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Revista Chapingo serie ciencias forestales y del ambiente

versión On-line ISSN 2007-4018versión impresa ISSN 2007-3828

Rev. Chapingo ser. cienc. for. ambient vol.22 no.3 Chapingo sep./dic. 2016

http://dx.doi.org/10.5154/r.rchscfa.2015.06.029 

Revision de artículo

Servicios ambientales de los sistemas agroforestales tropicales

Fernando Casanova-Lugo1  * 

Luis Ramírez-Avilés2 

David Parsons3 

Arturo Caamal-Maldonado2 

Angel T. Piñeiro-Vázquez2 

Víctor Díaz-Echeverría1 

1Instituto Tecnológico de la Zona Maya, Tecnológico Nacional de México. Carretera Chetumal-Escárcega km 21.5, Ejido Juan Sarabia. C. P. 77960, Quintana Roo, México.

2Universidad Autónoma de Yucatán, Campus de Ciencias Biológicas y Agropecuarias. Carretera Mérida-Xmatkuil km 15.5. C. P. 97100. Yucatán, México.

3University of Tasmania, School of Land and Food. Private Bag 98, Hobart, Tasmania, Australia.

Resumen

El propósito de esta revisión es discutir el papel de los sistemas agroforestales en la prestación de servicios ambientales, incluyendo producción agrícola más diversificada y sostenible, aumento de reservas de carbono, conservación de la biodiversidad, mejora de la fertilidad del suelo, mitigación de emisiones de metano y calidad del agua y aire. Existe evidencia de que los sistemas agroforestales juegan un papel importante en la prestación de servicios ambientales, ya que aproximadamente 20 % de la población mundial, sobre todo las zonas rurales y urbanas de los países en desarrollo, depende directamente de los productos agroforestales. La adopción de sistemas agroforestales contribuye a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono y metano), disminuye la presión sobre los ecosistemas vulnerables y mejora las condiciones de vida de las comunidades rurales.

Palabras clave: Biodiversidad; captura de carbono; emisiones de metano; fertilidad del suelo; conservación del agua.

Introducción

Los sistemas agroforestales (SAF) ofrecen diversos productos y pueden proporcionar servicios ambientales similares o incluso superiores que los ecosistemas naturales (Nair, Gordon, & Mosquera-Losada, 2008). La evidencia que respalda estos beneficios se ha recopilado recientemente (Shibu, 2009). Aunque los informes científicos que respaldan estos beneficios han aumentado notablemente en la última década, se han centrado en un solo servicio ambiental agroforestal; por ejemplo, impactos en la conservación de la biodiversidad en paisajes tropicales (Schroth et al., 2004), fertilidad del suelo (Schroth & Sinclair, 2003) o potencial de secuestro de carbono (Montagnini, 2006; Montagnini, Somarriba, Murgueitio, Fassola, & Eibl, 2015).

El manejo forestal favorece la diversificación de la agricultura al maximizar el uso de la vegetación de estrato; además, proporciona productos básicos y beneficios económicos y ambientales de un paisaje multifuncional (Shibu, 2009). En el mundo se practican muchas formas de manejo de SAF, pero se aplican con mayor frecuencia en los trópicos; aproximadamente 20 % de la población mundial depende directamente de productos y servicios agroforestales (Pandey, 2002). Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue analizar y resumir la literatura relacionada con los servicios de los ecosistemas proporcionados por los SAF en los trópicos.

Definición de agroforestería

El Centro Mundial de Agroforestería define este término como el cultivo de árboles en asociación con los cultivos y/o ganado, ya sea en mezcla espacial o secuencia temporal. Garrett (2009) describe a los SAF como una práctica de uso de suelo donde las especies leñosas perennes interactúan biológicamente con cultivos y/o ganado en el mismo espacio, con el propósito fundamental de diversificar y optimizar la productividad, teniendo en cuenta el principio de sostenibilidad. Recientemente, Nair et al. (2008) definieron la agroforestería como el manejo del paisaje, que involucra árboles o arbustos interactuando con cultivos y/o ganado en un esquema integral en fases temporales o secuenciales, ofreciendo una amplia variedad de beneficios y servicios.

