UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES "PROPIEDADES QUiMICAS Y CARBONO ORGÁNICO ALMACENADO EN EL SUELO DE TRES SISTEMAS DE USO DE LA TIERRA- DISTRITO NUEVO PROGRESO, REGIÓN SAN MARTÍN" TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO EN RECURSOS NATURALES RENOVABLES MENCIÓN MENCIÓN CONSERVACIÓN DE SUELOS y AGUA Presentado por: JIMMY .JHONATAN NIETO MONTECILLO 2015 T CSA :~. :- J Nieto -~o_n.t~cillo¿ J~~m! ~~n .. ~t~?:• 1;- ''Propiedades químicas y carbono orgánico almacenado en el suelo de tres sistemas de uso de la tierra - Distrito Nuevo Progreso, Región San Martín" 86 páginas; 14 cuadros; 30 figuras; 80 ref.; 30 cm. Tesis (Ing. Recursos Naturales RenovablesQf ·~-· Mención:; e: Conservación de Suelos y Agua) Universidad Nacional Agraria de la Selva, Tingo María (Perú). Facultad de Recursos Naturales Renovables. l. PROP~J?f\Y~S ;Q~C4-~J i 3. CARBONO ORGÁNICO . ~·' SUELOS 4. USOS DE LA TIERRA • ' . - - UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA Tingo María - Perú FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES. ACTA DE SUSTENTACIÓN DE TESIS Los que suscriben, Miembros del Jurado de Tesis, reunidos con fecha 25 de noviembre del 2015, a horas 5:00 p.m. en la Sala de Sesiones del Departamento Académico de Ciencias en Conservación de Suelos y Agua, para calificar la Tesis titulada: "PROPIEDADES QUÍMICAS Y CARBÓNO ORGÁNICO ALMACENADO EN EL SUELO DE TRES SISTEMAS DE USO DE LA TIERRA- DISTRITO NUEVO PROGRESO, REGIÓN SAN MARTÍN" Presentado por el Bachiller: JIMMY JHONATAN NIETO MONTECILLO, después de haber escuchado la sustentación y las respuestas a las interrogantes formuladas por el Jurado, se declara aprobado con el calificativo de "MUY BUENO" En consecuencia, el sustentante queda apto para optar el Título de INGENIERO EN RECURSOS NATURALES RENOVABLES, mención CONSERVACIÓN DE SUELOS Y AGUA, que será aprobado por el Consejo de Facultad, tramitándolo al Consejo Universitario para la otorgación del Título correspondiente. Tingo María, 07 de diciembre del 2015. u~~- lng. M.Sc. LUIS A. VALDIVIA ESPINOZA VOCAL lng. M.Sc. O CRISÓSTOMO M~:.-.~R DEDICATORIA A Dios; porque está conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome fortaleza para continuar. A mi esposa Juana Rosas Ruiz; compaflera inseparable de cada jornada, por constituir mi fortaleza e impulso en momentos diffciles y darme ese pedacito de cielo, nuestro hijo Teo Gael Nieto Rosas. A ellos con amor por ser mi inspiración. A mis padres Teófilo Nieto Solis y Eve/ina Flora Montecillo Santivaf1ez; pilares fundamentales en mi vida, quienes siempre han velado por mi bienestar y educación, depositando su entera confianza en cada reto que se me presentaba sin dudar ni un solo momento en mi inteligencia y capacidad. Es por ellos que soy lo que soy. Los amo con mi vida. A Milagros Nieto Montecillo; mi hermana, por su apoyo y los hermosos momentos vividos. AGRADECIMIENTOS A Dios Todopoderoso, por haberme guiado por el camino del bien y la felicidad. A cada uno de los integrantes de mi familia, en especial a mi padre Teófilo Nieto Solis y mi madre Evelina Flora Montecillo Santivañez, por su abnegado sacrificio y apoyo incondicional. A mi asesor de tesis, lng. M. Se. José D. Lévano Crisóstomo, por su dedicación y oportunas sugerencias durante el desarrollo de la investigación. A mis profesores, a quienes les debo gran parte de mis conocimientos; gracias a su paciencia y enseñanzas. A la prestigiosa Universidad Nacional Agraria de la Selva, mi Alma Mater; la cual me abrió sus puertas preparándome para un futuro competitivo, con principios y valores. A mis compañeros de estudio, en particular a Carlos Felipe Sanchez Tuesta, por los hermosos momentos vividos en lo favorable y en las adversidades, porque en esta armonía grupal hemos logrado cumplir el anhelo de ser profesionales. A todas aquellas personas que de alguna forma son parte de la culminación del presente estudio. ÍNDICE Página l. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 01 11. REVISIÓN DE LITERATURA .................................................................... 03 2.1. El efecto invernadero ........................................................................ 03 2.2. EL dióxido de carbono ...................................................................... 04 2.2.1. Fuentes de C02 .................................................................... 06 2.2.2. Sumideros de C02 ................................................................. 06 2.3. Importancia de los sistemas agroforestales (SAF) en el almacenamiento de carbono .................................................... 09 2.4. Carbono y materia orgánica en el suelo ........................................... 11 2.4.1. El papel fundamental de la materia orgánica en los suelos ... 13 2.4.2. Almacenamiento de carbono en el suelo ............................... 13 2.4.3. Estimación del almacenamiento de carbono orgánico en el suelo (COS) ................................................................... 14 2.5. Los sistemas de producción de café ................................................ 17 2.5.1. Sistema rústico ....................................................................... 18 2.5.2. Sistema poli cultivo tradicional.. ............................................ 18 2.5.3. Sistema policultivo comercial.. ............................................... 19 2.5.4. Monocultivo bajo sombra especializada ................................ 19 2.5.5. Monocultivo bajo sol... ........................................................... 19 2.6. Antecedentes de la investigación ..................................................... 20 111. MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................... 23 3.1. Lugar de ejecución ........................................................................... 23 3.1.1. Ubicación política ................................................................... 23 3.1.2. Ubicación geográfica (coordenadas UTM) ............................. 23 3.2. Descripción de los sistemas de uso de la tierra en estudio ............. 24 3.2.1. Café bajo sombra de guaba (CBS) ........................................ 24 3.2.2. Café sin sombra (CSS) .......................................................... 25 3.2.3. Silvopastoril (SSP) ................................................................. 25 3.3. Clima ................................................................................................. 25 3.4. Hidrografía y unidades hidrográficas ................................................ 26 3.5. Materiales y equipos ......................................................................... 26 3.6. Metodología ...................................................................................... 27 3.6.1. Selección de las parcelas experimentales ............................. 27 3.6.2. Delimitación de las parcelas de los sistem de uso de la tierra .............................................................................. 27 3.6.3. Recopilación de datos de campo ........................................... 28 3.6.4. Estimación del carbono orgánico del suelo ............................ 30 3.7. Tipo de investigación ........................................................................ 31 3.7.1. Unidades exploratorias (UE) .................................................. 31 3.7.2. Variables independientes ....................................................... 31 3.7.3. Variables dependientes .......................................................... 32 3.8. Análisis estadístico ........................................................................... 32 3.8.1. Modelo estadístico ................................................................. 34 IV. RESULTADOS .......................................................................................... 36 4.1. Propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra: café (Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edulís Mart.), café (Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril.. ........................................................ 36 4.1.1. Propiedades descriptivas ....................................................... 36 4.1.2. Inferencias estadísticas .......................................................... 39 4.2. Carbono orgánico del suelo (COS) almacenado en tres sistemas de uso de la tierra: café (Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edulis Mart.), café (Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril... ................................................. 50 4.3. Correlación entre las propiedades químicas y la concentración de carbono orgánico del suelo (COS), en tres sistemas de uso de la tierra ......................................................................................... 