El área de estudio

El área de estudio se ubica en tres predios colindantes pertenecientes al ejido de Gatos Güeros en el municipio Linares, Nuevo León, sobre las coordenadas 25°07´55.2” N; 99°18´59.1” O, con una altitud de 225 m (Figura 1). Los predios seleccionados se sitúan en la Subprovincia de Llanuras y Lomeríos y se caracterizan por la presencia de llanos interrumpidos por lomeríos dispersos, bajos de pendientes suaves y constituidos por conglomerados. El tipo de clima es BS₁(h’) semiseco muy cálido-cálido, con precipitación promedio anual de 600-700 mm, temperatura media anual de 22.4 °C y la del mes más frío es mayor a 18 °C; las lluvias de verano y el porcentaje de lluvia invernal es de 5 % a 10.2 % del total anual (^{García, 1981}).

Figura 1 Localización del área de estudio. 

La vegetación está representada por el Matorral Espinoso Tamaulipeco, que se conforma de vegetación densa y muy diversa de plantas arbustivas y arbóreas, que se distinguen por un amplio rango de grupos taxonómicos con diferencias en hábitos de crecimiento, longevidad foliar y fenología (^{González et al., 2007}). En la Subprovincia predominan los suelos claros, que son clasificados como calcisoles lúvicos, cálcicos y háplicos; estos suelos se presentan en todos los sistemas de topoformas pero sobre todo en la gran llanura aluvial (^{Inegi, 1986}). Los calcisoles son suelos en los cuales hay una acumulación secundaria sustancial de material calcáreo y se les encuentra en ambientes áridos y semiáridos, con frecuencia asociados con materiales parentales de esa composición (^{IUSS, 2015}).

Sistemas de uso del suelo y parcelas experimentales

En el sitio de investigación se seleccionaron tres parcelas experimentales con diferentes usos de suelo para evaluar la textura del suelo, el pH, la densidad aparente, la resistencia mecánica a la penetración, la conductividad eléctrica, la materia orgánica y el carbono orgánico.

El primer uso del suelo, que corresponde a la parcela del Área de Vegetación Nativa (AVN), contiene vegetación nativa (Matorral Espinoso Tamaulipeco) dominada por arbustos, densos y espinosos, con una amplia gama de patrones de crecimiento, diversas épocas de vida de las hojas, texturas y dinámicas de crecimiento contrastantes, así como su taxonomía y fenología. Este sistema tiene más de 100 años sin intervención humana.

El segundo uso del suelo es un Área Agrícola (AA); con cultivo de maíz de temporal en la que solo se usa yunta y se implementan prácticas de agricultura de conservación; la antigüedad de la parcela es de 60 años.

El tercer uso del suelo se le denominó Área Sometida a Pastoreo (ASP); corresponde a un sistema de producción con ganadería intensiva y rotación de potreros y hace aproximadamente 15 años se cambió de parcela agrícola de temporal y se sembró pasto Buffel (Cenchrus ciliaris Fig. & De Not.), pasto Pretoria (Dichanthium annulatum (Forssk.) Stapf.) y pasto Estrella Africana (Cynodon nlemfuensis Vanderyst).

El tipo de suelo en los tres sistemas de uso del suelo investigados es Calcisol, de tipo Calcisol lúvico según la clasificación de World Reference Base for Soil Resources (^{IUSS, 2015}).

Muestreo de suelo

En enero de 2017 se colectaron cuatro muestras compuestas a dos profundidades (0-5 y 5-30 cm.), con cuatro submuestras cada una hasta obtener aproximadamente 1 kg de suelo. El muestreo fue aleatorio en cada uno de los tres sistemas de uso de suelo. Las muestras (n=24) se llevaron al Laboratorio de Suelos y Nutrición de bosques de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma de Nuevo León, donde se secaron a la sombra a temperatura ambiente, se cribaron con malla 0.2 mm y se prepararon para su análisis químico.