A pesar de algunas diferencias en la definición exacta de la agroforestería, todos reconocen que la integración de árboles o arbustos con otros elementos de la agricultura (es decir, cultivos y ganado) puede aumentar la fertilidad del suelo, reducir la erosión, mejorar la calidad del agua y aire, favorecer la biodiversidad, mejorar el atractivo estético, aumentar la captura y almacenamiento de carbono y reducir las emisiones de metano del ganado (Ganry, Feller, Harmand, & Guibert, 2001; Harvey & González-Villalobos, 2007; Montagnini, 2006; Montagnini et al., 2015; Nair et al., 2008; Nair, Kumar, & Nair, 2009; Palm et al., 2005; Pandey, 2002; Schroth & Sinclair, 2003; Schroth et al., 2004). Además, Shibu (2009) reconoció que dichos servicios ambientales varían a distintos niveles espaciales (local, regional o global) (Cuadro 1).

Cuadro 1 Escala de paisaje y servicios ambientales proporcionados por los sistemas agroforestales. 

Servicios Escala de paisaje
Local Regional Global
Producción primaria neta
Control de plagas
Polinización-dispersión de semillas
Enriquecimiento del suelo
Estabilización del suelo-control de erosión
Agua limpia
Mitigación de inundaciones
Aire limpio
Captura de carbono
Biodiversidad
Estética-cultural

Fuente: Shibu (2009)

Servicios a partir de sistemas agroforestales

Captura de carbono. Consiste en capturar y almacenar carbono atmosférico en sumideros de carbono (por ejemplo, océanos, vegetación o suelos), a través de procesos físicos y biológicos (Ibrahim, Villanueva, & Mora, 2005). La incorporación de árboles y arbustos en los SAF puede aumentar la captura de carbono notablemente, en comparación con otros sistemas como los pastos de monocultivo. Además de almacenar cantidades importantes de carbono en la biomasa aérea, también se pueden almacenar cantidades de carbono mayores en la biomasa subterránea (Nair et al., 2009). Pandey (2002) declaró que, en el contexto del ciclo de carbono, la agroforestería es importante por dos razones: 1) el componente árbol captura carbono atmosférico mediante la fotosíntesis y lo almacena bajo tierra, comportándose como un sumidero de carbono y la agroforestería reduce la deforestación de bosques tropicales y templados relacionados con el desmonte para la agricultura.

Una extensa variedad de estudios (Albrecht & Kandji, 2003; Ibrahim et al., 2005; Montagnini et al., 2015; Nair et al., 2009; Palm et al., 2005; Schroth et al., 2004; Shibu, 2009) apoyan el concepto de que el SAF es una oportunidad única para aumentar las reservas de carbono en la biosfera terrestre, incluso si no fue diseñado originalmente para ese propósito. Dixon (1995) estimó que una superficie total de 585 a 1,215 millones de hectáreas con manejo agroforestal (en África, Asia y América) tiene potencial para capturar y almacenar 1.1 a 2.2 Pg de carbono en vegetación y suelos, durante un periodo de 50 años. Nair et al. (2009) estimaron que el área agroforestal del mundo asciende a 1,023 millones de hectáreas. Utilizando los valores medios de la captación de carbono de Dixon (1995) y un área agroforestal estable, se estima un potencial de captura de carbono y almacenamiento de 1.9 Pg en un periodo de 50 años (Nair et al., 2009).

