INTRODUCCIÓN

La concentración promedio global de bióxido de carbono (CO₂) a la atmósfera durante el año 2016 fue de 403.3 mg kg^-1, (^{WMO, 2017}), lo que representa incremento de 44% con respecto a la época preindustrial (280 mg kg^-1). Las causas de acumulación de CO₂ en la atmósfera han sido la actividad industrial, la quema de combustibles fósiles, y la deforestación debido al cambio de uso del suelo. Del año 1990 a 2015 se registró una pérdida neta de aproximadamente 129 millones de ha^-1 de bosque, que representa una tasa anual de pérdida de 0.13%, lo que significa liberación anual de cerca de 546.35 millones de toneladas de carbono por año (^{FAO, 2015}). Para revertir este proceso es necesario reducir la tasa de deforestación y promover la captura de CO₂ atmosférico por medio de la vegetación, acumularlo en la biomasa vegetal y el suelo. El conocimiento de los inventarios de carbono en los suelos y la biomasa vegetal es la base para el monitoreo de la dinámica del Carbono en ecosistemas terrestres para el establecimiento de estrategias y prácticas de manejo que permitan mitigar el cambio climático.

México es el décimo país con mayor contribución de gases de efecto invernadero (GEI) en el planeta (^{CAIT, 2017}); con emisiones anuales de 748 252.2 Gg de CO₂ equivalente (^{SEMARNAT, 2012}). Los sectores que más aportan emisiones de GEI en México son: energía (67.3%), agricultura (12.3%), procesos industriales (8.2%), uso de suelo, cambio de uso de suelo y silvicultura (USCUSyS) (6.3%) y desechos (5.9%). En regiones tropicales como el sureste mexicano, las emisiones de GEI por USCUSyS, provienen principalmente de la deforestación, relacionadas a la ampliación de la frontera agropecuaria (^{Harvey et al., 2005}; ^{de Jong et al., 2009}; ^{ENCC, 2013}). En el estado de Campeche, el USCUSyS contribuye con 80% del total de emisiones, principalmente debido a la conversión de selvas a pastizales para la producción de carne de ganado bovino (Gobierno del Estado de Campeche, 2012¹).

El estado de Campeche cuenta con una base de datos cartográfica digitalizada en edafología y uso del suelo y vegetación escala 1:250 000, elaborada por el Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Esta base de datos no cuenta con información de densidad aparente del suelo (Dap) y presenta información parcial sobre partículas inorgánicas y orgánicas mayores a 2 mm. Esta información es importante para la determinación del carbono orgánico de los diferentes grupos de suelos del estado de Campeche. Por otro lado, se identifican polígonos de grupos de suelos no respaldados con información de perfiles de suelos y, perfiles de suelos mal clasificados.

El objetivo del presente estudio fue estimar el contenido de carbono en suelos y vegetación del estado de Campeche, desarrollando una propuesta metodológica para la estimación del carbono orgánico del suelo en condiciones de reducida disponibilidad de información, que pueda ser utilizada en regiones y países con circunstancias similares.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estado de Campeche se localiza en el sureste de la República Mexicana, cuenta con una superficie de 57 507 km² (^{INEGI, 2018}); limita al norte con el estado de Yucatán, al este con Quintana Roo, al sur con la República de Guatemala y al oeste con el Golfo de México y Tabasco. Tiene una población de 899 931 habitantes. El clima es cálido subhúmedo en la porción central y oriental (92% del estado), cálido húmedo (7.75%) en la parte suroeste y semi seco (0.05%) en su extremo noroeste. La temperatura media anual se ubica entre 26 y 27 °C, precipitación total anual entre 800 y 2000 mm. La vegetación dominante es selva mediana subperenifolia, también se reportan selvas bajas, selvas altas, vegetación de Petén, manglares y otros. Campeche se ubica geológicamente sobre calizas del Terciario y suelos del Cuaternario; fisiográficamente en el estado dominan llanuras (54%), lomeríos (42%), playas (1%) y otros (3%) (^{INEGI, 2001}). De acuerdo al ^{INEGI (2007)} existen 14 grupos de suelos en el estado, siendo los más importantes por superficie ocupada, en orden de importancia: Leptosol (31%), Vertisol (26%), Phaeozem (17%) y Gleysol (11%).