Caracterización fisicoquímica del suelo

La caracterización del suelo se basó en la medición de las siguientes variables: la materia orgánica (MO) se determinó mediante el método Walkley/Black modificado (^{Woerner, 1989}). Se realizó una digestión húmeda con ácido sulfúrico concentrado (H₂SO₄) y oxidación del carbono con dicromato de potasio 0.07M (K₂Cr₂O₇), agregado a 0.5 g de suelo, 25 mL de K₂Cr₂O₇ y 25 mL H₂SO₄ y titulación del exceso de dicromato con sulfato ferroso 0.2M (FeSO₄·7H₂0). Con este procedimiento se obtuvo el contenido de materia orgánica y carbono orgánico del suelo (CO) bajo el supuesto de que la primera contiene 58 % de carbono (^{Castellanos et al., 2000}). Se midió la reacción del suelo (pH) por el método AS-23 de la NOM-021-RECNAT-2000 (^{Semarnat, 2002b}), mediante la suspensión suelo: CaCl₂ 0.01 M a una relación 1:2, a través de un electrodo de vidrio. La conductividad eléctrica (CE) por determinación rápida en suspensión suelo-agua 1:5 (^{Woerner, 1989}); tanto pH y CE se registraron en un pH/conductivímetro marca Corning, modelo 542. La textura del suelo se definió por el procedimiento de Bouyoucos por el método AS-09 de la NOM-021-RECNAT-2000 (^{Semarnat, 2002b}). La densidad aparente (DA) por el método del cilindro (^{Woerner, 1989}) y la medición de la resistencia mecánica a la penetración (RMP) (kg cm^-2) se evaluó con el medidor de dureza del suelo o penetrómetro, tipo Yamanaka (^{Tada, 1987}).

Análisis estadísticos

Las variables de interés fueron analizadas estadísticamente en un diseño completamente al azar con arreglo factorial, por usos de suelo (A, 3) y profundidad (B, 2) con cuatro repeticiones. Se realizaron pruebas de normalidad de Kolmogorov-Smirnov y de homocedasticidad de Levene (^{Sokal y Rohlf, 2003}).

Se trabajó sobre las variables originales para pH, densidad aparente y resistencia mecánica a la penetración y se transformaron las variables de arcilla, limo a raíz cuadrada y las variables materia orgánica, carbono orgánico y conductividad eléctrica a logaritmo natural. Se hizo la comparación de medias con la prueba de Tukey (p≤0.05) y se manejaron las variables originales para el análisis de correlación de Spearman. Todos los análisis estadísticos se realizaron con el paquete computacional Statistical Package for the Social Sciences, versión 13.0 para Windows (^{SPSS, 2013}).

Materia orgánica

La prueba de Tukey para MO mostró únicamente diferencias para la profundidad 0-5 cm, en el matorral y el pastizal en particular, donde se reúne el contenido más alto; en contraste, en el sistema agrícola sucedió lo contrario (Figura 2). En un Vertisol bajo tres usos del suelo (matorral, agrícola y vegetación secundaria), ^{Llorente (2004)} identificó que el CO fue diferente entre los sistemas únicamente para los primeros 20 cm de profundidad, pero fue igual para los subsecuentes hasta los 70 cm. Sus resultados también concuerdan en que el matorral concentra el mayor contenido de CO y el agrícola con el menor. ^{Gol (2009)} en Turquía concluyó que la conversión del bosque natural a cultivo continuo provocó disminuciones estadísticamente significativas en el contenido de MO.

Medias con distinta letra en una misma profundidad son estadísticamente diferentes (Tukey p ≤ 0.05).

Figura 2 Valores medios del contenido de materia orgánica del suelo (%) en las profundidades 0-5 y 5-30 cm para los tres usos de suelo. 

