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Introducción
El cambio de uso del suelo para la expansión de cultivos y pastoreo es la principal causa de deforestación en América Latina. Con la remoción de la cobertura boscosa, los suelos quedan expuestos a la erosión y pueden ser estériles en menos de 10 años (Steinfeld, 2009).
A nivel nacional, en el Chaco Paraguayo se consolidó el modelo ganadero semintensivo. Debido a las condiciones edafoclimáticas de esta región es importante un manejo cuidadoso de sus recursos para lograr el aumento de la productividad; por lo anterior, los sistemas silvopastoriles representan una estrategia sustentable de aprovechamiento (Laneri 1993; Jobbágy et al., 2011; Bazoberry, 2012).
El sistema silvopastoril ayuda a mejorar la productividad, la rentabilidad y la sustentabilidad de la explotación, al combinar especies leñosas con pastura y animales de producción, ya que aportan condiciones que permiten el bienestar animal, así como la protección del suelo contra la erosión y la compactación; mejora su fertilidad a través del ciclaje y transporte de nutrientes, desde el subsuelo hasta la copa; y la acumulación de materia orgánica superficial.
Los sistemas silvopastoriles del Chaco Paraguayo incluyen a Prosopis spp., componente de gran importancia en la estructura arbórea y arbustiva de zonas áridas y semiáridas. Es una leguminosa capaz de fijar nitrógeno atmosférico, gracias a la asociación que se produce entre las bacterias del género Rhizobium y sus raíces, este factor produce un impacto positivo en la digestibilidad y contenido de proteína de las pasturas (Sammartino, 2011).
En cuanto al contenido de materia orgánica, es más importante la velocidad y el equilibrio entre procesos de mineralización y humificación que está condicionado por la actividad microbiana en el suelo que el contenido total de esta. Para conocer la velocidad de proliferación de microorganismos y la rapidez con que la materia orgánica se mineraliza, se utiliza la relación entre el carbono orgánico y nitrógeno total (Fuentes, 1999).
La Relación C/N es un índice de la calidad del sustrato orgánico del suelo. Indica la tasa de nitrógeno disponible para las plantas; valores altos implican que la materia orgánica se descompone lentamente, ya que los microorganismos inmovilizan el nitrógeno, por lo que no puede ser utilizado por los vegetales; en cambio, valores entre 10 y 14 corresponden a una mineralización y ruptura de tejidos rápida, ya que la actividad microbiana se estimula, hay nutrientes suficientes para los microorganismos y para los vegetales. Además, la Relación C/N de bacterias y hongos del suelo es menor a 15, lo que implica que con valores bajos de C/N los microorganismos serán más eficientes en la descomposición de la materia orgánica.
La importancia del presente trabajo radica en que en el Chaco paraguayo las experiencias de beneficios del manejo de esta especie en sistemas silvopastoriles son escasas y aisladas. La investigación constituye una de las primeras aproximaciones al conocimiento sobre fertilidad de suelos en sistemas silvopastoriles del Chaco Central.
El objetivo fue analizar la Relación C/N en suelos bajo sistemas silvopastoriles asociados a Prosopis spp. del Chaco Central Paraguayo, y para ello se caracterizó la composición arbórea y de la pastura dentro del sistema, se evaluó el efecto de dos condiciones de insolación sobre la biomasa de la pastura, se comparó el contenido de materia orgánica y la relación carbono nitrógeno bajo dos condiciones de insolación y a dos profundidades; además, se evaluó la velocidad de descomposición de la materia orgánica a través de la Relación C/N. La hipótesis planteada fue que existen diferencias significativas entre la Relación C/N en el sistema silvopastoril bajo diferentes condiciones de insolación y de profundidad.