También existe un enorme potencial para la captura de carbono adicional de una gran superficie de tierras de cultivo y pastos degradados en trópicos, que podrían ser transformados mediante prácticas de manejo agroforestal (Shibu, 2009). Sin embargo, el potencial de captura de carbono está relacionado con el tipo de sistema, especies, diseño espacial, edad, ubicación geográfica, factores ambientales y prácticas de manejo (Ibrahim et al., 2005; Shibu, 2009). Esta variabilidad inherente al SAF y a la falta de metodologías uniformes ha obstaculizado las estimaciones de captura de carbono. Por ejemplo, (Nair et al., 2009) encontraron que la captura de carbono en biomasa por encima y debajo del suelo de los SAF, en un banco de forraje en África occidental, variaron de 0.29 Mg·ha-1·año-1 a 15.2 Mg·ha-1·año-1 en parcelas mixtas en Puerto Rico. Además, los autores estimaron que 1.25 Mg·ha-1 de carbono en suelo se almacena en los SAF de cultivo en franjas en el sur de Canadá, en comparación con 173 Mg·ha-1 en sistemas silvopastoriles en la costa atlántica de Costa Rica. En general, los SAF en zonas áridas, semiáridas y degradadas tienen menos potencial de captura de carbono que los de zonas húmedas y fértiles; mientras que las zonas templadas tienen menos potencial que las zonas tropicales (Nair et al., 2009). Estos factores afectan la capacidad de almacenamiento de carbono en diferentes reservorios dentro del sistema: el carbono en biomasa oscila entre 9 y 54 % del total de carbono y el carbono en suelo varía de 46 a 91 % del carbono total en el sistema. En el Cuadro 2 se muestran las características (edad, especie y suelos) de los SAF seleccionados en México y su capacidad de almacenamiento de carbono.

Cuadro 2 Captura de carbono en distintos sistemas agroforestales en México. 

Sistema (especies) Tipo de suelo Edad(años) Existencia de C (Mg·ha-1) Fuente
Biomasa Suelo Total
Pasto con árboles dispersos
Sabal mexicana Mart. Luvisol >15.0 74.0 68.5 143.0 Soto-Pinto, Anzueto, Mendoza, Jiménez- Ferrer, and de Jong (2010)
Vatairea lundellii (Standl.) Record
Guarea glabra Vahl
Albizia adinocephala (Donn.
Sm.) Record
Bursera simaruba (L.) Sarg.
Spondias mombin L.
Swietenia macrophylla King.
Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit Fluvisol n. d. 128.6 n. d. n. d. Anguiano, Aguirre, and Palma (2013)
Cocus nucifera L.
Pennisetum purpureum Schumach.
Bancos de forraje
Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit. Leptosol 7.0 14.0 n. d. 14.0 Casanova-Lugo, Caamal-Maldonado, Petit-Aldana, Solorio-Sánchez, and Castillo-Caamal (2010)
Guazuma ulmifolia Lam. Leptosol 7.0 14.3 n. d. 14.3 Casanova-Lugo et al. (2010)
Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit. Leptosol 7.0 15.0 n. d. 15.0 Casanova-Lugo et al. (2010)
Guazuma ulmifolia. Lam.
Barbecho mejorado
Swietenia macrophylla King. Luvisol 6.9 51.2 104.0 155.2 Soto-Pinto et al. (2010)
Cedrela odorata L.
Pinus oocarpa Schiede
Cedrela odorata L. Regosol 3.0-7.0 44.9 105.2 150.1 Roncal-García, Soto-Pinto, Castellanos-Albores, Ramírez-Marcial, and de Jong (2008)
Swietenia macrophylla King.
Tabebuia sp.
Ceiba sp.
Cercas vivas
Gliricidia sepium (Jacq.) Walp. Luvisol >15.0 70.1 60.6 130.7 Soto-Pinto et al. (2010)
Gliricidia sepium (Jacq.) Walp. Brachiaria decumbens Stapf Fluvisol 31.0 6.48 113.3 119.8 Soto-Pinto et al. (2010)
Sistema taungya
Zea mays L. Luvisol 3.0-7.0 42.8 112.7 155.5 Soto-Pinto et al. (2010)
Swietenia macrophylla King.
Cedrela odorata L.
Bombacopsis quinatum (Jacq.) Dugand
Zea mays L. Regosol 6.8 19.8 89.5 109.3 Roncal-García et al. (2008)
Cedrela odorata L.
Swietenia macrophylla King.
Tabebuia sp
Ceiba sp.

n.d.= no determinado

Fuente: elaboración propia.