En el presente trabajo se identificaron y consideraron 12 grupos de suelo. En la carta edafológica serie II (^{INEGI, 2007}), se reporta un Calcisol (CL) y un Kastañozem (KS), ambos sin respaldo de datos de campo. El primero, ocupa un pequeño polígono en el extremo sur oeste del estado, en la frontera con Tabasco y Guatemala, el cual es insignificante. El segundo, se reporta como asociado secundario junto con Vertisol (como grupo principal) y Gleysol, en un bajo inundable. Por lo tanto, el CL se integró a la unidad Phaeozem, dominante en esa zona. Y el KS se integró a la Unidad Vertisol.

En la estimación de los contenidos de carbono en el suelo se utilizó la base de datos de perfiles de suelos del INEGI del estado de Campeche (^{INEGI, 2004}, ²⁰¹⁴). Se seleccionaron sólo aquellos que contaban con información completa de descripción en campo y datos analíticos de laboratorio. En total se utilizaron datos de 221 perfiles, 184 perfiles de INEGI y 37 descritos por otros autores. Para el cálculo del carbono orgánico del suelo (COS) por hectárea para los grupos de suelos del estado de Campeche se utilizó la fórmula propuesta por el Panel Intergubernamental de Cambio Climático (^{Penman et al., 2003}), que requiere de los datos de carbono orgánico, densidad aparente (Dap), espesor del horizonte y porcentaje de partículas > 2 mm (piedras y raíces). Debido a que la base de datos de INEGI carece de información sobre Dap, ésta se estimó con ocho funciones de regresión múltiple (Cuadro 1), que incluyen la Dap obtenida en campo con los métodos del cilindro para suelos no pedregosos (^{Blake, 1965}; ^{USDA, 1999}), y excavación del pozo en el suelo (^{Blake, 1965}) para suelos pedregosos, en 182 horizontes de los 37 perfiles descritos por los autores.

En las funciones de regresión lineal múltiple la variable dependiente fue la Dap y las variables independientes fueron: textura (% de arena y % de arcilla), materia orgánica (MO) y profundidad del horizonte (Pr) en cm (^{Minitab, 2010}). Algunos pares de suelos se agruparon por sus similitudes: Leptosol-Phaeozem (LP-PH), Vertisol-Gleysol (VR-GL) y Luvisol-Nitisol (LV-NT); Fluvisol (FL), Regosol (RG), Histosol (HS) y Arenosol (AR), a cada uno se le aplicó una regresión lineal múltiple. La asociación LV-NT se calculó por medio de dos regresiones: LV_Carso, exclusiva para la región geológica del Cuaternario, ubicada en la región fisiográfica Carso yucateco, y la regresión de LV-NT_lomas para la región f isiográf ica Carso y lomeríos de Campeche (^{Kú-Quej et al., 2017}).

Para los Cambisol (CM) y Solonchac (SC), en los que no se realizó perfil y por tanto no se generó una función de regresión lineal, se utilizó la función de suelo AR, por ser suelos con características similares.

Después de estimar la Dap de cada horizonte (805) de los 184 perfiles de INEGI, se identificaron algunos datos de Dap fuera del rango razonable (^{Weil and Brady, 2016}), por lo que se revisó la información de cada perfil, detectando algunas denominaciones de suelo incorrectas. Estos perfiles de suelos fueron reclasificados y de nueva cuenta se aplicó la regresión lineal múltiple correspondiente al grupo de suelo para estimar su Dap. Posteriormente se calculó el COS ha^-1 para cada perfil/grupo de selo (Figura 1), siguiendo la fórmula propuesta por el ^{Penman et al. (2003)}. Para usar esta fórmula se convirtieron los datos a las unidades solicitadas por el ^{Penman (2003)}, como se muestra en la Ecuación 1:

dónde: COS = carbono orgánico del suelo, representativo del grupo de uso del suelo en cuestión, en toneladas de C ha^-1; COS_horizonte = contenido de carbono orgánico del suelo para un horizonte de suelo constituyente, en toneladas de C ha^-1; [COS] = concentración de carbono orgánico del suelo, obtenida de análisis de laboratorio en g kg^-1; Dap = densidad aparente (g cm^-3); Profundidad = profundidad del horizonte o espesor de la capa de suelo, en metros; frag = volumen porcentual del fragmentos gruesos/100 (fragmentos de diámetro mayor a 2 mm), sin dimensiones. Este valor se obtiene restando a la unidad el porcentaje de fragmentos mayores a 2 mm en el suelo.