54 V. DISCUSIÓN .............................................................................................. 59 5.1. Propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra: café (Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edulis Mart.), café (Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril. ......................................................................... 59 5.2. Carbono orgánico del suelo (COS) almacenado en tres sistemas de uso de la tierra: café ( Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edu/is Mart.), café (Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril.. .................................................. 63 5.3. Correlación entre las propiedades químicas y la concentración de carbono orgánico del suelo (COS), en tres sistemas de uso de la tierra .................................................. 67 VI. CONCLUSIONES ...................................................................................... 70 VIl. RECOMENDACIONES ............................................................................. 72 VIII. ABSTRACT ............................................................................................... 73 IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 75 ANEX0 ...................................................................................................... 86 ÍNDICE DE CUADROS Cuadro Página 1. Coordenadas UTM de los sistemas de uso de la tierra ........................ 24 2. Tratamientos del experimento factorial ................................................. 33 3. Análisis de variancia del experimento factorial. .................................... 35 4. Propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra ............................................................................................. 37 5. Análisis de varianza para las propiedades químicas del suelo a un nivel de significancia del 5% ......................................................... 40 6. Prueba de promedios para los valores de pH y N sobre los efectos principales (SUT y E) (Promedio ± error estándar) ............ 42 7. Análisis del efecto simple para el contenido de MO entre el sistema de uso de la tierra (SUT) y los estratos o profundidades del suelo (promedio± error estándar) ................................................... 45 8. Análisis del efecto simple de los estratos en cada sistema de uso de la tierra como influencia en el contenido de MO (promedio± error estándar) .................................................................. 47 9. Análisis de varianza para la densidad aparente del suelo (Dap) ......... 50 10. Análisis de los sistemas de uso de la tierra (SUT) en cada estrato de estudio con respecto al COS (promedio ±error estándar) .............. 51 11. Análisis de varianza de los sistemas de uso de la tierra con respecto al contenido de carbono orgánico del suelo ........................... 52 12. Carbono orgánico del suelo (COS) en tres sistemas de uso de la tierra (SUT) (promedio ± error estándar) .......................................... 53 13. Análisis de correlación de Pearson entre las propiedades químicas y el COS ................................................................................ 55 14. Estadística descriptiva .......................................................................... 87 ÍNDICE DE FIGURAS Figura Página 1 . Diagrama de muestreo de suelos para el análisis de la concentración de carbono y propiedades químicas del suelo de cada uno de los sistemas de uso de la tierra ................................... 28 2. Metodología propuesta por Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF) (ANDERSON e INGRAM, 1993) .............................................. 29 3. Gráficos de box plot para los elementos químicos analizados en tres sistemas de uso de la tierra ...................................................... 38 4. pH y concentración de N en tres sistemas de uso de la tierra ............. 42 5. pH y concentración de N en tres estratos o profundidades del suelo ................................................................................................ 43 6. Valores de pH en los tratamientos en estudio ...................................... 44 7. Contenido promedio de N en los tratamientos en estudio .................... 44 8. Contenido de MO de acuerdo a los sistemas de uso de la tierra evaluados en tres estratos o profundidades del suelo ............ 46 9. Contenido de MO de acuerdo a cada estrato dentro de cada sistema de uso de la tierra .................................................................... 48 1 O. Contenido promedio de P y K20 en los tratamientos en estudio .......... 49 11 . Contenido de carbono orgánico del suelo en tres sistemas de uso de la tierra, evaluados en tres estratos o profundidades del suelo ................................................................................................ 52 12. Carbono orgánico del suelo (COS) almacenado en tres sistemas de uso de la tierra (SUT) ....................................................................... 54 13. Regresión lineal del COS en el sistema CBS, actuando como regresara la MO .................................................................................... 56 14. Regresión lineal del COSen el sistema CSS, actuando como regresara la MO .................................................................................... 57 15. Regresión lineal del COSen el sistema SSP, actuando como regresara la MO .................................................................................... 57, 16. Regresión lineal del COSen el sistema SSP, actuando como regresara el K20 ................................................................................... 58 17. Mapa de ubicación geográfica del predio ............................................. 90 18. Mapa de ubicación de las parcelas de muestreo .................................. 91 19. Sistema bajo sombra de guaba1 (CBS) ................................................ 92 20. Sistema bajo sombra de guaba2 (CBS) ................................................ 92 21. Sistema café sin sombra1 (CSS) ........................................................... 93 22. Sistema café sin sombra2 (CSS) ........................................................... 93 23. Sistema silvopastoril1 (SSP) ................................................................. 94 24. Sistema silvopastorib (SSP) ................................................................. 94 25. Muestreo del suelo del sistema CBS .................................................... 95 26. Muestras de suelo del sistema CBS para determinación del COS.. ... 95 27. Muestreo del suelo del sistema CSS .................................................... 96 28. Muestras de suelo del sistema CSS para determinación del COS ...... 96 29. Muestreo del suelo del sistema SSP .................................................... 97 30. Muestras de suelo del sistema SSP para determinación del COS ...... 97 RESUMEN El C02 es el gas que más contribuye al calentamiento global, constituyendo el cambio de uso de la tierra la actividad con mayor emisión. Por consiguiente, los objetivos de la investigación fueron: determinar las propiedades químicas y el carbono orgánico almacenado en el suelo de tres sistemas de uso de la tierra: café {Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba {lnga edulis Mart.), café sin sombra, y sistema silvopastoril; así mismo, encontrar la correlación entre las propiedades químicas y la concentración de carbono orgánico en el suelo {COS). Los tres sistemas de uso de la tierra (SUT) se localizan en el sector Víctor Andrés 8elaúnde, distrito Nuevo Progreso, provincia Tocache, región San Martín. El muestreo de suelos se realizó empleando la metodología recomendada por Tropical Soil 8iology and Fertility (TS8F), y la estimación del COS en cada estrato se realizó con la formula sugerida por MACDICKEN {1997). Se aplicó el Diseño Completamente al Azar con arreglo factorial 3A x 38 y seis repeticiones; los factores en estudio fueron: factor A: sistemas de uso de la tierra (C8S, CSS y SSP) y factor 8: estrato o profundidad del suelo (0-10, 10-20 y 20-30 cm), con nueve tratamientos. Los resultados evidencian que el sistema C8S presenta pH moderadamente ácido {5.51), nivel medio de materia orgánica {MO) con 3.20%, nivel medio de nitrógeno {N) con 0.15%, nivel medio de fósforo (P) con 12.27 ppm y nivel alto de K20 {400.31 kglha); el sistema CSS muestra pH fuertemente ácido (5.33), nivel medio de MO (2.66%), nivel medio de N (0.12%), nivel medio de P {12.65 