Emisiones de metano. El metano (CH4) es uno de los productos de fermentación y metabolismo de carbohidratos en el rumen. El metano, dióxido de carbono (CO2) y óxido nitroso (NO2) representan los principales gases de efecto invernadero producidos por rumiantes (Pinares-Patiño, Muetzel, Molnano, Hunt, & Clark, 2010). Ochenta millones de toneladas de CH4 se producen anualmente en el mundo (Eckard, Grianger, & de Klein, 2010), donde los rumiantes son responsables del 30 % de estas emisiones. El metano tiene un potencial de calentamiento global 23 veces mayor que el CO2 y representa una pérdida de entre 5 y 18 % de energía bruta consumida por rumiantes; sin embargo, esta cifra es más marcada en animales alimentados con dietas altas en fibra y de baja calidad (Eckard et al., 2010).

Los sistemas de pastoreo de rumiantes en el trópico se caracterizan por la baja disponibilidad y calidad del forraje en ciertas épocas del año. Los sistemas de alimentación a base de celulosa conducen a una mayor producción de ácido acético, liberando una gran cantidad de hidrógeno metabólico (H2) que se utiliza como sustrato para la producción de CH4. En comparación con las dietas con alto contenido de almidón, la fermentación ruminal favorece la producción de propionato (Pinares-Patiño et al., 2010).

En los trópicos existe una gran diversidad de árboles y arbustos, tales como Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit, Piscidia piscipula (L.) Sarg., Pithecellobium saman (Jacq.) Benth., Guazuma ulmifolia Lam., Enterolobium cyclocarpum (Jacq.) Griseb., Gliricidia sepium (Jacq.) Walp. y Sesbania sesban (L.) Merr. con potencial para la alimentación de rumiantes (Ferrer et al., 2007; Pinares-Patiño et al., 2010). Estas especies de árboles tienen una gran variedad de metabolitos secundarios tales como cumarinas, fenoles, taninos condensados y saponinas que pueden reducir significativamente las emisiones de CH4 entérico (Dias-Moreira et al., 2013; Silivong, Xaykham, Aloun, & Preston, 2012). Los taninos condensados (TC) tienen la capacidad de formar complejos con proteínas e hidratos de carbono, lo que los hace menos digeribles y fermentables en rumen, reduciendo la formación de sustratos específicos de H2 para la formación de metano y sustancialmente reducen la formación de CH4 entérico (Pinares-Patiño et al., 2010). Además, los TC poseen la capacidad de reducir significativamente la población bacteriana de los protozoarios ruminales, que son responsables de la formación de sustratos para la síntesis de CH4. Algunos estudios (Abdalla et al., 2007; Berra, Finster, & Valtorta, 2009; Dias-Moreira et al., 2013) sostienen que a través de la manipulación de protozoarios y poblaciones bacterianas, los metabolitos secundarios de árboles y arbustos pueden reducir las emisiones de CH4 de 25.7 % a 36.9 % (Cuadro 3). Las saponinas esteroides son otros compuestos abundantes en algunos árboles y arbustos tropicales; su principal mecanismo de acción en la modificación de la fermentación ruminal mediante la defaunación de protozoarios que están directamente encargados del CH4. Dichos compuestos están presentes en el follaje y frutos de las especies, tales como Sapindus saponaria L., P. saman, G. sepium y E. cyclocarpum que se han estudiado de manera profunda (Hess et al., 2004; Silivong et al., 2012). Los informes muestran una reducción en las emisiones de CH4, que van de 10.5 % en ovejas (Hess et al., 2004) a 70 % en cabras (Silivong et al., 2012) (Cuadro 3).

Cuadro 3 Potencial de árboles forrajeros tropicales seleccionados para la mitigación de emisiones de metano de rumiantes.  

Arboles forrajeros Metabolito Consumo Ruminante MEM(%) Fuente
Sapindus saponaria L. Saponimas 7.71 g.dia Ovejas 10.5 Hess et al.(2004)
Mimosa caesalpineaefolia Benth. Taninos 0.91% de la porción Ovejas 28.0 Abdalla et al.(2007)
Gliricidia sepium (Jacq.) Walp. Saponimas 214 g DM.dia Cabras 70.0 Silivong et al.(2012)
Leucaena leucocephala(Lam.) de Wit Tanimos 40 g.kg de MS Ovejas 25.7 Dias- Moreira et al(2013)

MEM: Mitigación de emisiones de metano, MS: Materia seca

Fuente: elaboración propia.

