Área de estudio y origen del material vegetal

El estudio se realizó en muestras de plantas de palma de aceite recolectadas en: 1) Tapachula de Córdoba (14°45´29.31” N, 92°32´16.35” O y altitud de 17 m); 2) Huehuetán (14°58´52.20” N, 92°28´30.35” O y altitud de 18 m); y 3) Villa Comaltitlán (15°06´54.70” N, 92°37´42.94” O y altitud de 10 m) de la región del Soconusco, Chiapas.

Muestreo de la parte aérea

De la biomasa producida en la estructura sobre el suelo se cosecharon 12 plantas, con edad superior a 12 años. El corte se hizo con una motosierra (Truper, Mod. Mot-4518; China) donde inicia el estípite, y el tronco (fuste) se separó de las hojas. En los fustes se midió altura total (At) y diámetro a la altura de pecho (DAP: 1.30 m) con cinta métrica (Truper, modelo Tp20ME de 20 m; China). Cada fuste se dividió en tres o más secciones para determinar el peso verde in situ con una báscula electrónica de plataforma (OHAUS; Mod. ES50L AM, capacidad de 50 kg; EUA). El volumen de biomasa se calculó con la fórmula geométrica del cono trucado. El diámetro inferior y superior de cada sección se midieron. Rodajas de 10 cm de grosor se separaron con la motocierra y el peso seco se determinó en tres submuestras. Todas las rodajas se obtuvieron de la altura donde se determinó el diámetro inferior del fuste. La biomasa de las hojas, de la zona media y baja de cada planta, se determinó con báscula electrónica de plataforma, en cuatro hojas, una por punto cardinal, y la hoja bandera. Las submuestras de tallo y hojas se pesaron enseguida del corte para determinar su peso en húmedo, se guardaron en bolsas plásticas y se trasladaron al laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Ciencias Agrícolas, Campus IV, en Huehuetán, Chiapas. Las muestras se secaron hasta peso constante en una estufa con circulación de aire (VWR international, Mod. 1390FM, Sheldon Manufacturing, Inc. EUA) por 96 h a 60 °C. La relación peso seco: peso fresco se usó como estimador de la cantidad de biomasa del fuste y de las ramas, en muestras y submuestras, según la técnica descrita por ^{Díaz-Franco et al. (2007)} y ^{Acosta et al. (2002)}.

Muestreo de raíz

El C de las raíces de la palma y el C almacenado en el suelo se cuantificó por humificación de la biomasa. El segundo se obtuvo en 20 muestras representativas del área de goteo, con diámetro aproximado de 4.5 m de la base del tallo, que se obtuvieron con una barrena de acero inoxidable (sin marca, con diámetro y longitud de 10 y 50 cm). El C almacenado en el suelo (CAS; Mg ha^-1) se cuantificó en 20 submuestras de suelo por planta, a partir de su contenido en el suelo (% CS), la densidad aparente (DA) y la profundidad (P) de muestreo (0 a 50 cm), con la siguiente relación: CAS = % CS*DA*P (^{Ávila et al., 2001}). Para esta estimación se utilizó la técnica reportada por ^{Leblanc et al. (2006)}, modificada porque la DA del suelo se determinó en 3,927 cm³ de una muestra (extraída con barrena de acero inoxidable). De cada muestra se separaron las raíces; CAS y C en las raíces se determinaron con el método de combustión húmeda de Walkley y Black modificada (^{Kaurichev et al., 1984}; ^{Schlichting et al., 1995}).

La biomasa total (Y) por planta fue la suma de biomasas de fuste, hojas y raíz; en el tallo, se determinó con la fórmula: Y = Volumen (V) x Densidad (D), porque la forma del tallo es cónica irregular y el diámetro de la base es mayor que el superior. El volumen de cada sección y el total se calculó con la igualdad anterior. ^{Brown (2001)} indicó que la biomasa de las hojas representa 65 % del peso del tallo, y esta relación se usó para estimar la biomasa de la muestra y total de hojas. Para corroborar este valor V y D de las cinco hojas de cada planta se determinó después de triturarlas totalmente y pesarlas; con la información se calcularon los valores de las hojas por planta.