ppm) y nivel alto de K20 {362.65 kg/ha); el sistema SSP presenta pH fuertemente ácido (4.75), nivel bajo de MO {1.57%), nivel bajo de N (0.09%), nivel medio de P {8.51 ppm) y nivel alto de K20 (297 .03 kg/ha). Los sistemas CBS y CSS obtuvieron mayor concentración de COS {81.30 y 71.53 t C/ha, respectivamente) estadísticamente diferenciados del sistema SSP que obtuvo menor contenido de COS (40.42 t C/ha). En el sistema CBS existe una alta correlación del COS con la MO y el N (0.96 y 0.95, respectivamente); en el sistema CSS se repite el comportamiento anterior (0.99 para ambas propiedades); mientras en el sistema SSP la MO presenta una alta correlación (0.82), obteniendo el K20 solo en este sistema, correlación con el cos {0.55). l. INTRODUCCIÓN El dióxido de carbono (C02) es el gas que más contribuye al calentamiento global. Al respecto, FAO (2007) sostiene que el cambio de uso de la tierra ha sido y es una de las principales causas que contribuye a la emisión de gases efecto invernadero. Indica además, que la expansión agropecuaria de América Latina ha ejercido una presión creciente sobre los recursos naturales y el medio ambiente. Actualmente, la producción agrícola se enfrenta a una fuerte presión por una demanda creciente -de alimentos a nivel mundial. El C02 es el gas de mayor importancia desde el punto de vista del calentamiento global debido al volumen producido todos los años, con un aumento en su concentración atmosférica y por el tiempo de permanencia del gas en la atmósfera. Por su parte, JOBBÁGY y JACKSON (2000), afirman que el co2 es responsable del 50 % del calentamiento global debido a la absorción de la radiación térmica emitida por la superficie de la tierra. El sector Víctor Andrés Belaunde localizado en Tocache no es ajeno a esta alarmante problemática, dado que se evidencia la deforestación, quema y el cambio de uso de tierras, observándose de manera particular en la parcela en estudio, la transición de· agricultura migratoria a sistema silvopastoril y cultivo de café, lo cual permite inferenciar que los suelos presentan diferencias en sus propiedades químicas y carbono orgánico almacenado. Ante tal situación, es necesario encontrar estrategias productivas, ecológicas y económicamente sustentables para el manejo de los sistemas 2 agropecuarios. Una alternativa a los problemas de degradación de los recursos naturales por cambios de uso de suelo es la implementación de sistemas agroforestales (SAF), cuyo propósito fundamental es diversificar y optimizar la producción para un manejo sostenible (SCHROTH et al., 2001 ). Además, ofrecen múltiples servicios ecosistémicos como la captura de dióxido de carbono, principal gas causante del efecto invernadero (IBRAHIM et al., 2007). Por consiguiente, una forma de mitigar sus efectos es almacenarlo en la biomasa (mediante la fotosíntesis) y en el suelo (a tr¡¡vés de la acumulación de materia orgánica). Los sistemas agroforestales (SAF) representan sumideros importantes de carbono (C); sin embargo, es mínima la información cuantificada sobre su potencial de almacenamiento y fijación de C. (GALLOWAY y BEER 1997). Por lo anteriormente expuesto, se plantea la presente investigación con la que se pretende cuantificar el carbono orgánico almacenado en el suelo de tres sistemas de uso de la tierra. Se propone por tanto, la hipótesis: "los diferentes tipos de uso de la tierra influyen en diferente grado sobre el almacenamiento de carbono orgánico en el suelo y las propiedades químicas". Objetivos: Determinar las propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra: café (Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edulis Mart.), café (Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril. Determinar el carbono orgánico almacenado en el suelo de los tres sistemas de uso de la tierra. Encontrar la correlación entre las propiedades químicas y la concentración de carbono orgánico en el suelo. 11. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1. El efecto invernadero Este es un fenómeno natural que ha permitido el desarrollo de la vida en el planeta, producido por ciertos gases que están presentes en la atmósfera, y que son los responsables de mantener el planeta a una temperatura apta para la vida. Los principales gases son el vapor de agua y el gas carbónico, el cual es el más importante debido a que es afectado por las actividades antropogénicas (RAMrREZ, 1997). Los gases de invernadero bloquean la radiación terrestre infrarroja, impidiendo que escape directamente de la tierra hacia el espacio. La radiación infrarroja absorbida por la atmósfera es emitida de nuevo en parte hacia la tierra y en parte hacia el espacio, por lo tanto, mucha de la energía que la tierra emite es reflejada por la atmósfera y es devuelta hacia la tierra. La temperatura media de la tierra es de 15,5 oc debido al efecto invernadero; si este proceso no se llevara a cabo, la temperatura media global sería de -18 oc, por lo que no existirían condiciones aptas para la vida. Los principal.es gases, en su mayoría producto de la actividad humana, que contribuyen a la amplificación del efecto invernadero son: el dióxido de carbono (C02), monóxido de carbono (CO), vapor de agua (H20), metano (CH4), los óxidos nitrosos (N20), los cloro-fluoro-carbonados (CFC'S), los óxidos de nitrógeno (NOx) y el ozono troposférico (03) 4 (ANDRASKO, 1990; CENTENO, 1992; MARENA, 1995; PNUD, 1997). Altas concentraciones de estos gases en la atmósfera absorben más calor, aumentando así la temperatura de la superficie. Las consecuencias pueden llegar lejos: cambio en la precipitación, en el número de días libres de heladas, en la frecuencia y severidad de las tormentas, en el comportamiento y distribución de plantas y animales y en los procesos de formación del suelo. Existe además, la posibilidad de que el nivel de los océanos se incremente al derretirse los casquetes polares (CIESLA, 1995). Los efectos del cambio climático podrían tener serias complicaciones en el futuro para la agricultura, la forestería y la pesca como resultado de alterar los ciclos biogeoquímicos y de la constante pérdida de la biodiversidad (VITOUSEK, 1994). Por su parte, RAM(REZ (1997) asegura que de no darse un cambio, para el año 2100 se tendrá un incremento de la temperatura del orden de 4.5 oc, el cual haría que la mayor parte de las especies vivas no pudieran adaptarse al cambio climático. 2.2. EL dióxido de carbono El dióxido de carbono (C02) es el gas antropogénico de efecto invernadero más importante. La concentración atmosférica global de C02 ha aumentado de un valor preindustrial de 280 ppm a 379 ppm. La tasa de crecimiento anual de la concentración de C02 fue más grande durante los años 1995-2005, con un promedio de 1.9 ppm por año (IPCC, 2007). Cantidades enormes de C02 entran cada año a la atmósfera como consecuencia del uso generalizado de combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas natural). Debido al constante intercambio de C02 entre la atmósfera y el 5 océano (el cual puede absorber una gran parte de C02), solamente parte del C02 antropogénico permanece en la atmósfera. Sin embargo, no hay duda alguna de que la concentración de C02 en la atmósfera ha estado aumentando de año en año (FERNÁNDEZ, 1991). En la naturaleza el carbono se halla por doquier; según BRACK y MENDIOLA (2000), el carbono está presente en el aire, en el agua y en el suelo en forma de un gas llamado dióxido de carbono (C02). Se conoce asimismo, que el dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más importante emitido como consecuencia de actividades humanas, tales como la quema de combustibles fósiles y la deforestación. Según la ORGANIZACIÓN METEOROLÓGICA MUNDIAL (2013), la cantidad de C02 en la atmósfera a escala mundial alcanzó 393.1 partes por millón en el año 2012, es decir, un 141% del nivel preindustrial de 278 partes por millón. Según la misma fuente, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumentó en 2.2 partes por millón de 2011 a 2012, una cifra superior a la media de 2.02 partes por millón de aumento anual de los últimos 1 O años, lo cual refleja la tendencia a una aceleración. Se infiere entonces, que a las tasas actuales de crecimiento, la concentración media mundial de C02 superará las 400 partes por millón en el 2015 o 2016. Respecto a la temperatura media de la atmósfera terrestre, BRACK y MENDIOLA (2000) sostienen que se ha incrementado en medio grado centígrado en los últimos treinta años debido al llamado "efecto invernadero" ocasionado por el aumento en el contenido de gases el C02, el metano, el óxido nitroso, clorofluorocarburos, que capturan el calor que irradia la superficie 6 terrestre. Desde la década de 1950 son crecientes las cantidades de gases de invernadero que se emiten hacia la atmósfera, principalmente debido a la quema de combustibles fósiles, el uso de clorofluorocarbonatos, la agricultura y la deforestación. 