Fertilidad del suelo. Es indiscutible que la disminución de la cubierta vegetal ha causado una reducción en el ciclo de nutrientes y fertilidad del suelo (Sanginga et al., 2003). Tal como se ha producido la deforestación y el deterioro de los ecosistemas en los trópicos, en parte debido al desmonte de tierras para la ganadería convencional, también se han desarrollado estrategias para ayudar a mitigar el impacto negativo en el medio ambiente. De hecho, la agroforestería moderna se desarrolló como una estrategia para mejorar la sostenibilidad de los agroecosistemas (Nair et al., 2008); sin embargo, el mal manejo puede conducir a la fragmentación del sistema, como ha sido el caso en los SAF tradicionales.

Los ecosistemas forestales son sistemas eficientes y cerrados (Petit, Casanova, & Solorio, 2009). Estos ecosistemas tienen tasas altas de rendimiento y tasas bajas de pérdidas y, por tanto, son autosostenibles. Por otra parte, muchos agroecosistemas convencionales (por ejemplo, monocultivos) son abiertos o permeables, con tasas de rendimiento relativamente bajas y tasas altas de pérdidas. Los SAF se sitúan entre estos dos extremos, con un ciclo de nutrientes más eficientes en comparación con los sistemas agrícolas convencionales y productividad similar a la de los ecosistemas forestales. Nair et al. (2008) afirmaron que la diferencia entre los SAF y otras prácticas agrícolas se encuentra en la transferencia o recuperación de los nutrientes en el sistema de un componente a otro, y la posibilidad de manejar el sistema o sus componentes para aumentar las tasa3s de reciclaje de nutrientes sin afectar la productividad total.

El papel del SAF en la mejora y estabilización de la productividad del suelo a largo plazo y en la sostenibilidad está bien documentado (Nair et al., 2008; Schroth & Sinclair, 2003). La inclusión de cultivos y árboles fijadores de nitrógeno es una práctica común en los SAF tropicales; sin embargo, los árboles no fijadores también pueden mejorar las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos mediante materia orgánica y ciclos de nutrientes (Petit-Aldana, Uribe-Valle, Casanova-Lugo, Solorio-Sánchez, & Ramírez-Avilés, 2012). Los árboles tienen raíces profundas que sirven como red subterránea para capturar los nutrientes desde el fondo del perfil del suelo. Estos regresan al suelo por medio de hojarasca, aumentando la eficiencia de reciclado de nutrientes del sistema (Allen et al., 2004). Además, los árboles tienen ciclos largos de vida, lo que incrementa la captura de nutrientes antes y después del ciclo de cultivo, que de otra manera podrían perderse. Los árboles pueden minimizar el descenso de la fertilidad del suelo en los lugares donde las prácticas de cultivo incluyen la plantación de estos, para mejorar el ciclo de barbecho (Ganry et al., 2001; Sanginga et al., 2003). El N inorgánico del suelo, la mineralización aerobia y la biomasa pueden ser significativamente mayores después de la rotación de cultivos con árboles fijadores de N en comparación con los no fijadores o los pastos (Harmand & Balle, 2001). En el caso de los barbechos herbáceos, la mayor acumulación de materia orgánica en suelos, almacenamiento de nutrientes en biomasa y mayor densidad y distribución vertical de raíces ayudan a mantener las reservas de nutrientes, al disminuir la lixiviación o “bombeo” de nutrientes de las capas más profundas a la superficie del suelo (Nair et al., 2008).