Existen diferencias significativas entre usos del suelo en el contenido de materia orgánica y carbono orgánico para la profundidad de 0-5 cm, pero los valores son más altos en AVN (4.20 y 2.43 %), en comparación con los de AA (1.19 y 0.69 %). La máxima acumulación de materia orgánica fue en la profundidad de 0-5 cm en los usos del suelo de AVN y ASP, con tendencia a disminuir a medida que aumenta la profundidad. Esta diferencia en la distribución de la materia orgánica en estos dos sistemas se debe, principalmente, a que en el AVN el aporte de materiales naturales ocurre sobre la superficie del suelo en forma de hojarasca, ramas y otras estructuras; mientras que en el ASP el aporte de la materia orgánica se produce desde las raíces de las gramíneas dentro de la parte superior del suelo como humus rizógeno (^{Baldock y Nelson, 2000}).

La tasa de reducción de la materia orgánica al cultivar un área depende fundamentalmente de la intensidad del manejo y las características edáficas y climáticas; la mayor tasa de reducción se produce en los primeros 5 a 10 años (Lorente, 2004). Se estimó que la disminución de la MO del suelo en la profundidad de 0-5 cm fue de 71.6 %; si esos terrenos se cultivaron por 60 años, y que originalmente fue matorral, por un lado, y que el ASP hace 15 años fue cultivada, es factible que se haya verificado un proceso de reacumulación de materia orgánica, como se propone en el modelo de ^{Johnson (1995)}. En el ASP para la profundidad de 0-5 cm se estimó una recuperación de 21.2 % de MO y CO en un lapso de 15 años (2.08 y 1.21 %, respectivamente). En contraste, para la profundidad de 5-30 cm no ocurrió reacumulación sino una pérdida del 2.7 % de ambos durante el mismo periodo.

Para la profundidad de 5-30 cm, la disminución de MO fue menor (20 %) para ambos tipos de cambio de uso de suelo (agrícola o pastizal). Estos resultados concuerdan con los de ^{Chandran et al. (2009)}, quien estimó que se pierde de 20 a 40 % de la materia orgánica cuando las tierras con vegetación nativa son convertidas a tierras de cultivo; así mismo, ^{Llorente (2004)} quien calculó 37 % del carbono orgánico que se pierde al cultivar el suelo que anteriormente estaba ocupado por matorral submontano. ^{Cantú y Yáñez (2017)} registraron pérdidas de CO desde 2.5 % en pastizales hasta 65 % en el área agrícola con respecto a la vegetación de matorral para suelos vertisoles. Estas pérdidas son ocasionadas principalmente por la labranza y por la poca cantidad de residuos que se reincorporan al suelo.

pH y Conductividad Eléctrica

El pH y la conductividad eléctrica son indicadores de la calidad del suelo y de múltiples propiedades químicas, físicas y biológicas que influyen en su fertilidad (^{Castellanos et al., 2000}). En general, suelos con pH en un intervalo de 5.8 a 7.5, son considerados como deseables o menos problemáticos para la mayoría de los cultivos (^{Rodríguez y Rodríguez, 2002}). El Calcisol registró promedios de 7.3 a 8.0 respecto a la reacción del suelo (pH) lo que lo clasifica como medianamente alcalino. El ANOVA para pH no reveló diferencias entre los usos de suelo (FA), solo para FB= profundidad se confirmaron diferencias significativas (p≤0.01), y un incremento del pH en la profundidad de 5-30 cm para los tres sistemas de uso del suelo; en la interacción de FA*FB, no hay diferencias significativas (Cuadro 3).

La CE es una variable edáfica de suma importancia, ya que se relaciona con la absorción de nutrimentos (^{Salcedo et al., 2014}). Los resultados obtenidos en el análisis de esta variable mostraron diferencias significativas para FA= Uso del Suelo (p≤0.01) y el FB= Profundidad (p≤0.05), en contraste la interacción de FA*FB (p>0.05) no presentó diferencias significativas (Cuadro 3). La comparación de medias para la variable conductividad eléctrica (CE) para cada sistema de uso del suelo se ilustra en la Figura 3. La CE varió de 79.7 a 116.7.0 μS cm^-1 para la profundidad 0-5 cm; los valores de los tres usos del suelo presentaron una clasificación de escasa salinidad, lo que sugiere que no existe restricción de cultivos, y no hay presencia de sales que ejerzan un impacto negativo en la productividad (Figura 3).