2.2.1. Fuentes de C02 Antes del comienzo de la revolución industrial (hacia 1750, cuando el escocés James Watt perfeccionó las máquinas de vapor), la concentración de C02 en la atmósfera era de unas 280 ppm (0.028%) y ahora alcanza aproximadamente las 390 ppm (0.039%). Aunque la mayor parte de este incremento es atribuible a la quema de combustibles fósiles para generar electricidad, y de la industria y del transporte, se calcula que nada menos que un 35 % del aumento en los últimos 300 años ha sido debido a los cambios de usos del suelo impuestos por la agricultura (FOLEY, 2005). Entre 1850 y 1998 se han emitido a la atmósfera, como consecuencia del quemado de combustibles de origen fósil y de la producción de cementos, aproximadamente 270 (+30) Gg C en forma de C02. Como consecuencia del cambio de uso de la tierra predominantemente de los ecosistemas forestales, se han emitido unas 136 (+55) Gg C, lo cual a llevada a un aumento del contenido de C02 en la atmósfera de 176 (+10) Gg C (IPCC, 2005). 2.2.2. Sumideros de C02 En la actualidad, el carbono en la atmósfera aumenta en promedio unos 3 Pg C al año. Sin embargo, las emisiones antrópicas de carbono 7 superan los 6 Pg C. Por lo tanto, ni siquiera la mitad del carbono emitido es retenido en la atmósfera (RAITSOS, 2005). Existen todavía muchas dudas sobre la localización de los sumideros actuales y en qué proporción se produce el reparto entre los océanos y la vegetación de esa emisión de carbono que no se queda en la atmósfera (BATTLE, 2000). Probablemente los océanos acumulan unas tres veces más C02 que los continentes. SABINE (2004) encontró que de 244 Pg C emitidos por la quema de combustibles fósiles y la fabricación de cemento entre los años 1800 y 1994, 118 Pg C fueron absorbidos por los océanos y 106 Pg C fueron incorporados a la atmósfera en forma de C02. En los continentes, hubo una emisión neta de unos 24 Pg C, que resulta de restar lo absorbido por el sumidero de la biomasa terrestre a lo emitido por los cambios de uso del suelo. Sin embargo, en el período 1980-1999, los análisis mostraron que de los 117 Pg C emitidos por los combustibles fósiles y el cemento, 65 Pg e fueron incorporados a la atmósfera, 37 Pg C fueron absorbidos por los océanos, y 15 Pg C fueron absorbidos por la superficie continental. El porcentaje del carbono emitido que se queda en la atmósfera está disminuyendo. Por ejemplo, en la década de los 70, el porcentaje de C02 antrópico que se quedaba en la atmósfera era el 70% del emitido, pero en la década de los 90 fue inferior al 50%. Una incógnita muy importante para calcular el incremento futuro del C02 atmosférico es saber si este porcentaje continuará disminuyendo y a qué ritmo (SCHIMEL et al., 2001). La diferencia creciente entre las emisiones antrópicas y el incremento atmosférico es debido al aumento de la cantidad de C02 absorbido 8 por los océanos, la vegetación y los suelos (JOOS, 1999 y 2003). Los cálculos se basan en los cambios registrados en la concentración atmosférica y oceánica de 02, y en los gradientes latitudinales observados en las mediciones, tanto de C02 como de 02 (KEELING, 1996). Una prueba del incremento de la biomasa terrestre se fundamenta en la curva de evolución del C02 atmosférico. En los últimos 30 años la amplitud del ciclo anual de la concentración de C02 atmosférico ha aumentado, aunque de forma irregular. Esto es probablemente una consecuencia de una mayor actividad vegetativa, que implica una mayor absorción terrestre en primavera-verano (por incremento de la fotosíntesis global) y una mayor liberación de co2 en otoño-invierno por incremento de la materia orgánica oxidada (KAUFMANN, 2004). Respecto a los ecosistemas terrestres, se sabe que los del hemisferio norte absorben más co2 atmosférico neto que los del hemisferio sur. El aire troposférico en el hemisferio norte contiene solamente unas 3 ppm de co2 más que el aire del hemisferio sur, pero la mayor parte del co2 es emitido en ese hemisferio, lo que debería ocasionar una diferencia superior de unas 4 o 5 ppm. El importante sumidero de la vegetación continental existente en el hemisferio norte podría explicar la anomalía. En este sentido, algunos cálculos indican que en el territorio de los Estados Unidos y de Canadá el C02 absorbido por el suelo y la vegetación es superior incluso a las emisiones antrópicas de este gas en esos países (SCHIMEL et al., 2001). Otros cálculos más conservadores indican que la masa de C02 absorbida por el territorio estadounidense es la tercera parte de la emitida: 0.5 9 Pg de carbono absorbido frente a 1.5 Pg de carbono emitido. Los cálculos para Europa indican que la biomasa absorbe entre el 7 y el 12 % de las emisiones (JANSSENS, 2003). 2.3. Importancia de los sistemas agroforestales (SAF) en el almacenamiento de carbono Los SAF pueden, en diversos grados, mantener y hasta aumentar las reservas de carbono en la vegetación y los suelos. De hecho, la agroforestería incentiva prácticas sostenibles que utiliza insumas orgánicos de la finca que mejoran la calidad de los suelos y contribúyen a un mejor desarrollo de la planta, aumento de materia orgánica y el ciclaje de nutrientes, lo cual contribuye a almacenar bancos de carbono que son estables por décadas o siglos (KURSTEN y BURSeHEL, 1993). En sistemas agroforestales, el componente más importante de la biomasa arriba del suelo es la biomasa de los árboles. ANAeAFÉ (1998) encontró que en promedio el carbono almacenado en el sistema cafetalero fue 93 Mg e ha-1, distribuidos en 61, 23, 6, 3, e ha-1 para el carbono orgánico del suelo (0-30 cm), de la biomasa arriba del suelo, de la hojarasca y de la biomasa abajo del suelo, respectivamente. Se concluyó al comparar con los resultados de carbono en tierras degradadas y cultivos anuales, que el carbono adicional fijado por el sistema cafetalero respecto a estos usos del suelo se encuentra en los árboles que conforman la sombra del sistema agroforestal café-árboles. Por su parte, FOURNIER (1996) presenta valores de fijación de carbono en bosque pluvial, bosque estacional y cafetales sin sombra, los cuales son 263, 205 y 77 Mg e ha-1, respectivamente. 10 El carbono almacenado directamente por los árboles dentro de los diferentes SAF oscila normalmente de 3 a 25 Mg C ha-1; en el caso de huertos caseros y taungya se logra superar los 50 Mg C ha-1 (KURSTEN y BURSCHEL, 1993). El potencial para el almacenamiento de carbono en SAF, incluyendo el carbono del suelo, oscila entre 12 y 228 Mg C ha-1 (DIXON, 1995), siendo el potencial para el almacenamiento de carbono mayor en el trópico húmedo. El almacenamiento de C02 depende de la especie arbórea y densidad de siembra, la materia orgánica presente en el suelo, edad de los componentes, tipo de suelos, características del sitio, factores climáticos y del manejo silvicultura! al que se vea sometido (CUBERO y ROJAS, 1999; SEGURA, 1999). PANDEY (2002) por su parte, sugiere que un sistema agroforestal crea una interacción sinérgica entre los cultivos y los árboles para sostener la productividad, mientras que al mismo tiempo el carbono es secuestrado. Los sistemas agroforestales tienen dos beneficios principales para conservar carbono (DIXON, 1995; PANDEY, 2002): 1. Almacenaje directo de C a corto y mediano plazo (décadas y hasta siglos) en los árboles y en el suelo. 2. Reducción indirecta de la emisión de los gases de efecto invernadero causada por la deforestación y la agricultura migratoria. En los sistemas agroforestales, el secuestro de carbono es un proceso dinámico y se puede dividir en fases: cuando se establecen muchos 11 sistemas probablemente son fuentes de gases de efecto invernadero (pérdida de carbono y nitrógeno de la vegetación y del suelo). Luego sigue una fase rápida de acumulación y período de maduración cuando el carbono es almacenado en los troncos, raíces y en el suelo y al final del periodo de rotación, cuando los árboles son cosechados y en la tierra se vuelve a cultivar (sistemas secuenciales), parte del carbono será lanzado de nuevo a la atmósfera. Por lo tanto, un secuestro efectivo de carbono solo puede ser considerado si hay un balance positivo después de varias décadas, al compararlas con una reserva de carbono inicial (ALBRECHTy KANDJI, 2003). La implementación de proyectos agroforestales puede ser justificada por múltiples razones: 1. Incrementan el carbono en el suelo aumentando además la sostenibilidad y la productividad de los mismos. 2. Costo financiero de secuestrar carbono mediante proyectos agroforestales es mucho menor que otras formas de mitigación. 