Uribe y Petit (2007) analizaron la influencia de la cubierta vegetal (L. leucocephala, Mucuna pruriens [L.] DC. y vegetación secundaria) y los intervalos de rotación de cultivos en la restauración de fertilidad del suelo en tierras de cultivo en Yucatán, México. Los resultados indicaron que los intervalos cortos de rotación de cultivos contribuyen a la restauración de la fertilidad del suelo, dependiendo de la especie. Leucaena leucocephala incrementó el contenido de K, Ca y Mg; M. pruriens aumentó el contenido de NO3; y la vegetación secundaria aumentó el contenido de materia orgánica.

Conservación de la biodiversidad. La necesidad urgente de diseñar estrategias efectivas para la conservación de la biodiversidad ha atraído una enorme atención en todo el mundo. Los científicos y políticos son cada vez más conscientes del papel de la agroforestería en la conservación de la biodiversidad, tanto en regiones tropicales como en templadas. La importancia de la agroforestería en la conservación de la biodiversidad ha sido destacada recientemente por varios autores (Harvey, González, & Somarriba, 2006; McNeely, 2004; Schroth et al., 2004). Shibu (2009) indicó que la agroforestería desempeña cinco funciones fundamentales en la conservación de la biodiversidad: a) provee un hábitat para especies tolerantes a la perturbación; b) permite la preservación de germoplasma de especies sensibles; c) reduce la destrucción del hábitat, proporcionando alternativas más productivas y sostenibles para los sistemas agrícolas convencionales (es decir, modernas) que requieren cada vez más tierras; d) proporciona conectividad mediante corredores entre los remanentes del hábitat, creando una red de integración que aumenta la conservación de la flora y fauna; y e) proporciona servicios de control de erosión y recarga de aguas subterráneas, evitando la degradación y pérdida del hábitat.

Harvey y González-Villalobos (2007) estudiaron conjuntos de aves y murciélagos de bosques sin perturbaciones en dos SAF de cacao (Theobroma cacao L.) y plátano (Musa sp.), y en monocultivos de plátano en una reserva indígena en Talamanca, Costa Rica. Los autores encontraron que los SAF mantuvieron a las aves y murciélagos; que fueron similares (o más) ricos en especies, abundantes y diversos como los bosques; y que tuvieron el mismo hábitat de especie dominante; sin embargo, la composición de las especies de estos conjuntos fue altamente modificada. Por otra parte, los monocultivos de plátano tuvieron conjuntos altamente modificados y dispares tanto en aves como en murciélagos.

Los huertos familiares son otro tipo de sistema agroforestal que ha sido estudiado para la conservación, y son conocidos por su alta diversidad de especies. Muchos ecologistas consideran que la estructura y funcionalidad de los huertos se parece mucho a la de los bosques naturales (Kabir & Webb, 2009). Kumar y Nair (2004) informaron que la riqueza de especies de los huertos tropicales que van desde 27 en Sri Lanka a 602 en Java Occidental, Indonesia. Por otra parte, los huertos familiares y los SAF son refugios para muchas especies en las zonas tropicales donde la agricultura ha eliminado la cubierta de bosques. Por ejemplo, en Bangladesh, donde la cubierta forestal es menor de 10 % de la cubierta original, los huertos familiares (que son implementados en al menos 20 millones de hogares); son una fuente importante de conservación. Kabir y Webb (2009) registraron la diversidad florística y estructural de 402 huertos familiares en seis regiones de Bangladesh y encontraron 419 especies, 59 % de las cuales eran nativas, y seis especies con algún estatus de conservación prioritaria.

Las combinaciones de cultivos y arreglos espaciales de los SAF influencian la densidad y diversidad de especies de poblaciones de insectos. Brandle, Hodges, y Zhou (2004) reportaron alta densidad y diversidad de insectos en cortinas rompevientos. Esta diversidad se asocia con el perfil heterogéneo de las cortinas rompevientos que ofrece una variedad amplia de microhábitats en todas las etapas del ciclo de vida y disponibilidad de recursos, incluyendo huéspedes, presas, polen y néctar.

Los SAF proporcionan un hábitat adecuado para la vida silvestre debido a la alta complejidad de la estructura y composición del paisaje. Las cortinas rompevientos, barreras de árboles y zonas de amortiguación ribereña ofrecen un hábitat leñoso para la vida silvestre en paisajes dominados por la agricultura (Harvey et al., 2006; Harvey & González-Villalobos, 2007).