Figura 1: Acumulación de COS (valores promedio, máximo y mínimo) en los perfiles de suelos del estado de Campeche. COS = carbono orgánico del suelo; HS = Histosol; GL = Gleysol; SC = Solonchac; VR = Vertisol; PH = Phaeozem; RG = Regosol; FL = Fluvisol; CM = Cambisol; LV = Luvisol; NT = Nitisol; LP = Leptosol; AR = Arenosol. Figure 1: Accumulation of COS (average, maximum and minimum values) in the soil profiles of the state of Campeche. COS = soil organic carbon; HS = Histosol; GL = Gleysol; SC = Solonchac; VR = Vertisol; PH = Phaeozem; RG = Regosol; FL = Fluvisol; CM = Cambisol; LV = Luvisol; NT = Nitisol; LP = Leptosol; AR = Arenosol. 

Mediante el software ARCGIS10, se integró una capa de perfiles de suelos con los 184 perfiles de INEGI (^{INEGI, 2004}; ^{INEGI, 2014}) y los 37 generados por otros autores (Figura 2); dicha capa se sobrepuso a la capa Edafológica Serie II del estado de Campeche (^{INEGI, 2007}), para identificar la asociación de suelos en la que se ubica cada perfil y estimar el COS para cada grupo de suelo de la asociación. Se identificaron aquellos polígonos que tuvieran dentro de sus límites alguno(s) de los 221 perfiles; se identificó la asociación de suelos del polígono y se calculó la superficie que ocupa cada grupo de suelo en la asociación. El peso específico que se le asignó a cada unidad de suelo de la asociación fue de acuerdo a los rangos propuestos por ^{INEGI (2011)}: asociación con tres grupos de suelo, el principal 60%, secundario 25% y terciario 15%; asociación con dos grupos de suelo, el principal 70% y secundario 30%; polígono con un grupo de suelo ocupa 100%.

Figura 2: Ubicación de los 221 perfiles de suelos en el estado de Campeche y sistemas fisiográficos. Figure 2: Location of the 221 soil profiles in the state of Campeche and physiographic systems. 

Una vez calculada la superficie proporcional que ocupó cada grupo de suelo de la asociación, se multiplicó por el COS del perfil de cada uno de los grupos de suelo en la misma, obteniendo el COS total del polígono, sin considerar el grupo de uso del suelo. En polígonos sin perfiles de suelos dentro de ellos, se tomó el valor del perfil del grupo de suelo más próximo dentro de la misma región fisiográfica, geológica y climática, con condiciones similares de cobertura vegetal y grupos de suelos asociados.

En la Carta de uso del suelo y vegetación (USyV) serie V (^{INEGI, 2014}) se reportan 58 tipos de coberturas de los suelos en el estado de Campeche y la superficie que ocupan. Estas coberturas fueron reclasificadas para facilitar el manejo de la información, con base en ^{de Jong et al. (2012)}, disminuyendo de 58 a 23 clases de tipos de vegetación y usos del suelo. INEGI desagrega en 14 clases de agricultura por manejo de humedad y tiempo de uso; todas ellas fueron agrupadas en una sola clase: agricultura. Las selvas degradadas herbáceas, arbustivas y arbóreas se integraron en 7 clases, respetando características como la altura y caída de hojas, pasando de 20 a 7 clases. Popal y tular se integraron en una sola, al igual que pastizal cultivado y natural, así mismo, pastizal halófilo se integró a vegetación halófila hidrófila y, debido a que de ^{Jong et al. (2012)}, no reportan valores de COV para estos tipos de vegetación, se les asignó el valor de pastizales y sabanas por tener valores similares de COV (^{Mollard et al., 2013}; ^{Deago y Pizarro, 2015}).

Se calculó la superficie para cada uso del suelo y vegetación y se tomó el valor promedio por hectárea de COV para cada tipo de vegetación propuesto por ^{de Jong et al. (2012)}. La vegetación de Petén es dominado por selva mediana subperennifolia razón por la cual se le asignó el valor de éste tipo de vegetación.

Para conocer el USyV en cada uno de los 12 grupos de suelos y asociaciones del estado de Campeche, se traslapó la carta de uso del suelo y vegetación serie V (^{INEGI, 2014}) con la carta Edafológica serie II (^{INEGI, 2007}), con lo que fue posible calcular la superficie, el uso y el grupo de suelo de cada polígono. Se identificó el perfil o perfiles incluidos en cada polígono y su valor de COS. En los polígonos que no tuvieron perfiles de suelos, se tomó el valor del perfil más próximo con la misma clasificación de suelo y dentro de la misma región fisiográfica, geológica y climática. Para cada tipo de uso del suelo y vegetación, los valores de COS fueron obtenidos de los promedios ponderados.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El contenido de carbono orgánico total (COT), estimado para el estado de Campeche, fue de 765 417 Gg. Correspondiendo 490 973 Gg (64.1%) al COS y 274 443 Gg (35.9%) al COV (Cuadro 2). Mientras el valor promedio de C por hectárea fue de 140.6 Mg ha^-1 de C, 90.2 Mg ha^-1 de COS y 50.4 Mg ha^‑1 de COV. ^{Segura-Castruita et al. (2005)} reportan para el estado de Campeche un COS promedio de 49.3 Mg ha^-1, 45% inferior al nuestro. Desafortunadamente los datos no son comparables debido a que la estimación del COS hecha por dichos autores se limitó a los primeros 30 cm de profundidad del suelo y la del presente estudio se estimó valorando el COS registrado en cada horizonte del suelo.