3. Aspectos de seguridad alimentaria. Las reservas de carbono en varias partes del mundo enseñan que significantes cantidades pueden ser removidas de la atmósfera en los próximos 50 años si los sistemas agroforestales son implementados a escala global (ALBRECHT y KANDJI, 2003). 2.4. Carbono y materia orgánica en el suelo El carbono en el suelo se encuentra en forma orgánica e inorgánica; la forma orgánica representa la mayor reserva en interacción con la 12 atmósfera y se estima a nivel global en cerca de 1 ,500 Pg de C a un metro de profundidad y cerca de 2,456 Pg a dos metros de profundidad. El carbono inorgánico representa cerca de 1,700 Pg (ROBERT, 2002). La vegetación (650 Pg) y la atmósfera (750 Pg) almacenan considerablemente menos cantidades de carbono que los suelos. Esta es la razón por la cual los cambios en estos depósitos, pueden tener un impacto en el equilibrio global (KANNINEN, 2001). El carbono orgánico presente en los suelos naturales representa un balance dinámico entre la absorción de material vegetal muerto y la pérdida por descomposición (mineralización). En condiciones aeróbicas del suelo, gran parte del carbono que ingresa al mismo es lábil y solo una pequeña fracción del que ingresa (1% equivalente a 55 Pg año-1) se acumula en la fracción húmica estable (0.4 Pg año-1) (ROBERT, 2002). Los diferentes reservorios de carbono que existen en el suelo tienen distintos tiempos de residencia dependiendo de su composición bioquímica. Por ejemplo,, la lignina es más estable que la celulosa y su tiempo de residencia va de décadas o a más de 1,000 años (fracción estable). También hay alguna conexión con su composición, pero principalmente con el tipo de protección o el tipo de uniones químicas (PUGET et al., 1995; BALESDENT et al., 2000). FAO (2000) indica que los modelos conceptuales y de simulación separan la materia orgánica del suelo en fracciones que son fácilmente descompuestas y resistentes, que se caracterizan por bajas tasas de recambio. PARTON et al. (1987) dividen a la materia orgánica del suelo en tres fracciones: 1) fracción activa, que consta de microorganismos vivos y productos microbianos, corresponde a 4% del carbono orgánico total (THENG 13 et al., 1989), y el tiempo de recambio está entre 2 a 4 años; 2) fracción lenta, que es más resistente a descomposición (tiempo de recambio 20-50 años) como resultado de la protección física y química; y 3) fracción pasiva, que es físicamente protegida o químicamente resistente y tiene un tiempo de recambio más prolongado (800 a 1,200 años); estas dos últimas fracciones representan aproximadamente el 96 % del carbono orgánico total (THENG et al., 1989). 2.4.1. El papel fundamental de la materia orgánica en los suelos La materia orgánica del suelo es un indicador clave de la calidad del suelo, tanto en sus funciones agrícolas (producción y economía) como en sus funciones ambientales, tal como la captura de carbono y calidad del aire. La materia orgánica del suelo es el principal determinante de su actividad biológica, dado que la cantidad, la diversidad y la actividad de la fauna del suelo están directamente relacionadas con ella. La materia orgánica y la actividad biológica que ésta genera tienen gran influencia sobre las propiedades químicas y físicas de los suelos {ROBERT, 1996). La agregación y la estabilidad de la estructura del suelo aumentan con el contenido de materia orgánica. Estas a su vez, incrementan la tasa de infiltración y la capacidad de agua disponible en el suelo así como la resistencia contra la erosión hídrica y eólica. La materia orgánica del suelo también mejora la dinámica y la biodisponibilidad de los principales nutrientes de las plantas. 2.4.2. Almacenamiento de carbono en el suelo Durante el último siglo, aproximadamente 150 Pg C han sido liberados a la atmósfera como consecuencia de los cambios en el uso de la 14 tierra. Esto equivale, en proporciones actuales, a aproximadamente 30 años de emisiones de combustible fósil (KANNINEN, 2001). Por su parte, OADES (1988) indica que varios factores favorecen la retención del carbono en el suelo y permiten mayores tasas de recambio y tiempos de residencia. Estos incluyen, distribución por debajo de la superficie del suelo, asimilados con bajo contenido de nutrimentos, materiales ricos en lignina y ceras, inundación, bajas temperaturas, texturas arcillosas, alta saturación de bases, agregación y superficies de cargas variables. Los factores que aceleran el flujo hacia el suelo de asimilados de carbono en las plantas son: hojarasca con concentraciones altas de asimilados, asimilados ricos en nutrimentos, carbohidratos, aireación, altas temperaturas, textura arenosa, acidez y superficies con poca carga. La magnitud con la cual el suelo puede ser un sumidero de carbono depende del balance entre las tasas de los procesos de adquisición y la tasa de rotura del carbono resistente como del carbono adquirido (FAO, 2000). Un buen sistema agropecuario es el que secuestra más carbono del que emite (NEPSTAD et al., 1991). Las pasturas con base en gramíneas mejoradas secuestran más carbono en partes profundas del perfil del suelo, generalmente debajo de la capa arable (10-15 cm). Esta característica hace que este carbono este menos expuesto a los procesos de oxidación y por tanto su pérdida como gas de efecto de invernadero (FISCHER et al., 1994). 2.4.3. Estimación del almacenamiento de carbono orgánico en el suelo (COS) La concentración de carbono en el suelo correlaciona con la densidad aparente (DA), la cual varía con la profundidad del suelo, manejo y 15 otras propiedades físicas. Para calcular la materia orgánica del suelo y almacenaje de carbono, se considera el carbono como el producto de la concentración de COS, DA y el espesor del suelo. De este modo, las comparaciones de carbono en el suelo son basadas en los mismos espesores o volúmenes (por ejemplo, 60 Mg C ha·1 a 30 cm), por lo tanto, se sugiere expresar el carbono almacenado en términos de una masa equivalente de suelo por unidad de área (ELLERT et al., 2001; FAO, 2006). 2.4.3.1. Densidad aparente La densidad es un término que expresa la masa por unidad de volumen de una sustancia. En suelos se denomina densidad aparente porque incluye el espacio poroso. Como regla general, la densidad aparente tiene un valor máximo en suelos de textura gruesa porque tienden a la menor porosidad, aun cuando el tamaño de sus poros es grande. Inversamente, el espacio poroso total de un suelo con textura fina tiende a ser mayor y por tanto, su densidad aparente es baja (CAVOZOS y RODRIGUEZ, 1992). 2.4.3.2. Profundidad La profundidad del perfil es importante, ya que define el volumen de suelo a estimar, además existe un patrón de acumulación de carbono que varía en cada horizonte. Así, tenemos que el perfil "A" superficial es rico en materia orgánica en descomposición y por tanto se espera que sea rico en (COS). Sin embargo, dependiendo del uso anterior o de la cobertura vegetal es posible encontrar casos en los que el perfil "8", cuyo carbono está menos disponible y se acumula, presente mayor contenido de carbono (ELLERT et al., 2001). 16 2.4.3.3. Pedregosidad o rocosidad La pedregosidad o rocosidad es el contenido de piedras o rocas que interfieren en las labores de labranza, crecimiento de raíces y el movimiento de agua. Se define como el contenido de grava cuyo tamaño varía de 0.2 a 20 mm, las piedras que tienen más de 2 cm de diámetro y rocosidad como la proporción relativa de exposición de la roca fija, ya sea por afloramiento en suelos muy delgados o por conglomerados (MATA, 2003). La pedregosidad o rocosidad presenta las siguientes categorías: Sin pedregosidad: no hay piedras o rocas o son tan pocas que no interfieren en la preparación del suelo. Las rocas cubren menos de 1 m2tha, o sea inferior de 0,01% del área. Es esta categoría se acepta hasta 5% del volumen del suelo con grava. Ligeramente pedregoso: el contenido de piedras interfieres con la preparación de terrenos pero sin impedir esta labor. Moderadamente pedregoso: el contenido de piedras es suficiente para dificultar la preparación del terreno, por lo que esta labor debe desarrollarse cuidadosamente. El área ocupada por las piedras varía de 1 O a 300 m2/ha o sea 0.1-3% del área. Se acepta de 1 O a 15% del volumen del suelo con grava. Pedregoso: el contenido de piedras sólo permite la utilización de maquinaria liviana o herramientas de mano para preparar el terreno. El área ocupada por las piedras varía de 300 a 800 m2/ha, o sea 3- 8% del área. Se acepta de 15 a 25% del volumen del suelo con grava. 