Determinación de la densidad específica

La densidad específica (g cm^-3) de tallos, raíces, suelo, submuestras de rodajas de tallos y hojas se determinó con la relación peso seco: volumen de tejido verde. El peso seco se obtuvo con la metodología descrita en párrafos anteriores y el volumen del tejido verde se determinó por el método de desplazamiento de agua. La densidad específica de rodajas, hojas y raíces se compararon con la prueba de Tukey (^{SAS Institute Inc., 2009}). La suma total de la biomasa de fuste (Y_f), copa (Y_c) y raíces (Y_r) conformó la biomasa total (Y), Y = Y_f + Y_c +Y_r de cada planta (^{Acosta et al., 2002}).

Determinación del modelo alométrico

La biomasa promedio de las plantas de los sitios se analizó en conjunto, con una ecuación que permitiera interpretar el desarrollo de la planta. Para esto, una prueba de regresión simple se desarrolló según ^{Aquino-Ramírez et al. (2015)}; en ella se incluye un análisis de regresión lineal con variables indicadoras, en este caso biomasa, cantidad de C y DAP. Con los datos de biomasa total (Y) y altura total (X) se ajustó la ecuación lineal a partir de expresión potencial. El modelo se ajustó por mínimos cuadrados y se obtuvo la ordenada al origen (b) y la pendiente (k) de acuerdo con ^{Avendaño et al. (2009)} y ^{Acosta et al. (2002)}. El modelo resultante fue Y = bX^k (ecuación potencial), donde Y es la biomasa total, X es el diámetro normal, y b y k son los parámetros de la función. La ecuación se ajustó a una expresión lineal mediante la transformación a logaritmo natural de Y y X, por lo que la expresión de la ecuación en su forma lineal fue: ln (Y) = ln (b) + k ln (X) (Ec. 2), donde b y k son los parámetros a estimar.

Determinación del contenido de C

La cantidad de C en la biomasa de fuste, hojas y raíces se determinó por el método de combustión húmeda de Walkley y Black modificado que se basa en la oxidación incompleta del C, con una mezcla oxidante de K₂Cr₂O₇, H₂SO₄ y calor por dilución acuosa del ácido. La ebullición entre 110 y 130 °C depende de la temperatura inicial, contenido de materia orgánica y tamaño del recipiente de reacción. La cantidad consumida de agente oxidante en la reacción se determinó por espectrofotometría (espectrofotómetro METASH, Mod. UV-6000, China), con la medición de la intensidad inicial del color verde de los iones Cr⁺³ y amarillos del K₂Cr₂O₇ y una curva de calibración de sacarosa. En la reacción, los iones Cr⁺³ son proporcionales a la cantidad de C oxidado, de acuerdo con la reacción: C₆H₁₂O₆ + 4 K₂Cr₂O₇ + 16 H₂SO₄ → 4 K₂SO₄ + 4 Cr₂ (SO₄)₃ + 6 CO₂ + 22 H₂O.

A 0.02 g de muestra seca se agregaron 5 mL de K₂Cr₂O₇, 10 mL de ácido sulfúrico, se enfrió por 30 min, se agregaron 35 mL de agua destilada, se agitó después de cada adición y reposó una noche. La absorbancia se midió a 590 nm. El contenido total de cada muestra se multiplicó por el porcentaje de C obtenido por espectrofotometría, y por la biomasa de la muestra, y el contenido de C total por planta sería la sumatoria del C total de fuste, ramas y raíces. Para obtener la ecuación alométrica y estimar el C se empleó el modelo alométrico que relaciona el contenido de C con la altura de la planta (Swift, 2000; ^{Avendaño et al., 2009}). Análisis estadístico descriptivo y pruebas de correlación (α = 0.05) se aplicaron a los datos.

Estimación de la biomasa

El promedio general de biomasa de fuste, hojas y raícesfue 1104.34 ± 87.85 kg; la biomasa de las plantas de Huehuetán fue mayor que en Tapachula y Villa Comaltitlán. Las plantas de los dos últimos sitios tuvieron la mayor densidad (Cuadro 1). Esos valores no se reflejaron en la biomasa total, pues el DAP en promedio y altura fueron mayores en Huehuetán que los otros sitios. De acuerdo con la información proporcionada por los productores, la variabilidad de los datos de campo se debe a diferencias en: 1) manejo agronómico del cultivo, como en la aplicación de macros y micro-minerales esenciales; 2) suministro de agua, con sequedad en zonas altas e inundaciones en sitios bajos y cercanos al mar; y 3) condiciones ambientales, como temperatura y precipitación. Lo anterior concuerda con lo señalado por ^{Corley y Gray (1982)}. Todos los factores mencionados son determinantes en el cultivo pues el desarrollo máximo se alcanza después de 6 a 12 años, aunque la planta puede continuar su crecimiento, a razón de 35 a 75 cm por año, dependiendo de las condiciones ambientales (^{Corley y Gray, 1982}; ^{Cayón, 1999}). En nuestra investigación las plantas evaluada tenian alrededor de 12 años.