Materiales y Métodos
El área de estudio está situada en los distritos Pirizal, Buena Vista y Teniente Primero Manuel Irala Fernández del departamento de Presidente Hayes; Filadelfia y Loma Plata del departamento de Boquerón de la Región Occidental del Paraguay, ubicada entre los paralelos 20°05’ y 23°48’ de latitud sur y 62°40’ y 59°20’ de longitud al oeste de Greenwich. Se localiza a 420 km de la ciudad de Asunción; limita al noreste con Alto Paraguay, al sur con la Región Oriental del país y al suroeste con la República Argentina, su límite natural es el río Pilcomayo, que baña la región sur del departamento con afluentes no navegables, pero importantes para el riego. Constituye un área de campos abiertos de vegetación espinosa y de tunas (DGEEC, 2002).
La temperatura media es de 26 °C y lluvias de verano (de diciembre a marzo), en forma de chaparrones localizados y muy intensos, la precipitación media mensual más alta ocurre en diciembre (115 mm) y la más baja en julio (15 mm) (Vera et al., 2000; Naumann, 2004).
De acuerdo a la clasificación de suelos de la FAO (1988), en esta zona son luvisoles, entre los 30 y 70 cm de profundidad están enriquecidos con arcillas, pH neutro o ligeramente alcalino, cuya alcalinidad aumenta con la profundidad; normalmente son ricos en fósforo (78 ppm), potasio(1.4 mval 100 g-1) y magnesio (3.1 mval 100 g-1) (Glatzle, 1999).
El trabajo consistió en la determinación del aporte del algarrobo a la materia orgánica del suelo a través del análisis de la Relación C/N; para ello, se instalaron ocho parcelas permanentes en diferentes propiedades con potreros bajo manejo silvopastoril. Cada parcela cuenta con una superficie de 1 ha, en las que se identificaron todas las especies arbóreas y de pastura presentes. Se midieron todos los individuos de algarrobo, desde brinzales y latizales (a partir de 1 m de altura) hasta los individuos adultos (DAP>10) y la pastura.
Para la extracción de las muestras de pasto, se establecieron al azar ocho subparcelas de 1 m × 1 m dentro de cada parcela: cuatro bajo influencia directa de la copa de algarrobos y cuatro fuera de su influencia directa.
Para el análisis de suelo, se obtuvieron cuatro muestras compuestas por condición (bajo la influencia de la copa de los algarrobos y fuera de ella), a dos profundidades (de 0 a 10 cm y de 10 a 30 cm), estas fueron embolsadas, etiquetadas y llevadas al laboratorio del Área de Suelos y Ordenamiento Territorial de la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Asunción para la determinación de carbono orgánico. Los resultados se utilizaron para calcular materia orgánica, contenido de nitrógeno total y la Relación C/N, con la finalidad de estimar la fertilidad del suelo.
Una vez instaladas las parcelas, se procedió a etiquetar con chapas metálicas los algarrobos presentes, a los que se les midió el DAP o DAC: DAP a 1.30 m del suelo, en individuos adultos y DAC en regeneraciones <10 cm; y la altura total. Los datos se registraron en una planilla, y la ubicación de cada individuo fue georreferenciada con un GPS Garmin ® GPSMAP ® 62ac. En el Cuadro 1 se exponen los cálculos para el componente leñoso.
Cuadro 1 Variables dasométricas calculadas.
* = Factor de forma para algarrobo propuesto por Quinteros (2001); ** = Ecuación alométrica propuesta por Sato et al. (2015) para el Chaco Seco.
El contenido de carbono orgánico se determinó a través del método Walkley -Black, para calcular el contenido de materia orgánica, nitrógeno total y la Relación Carbono/Nitrógeno, con las fórmulas propuestas en la literatura (Plaster, 2000; Thompson y Troeh 2002; Porta et al., 2014). En el Cuadro 2 se presentan las variables calculadas a partir del resultado del análisis de laboratorio
Cuadro 2 Variables calculadas a partir del análisis de suelo.