Da Silva, da Gama-Rodrigues, da Gama-Rodrigues, Machado, y Baligar (2009) compararon la distribución de comunidades de meso y macrofauna en suelos y hojarasca entre un SAF de cacao y un bosque natural en el sur de Bahía, Brasil. Los resultados sugieren que una gran diversidad de plantas en sistemas agroforestales y bosques naturales proporciona más microhábitats y heterogeneidad en la hojarasca y, por tanto, mayor biodiversidad en los suelos. Los autores concluyeron que estos SAF tienen efectos benéficos para las comunidades de fauna del suelo y que se pueden utilizar como una estrategia para su conservación.

La pérdida de hábitat y la fragmentación son las principales amenazas para la biodiversidad (Harvey et al., 2006; Harvey & González-Villalobos, 2007; Schroth et al., 2004). En América Latina, el cambio de uso de suelo de bosques naturales a pastizales ha provocado cambios en el tamaño y la distribución de los remanentes de bosques, pérdida de la biodiversidad y contaminación del agua (Harvey, Alpízar, Chacón, & Madrigal, 2005). Los paisajes remanentes son un mosaico de fragmentos de bosque que se distribuyen en pastizales o tierras de cultivo; sin embargo, la cubierta forestal de estos sistemas agrícolas es abundante y con diferentes disposiciones espaciales que incluyen parches de bosque de ribera, bosques ribereños, árboles aislados, cercos vivos y barreras de árboles rompevientos. Estos árboles pueden ser residuos de los bosques originales, resultado de la regeneración natural o plantada por agricultores (Martínez-Encino, Villanueva-López, & Casanova-Lugo, 2013; Montagnini et al., 2015).

Desde el punto de vista de la conservación de la biodiversidad, los SAF pueden proporcionar hábitat, sitios de alimentación, descanso y corredores biológicos para plantas y animales (Ibrahim et al., 2005). En los estudios se ha evaluado el papel de los árboles en los sistemas silvopastoriles (un tipo de SAF), para la conservación de la biodiversidad de flora y fauna, el mantenimiento de la población de especies y el impacto sobre los procesos ecológicos en los paisajes agrícolas (Cuadro 4). Por ejemplo, Camargo, Ibrahim, Somarriba, Finegan, y Current (2000) observaron que los sistemas silvopastoriles pueden ser estructuralmente variables y florísticamente diversos dependiendo de su origen, el cual puede incluir residuos, regeneración natural o sembrada. La importancia de los residuos depende de su estructura, composición, manejo y disposición espacial en el paisaje agrícola. Enríquez-Lenis, Sáenz, e Ibrahim (2007) señalan que la diversidad vegetal y heterogeneidad del paisaje afectan positivamente la riqueza y abundancia de las aves en paisajes agrícolas.

Cuadro 4 Biodiversidad en algunos sistemas silvopastoriles (SSP) en el trópico seco de América Latina. 

Sistemas agroforestales Especies Shannon- Wiener Especies forestales Referencia País Fuente
SSP con árboles en los límites 41 plantas 17 aves 5 gasterópodos n.d. n.d. Choluteca, Honduras Pérez et al. (2006)
34 plantas 30 aves 18 gasterópodos n.d. n.d. Rivas, Nicaragua Pérez et al. (2006)
31 plantas 23 aves 6 gasterópodos n.d. n.d. Guanacaste, Costa Rica Pérez et al. (2006)
189 hormigas 1.06-1.87 131 Tabasco, México González-Valdivia, González- Escolástico, Barba, Hernández- Daumás, and Ochoa-Gaona (2013)
179 aves 3.34-3.51 490 Tabasco, México González-Valdivia, Barba-Macías, Hernández- Daumás, and Ochoa-Gaona (2014)
SSP con árboles dispersios en pastos 8 plantas 6 gasterópodos n. d. n. d. Choluteca, Honduras Pérez et al. (2006)
2 plantas 5 gasterópodos n. d. n. d. Rivas, Nicaragua Pérez et al. (2006)
3 plantas n. d. n. d. Guanacaste, Costa Rica Pérez et al. (2006)
178 hormigas 0.84-1.52 131 Tabasco, México González-Valdivia et al. (2013)
200 aves 3.20-3.51 490 Tabasco, México González-Valdivia et al. (2014)

