades evaluadas

El pH, CE y SDT, presentaron diferencias significativas (P < 0.0001) entre secciones. El pH más bajo fue para la sección K, localizada al suroeste del bosque, y valores ligeramente alcalinos para el resto de las secciones (Cuadro 3). Para la CE y SDT los rangos oscilaron de 0.27 a 0.82 dS m^-1 y de 172.8 a 526.93 mg L^-1, respectivamente. Las secciones E, G, H, J y K con las CE más bajas (0.27 a 0.51 dS m^-1) y para las restantes, de 0.57 a 0.82 dS m^-1. Las SDT presentaron el mismo comportamiento. La variación horizontal (o espacial) respecto a la concentración de sales, ha sido estudiada por ^{Bazihizina et al. (2012)} y ^{Rogers et al. (2005)}, concluyendo que puede variar drásticamente a través de los sitios de muestreo, así como en profundidad, y aunque se encuentran dentro de límites aceptables para el desarrollo de especies arbóreas, se logró mediante observaciones de campo, identificar una ligera acumulación de sales en la superficie del suelo en la sección G, las cuales debido a la microtopografía del terreno, pudieron ser lixiviadas por escorrentías superficiales. La textura del suelo, y los cambios en la cobertura vegetal también pueden modificar la química del suelo, por lo que la acumulación de sales no es homogénea en todo el terreno (^{Zhang et al., 2014}).

La DA, EP y %MO, no presentaron diferencias significativas horizontales. La primera, presentó valores de 0.87 a 1.14 g cm^-3, la segunda, de 57.12 a 67.29%, mientras que la MO de 2.84 a 4.73%. Estos resultados, indican que no todos los suelos urbanos presentan variaciones espaciales (^{Shestak y Busse, 2005}). Respecto a la textura, la fracción arenosa, mostró una variación porcentual mayor que limos y arcillas. El mayor porcentaje de arenas fue para la sección F (al noreste), con 48.55% y, significativamente distinta (P < 0.0001) a las secciones B, E, G, H, J y K. Finalmente, en el caso de limos, la sección H (sur) obtuvo un valor de 32%, significativamente menor a la K cuyo valor fue de 53.18%. En términos generales, se identificaron tres clases texturales en los suelos del BSJA; los francos en el 70% de los suelos muestreados, los franco-limosos en un 10%, y la Franca-arcillosa, en el 20% (Cuadro 3).

De acuerdo con ^{Chaudhari et al. (2013)} y ^{Scheyer y Hipple (2005)}, el “suelo ideal” posee, humedad suficiente, aire y materia orgánica que satisfagan las demandas de la vegetación, también, adecuado espacio poroso y baja densidad aparente. Un balance en el contenido de arcillas, limos y arenas también es recomendable. Con base en los resultados, todas las secciones del área de estudio están provistas de niveles adecuados de espacio poroso, densidad aparente, conductividad eléctrica y una textura balanceada. Aunque pueden existir diversas explicaciones para el comportamiento relativamente homogéneo en las propiedades a lo largo del gradiente espacial, dos de ellas son las que consideramos más acertadas. La primera, que a pesar de su categoría urbana, los suelos del BSJA, conservan propiedades de origen, y segundo, si fueron creados artificialmente, los materiales empleados en su formación fueron de regular calidad.

Análisis vertical de las propiedades físicas y químicas

El pH fue uniforme a lo largo del gradiente (5, 10 y 15 cm) (Figura 2A), mientras que la DA se incrementó con la profundidad hasta 1.27 g cm^-3 en promedio, siendo menor en los primeros 5 cm (0.70 g cm^-3) (Figura 2B). Un incremento en la DA con la profundidad, fue obtenido en suelos forestales del centro y norte de Finlandia, debido principalmente, a la reducción en los niveles de materia orgánica (^{Osman, 2013}). El %EP presentó un comportamiento inverso, es decir, mayor en la capa superficial, con 73.47% y menor en profundidad, con 52.03% (Figura 2C). Algunos estudios que evalúan los efectos de la compactación, concluyen que el efecto del tránsito continuo (peatonal o vehicular), se ve usualmente confinado a los 10 primeros centímetros del suelo, pero, el mayor efecto puede ocurrir hasta los 20 cm por debajo de la superficie (^{Harris et al., 2003}). Favorablemente, la DA y el EP registrados en el BSJA se encontraron dentro de lo normal (^{Binkley y Fisher, 2000}); sin embargo, un proceso lento de compactación podría estar ocurriendo en sitios específicos como veredas no autorizadas, áreas de picnic y áreas de ejercicios de bajo impacto, incentivados por la frecuencia del evento, y el contenido de humedad del suelo.