(=Porta et al., 2014; ** = Se considera que el contenido de nitrógeno es 5 % del contenido de materia orgánica (Plaster, 2000); *** = Densidad aparente considerada: 1 243 kg m-3 (de 0 a 10 cm de profundidad) 1 225 kg m-3 (de 10 a 30 cm de profundidad).
El muestreo de pastura dentro de cada parcela de 1 ha, se hizo en subparcelas de 1 m × 1 m: cuatro bajo copa del algarrobo, a 1 m del fuste; cuatro fuera de la influencia directa de la copa de los árboles; se procedió a medir y registrar la altura total, longitud de raíz y peso fresco de las muestras extraídas.
El estudio implementado fue de tipo exploratorio, el cual es descrito para adquirir conocimientos sobre un tema poco investigado, obtener información para realizar una investigación más completa y establecer prioridades para investigaciones futuras (Hernández, 2010).
Resultados y Discusión
Caracterización del área de estudio
Una herramienta importante para la toma de decisiones sobre el manejo de los árboles es el conocimiento sobre la distribución diamétrica de la población en estudio (Cao, 2004).
Para conocer la composición florística y la distribución diamétrica en las parcelas analizadas, a continuación se presenta una descripción de todos los árboles existentes, la distribución diamétrica de los individuos medidos, las especies de pasto registradas; además de, una descripción general de las características observadas.
Las copas de los algarrobos cubren, en promedio 13 % de la superficie total de cada parcela; la distribución espacial de los individuos fue aleatoria con tendencia a formar conglomerados con un distanciamiento promedio de 9 m. Estos datos son importantes porque permiten identificar el nivel de influencia de la sombra que brindan las copas sobre los otros componentes del sistema, como el suelo, la pastura y el ganado.
Las clases diamétricas para indicar la distribución de los individuos son las siguientes: Clase 1: DAP<10; Clase 2: de 10 a 19 cm DAP; Clase 3: de 20 a 29 cm; Clase 4: 30 a 39. En la Figura 1 se muestra la distribución diamétrica de los 246 individuos medidos.
De los algarrobos registrados (245 individuos en total), 130 individuos (53 %) corresponden a la categoría de regeneración, con un DAP<10 cm, y los 115 restantes (47 %) tuvieron en promedio 16 cm de DAP, por parcela se midieron, en promedio, 31 ejemplares.
En coincidencia con lo expresado por Glatzle (2004), quien dice que el establecimiento de regeneraciones de algarrobos (Prosopis alba Griseb., P. nigra Hieron. o Prosopis kuntzei Harms) con una densidad de 20 hasta 50 árboles por hectárea, en pasturas degradadas puede tener beneficios ecológicos, pues la mayor acumulación de materia orgánica bajo sus copas contribuye a incrementar el rendimiento de las pasturas para el ganado.
Área basal. De Arruda Veiga (1984) indica que el conocimiento del área basal de una población es primordial para estimar el volumen y determinar la densidad de la población; al respecto, las parcelas instaladas tenían, al momento de la medición, en promedio 31 individuos de Prosopis spp. por hectárea, entre las cuales destacó con más presencia Prosopis alba (algarrobo blanco), seguido por Prosopis nigra (algarrobo negro). En la Figura 2 se exhiben los valores de área basal, con un promedio de 0.34 m2 ha-1, el valor mínimo de 0.02 m2 ha-1 correspondió a la parcela 6 y el máximo, de 0.64 m2 ha-1 a la parcela 5. En la Figura 2 se presenta el promedio de área basal de algarrobos por hectárea.
En la parcela 6 se midieron 35 algarrobos, en su totalidad fueron regeneraciones que, en promedio, tenían 2.6 cm de DAC. En cambio, los 30 individuos de la parcela 5 registraron un DAP de 16 cm; es decir, eran árboles adultos.
Valores similares estimaron Senilliani y Navall (2005) en una plantación de Prosopis alba de 4.5 años de edad, con una densidad de 555 árboles por hectárea, y área basal de 0.7 m2 ha-1.