17 Muy pedregoso: el contenido de piedras es suficiente para impedir cualquier uso de maquinaria agrícola en la preparación de terrenos por lo que sólo se pueden usar implementos manuales. Fuertemente pedregoso: la superficie se encuentra cubierta de piedras, las cuales ocupan entre 20 y 50% de la superficie. Sólo se podrán usar implementos manuales ocasionalmente. Se acepta de 50 a 75% del volumen del suelo con grava. Extremadamente pedregoso: la superficie se encuentra prácticamente cubierta de piedras con más de 50% de la misma cubierta por éstas. Se acepta más de 75% del volumen del suelo con grava. 2.5. Los sistemas de producción de café El café es cultivado bajo diversos sistemas de producción, resultado de factores socioeconómicos y biofísicos, que comprenden desde los sistemas tradicionales bajo sombra diversificada a los sistemas modernos de monocultivo y/o bajo sombra especializada (SOMARRIBA et al., 2004). Los sistemas tradicionales de producción de café (rústico, policultivo tradicional y comercial), se basan en una estrategia de aprovechamiento integral de recursos locales y se desarrollan en pequeñas superficies de producción. Estos sistemas tradicionales generalmente emplean mano de obra familiar, y el ingreso económico no solo depende de la producción del café sino también de los beneficios obtenidos del componente de la sombra diversificada, tal como frutales, medicinales, maderables. Por el contrario, los sistemas modernos de producción monocultivo bajo sombra y sin sombra, se caracterizan por su 18 objetivo de obtener máximos rendimientos por unidad de superficie, posee una alta dependencia de insumos externos, predominan las grandes fincas con capital para inversión en mano de obra y agroquímicos, y el componente de árboles de sombra frecuentemente es monoespecífica o eliminada totalmente. (DONALD, 2004). De acuerdo a la complejidad estructural, composición florística e intensidad de manejo se han realizado clasificaciones de los diferentes sistemas de producción de café predominantes en América Latina. La distribución de estos factores da como resultado un gradiente continuo de sistemas de producción de café que comprenden desde el sistema rústico al monocultivo sin sombra (SOMARRIBA et al., 2004). De acuerdo con la clasificación de los sistemas de producción de café de MOGUEL y TOLEDO (1999), en América Latina existen cinco tipos principales de producción de café: 2.5.1. Sistema rústico: se caracteriza por la sustitución del estrato bajo de bosques tropicales y subtropicales por plantas de café. Por lo tanto, la diversidad del dosel arbóreo es preservada en una forma modificada. Este sistema de producción es característico de zonas indígenas, con un manejo mínimo y una nula aplicación de agroquímicos, además de tener un bajo rendimiento. 2.5.2. Sistema policultivo tradicional: se trata de un sistema de manejo modificado de bosques nativos, en el cual se establece el café en el estrato bajo, pero a diferencia del sistema rústico, la sombra tiene un mayor manejo ya que se favorecen o introducen especies de interés para los 19 caficultores. Además, es el resultado del conocimiento tradicional en el manejo de los recursos florísticos de grupos indígenas principalmente. 2.5.3. Sistema policultivo comercial: este SAF incluye solo especies de sombra introducidas (cultivadas), en el cual la cobertura forestal ya no se encuentra integrada por los árboles nativos, fomentándose árboles de sombra generalmente de leguminosas y/o con algún valor comercial. Las plantaciones son homogéneas, empleándose en muchos casos una sola variedad de cafetos, por lo que la diversidad florística es considerablemente menor que en el sistema anterior. 2.5.4. Monocultivo bajo sombra especializada: es un sistema moderno y comercial de producción de café, en el cual se utilizan solo sombras de leguminosas, tal como lnga o Erythrina principalmente. De esta forma se crea una plantación monoespecífica bajo un dosel (estrato de sombra) igualmente especializado. En este caso el uso de agroquímicos se torna una práctica obligada y la unidad productiva se concentra en una producción exclusivamente dirigida al mercado. 2.5.5. Monocultivo bajo sol: este sistema elimina el componente arbóreo de sombra y representa un sistema agrícola que pierde el carácter agroforestal. Convertido ya en una plantación especializada, el café requiere de grandes insumos de agroquímicos e incluso de maquinaria. En este sistema se alcanzan los más altos rendimientos de café por unidad de superficie. 20 2.6. Antecedentes de la investigación De acuerdo con YOUNG {1997), la producción de biomasa aérea en diferentes SAF y regiones ecológicas varía de 2.3 Mg·ha-1·año-1 a 48 Mg·ha-1·año-1, dependiendo del número de componentes, estratos y arreglos espaciales y temporales. La producción de biomasa subterránea puede variar de 1 Mg·ha-1·año-1 a 4.5 Mg·ha-1·año-1• Los principales factores que actúan sobre la evolución de la materia orgánica del suelo {MOS) y su estado de residencia, conciernen al tipo de vegetación presente, ingreso de residuos, composición química de los materiales, factores climáticos {temperatura y humedad) y propiedades del suelo, como textura, contenido y mineralogía de arcillas, y nivel de acidez presente {STEVENSON, 1994). Los sistemas agroforestales almacenan aproximadamente 9, 21, 50 y 63 Mg e·ha-1, en biomasa aérea y raíces de regiones semiáridas, subhúmedas, húmedas y templadas, respectivamente, y el carbono en todos los almacenes se estima entre 12 y 228 Mg e·ha-1 {SeHROEDER, 1994). De acuerdo con OELBERMANN et al. {2004), el potencial de almacenamiento de e en biomasa viva en SAF de zonas tropicales es de 2.1 x 109 Mg e·año-1, mientras en zonas templadas es de 1.9 x 109 Mg e·año-1. RAJAGOPAL {2004) realizó un estudio en Tlapacoyan, Veracruz, en el cual estimó la cantidad de e almacenado en SAF de cítricos en diferentes arreglos espaciales y componentes; los sistemas cítrico + café + plátano, cítrico + café, cítrico + potrero y cítrico + plátano almacenaron 196, 21 186, 181 y 144 Mg C·ha·1, respectivamente. El C contenido en la biomasa aérea varió entre 41 y 75 Mg C·ha-1; la mayor cantidad se encontró en los árboles, siendo cinco veces mayor al C almacenado por arbustos y hierbas. La distribución del C en este reservorio mostró amplias variaciones por el tipo de especies arbóreas, densidad, regímenes de manejo y edad de los sistemas. Otras experiencias de captura de carbono se han desarrollado por el proyecto Scolel té, en las regiones Tzeltal y Tzotzil del estado de Chiapas. De JONG et al. (1997) estiman que el potencial de captura de carbono de sistemas agroforestales, en zonas subtropicales y tropicales, puede oscilar de 40 a 80 y de 60 a 140 Mg C·ha-1, respectivamente. BALBONT[N et al. (2009) reportaron que el contenido de carbono orgánico del suelo, en diferentes grupos climáticos de México, varía desde 34.75 Mg C·ha-1 (clima muy seco y semicálido) hasta 168.79 Mg·ha-1 (clima tropical húmedo con lluvias todo el año). CALLO-CONCHA (2001 ), en un estudio realizado en la Amazonia peruana, reportó que la mayor cantidad de C se encontraba en el suelo. Los sistemas como huerto casero, café bajo sombra y silvopastura almacenaron 196, 193 y 120 Mg C·ha·1, respectivamente, de los cuales más de 58 % se ubicaba en el suelo. El autor concluyó, además, que los árboles son también un importante reservorio, con 30 % del C. AVILA et al. (2001) realizaron evaluaciones sobre almacenamiento de C en cuatro SAF, en andisoles de Costa Rica. Reportaron que el sistema que almacenó más C fue café- Erythrina poeppigiana, de 10 años (195 Mg C·ha-1); seguido de café-Eucalyptus deglupta, de ocho años (169 Mg C·ha-1); 22 Brachiaria brizantha-Acacia mangium, de tres años (96 Mg C·ha-1); y B. brizantha-E. deglupta, de tres años (95 Mg C·ha-1). Al comparar los reservorios de C de biomasa aérea y materia orgánica del. suelo, a 0.25 m de profundidad, más de 90 % del C se encontró en este último. Concluyeron que el suelo es el principal reservorio y que la cantidad de C almacenado en cada SAF depende del clima, de las condiciones edáficas y del manejo que se brinde al sistema. CORRAL et al. (2006) encontraron almacenamientos de carbono en dos zonas agroecológicas del litoral ecuatoriano: 66.9, 72.0 y 78.8 t C·ha-1 en SAF con café y pashaco (Schizolobium parahybum), café y guadua, y café y nogal cafetero, respectivamente. ANACAFÉ (1998) menciona que en Guatemala, un estudio realizado sobre la cuantificación estimada del dióxido de carbono fijado por el agrosistema Café, encontró valores similares a lo nuestro donde reporta cantidades de C orgánico en el suelo que oscilan de 47.18 a 67.60 t ha-1 de C en diferente niveles altitudinales y se observa el incremento de almacenamiento de C en el suelo conforme aumenta la altitud. 111. