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Revista de la ciencia del suelo y nutrición vegetal
versión On-line ISSN 0718-2791
R.C. Suelo Nutr. Veg. v.9 n.3 Temuco 2009
http://dx.doi.org/10.4067/S0718-27912009000300005
Rev. Cienc. Suelo Nutr. / J. Soil. Sci. Plant Nutr. 9(3): 222-235 (2009)
CARBONO ORGÁNICO DEL SUELO EN DIFERENTES USOS DEL TERRENO DE PAISAJES ANDINOS COLOMBIANOS
Soil Organic Carbon in Different Land Uses of Colombian Andean Landscapes
Andrés F. Carvajal1*, Alexander Feijoo1, Heimar Quintero2, Marco A. Rondón3
1Universidad Tecnológica de Pereira, Facultad de Ciencias Ambientales, Grupo Gestión en Agroecosistemas Tropicales Andinos (GATA), Vereda
2Profesor pensionado Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira, Valle del Cauca, Colombia.
3International Development Research Centre (IDRC), Ottawa, Ontario, Canadá.
*Corresponding author: acarvaja@utp.edu.co
The relationship between changes in land use and soil carbon and nitrogen was assessed in Alcalá (Colombian coffee growing region), between 900 and
Keywords: carbon sequestration in the
RESUMEN
Se estudió la relación de cambios en el uso del terreno con el C y N edáficos, en el municipio de Alcalá (región cafetera colombiana), entre 900 y
Palabras clave: Almacenamiento de carbono en los Andes, cambios en el uso del terreno, isótopos estables.
INTRODUCCIÓN
Las concentraciones atmosféricas de C02, CH4 y N20 se están incrementando por actividades antrópicas como el cambio en los usos del terreno. Esto ha provocado una tasa de calentamiento global que probablemente excede la tasa crítica en la que los ecosistemas son capaces de adaptarse a cambios climáticos (IPCC, 2007; Lal, 2004). Globalmente los suelos a un metro de profundidad contienen 1500 Gt de carbono, de las que se estima que el 44% está en los trópicos, donde los tiempos de residencia de la materia orgánica son menores y por lo tanto los depósitos de C son más susceptibles a la sustitución de usos (López-Ulloa, 2005). De allí que las pérdidas de este elemento se den por la conversión de ecosistemas naturales a sistemas agrícolas por la reducción en los aportes de materia orgánica y la protección física del suelo (Tan y Lal, 2005).
En Colombia en el año 2003 el café fue el primer producto agrícola en extensión con
En el municipio de Alcalá, gran parte de los sistemas finca se transformó entre 1960 y 1990 siguiendo políticas gubernamentales e institucionales que promovían los monocultivos de café (Zúfiiga et al, 2003); aunque algunos agricultores conservaron variedades con sombrío (Feijoo et al, 2007) y mantuvieron zonas de conservación con relictos de selva, barbechos y guaduales para la protección de fuentes hídricas; haciendo que el paisaje del municipio fuera heterogéneo, con historia de usos, coberturas y manejo variables.
En los Andes colombianos poco se han evaluado almacenamientos de carbono de acuerdo con las variaciones en el paisaje, lo que es de gran importancia porque este elemento depende de condiciones específicas de cada sitio, requiriendo métodos de muestreo que permitan representar cambios a nivel local y del paisaje para la identificación de patrones de distribución (Leifeld et al, 2005). Por otra parte, Batjes (2005) plantea que los agroecosistemas pueden ser manejados para reducir emisiones e incrementar depósitos de C, pero las opciones se deben escoger con base en el conocimiento de la magnitud de los almacenamientos edáficos de un bioma o región agroecológica, y la respuesta de los suelos a diferentes usos.
Por lo anterior, este trabajo propuso evaluar las variaciones en los almacenamientos de C y N en diferentes usos del terreno, localizados en tres zonas altitudinales del municipio de Alcalá, Valle del Cauca; y planteó como hipótesis que los suelos de esta región subandina tienen alta capacidad para la captura de estos dos elementos, la cual es afectada por la altura sobre el nivel del mar y por los cambios en el uso del terreno, dependiendo no solo de la cobertura vegetal actual, sino además de sistemas anteriores que han contribuido con la fijación.