Kees et al. (2015) citan valores superiores en el Chaco Argentino en un sistema silvopastoril compuesto por una plantación de algarrobos, con una densidad de 150 árboles por ha; asociada a Panicum maximum Jacq., el área basal de los árboles de 10 años de edad fue, en promedio, 5.62 m2 ha-1 y a los 14 años de 8.07 m2 ha-1.
Volumen. Es importante conocer el volumen de madera producido en potreros, bosques o plantaciones para adquirir conocimientos técnicos forestales sobre el desarrollo de los individuos y para que los productores conozcan la cantidad de madera que pueden obtener y comercializar (Ordoñez et al., 2012).
El volumen estimado en las parcelas de estudio fue, en promedio, de 1.59 m3 ha-1; el valor máximo se obtuvo en la parcela 2, conformada por individuos de algarrobo blanco en su totalidad, con un DAP promedio de 13.15 cm, 6 m de altura y un volumen de 2.75 m3 ha-1; el valor mínimo se estimó en la parcela 6, con 0.035 m3 ha-1, formada por regeneraciones de algarrobo negro, con un DAP y altura promedio de 2.66 cm y 1.76 m, respectivamente (Figura 3).
En una evaluación de sistemas silvopastoriles con tres especies de algarrobo (Prosopis nigra, Prosopis affinis Spreng. y Prosopis vinalillo Stuck.) implementados en el Chaco Húmedo, departamento Presidente Hayes, en la estancia Maroma, en una parcela de 125 m × 80 m, el volumen calculado fue en promedio 2.79m3 ha-1 (Arano y De Egea, 2014).
Biomasa total del estrato arbóreo. La biomasa aérea incluye todo lo que se encuentre sobre el suelo, como fuste, ramas y hojas (Yepes et al., 2011). En ese sentido, la biomasa del componente arbóreo del sistema fue de 2 t ha-1, en promedio (Figura 4), valor superior al registrado por Ibrahim et al. (2007), en árboles con DAP ≥5 con menos de 30 individuos presentes por hectárea,.
Biomasa de la pastura
Los valores variaron según su exposición a la insolación, esto referido a la cobertura de copa de los árboles de algarrobo.
Los pastos identificados con mayor frecuencia fueron Gatton panic, Pangola y Buffel, en menor proporción se registraron el pasto Estrella y Urochloa.
Los algarrobos influyeron en el desarrollo de la biomasa de la pastura, ya que hubo diferencias significativas entre las muestras extraídas bajo la copa del algarrobo y las que se localizaban fuera de la copa, según la comparación por el método t de Student con datos de parcelas no apareadas, a un nivel de confianza de 95 %.
La biomasa de la pastura localizada fuera de la proyección de la copa del algarrobo tuvo un valor promedio de 0.46 t ha-1; en cambio, la media de la biomasa de la pastura bajo la copa equivale a 1.65 t ha-1, en promedio (Figura 5).
Figura 5 Biomasa de pastura en promedio bajo dos condiciones de insolación. Chaco Central (diciembre 2015).
Valle et al. (2004) señalan valores mayores (3.5 t ha-1) de biomasa en pasto Buffel de 3.5 meses de edad, asociadas a Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth (árbol perteneciente a la familia de las leguminosas) en una parcela de 500 m2 ubicada en Miacatlán, Morelos, México.
Ibrahim et al. (2001) expusieron que Panicum maximum tuvo mayor contenido de biomasa (2.98 t ha-1) al asociarse con Erythrina poeppigiana (Walp.) O.F.Cook, comparada a 2.07 t ha-1 de biomasa producida por la pastura, cuando no está asociada a dicha especie leñosa.
Propiedades químicas del suelo
Contenido de materia orgánica. La materia orgánica está constituida por restos de animales y plantas (provenientes de hojas caídas, troncos muertos, raíces de árboles o hierbas y residuos de cosecha) en varios estados de descomposición y cumple importantes funciones, además es un indicador de la calidad de los suelos pues condiciona sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Plaster, 2000; Porta et al., 2014).