La CE y las SDT presentaron los valores más altos en la superficie (0 a 5 cm), y menores a mayor profundidad (Figura 2DE). En lo que respecta al %MO y %CO, fueron significativamente distintos en las tres profundidades muestreadas (P < 0.0001) (Figura 2F). La materia orgánica mostró un comportamiento decreciente de la superficie hacia la capa de 10 a 15 cm, con valores de 6.11, 3.43 y 1.24%, respectivamente. Caso similar ocurrió con el carbono orgánico cuyos porcentajes fueron 3.59, 1.99 y 0.72%; cabe destacar que la materia orgánica presentó un contenido de carbono orgánico >56%, valor teórico común en suelos urbanos y forestales (^{Toor y Shober, 2009}). Finalmente, respecto a la composición de la fracción mineral (limos, arenas y arcillas), no se observaron diferencias significativas entre las distintas profundidades de muestreo. Según ^{Sieghardt et al. (2005)}, la variabilidad de los suelos urbanos, es generalmente, mayor comparada con suelos de áreas naturales, debido a que sus procesos de "formación" son más rápidos (en muchos casos, artificiales), más intensas las actividades de manejo, y el clima urbano sumamente cambiante. Sin embargo, en el BSJA, los suelos fueron relativamente homogéneos, con excepción de algunas propiedades.

Figura 2: Propiedades físicas y químicas de los suelos del Bosque San Juan de Aragón y su comportamiento vertical. A = pH; B = densidad aparente (DA); C = espacio poroso (EP); D = conductividad eléctrica (CE); E = sales disueltas totales (SDT); F = porcentajes de materia orgánica (MO) y carbono orgánico (CO). Letras distintas indican diferencias significativas con P < 0.0001. 

Figure 2: Physical and chemical properties of the soils of the San Juan de Aragon Park and their vertical behavior. A = pH; B = bulk density (DA); C = porous space (EP); D = electrical conductivity (CE); E = total dissolved salts (SDT); F = percentages of organic matter (OM) and organic carbon (CO). Different letters indicate significant differences with P < 0.0001. 

Si bien, las funciones del suelo son diversas, no les hemos conferido la importancia que merecen. En aras de la producción alimentaria, vivienda, y la obtención de productos forestales, hemos modificado el entorno, y comprometido también la diversidad biológica (^{Scheyer y Hipple, 2005}). La función del suelo urbano, no es muy distinta de los suelos forestales; sin embargo, a la fecha su calidad (función) como sustrato y soporte físico para el desarrollo de árboles urbanos no está del todo clara, pero las propiedades del suelo que afectan directa o indirectamente el desarrollo de la raíz, y su desempeño en la adquisición de agua y nutrimentos en calidad y cantidad, son quizás las que han cobrado mayor impacto. Finalmente, con base en las propiedades evaluadas en el presente trabajo, y de acuerdo con ^{Hillel (2004)}, se concluye que, la relación densidad aparente-conductividad eléctrica versus la actividad de enraizamiento de la planta, debe tomar la forma “menos es mejor”, ya que la actividad de la raíz disminuye cuando la densidad aparente excede cierto valor, misma que también varía con la clase textural del suelo en cuestión, es decir, mientras una densidad aparente de 1.4 g cm^-3 restringe la actividad de enraizamiento en un suelos arcilloso, en un suelo arenoso la restricción ocurre hasta un valor de 1.7 g cm^‑3. Por otra parte, a medida que aumenta la conductividad eléctrica, el efecto sobre la actividad de enraizamiento y crecimiento vegetal depende de la sensibilidad de la especie, pero un umbral propuesto en suelos urbanos y forestales, es de 2 dS m^-1. Respecto a la textura franca, franca-arcillosa y franca- limosa de los suelos del BSJA y los niveles moderados de MO cuantificados, hace suponer, que no existen problemas de abasto de agua, y de macro y micronutrimentos esenciales para las especies leñosas que ahí se desarrollan.