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. Lugar de ejecución La presente investigación se realizó en tres sistemas de uso de la tierra (SUT), constituidos por café (Coffea arabica l.) bajo sombra de guaba (lnga edulis Mart.) (CBS), café (Coffea arabica L.) sin sombra (CSS) y sistema silvopastoril (SSP), localizados en el sector Víctor Andrés Belaúnde. Por su parte, el análisis de suelos se llevó a cabo en el Laboratorio de Conservación de Suelos de la Facultad de Recursos Naturales Renovables de la Universidad Nacional Agraria de la Selva (UNAS). . 3.1.1. Ubicación política El sector Víctor Andrés Belaúnde se localiza en el distrito Nuevo Progreso, provincia Tocache, región San Martín. 3.1.2. Ubicación geográfica (coordenadas UTM) Los sistemas de uso de la tierra en estudio, se ubican en las siguientes coordenadas UTM (Cuadro 1 ): 24 Cuadro 1. Coordenadas UTM 0NGS 84: 18S) de los sistemas de uso de la tierra. Sistema de uso de la tierra Vértices de las parcelas Este (m) Norte (m) 1 366 886 9 032 453 Café bajo sombra de guaba 2 366 986 9 032 453 (CBS) 3 366 986 9 032 353 4 366 886 9 032 353 1 366 707 9 032 583 2 366 807 9 032 583 Café sin sombra (CSS) 3 366 807 9 032 483 4 366 707 9 032 483 1 367 065 9 032 060 2 367 165 9 032 060 Silvopastoril (SSP) 3 367 165 9 031 960 4 367 065 9 031 960 3.2. Descripción de los sistemas de uso de la tierra en estudio 3.2.1. Café bajo sombra de guaba (CBS) Los cafetos presentan una edad de tres años, los mismos que fueron establecidos con el método de plantación cuadrado, con distanciamiento 25 de 2 m entre plantas; se encuentran asociados con árboles de guaba (lnga edu/is Mart.) instalados bajo el método cuadrado, con distanciamiento de 20 m; el terreno presenta pendiente de 5%. 3.2.2. Café sin sombra (CSS) El cultivo de café tiene tres años de edad, cuyas plantas fueron establecidas mediante el método de plantación cuadrado, con distanciamiento de 2 m entre plantas; el terreno de la parcela cuenta con aproximadamente 5% de pendiente. 3.2.3. Silvopastoril (SSP) Ubicado en un terreno con pendiente aproximada de 0.5 %; el sistema se compone de árboles de capirona ( Ca/ycophyl/um spruceanum (Benth.) Hook. f. ex Schum.) de cuatro años de edad, instalados con el método tres bolillo cada 1 O m, asociados con pastos de la especie Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf de cinco años de edad aproximada. 3.3. Clima. Presenta un clima tropical húmedo. Según el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología - San Martín (SENAMHI - San Martín), la precipitación promedio en el área de influencia del estudio es de 2,946.64 mm/año, observándose con mayor frecuencia la presencia de lluvias durante los meses de octubre a abril, con meses transicionales constituidos por mayo y setiembre, y un corto período de estiaje de tres meses (junio- agosto); los mayores volúmenes de precipitación 26 se registran en los meses de diciembre, enero y febrero, con valores superiores a 300 mm/mes; en tanto el menor valor se presenta en el mes de agosto, con 82 mm/mes. La temperatura media anual es de 24.6 °C, siendo el mes de noviembre el que presenta la temperatura más baja (25.6 °C) y julio el que presenta el valor más alto (32.6 °C). La humedad relativa promedio anual más alta es de 70.1% y la más baja es de 68.3% (registrada en la estación meteorológica de Tocache). 3.4. Hidrografía y unidades hidrográficas La red hidrográfica del área de estudio está representada por el río Huallaga, cuyas aguas discurren de sur a norte, recepcionando un número de cauces menores, los que conjuntamente con los colectores principales, constituyen el canal natural para la evacuación de los excedentes de agua, principalmente en la época de mayores precipitaciones. 3.5. Materiales y equipos - Pala recta, marco metálico con dimensiones de 25 cm x 25 cm x 10 cm, martillo pesado, cilindros Uhland (de acero inoxidable de 7 cm de alto, 7 cm de diámetro y volumen de 270 cm3), bolsas de polietileno de 5 kg de 27 capacidad y wincha de 5 m; para toma de muestras del suelo referido al análisis del carbono almacenado. - Machete, con el que se realizó la limpieza (deshierbe) de las áreas de los diferentes sistemas de uso de la tierra. - Formulario de campo, tablero y bolígrafo; para registro de datos. - GPS Map 78s y cámara fotográfica digital; para georreferenciación de la parcela y captura de imágenes del procedimiento, respectivamente. - Estufa, para el secado de las muestras de suelo. 3.6. Metodología 3.6.1. Selección de los sistemas de uso de la tierra Para el desarrollo de la investigación se seleccionaron tres sistemas de uso de la tierra constituidos por: café bajo sombra de guaba (CBS), café sin sombra (CSS) y un sistema silvopastoril (SSP), localizados en el sector Víctor Andrés Belaunde. 3.6.2. Delimitación de las parcelas de los sistemas de uso de la tierra Cada sistema de uso de la tierra estuvo constituido por una parcela de 1 00 m x 1 00 m, delimitada mediante estacas e hilo rafia. 28 En cada parcela en estudio se establecieron seis puntos de muestreo distribuidos mediante un trazo en zig-zag a lo largo y ancho de la misma, extrayéndose de cada una de ellas tres muestras (0-10, 10-20 y 20-30 cm, respectivamente), haciendo un total de dieciocho (18) muestras por parcela o sistema de uso de la tierra; en total se obtuvieron cincuenta y cuatro (54) muestras, que posteriormente fueron analizadas en el laboratorio (Figura 1 ). CBS css SSP 100m 100m 100m 100m 100m 100m • Punto de muestreo Figura 1 . Diagrama de muestreo de suelos para el análisis de la concentración de carbono y propiedades químicas del suelo de cada uno de los sistemas de uso de la tierra. 3.6.3. Recopilación de datos de campo El muestreo del suelo se realizó empleando la metodología recomendada por Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF) (ANDERSON e INGRAM, 1993), cuya unidad básica de muestreo fue un marco metálico de 25 cm x 25 cm x 1 O cm de profundidad (Figura 2). Para el caso de la 29 determinación de las propiedades químicas, se hizo la colecta del suelo de cada horizonte correspondiente cada punto de muestreo, obtenido a través del marco metálico; en total se colectaron 18 muestras por cada sistema de uso de la tierra (Figura 2). 25cm 1 30cm 1 ~UESTREO MANUAL L Pr~~iedades Quimicas ESTRATOS o.1ocm 10.20cm 20.30cm Figura 2. Esquema de muestreo de suelos propuesto por Tropical Soil Biology and Fertility (TSBF) (ANDERSON e INGRAM, 1993). Las muestras para la determinación del carbono orgánico almacenado en el suelo, fueron tomadas introduciendo un cilindro Uhland de 7 cm de alto y 7 cm de diámetro en cada estrato u horizonte (0-10, 10-20 y 20-30 cm de profundidad) de la pequeña calicata generada con el marco metálico (25 cm x 25 cm x 30 cm de profundidad). Se tomaron tres muestras por punto de muestreo, colectándose en total 18 muestras por cada parcela o sistema de uso de la tierra. 30 3.6.4. Estimación del carbono orgánico del suelo Para la estimación del carbono orgánico del suelo (COS), en cada estrato de evaluación (O - 1 O cm, 1 O - 20 cm, y 20 - 30 cm), se empleó la formula sugerida por MACDICKEN (1997). Donde: i=n COS (t ha-1) = L ([C0/1 00] * Dap* Ps * 1 0,000) profundidad i=1 COS (t h-1): carbono orgánico del suelo profundidad evaluada. n tres estratos o profundidades del suelo [CO) concentración de carbono orgánico en %. %CO 0.58 x %MO (WALKLEY y BLACK, 1938) Dap densidad aparente de la profundidad evaluada (t m-3) Ps(m) profundidad de muestreo (m) La densidad aparente se determinó por el método del cilindro, que consistió en introducir en cada estrato u horizonte del suelo (calicata de 25 cm x 25 cm x 30 cm de profundidad), un cilindro Uhland de 7 cm de alto y 7 cm de diámetro, con el que se extrajo una muestra, la misma que posteriormente fue secada al horno a 1 05 °C por 72 horas, obteniéndose así el peso seco. Por otra parte, la concentración de carbono orgánico del suelo(%) fue determinada empleando la conversión sugerida por Walkley y Black (1938), 31 citados por RÜGNTZ et al. (2009). El contenido de materia orgánica del suelo por su parte, se obtuvo empleando las muestras extraidas de cada estrato para la determinación de las propiedades químicas de los tres sistemas de uso de la tierra, las mismas que posteriormente fueron enviadas al Laboratorio de Conservación de Suelos de la Facultad de Recursos Naturales Renovables de la Universidad Nacional Agraria de la Selva (UNAS). 3.7. Tipo de investigación La presente investigación es un estudio observacional, donde se determinó inferencias sobre las variables independientes; asimismo la investigación es de tipo correlaciona!, el mismo que tiene como propósito conocer la relación que existe entre dos o más conceptos, categorías o variables en un contexto en particular (HERNÁNDEZ et a/., 2006). 