El contenido de materia orgánica del suelo en las parcelas estudiadas no presenta diferencias significativas entre condiciones de sol y sombra, pero las diferencias son significativas cuando se comparan las profundidades de muestreo (prueba t de Student a un nivel de confianza de 95 %). El promedio de biomasa con ambas condiciones de insolación se presenta en la Figura 6.
Figura 6 Promedio del contenido de materia orgánica en porcentaje bajo dos condiciones de insolación y a dos profundidades en sistemas silvopastoriles del Chaco Central (2015).
El valor promedio más elevado se dio en las muestras bajo sombra, en los 10 primeros centímetros del suelo, donde el valor fue de 3.38 % que se interpreta como un contenido alto de materia orgánica; bajo sol, fue de 2.6 % en los primeros 10 cm, el contenido de materia orgánica disminuyó bajo sol y en sombra a profundidades de 10-30 cm a 1.09 % y 1.43 %, respectivamente; el contenido de materia orgánica paso de ser medio y bajo a medida que aumentó la profundidad.
Esto coincide con la descripción de Thompson y Throeh (2013) quienes indican que la materia orgánica cubre la superficie del suelo, luego se descompone y se mezcla e incorpora a los 5-15 cm del suelo mineral, por la acción de la mesofauna que allí habita.
En cuanto al contenido porcentual de materia orgánica, valores cercanos fueron expuestos por Glatzle (1999) quien expuso que el contenido de materia orgánica bajo la copa del algarrobo fue 3.3 % y descendió a 2.4 % en zonas despejadas, sin cobertura de algarrobo, en un estudio realizado en el Chaco Central paraguayo.
Carbono orgánico. El suelo es un gran reservorio de carbono, su concentración presenta altas variaciones incluso en áreas de tamaño pequeño debido a la heterogeneidad de los suelos, condiciones climáticas, elementos geomórficos (Yepes et al., 2014).
El contenido de carbono orgánico total fue determinado en laboratorio a través del método Walkley-Black, el valor porcentual fue extrapolado a kilogramos y toneladas, considerando una densidad aparente del suelo de 1.24 g cm-3 y 1.25 g cm-3 para las profundidades de 0-10 cm y 10-30 cm, respectivamente. En el Cuadro 3 se exponen los valores promedios hallados bajo las diferentes condiciones.
Cuadro 3 Contenido de carbono orgánico total.
| Carbono orgánico total | ||||
|---|---|---|---|---|
| Sol 0-10 cm | Sombra 0-10 cm | Sol 10-30 cm | Sombra 10-30 cm | |
| C.O (%) | 1.5 | 1.97 | 0.63 | 0.83125 |
| C.O (t ha-1) | 18.6 | 24.4871 | 15.435 | 20.365625 |
El contenido total de carbono orgánico estimado en el suelo bajo la influencia directa de la copa del algarrobo en los primeros 30 cm del suelo fue de 44.85 t ha-1y fuera de la influencia de 34.03 t ha-1.
Lok et al. (2013) consignan valores similares en un sistema silvopastoril con Panicum maximum y Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit de 8 años, con un contenido de carbono orgánico de 38.8 t ha-1 en los primeros 35 cm del suelo.
Nitrógeno total. El nitrógeno es el principal elemento que aporta la materia orgánica para el crecimiento vegetal y es considerado un macronutriente primario, porque se usa en grandes cantidades por las plantas y su disponibilidad en el suelo no siempre es suficiente para un mejor crecimiento de las mismas (Plaster, 2000).
Se estimó el contenido de nitrógeno considerando que el contenido de este elemento forma 5 % de la materia orgánica. En el Cuadro 4 se presentan los valores promedios para cada condición.