La superficie estatal es ocupada en 86.8%, por cuatro de los doce grupos de suelos descritos en el estado de Campeche; Leptosoles (LP), Vertisoles (VR), Phaeozems (PH), y Gleysoles (GL) (Cuadro 3). Siendo los LP los que mayor superficie ocupan (33%); sin embargo, son los suelos con menor contenido de COS por hectárea (54.97 Mg ha^-1). En el otro extremo, tanto en superficie ocupada y contenido de carbono orgánico, se encuentran los Histosoles (HS), estos suelos apenas ocupan 0.3% de la superficie estatal; sin embargo, su contenido medio de carbono orgánico es de 390.71 Mg ha^-1, el valor más alto entre todos los suelos del estado (Cuadro 3 y Figura 3). Con valores intermedios de COS se encuentran los Nitisoles (NT), Cambisoles (CM), GL, VR, Fluvisoles (FL), PH y Solonchac (SC), entre 106.40 y 146.57 Mg ha^-1. Finalmente, los de menor contenido, además de los LP, son los Arenosoles (AR), Luvisoles (LV) y Regosoles (RG) con valores medios entre 54.97 y 99.02 Mg ha^-1.

Figura 3: Acumulación de carbono orgánico promedio ponderado en suelo (COS) y vegetación (COV) para el estado de Campeche. COS = carbono orgánico del suelo; COV = carbono vegetal; HS = Histosol; SC = Solonchac; FL = Fluvisol; GL = Gleysol; VR = Vertisol; CM = Cambisol; PH = Phaeozem; NT = Nitisol; RG = Regosol; LV = Luvisol; AR = Arenosol; LP = Leptosol. Figure 3: Accumulation of weighted average organic carbon in soil (COS) and vegetation (COV) for the state of Campeche. COS = soil organic carbon; COV = carbon in vegetation; HS = Histosol; SC = Solonchac; FL = Fluvisol; GL = Gleysol; VR = Vertisol; CM = Cambisol; PH = Phaeozem; NT = Nitisol; RG = Regosol; LV = Luvisol; AR = Arenosol; LP = Leptosol. 

La alta diversidad ambiental dentro un mismo grupo de suelo y el reducido número de datos disponibles se ven reflejados en el alto coeficiente de variación (CV) del COS. El CV global de COS en los suelos del estado de Campeche, de acuerdo a nuestros resultados es de 83%, éste disminuye cuando se estima para cada uno de los doce grupos de suelos, a excepción de Regosoles (RG) que se ubica por encima del valor medio (92%) (Cuadro 3). Los doce grupos de suelos se pueden clasificar en tres grupos de acuerdo al CV del COS: en el nivel más alto (92% a 71%) se encuentran RG, HS, SC y GL; nivel medio (66% a 52%) representados por LP, FL, AR, PH y LV; y el nivel más bajo (< 52%) incluye a VR, NT y CM.

El uso de funciones de regresión lineal múltiple para la estimación de la Dap en los perfiles que carecían de ella, permitió aumentar la precisión en la generación de información. Para continuar aumentando la precisión es necesario buscar métodos alternativos, entre los que se encuentran la organización de los perfiles de suelos dentro de unidades ambientales similares (unidades fisiográficas, sistemas de topoformas y tipos de vegetación). Igualmente se podría disminuir el CV con un mayor número de muestras (perfiles); sin embargo, esto significaría un gran esfuerzo en campo y demanda de recursos económicos para su realización, ya que habría que incrementar en quince tantos el número de perfiles analizados para reducir el CV a valores inferiores de 10%; pasar de 221 a 3 340 perfiles de suelos (Cuadro 3).