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización del estudio
El estudio se adelantó en el municipio de Alcalá, Valle del Cauca, Colombia, en la vertiente occidental de
Se consideró como universo poblacional el área del municipio entre 1150 y 1600 msnm, para la cual se definieron tres estratos con rangos de
Los suelos pertenecen a las unidades Malabar y Chinchiná, ambas provenientes de cenizas volcánicas pero con diferencias en la textura, saturación de bases, fertilidad, estructura y drenaje interno (Alcaldía municipal de Alcalá, 2003; Cenicafé, 2007) (Cuadro 1). El paisaje en cada una de las ventanas fue heterogéneo, encontrándose en total 18 usos del terreno, predominando el pastizal (Cynodon níemfuensis) en la zona baja (12 muéstreos); café-plátano (Coffea arábica L-Musa paradisiaca) (8) y monocultivo de café variedad Colombia (Coffea arábica L., cv. Colombia) (6) en la media; y café variedad Colombia (7) y relicto de selva (6) en la alta.
Los monocultivos de café y la mayoría de cafetales asociados con otras especies vegetales recibieron adiciones de fertilizantes de síntesis química como urea, 15-15-15 y 25-4-24, en cantidades que variaron entre 20 y 300 g/planta/año. Además se podaron cada cuatro o cinco años y la frecuencia de eliminación de arvenses estuvo entre una y tres veces por año. En pastizales, relictos de selva y barbechos no se realizaron aplicaciones de insumos, mientras que en algunos guaduales (Guadua angustifolia Kunth) se realizó extracción de material de forma esporádica.
En relación con la historia de los usos del terreno en el área de estudio, los sitios que actualmente se encuentran en cultivos de café asociados y en monocultivo, anteriormente fueron selvas nativas, mientras los pastizales han tenido un proceso más largo, porque posterior a la selva nativa, se encontraron cultivos de café que finalmente se convirtieron en potreros.
Almacenamiento de carbono y nitrógeno en el suelo
Para la estimación del contenido de carbono y nitrógeno en el suelo se realizó un muestreo sistemático estratificado (método de la red cuadrada) (Cochran, 1974). Se realizaron 96 monolitos (0.25 x 0.25 x
Los contenidos de carbono y nitrógeno se calcularon de la siguiente manera:
Carbono en suelo (t ha-1) = %C * DA * E*A*100
Nitrógeno en suelo (t ha-1) = %N*DA*E*A*100
Donde: %C = Porcentaje de carbono; %N = Porcentaje de nitrógeno; DA = Densidad aparente (g/cm3); E = Espesor de la capa de muestreo (cm); A = Área considerada (
Abundancia natural de
Se calcularon las abundancias isotópicas naturales de
Análisis de la información
Para las variables fisicoquímicas del suelo (densidad aparente, %C, %N, almacenamientos de C y N, relación C:N,C y N) se realizaron pruebas de Kruskal Wallis para muestras independientes con el programa SPSS versión 10.0 (SPSS Inc, 1999), para buscar diferencias estadísticamente significativas (p < 0,05) entre zonas de muestreo y entre profundidades del suelo. Se realizó Análisis de Componentes Principales (ACP) para reducir la dimensión de los datos, agrupando variables y facilitando la explicación de la variabilidad total con los dos primeros componentes extraídos. Se incluyeron las variables %C, %N, almacenamiento de C, almacenamiento de N, relación C:N, densidad aparente,
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La profundidad del suelo influyó sobre los contenidos de materia orgánica, encontrando más C y N almacenado en la capa superficial con tendencia a disminuir hacia las capas inferiores, presentando diferencias altamente significativas (p<0,05) entre 0-10,10-20 y 20-
Contrariamente las abundancias naturales de los isótopos estables aumentaron con la profundidad. Krull y Skjemstad (2003) en Australia y Michelsen et al. (2004) en Etiopía encontraron que el
Igualmente, los valores de δ15N incrementaron hacia 20-
Teniendo en cuenta la información de los tres estratos de muestreo se encontró que el ACP explicó con dos componentes el 96,6% de la variabilidad total. El Análisis mostró por medio de vectores las correlaciones entre las variables evaluadas, dejando ver correlaciones positivas entre %C y almacenamientos de C y N (sentido oeste), las cuales a su vez se correlacionaron negativamente con densidad aparente y 15N (sentido este). Los vectores de mayor longitud y más cercanos al eje horizontal hicieron parte del Cl (88,4%), que fue el más relevante y se interpretó como el mayor contenido de carbono y nitrógeno en suelos con menor densidad aparente y abundancia de 15N (Figura 2). Los registros mostraron el efecto de la altura en el momento de proyectarse sobre el plano, agrupándose por zonas y diferenciando la parte alta (1450-
Entre usos del terreno se encontraron algunos cambios en las abundancias
Por otra parte, monocultivos como caña panelera (Sacharun officinaruni), café variedad Colombia {Coffea arábica L., cv. Colombia) y caturra {Coffea arábica L., cv. caturra), con aplicaciones constantes de fertilizantes de fertilizantes de síntesis química y prácticas de manejo como podas y eliminación de arvenses, tendieron a almacenar más carbono y nitrógeno. Posiblemente, la mayor fijación en estos monocultivos se presentó porque la fertilización con nitrógeno favorece la asimilación de Amonio (NH4+) por parte de las plantas (Diekow et al, 2005), estimulando la producción de fitomasa que posteriormente retorna al suelo y contribuye con los depósitos de este elemento (Jones y Jacobsen, 2005).