Cuadro 4 Contenido de nitrógeno total en el suelo. Chaco Central (2015).
| Nitrógeno total | ||||
|---|---|---|---|---|
| Sol 0-10 cm | Sombra 0-10 cm | Sol 10-30 cm | Sombra 10-30 cm | |
| N (%) | 0.129 | 0.163 | 0.0547 | 0.071 |
| N (t ha-1) | 1.603 | 2.033 | 1.34 | 1.75 |
El contenido de Nitrógeno total en los primeros 10 cm de suelo fuera de la influencia de la copa del algarrobo fue de 1.6 t ha-1 y bajo sombra de 2.03 t ha-1y 1.34 t ha-1 y 1.75 t ha-1 de 10 a 30 cm de profundidad bajo sol y sombra, respectivamente.
Silberman et al. (2015) citan un contenido de nitrógeno similar en los primeros 15 cm del suelo con cobertura de Gatton panic (0.828 t ha-1), y un valor superior (4.14 t ha-1) en un sistema silvopastoril basado en la asociación de Ziziphus mistol Griseb. (mistol) (22 a 27 árboles ha-1) con Gatton panic, en un estudio realizado en Santiago del Estero, Chaco árido de Argentina.
Relación Carbono/Nitrógeno. La materia orgánica de las parcelas presentó valores de 11.8 y 12.07 en suelos fuera de la influencia directa de la copa de los algarrobos, a una profundidad de 0-10 cm y 10-30 cm, respectivamente; en cuanto al suelo bajo influencia de los algarrobos, en los primeros 10 cm, se registró un valor de 11.6, y de 10 a 30 cm de profundidad 11.67.
No se obtuvieron diferencias significativas con la prueba t de Student para parcelas no apareadas (con una confianza de 95 %) entre condiciones de sol y sombra o variación de profundidad. El valor calculado indica que la materia orgánica es estable, de acuerdo con la descripción de Porta et al. (2014) para la materia orgánica, cuando el valor de la Relación C/N corresponde al intervalo de 10 a 14 (Figura 7).
Figura 7 Relación C/N en las parcelas a dos profundidades y bajo dos condiciones de insolación. Chaco Central (2015).
Cuando la Relación C/N es de 10 a 14, se favorece la proliferación de microorganismos descomponedores de la materia orgánica, porque cuentan con suficiente carbono para utilizarlo como fuente de energía y nitrógeno para sintetizar sus proteínas, lo que estimula la mineralización de dicho elemento para ser aprovechado por los componentes vegetales del sistema.
Estos resultados concuerdan con los registros de East y Felker (1993), para la Relación C/N bajo Prosopis glandulosa Torr. var. glandulosa, de 12 a 14 en suelos abiertos; el primero puede atribuirse al incremento de la actividad microbiana que llevó a una mayor liberación de nitratos.
De acuerdo a lo indicado por González (2009), no se registraron diferencias significativas en la Relación C/N entre sistemas silvopastoriles y praderas naturales, ubicados en la Provincia de Chimborazo, Ecuador, la Relación fue de 11.6 y 11.3, respectivamente.
Conclusiones
El valor de la Relación C/N indica que la tasa de la mineralización es buena, ya que estimula la proliferación de microorganismos que mineralizan la materia orgánica, y en consecuencia, los nutrientes están disponibles para la pastura y el componente arbóreo del sistema.
Las condiciones de insolación y profundidad no causan variaciones en la descomposición de la materia orgánica, ya que la Relación C/N no presenta diferencias significativas, cuyo promedio es de 11.8 en los primeros 10 cm del suelo fuera de la influencia de la copa del algarrobo y 12.07, en la misma condición de 10 a 30 cm de profundidad, y bajo la influencia de la copa del algarrobo de 11.63 los primeros 10 cm y 11.7 de 10 a 30 cm.
Los valores evidencian que la velocidad a la que se descompone la materia orgánica es media en todas las condiciones analizadas; por lo que la hipótesis planteada se rechaza.