Los tipos de vegetación dominante en el estado de Campeche son las selvas medianas (subperennifolias, subcaducifolias y caducifolias) las cuales ocupan casi 59% de la superficie estatal, y se encuentran distribuidas en una gran diversidad de grupos de suelos (Cuadro 4); sin embargo, la mayoría de las selvas medianas están degradadas (85%). A las selvas medianas le siguen en importancia por superficie ocupada los pastizales, con 13.10% y las selvas bajas con 11.35%, de las cuales aproximadamente 50% se encuentran degradadas.

El contenido de COV en Mg ha^-1 en los diferentes tipos de vegetación en el estado de Campeche varía de 0.8 Mg ha^-1 para terrenos agrícolas a 99.6 Mg ha^-1 para selvas altas (Cuadro 4). La diferencia en COV es mínima entre las selvas medianas y selvas bajas, 71.20 y 70.60 Mg ha^-1 respectivamente.

El Peten y los manglares tienen los valores más altos del carbono orgánico total (COT) por hectárea (Cuadro 4). A diferencia del Cuadro 3, donde se presentan los valores de COS por grupo de suelo, en el Cuadro 4 el COS se estimó, a través de una ponderación por superficie ocupada por los suelos bajo el tipo de vegetación en cuestión. Además de los factores ambientales, las asociaciones de vegetación y suelos tienen una influencia recíproca entre sí en su desarrollo y a la vez determinan el contenido de carbono en el ecosistema. Por ejemplo, en gran proporción, los Petenes y los manglares crecen sobre HS, los suelos con mayor contenido de COS en el estado (Cuadro 4) y en el mundo por unidad de área (^{Eswaran et al., 1993}). Precisamente es debido a las condiciones anaeróbicas que estos suelos acumulan la mayor cantidad de COS por unidad de área (^{Tarnocai, 1998}; ^{Kayranli et al., 2010}). Así mismo las selvas altas en el estado de Campeche se ubican en climas con alta humedad y principalmente sobre suelos profundos que son afectados temporalmente por inundaciones: FL, GL y VR (Cuadro 4). Por lo tanto, en los inventarios de carbono en ecosistemas terrestres, es crucial la inclusión de las asociaciones de tipo de vegetación y de suelo en las estimaciones del COT.

Los valores de COS para el estado de Campeche estimados en el presente trabajo, en términos generales, son mayores que los valores a nivel nacional (^{Paz et al., 2016}), con excepción de las selvas medianas subperennifolias. Esto puede atribuirse a varios factores: 1. El sustrato calizo del estado de Campeche, permite una mayor acumulación de COS (^{Mendoza-Vega y Messing, 2005}); 2. Una menor degradación de suelos en el estado, por tener un historial más reciente de cambio en el uso del suelo; y 3. Diferencias en las metodologías utilizadas. Los datos a nivel nacional se estimaron a una profundidad menor (30 cm).

Es importante observar que, en todos los tipos de vegetación, con excepción de la selva baja perennifolia, el COS es mayor que el COV (Cuadro 4), resultados que coinciden con los obtenidos por otros autores (^{Eswaran et al., 1993}; ^{Batjes, 1996}; ^{Carré et al., 2010}; ^{Ruesch, 2008}; ^{FAO-ITPS, 2015}).

Comparando el CV en la estimación del COS en 19 tipos de vegetación en común con lo publicado por ^{Paz et al. (2016)}; en la mayoría, excepto 5, dichos autores reportan menor precisión (> CV), en un rango de 40.0 y 130% versus 20.0 y 100% (Cuadro 5). Con base en lo anterior, es de considerar que la precisión en la estimación del COS aumenta con la metodología utilizada en la presente investigación.

CONCLUSIONES

- El uso de regresiones múltiples en el cálculo de la densidad aparente del suelo, en lugar de utilizar valores por defecto, en condiciones de poca disponibilidad de información, y la ponderación de los valores de carbono orgánico del suelo (COS) considerando el tipo de cobertura vegetal, permitió aumentar la precisión en la estimación del contenido de carbono orgánico en suelos, demostrando ser una buena opción metodológica. En comparación con otros estudios, el carbono de la vegetación (CV) en la estimación del COS en el presente trabajo, se redujo. Para reducir aún más el CV del COS se recomienda aumentar el número de muestras (perfiles) y organizar los perfiles en unidades ambientales similares (fisiográficas y de cobertura vegetal).

- Se obtuvo una línea base de carbono orgánico en suelo y vegetación para el estado de Campeche, generada a partir de información de INEGI, de expertos en la estimación del carbono orgánico vegetal y fortalecida con estudios propios que permitieron hacer estimaciones de COS, usando los lineamientos propuestos por el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).