Se encontró que para la totalidad del perfil (0-
Además se observó que los suelos a pesar de tener el mismo uso del terreno variaron la cantidad de C de acuerdo con la altura, registrando disminuciones considerables como la de relicto de selva que entre la zona alta y media dejó de acumular 59,59 t C ha-1, tendencia que también se encontró en los demás usos evaluados (Cuadro 3).
Los usos con mayor grado de conservación como los relictos de selva, presentaron menores almacenamientos de C que aquellos más intensivos; posiblemente porque los relictos almacenan la mayor parte del carbono en la biomasa aérea, y al poseer una mayor estructura vertical generan diferencias en el microclima del sistema, siendo la atmósfera más húmeda y la temperatura relativamente baja y constante, lo que pudo haber favorecido los procesos de descomposición de materia orgánica a partir de la biota del suelo (Van der Kamp et al., 2009), reflejándose en mayores pérdidas de carbono por los procesos de respiración. Estos almacenamientos en 0-
Según Lal (2004), los depósitos de carbono en el suelo y su dinámica se encuentran estrechamente relacionados con la fauna edáfica, la cual es considerada un factor de gran influencia en las propiedades físicas y biológicas del suelo, especialmente en lo relacionado con la estructura, porosidad, aireación, infiltración, drenaje, ciclaje de nutrientes y flujo de materia orgánica. Se debe resaltar el alto potencial de almacenamiento de carbono encontrado en los suelos de esta zona subandina. Al respecto Lal (2004) afirma que una de las estrategias viables para disminuir las concentraciones de C02 en la atmósfera, es el incremento de la densidad del carbono orgánico del suelo, mejorando la distribución en profundidad y encapsulándolo dentro de los micro-agregados, de manera que el C esté protegido de los procesos microbiales y se vuelva recalcitrante; lo que según Feldpausch et al. (2004) se convierte en una consideración importante para el manejo futuro de créditos de carbono. Además, los mercados se están extendiendo globalmente y los mecanismos de desarrollo limpio del protocolo de Kyoto ofrecen una oportunidad económica atractiva para la subsistencia de agricultores de países en vía de desarrollo, quiénes podrían obtener recursos económicos por medio de la venta a países industrializados del C secuestrado en sus agroecosistemas (Nair et al., 2009); evidenciando que la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero a partir del almacenamiento de carbono, además de ser un servicio ecosistémico se convierte en una alternativa económica que se puede potenciar a través de las evaluaciones del carbono orgánico del suelo en paisajes rurales neotropicales.
Por lo tanto se recomienda a las instituciones encargadas del diseño de políticas relacionadas con el calentamiento global y el cambio climático (en Colombia bajo la coordinación del Ministerio del Ambiente), asignar mayor importancia a la captura de carbono en el suelo y promover su inclusión en los mercados internacionales de carbono.
Se propone para Colombia la elaboración de la línea base nacional de almacenamiento de carbono y nitrógeno en el suelo, con la que ya cuentan otros países y les ha permitido la construcción y validación de modelos, permitiendo así realizar predicciones a futuro y simular escenarios de lo que podría ocurrir con la captura de estos elementos según las características climáticas, fisiográficas y de usos y coberturas vegetales del terreno de un determinado territorio.
CONCLUSIONES
Los resultados de este trabajo muestran que los almacenamientos de car nitrógeno en el suelo varían con la anuía sobre el nivel del mar, y en el caso de Alcalá, los mayores contenidos de estos dos elementos estuvieron en la zona alta correspondiente al rango altitudinal 1450-
La utilización del muestreo sistemático en forma de ventanas permitió observar la heterogeneidad del paisaje rural en Alcalá, identificando patrones de uso de acuerdo con las zonas de muestreo y la forma en que estas variaciones en los usos del terreno incidieron en las propiedades fisicoquímicas del suelo. Además, este municipio se catalogó como una zona con alto potencial para la prestación de servicios ecosistémicos relacionados con la captura de carbono, porque al comparar los resultados con los de otros estudios del paleo y neotrópico se encontró que los almacenamientos de este elemento en el suelo fueron notablemente superiores; mostrando la necesidad de la creación de la línea base nacional de almacenamiento de C y N para la planificación del territorio desde la perspectiva de la contribución a la problemática del calentamiento global.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecemos a
REFERENCIAS
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