El modelo alométrico lineal fue Y = 3.571X +816.86 (R² = 0.695) y Y = 98.349X + 737.41 (R² = 0.577) para determinar biomasa con base en DAP y altura de planta, respectivamente (Figuras 1A y 1B). Los valores del coeficiente de determinación para ambas variables reducen la confiabilidad a las ecuaciones para determinar la biomasa en las plantas de palma de 12 años; pero no se descarta, por lo que se sugiere aumentar la cantidad de repeticiones y plantas de mayor edad para estimar ecuaciones alométricas aplicables (^{Thenkabail et al., 2004}: ^{Leblanc et al., 2006}). Sin embargo, para los productores es complicado proporcionar ejemplares para obtener muestras. Por esto, el número de plantas para muestreo destructivo se redujo en la región del Soconusco. La proporción de biomasa de raíces y biomasa aérea en este estudio fue 0.06, la cual es notablemente baja respecto a la de otros estudios. Las ecuaciones alométricas y transformaciones similares se han reportado en Abies religiosa (Kunth) Schltdl. & Cham. (^{Avendaño et al., 2009}) y otras especies arbóreas, como Cupania dentata DC., Alchornea latifolia Sw. e Inga punctata Willd (^{Aquino-Ramírez et al., 2015}). Por lo tanto, los resultados de nuestra investigación aun no corroboran el ajuste del modelo alométrico para determinar biomasa y C capturado, si se conoce DAP; lo que difiere de la altura de la planta, pues el modelo podría ser más preciso. Por esto más estudios son necesarios, con más muestras para lograr el acercamiento a los modelos aceptables en la literatura con otras especies.

Figura 1 Dispersión de los valores medidos y la línea de regresión generada con el modelo lineal para estimar la biomasa con base en diámetro a la altura de pecho (DAP) y altura total de E. guineensis Jacq. 

La relación entre DAP y altura de las plantas fue positiva (Figura 2). La ecuación lineal fue: Altura (m) = 0.029(DAP) + 1.439 y R² = 0.762. Así, esta ecuación se puede usar para estimar la altura (m) de la planta con los datos de DAP (cm) en palma de aceite en la zona trópica húmeda de Chiapas.

Figura 2 Relación entre altura del árbol (m) y diámetro a la altura de pecho (DAP, cm). Dispersión de los valores medidos para estimar la altura de plantas de palma de aceite (E. guineensis Jacq.) y línea de regresión generada con el modelo. 

Ecuaciones alométricas para determinar el almacenamiento de carbono en plantas de palma de aceite

La cantidad de C puede depender de factores múltiples y ^{Leblanc et al. (2006)} señalaron que entre los principales están manejo nutricional, edad de la planta, factores climáticos como la precipitación y tipo de suelo. En nuestra investigación, independientemente de la variabilidad en los valores determinados, las cantidades de C no fueron diferentes entre sitios ni entre las plantas (p > 0.05). La palma de aceite, de alrededor de los 12 años de edad, con una densidad de 143 plantas ha^-1 en la región Soconusco tiene potencial de almacenamiento promedio de 76.18 ± 0.047 Mg C ha^-1 y tasa media de fijación anual de 6.53 Mg C ha^-1. Los valores por hectárea y la tasa fija fueron superiores a los 42.87 Mg C ha^-1 en plantas de palma reportados por ^{Khalid et al. (2000)}, y 31.21 Mg C ha^-1 en plantas de 12 años por Rodríguez et al. (2000)⁶. En contraste, ^{Thenkabail et al. (2004)} encontraron 14.75 y 14.94 Mg C ha^-1 mediante imágenes satelitales (IKONOS Satellite Images); pero esta técnica difiere de la aplicada en nuestro estudio. ^{Pulhin et al. (2014)} usaron un sistema de muestreo destructivo, similar a nuestra investigación, y reportaron 55.0 Mg C ha^-1 con un potencial de fijación de 6.1 Mg C ha^-1 año^-1, semejante a nuestro estudio.