3.7.1. Unidades exploratorias (UE) Para el estudio se consideraron tres (03) unidades exploratorias: sistema de café bajo sombra de guaba (CBS), café sin sombra (CSS) y sistema silvopastoril (SSP). 3.7.2. Variables independientes 3. 7 .2.1. Sistema de uso de la tierra - Café bajo sombra de guaba. - Café sin sombra. - Silvopastoril. 32 3.7.2.2. Estrato o profundidad del suelo - E1: O- 10 cm de profundidad. - E2: 1 O - 20 cm de profundidad. - E3: 20 - 30 cm de profundidad. 3.7.3. Variables dependientes - Carbono orgánico almacenado en el suelo. - Materia orgánica del suelo. - pH del suelo. - Nitrógeno total. - Fosforo disponible. - Potasio disponible. - Densidad aparente del suelo. 3.8. Análisis estadístico El diseño estadístico corresponde a un Diseño Completamente al Azar con arreglo factorial de la forma 3A x 38, con seis repeticiones. Los factores en estudio fueron: 33 Factor A: Sistema de uso de la tierra (SUT): - Café bajo sombra de guaba (CBS). - Café sin sombra (CSS). - Silvopastoril (SSP). Factor B: Estrato o profundidad del suelo: - E1: O- 10 cm de profundidad. - E2: 1 O - 20 cm de profundidad. - Ea: 20 - 30 cm de profundidad. La combinación de los factores descritos generó nueve tratamientos (Cuadro 2). Cuadro 2. Tratamientos del experimento factorial. Tratamiento Sistema de uso de la tierra Estrato o profundidad del suelo - (SUT) E (cm) "' T1 CBS o- 10 T2 CBS 10-20 Ta CBS 20-30 T4 css o- 10 Ts css 10-20 Ta css 20-30 T1 SSP o -10 Ta SSP 10-20 Tg SSP 20-30 34 3.8.1. Modelo estadístico Y1i = 1J + Factor A1 + Factor Bi + Factor A¡ * Factor Bi + e Donde Factor A¡ Factor Bi Factor A¡ * Factor Bi Respuesta esperada del i-ésimo Factor A con el j-ésimo Factor B. Media de las unidades experimentales. Efecto del i-ésimo Factor A (sistema de uso de la tierra). Efecto del j-ésimo Factor B (estrato o profundidad del suelo). Efecto de la Interacción del i-ésimo Factor A con el j-ésimo Factor B. Error experimental. El análisis de varianza se realizó con el software estadístico lnfoStat 2013 versión estudiantil libre, y para las diferencias de promedios se utilizó la diferencia mínima significante de FISHER cuando el valor de p<0.05 (STEEL y TORRIE, 1988). El análisis de variancia del experimento factorial se muestra en el Cuadro 3. Cuadro 3. Análisis de variancia del experimento factorial. Fuentes de variación Factor A Factor B Factor A * factor B Error Total Grados de libertad 2 2 4 45 53 35 Para determinar la correlación entre algunos parámetros químicos del suelo sobre el contenido de carbono orgánico del suelo (COS), se realizó un análisis de correlación utilizando el indicador de Pearson al 5% de nivel de significancia; una vez determinada la correlación, se hizo el cálculo de la regresión lineal sobre las variables que mostraron alta correlación. Asimismo, se incorporan gráficos que describen mejor los comportamientos obtenidos. IV. RESULTADOS 4.1. Propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra: café (Coffea arabica L.) bajo sombra de guaba (lnga edulis Mart.), café ( Coffea arabica L.) sin sombra y sistema silvopastoril 4.1.1. Propiedades descriptivas Las propiedades químicas del suelo en tres sistemas de uso de la tierra (SUT) fueron analizadas en dos etapas: la primera; a través del uso de estadística descriptiva, donde se describen los promedios con su respectiva desviación (error estándar), así como la variabilidad expresada mediante el coeficiente de variación y el intervalo (LI y LS) a un 95% de confianza. Con respecto al valor del pH, se observa que los sistemas de uso de la tierra SSP y CSS (sistema silvopastoril y café sin sombra, respectivamente) presentan pH fuertemente ácido (4. 75 y 5.33, respectivamente); en tanto el sistema CBS (café bajo sombra de guaba) presenta pH moderadamente ácido (5.51 ); se observa asimismo, que los tres sistemas presentan variabilidad homogénea (10% de CV). Con respecto a la materia orgánica (MO), los sistemas CBS y CSS presentan nivel medio (3.20 y 2.66%, respectivamente), en tanto el sistema SSP ostenta nivel bajo (1.57%). Por su parte, el nitrógeno (N) mantiene la misma tendencia, donde los sistemas CBS y CSS poseen nivel medio con 0.15 y 0.12%, respectivamente, y el sistema SSP presenta nivel bajo, con 0.09%. 37 Respecto al fósforo (P), en los tres sistemas se encuentra en un nivel medio (12.27, 12.65 y 8.51 ppm, para CBS, CSS y SSP, respectivamente); cabe acotar que esta propiedad muestra las mayores variabilidades para los sistemas CBS y CSS (86.37 y 94.38% de CV, respectivamente), en tanto el sistema SSP presentó variabilidad moderada (18.11% de CV). Se tiene asimismo, que el contenido de potasio (K20) en los tres sistemas presenta nivel alto: CBS = 400.31, CSS = 362.65 y SSP = 297.03 kg/ha (Cuadro 4). Cuadro 4. Propiedades químicas del suelo de tres sistemas de uso de la tierra. SUT Medidas pH MO(%) N(%) P (ppm) K20 (kg/ha) Prom. ± EE 5.51 ± 0.13 3.20± 0.27 0.15 ± 0.01 12.27 ± 2.50 400.31 ± 30.33 CV(%) 10.26 35.81 34.38 86.37 32.15 CBS Ll (95%) 5.23 2.63 0.12 7.00 336.31 LS(%) 5.80 3.77 0.17 17.54 464.31 Prom. ±EE 5.33 ± 0.12 2.66 ± 0.37 0.12 ± 0.02 12.65 ± 2.90 362.65 ± 45.34 CV(%) 9.54 57.12 55.67 94.38 51.55 css Ll (95%) 5.09 1.88 0.09 6.51 266.54 LS(%) 5.61 3.44. 0.16 18.79 458.77 Prom. ±EE 4.75 ± 0.10 1.57 ± 0.09 0.09 ± 0.01 8.51 ± 0.36 297.03 ± 19.05 CV(%) 9.08 24.51 53.16 18.11 27.21 SSP Ll (95%) 4.53 1.37 0.07 7.74 256.83 LS(%) 4.96 1.76 0.12 9.28 337.23 En el análisis de distribución de los cinco elementos químicos se observa que el sistema SSP es más homogéneo para los valores de K20, P y MO, respecto a los sistemas CBS y CSS; en lo que respecta al N, el sistema CBS resultó más homogéneo; finalmente, el pH en los tres sistemas presenta relativa homogeneidad (Figura 3). 6.55 6.20 5.85 5.50 J: g, 5.14 4.79 4.44 o 2i 38 6.02 5.20 4.39 3.57 2.75 1.9 1.12 4.019+----...,..---..... -----.-----. 0.30+-------------..... ----. z 0.27 0.24 0.20 0.1 0.13 0.09 0.05 CBS css sur SSP 59.62 51.02 42.42 33.82 o. 25.21 16.61 CBS css sur SSP 0.02+--------..... ---...... ---~ Figura 3. CBS css sur ~ 730.64 633.17 535.70 438.23 34o.n 243.30 145.83 SSP CBS css sur 48.36+--------------..... ----. CBS CSS SSP sur SSP Gráficos de box plot para los elementos químicos analizados en tres sistemas de uso de la tierra. 39 4.1.2. Inferencias estadísticas Se muestra el análisis de varianza para las cinco propiedades químicas evaluadas en los tres sistemas de uso de la tierra. Respecto al pH, en el efecto simple (interacción) no se observa significancia estadística (p>O.OS), por ello las conclusiones se basaron solo en los efectos principales que tanto para los sistemas de uso de la tierra (SUT) y estratos o profundidades del suelo (E) resultaron significativos (pO.OS), razón por la que las conclusiones se basaron solo en los efectos principales que resultaron significativos (p0.05) para el efecto simple y para los efectos principales, demostrando que la variabilidad del citado parámetro no se debe a los sistemas de uso de la tierra, ni a los estratos o profundidades del suelo evaluados, mucho menos a la interacción de ambos (Cuadro 9). Cuadro 9. Análisis de varianza para la densidad aparente del suelo (Dap). Dap Fuentes de variación GL CM p-valor sur 2 0.04 0.3196 ns Estrato o profundidad del suelo 2 0.01 0.7017 ns SUT X estrato 4 0.05 0.2008 ns Error 45 0.03 Total 53 cv 12.00% 0.17 (ns) No Significativo. El análisis del carbono orgánico del suelo (COS) presenta dos etapas de inquietud: la primera, si existen diferencias entre los sur en cada estrato o profundidad del suelo; la segunda, si existen diferencias entre los 51 SUT en términos generales, asumiendo los contenidos promedios de COS como una suma de parte (estratos). Se observa precisamente, que en el estrato de O - 1 O cm existe una alta diferencia estadística (p-=-• Figura 18. Mapa de ubicación de las parcelas de muestreo. 91 92 Anexo 4. Panel fotográfico. Figura 19. Sistema bajo sombra de guaba1 (CBS). Figura 20. Sistema bajo sombra de guaba2 (CBS). 93 Figura 21. Sistema café sin sombra1 (CSS). -,.- ~~-,.. ... · .. ~ .. ' Figura 22. Sistema café sin sombra2 (CSS). 94 Figura 23. Sistema silvopastoril1 (SSP). Figura 24. Sistema silvopastoril2 (SSP). 95 Figura 25. Muestreo del suelo del sistema CBS . ..,... ··-· ·• - l- ' .. - j ' ' J • - ,_ ,~ 1 ~. 1 ... . ' r e Figura 26. Muestras de suelo del sistema CBS para determinación del COS. 96 Figura 27. Muestreo del suelo del sistema CSS. Figura 28. Muestras de suelo del sistema CSS para determinación del COS. 97 Figura 29. Muestreo del suelo del sistema SSP. ~lr -': : -~ ~ , ' """ ... "' • Figura 30. Muestras de suelo del sistema SSP para determinación del COS.