Medias con distinta letra en una misma profundidad son estadísticamente diferentes (Tukey p ≤ 0.05).

Figura 3 Valores medios de la conductividad eléctrica del suelo en las profundidades 0-5 y 5-30 cm para los tres usos de suelo. 

En las parcelas de AVN y ASP se registró un aumento significativo de conductividad eléctrica con valores de 155.8 y 255.6 μS cm^-1, respectivamente a los 5-30 cm, mientras que en el AA fueron de 73.4 μS cm^-1para la misma profundidad. Los más altos de las dos áreas antes mencionadas pueden deberse a la presencia de heces de ganado bovino en el ASP y al alto contenido de materia orgánica en el AVN; por el contrario, en el área con los números más bajos, AA, no se utiliza ningún tipo de fertilizante o producto químico.

Densidad aparente y resistencia mecánica a la penetración

El ANOVA simple para DA que no existen diferencias significativas entre los sistemas de uso del suelo, y ocurrió lo contrario en la RMP (p ≤ 0.05). La primera varió de 1.24 a 1.32 g cm^-3, mientras que los rangos de RMP fluctuaron entre 0.78 y 3.1 kg cm^-2 (Figura 4). ^{Fernández et al. (2016)}, identificaron diferencias en la densidad aparente entre bosques y otros usos de suelo, y, atribuyeron el bajo contenido de materia orgánica a la mayor profundidad. Generalmente a una excesiva compactación del suelo provoca una disminución en la calidad del terreno por la reducción de la macroporosidad del suelo y la cantidad de agua y de nutrientes que quedan disponibles para las raíces de las plantas, lo que dificulta su crecimiento.

Medias con distinta letra en una misma profundidad son estadísticamente diferentes (Tukey p ≤ 0.05).

Figura 4 Valores medios de la resistencia mecánica a la penetración para los usos de suelo: AVN (área de vegetación nativa), AA (área agrícola) y ASP (área sometida a pastoreo). 

Sin embargo, de acuerdo a las valoraciones propuestas por ^{Woerner (1989)}, los suelos calcisoles presentaron un grado de compactación muy bajo, debido al buen estado de conservación, la ausencia de pisoteo de ganado en matorral y el aporte de materia orgánica.

Los valores promedio más altos de resistencia mecánica a la penetración se concentran en ASP y AVN con valores de 3.10 kg cm^-2 y 2.98 kg cm^-2, respectivamente. Cabe señalar que el AA fue la que presentó cifras más bajas (0.78 kg cm^-2), con una relación de casi 4 a 1 con respecto a los otros usos de suelo. Estos valores pueden explicarse, principalmente para el caso del ASP, por el pisoteo de los animales y en el área agrícola (AA), por la constante roturación con yunta del terreno para la siembra. ^{Mogollón (2012)} en su estudio en la Sabana de Bogotá, observó valores de compactación críticos de 20.3 kg cm^-2 en los primeros 9 cm de profundidad debido al paso de los animales; en los lotes con valores más bajos de 18.5 kg cm^-2 en los primeros 30 cm de profundidad, se debieron a las labores de preparación para la siembra, las cuales rompen las estructuras compactadas, con lo cual disminuyen la resistencia mecánica a la penetración y la densidad aparente.