Con el contenido total de C (tallo, hojas y raíz) de las 12 plantas muestreadas, se generaron ecuaciones alométricas para estimar la cantidad de C almacenado respecto a la altura de la planta, pues cuando se usó DAP el coeficiente de determinación (R²) no fue aceptable. La ecuación que se ajustó mejor fue la del modelo lineal (y = β₀ + β₁x) (Figura 3). Pocas muestras de campo podrían haber determinado el coeficiente bajo de determinación para la ecuación lineal, entre cantidad de C y altura de la planta, lo cual mejoró cuando se hizo la evaluación entre cantidad de C y DAP.

Figuras 3 Dispersión de los valores observados para estimar el C en plantas de palma de aceite (E. guineensis Jacq.) y la línea de regresión generalizada con el modelo linealizado. 

En Centroamérica y Asia el cultivo de palma de aceite tiene potencial de captura de C, con valores de 96.02 y 103.35 Mg de C ha^-1, en los perfiles de suelo de 0 a 30 cm y 0 a 50 cm, (^{Leblanc et al. 2006}; ^{Ibrahim et al. 2007}). Estas cantidades superan a las registradas en la fracción de raíces y suelo en nuestro estudio. ^{Leblanc et al. (2006)} y ^{Ibrahim et al. (2007)} reportaron capturas de 22.68 Mg de C ha^-1 en la biomasa aérea, menor al promedio de C determinado en los tres municipios en la región Soconusco. Así, el almacenamiento de C en palma de aceite podría incrementarse con la interacción de factores, como ubicación geográfica favorable para este cultivo, precipitación anual entre 1800 y 2200 mm, temperaturas de 25 a 28 °C, suelos adecuados (sitio 1 Cambisoles y Acrisoles; sitio 2 Cambisoles y Solonchak, y sitio 3 Feozen y Cambisol y Solonchak), más profundos y salitrosos con su cercania a la costa del Pacífico (INEGI, 2010). Específicamente, el manejo agronómico de la plantación, con aplicaciones de mezclas de micros y macros nutrientes, necesarios para un desarrollo adecuado del cultivo, podría ser determinante en el almacenamientpo de carbono.

En la literatura se reportan cantidades de C capturado en sistemas de producción agrícola, desde 18.2 a 57.3 Mg de C ha^-1 en caña de azúcar (Saccharum oficinarum L.). La variabilidad está determinada por factores agroclimáticos y calidad del suelo (^{Aryal et al., 2014}). En otros sistemas agrícolas en Chiapas se han estimado capturas de C (Mg C ha^-1) en 116.8 en acahuales, 46.7 en plantaciones de cercos vivos, 116.8 en pastizales de uso ganadero, 130.2 en plantaciones y cercos en café y 180.8 en milpas con callejones; la captura mayor fue por árboles establecidos en cada uno de estos sistemas y el reciclaje fue por la formación de madera (^{Alegre et al., 2004}; ^{Lapeyre et al., 2004}; ^{Díaz-Franco et al., 2007}). En cultivos anuales la tasa de captura es 0.1 a 0.8 Mg de C ha^-1 para el sistema maíz-frijol, en ellos se generan emisiones mayores de gases con efecto invernadero (GEI) cuando se usan agroquímicos y con la quema de los residuos de la cosecha; en pastizales para uso ganadero es 0.1 a 0.2 Mg de C ha^-1; en áreas reforestadas es 4 a 8 Mg de C ha^-1 y en el sistema agrosilvopastoril (plantas cultivables más poaceas) es 0.2 a 3.1 Mg de C ha^-1.

Aunque hay métodos, protocolos y sistemas de gestión, se necesitan estandarizar los procesos para determinar y calcular las emisiones y fijación de C para tener resultados reales, reproducibles y comparables y seguir la huella del C en el cultivo. El método en esta investigación puede ser confiable para esas estimacions en E. guineensis en Chiapas, como se ha aplicado en otras especies forestales (^{Castilla, 2004}; ^{Avendaño et al., 2009}).