Textura

Los resultados del ANOVA de las variables porcentaje de arena, arcilla y limo presentaron diferencias significativas para el factor: FA= Uso de suelo (p≤0.01), mientras que en el factor FB= Profundidad, solo la arcilla presentó diferencias significativas (p<0.05) y la interacción de ambos factores FA*FB (p>0.05), no mostraron diferencias significativas (Cuadro 3). Los resultados de la prueba de Tukey (p<0.05) para cada fracción de textura a dos profundidades se ilustra en la Figura 5. La arena y el limo solo mostraron diferencias entre los usos para la profundidad 5-30 cm, en la que la arena fue la fracción de mayor contenido en el AVN y para el ASP el limo alcanzó los contenidos más altos y distintos a los otros usos.

Medias con distinta letra en una misma profundidad son estadísticamente diferentes (Tukey p ≤ 0.05).

Figura 5 Valores medios (%) de a) arena, b) arcilla y c) limo en las profundidades 0-5 y 5-30 cm para AVN, AA y ASP. 

Con respecto a la arcilla se observaron diferencias en ambas profundidades de suelo; el AA registró los contenidos más altos en ambas profundidades, mientras que el ASP los valores más bajos de arcilla. Con el triángulo de texturas propuesto por la Internacional Society of Soil Science, ISSS (^{Mathieu y Pieltain, 1998}), se determinó que el suelo para la profundidad 0-5 cm es Franco (C) para el AVN, Franco arcillo-limoso (Crl) para el AA y Franco limoso (Cl) para el ASP, mientras que en la de mayor profundidad fue Franco (C) para AVN, Arcillo limoso (Rl) para AA y para ASP, Franco limoso (Cl).

El análisis granulométrico para ambas profundidades permitió determinar los valores como: muy altos en la proporción de limos (del 45 al 72.5 %), altos en la de arcillas (18.4 al 48.6 %) y bajos para la de arenas (6.3 al 31.9 %). Los números obtenidos concuerdan con lo consignado por ^{Miralles (2006)}, ya que para los perfiles de tipo Calcisol se distinguieron texturas franco arcillo arenosas y franco arcillosas, principalmente, y en menor proporción texturas francas y franco limosas.

Algunos estudios demuestran que el uso o manejo del suelo no provoca una alteración a los ecosistemas en la proporción de partículas minerales (^{Cruz-Ruiz et al., 2012}). Sin embargo, se observa que en el arrastre en los estratos más superficiales del suelo (0-5 cm) del Calcisol hay una mayor proporción de arenas, probablemente por el arrastre hídrico de las fracciones más finas del suelo desde las capas superiores, en un proceso eluvial y la iluviación de estas arcillas a mayor profundidad.

^{Yüksek et al. (2010)} identifican diferencias significativas en los contenidos de arena, limo y arcillas en diferentes sistemas de uso con respecto a un bosque natural en Turquía.

^{Dieckow et al. (2009)} mencionan que la textura del suelo ejerce una función importante en la disminución de los almacenes de carbono después de la conversión de vegetación nativa a tierras de labranza convencional; es menos adversa en suelos arcillosos que en suelos arenosos, debido a la interacción con las superficies (interacción órgano-mineral) y a la protección física de los agregados internos.

En el Cuadro 4 se muestran los resultados del análisis de correlación para la profundidad de 0-5 cm. La conductividad eléctrica presentó una correlación positiva y altamente significativa con el contenido de limos (r = 0.768). La materia orgánica registró significancia en correlaciones tanto positivas como negativas con el carbono orgánico (r = 1.000), el contenido de arcillas (r = -0.832), la densidad aparente (r = -0.594) y la resistencia mecánica a la penetración (r = 0.660). Así también, la arena tuvo una correlación negativa y significativa con la arcilla (r = -0.661). El pH, la arcilla, el limo y la DA no definieron correlación alguna para la profundidad de 0-5 cm.

Los resultados del análisis de correlación para la profundidad de 5-30 cm indican que la conductividad eléctrica se correlacionó negativamente con las arcillas (r = -0.625) y positivamente con el pH (r = 0.588). También la correlación entre la arcilla y el limo fue negativa (r=-0.838). Así mismo, no se detectó correlación alguna con la arena (Cuadro 5).