n.d.: no determinado

Fuente: Elaboración propia

Conservación del agua. Los servicios ambientales proporcionados por los SAF en relación con los ciclos del agua no se han estudiado lo suficiente (Beer et al., 2003). Los árboles en SAF influyen en el ciclo del agua mediante el aumento de la interceptación del agua de lluvia, modificando la transpiración y retención de agua, reduciendo el escurrimiento y aumentando la infiltración en suelo. Bharati, Lee, Isenhart, y Schultz (2002) reportaron que la infiltración en tierra cultivada con maíz o soja, o en pastizales, fue cinco veces menor que en surcos de ribera cultivados con una variedad amplia de especies herbáceas y leñosas. Esto sugiere que los sistemas más diversificados pueden prevenir el escurrimiento y la pérdida de nutrientes.

Los árboles en los SAF pueden reducir pérdidas por lixiviación y contaminación de reservas de agua subterránea por taninos u otras sustancias peligrosas para el ambiente y los seres humanos. Como resultado de la reducción del escurrimiento y la lixiviación, las microcuencas con buen bosque o la cubierta de los SAF producen agua de alta calidad (Chikowo, Mapfumo, Nyamugafata, & Giller, 2004). En el caso de los sistemas agrícolas convencionales, menos de 50 % de la aplicación de N y P es utilizado por los cultivos. En consecuencia, el exceso de fertilizantes se mueve más allá del alcance de las plantas mediante el escurrimiento o lixiviación en las capas más profundas del suelo, contaminando reservas de agua subterránea y disminuyendo la calidad del agua (Udawatta, Garrett, & Kallenbach, 2010). Por lo tanto, las prácticas de manejo agroforestal se pueden utilizar como una estrategia para proporcionar agua limpia (Shibu, 2009). Por ejemplo, en las zonas de producción de café de Costa Rica, donde se aplican grandes cantidades de N, la pérdida de nitrato por lixiviación se reduce mediante la presencia de Eucalyptus deglupta Blume, debido probablemente al aumento de la demanda total de evaporación y a la absorción de nitrato durante la estación seca (Ávila et al., 2004).

En Brasil, Nepstad et al. (1994) observaron que bajo sequía extrema, la disponibilidad de agua, a una profundidad de 2 a 8 m, fue menor en pastura degradada (310 mm) que en el bosque (380 mm), lo que podría estar asociado con un mayor contenido de materia orgánica y cubierta del suelo en el bosque. Una disminución en la disponibilidad de agua en suelos de pastos degradados indica que hay menos agua almacenada que en los suelos de los bosques y, por lo tanto, hay menos infiltración de agua al acuífero en suelos forestales. Al final de la estación seca, el bosque almacena aproximadamente 770 mm de agua en los primeros 8 m del suelo, en comparación con menos de 400 mm en suelos de pastos degradados, lo que indica que la escasez de agua puede ser un factor crítico en paisajes áridos y semiáridos dominados por pastos.

Un estudio realizado en Costa Rica (Ríos, 2006) mostró que el escurrimiento superficial fue significativamente mayor en pastos degradados (42 % de la precipitación) en comparación con los bancos de forraje con especies leñosas perennes (3 %), bosques secundarios (6 %) y pastos con alta densidad de árboles (12 %). Esto confirma que las prácticas de uso de suelo con alta cobertura arbórea son beneficiosas para la captura de agua.

Conservación de la calidad del aire. El interés en el uso de los SAF ha recibido atención considerable, como es el caso de las barreras protectoras para mejorar la calidad del aire (Tyndall & Colletti, 2007). Los árboles y arbustos utilizados como barreras se han empleado para reducir emisiones de olores, sobre todo en regiones con alta concentración de ganado. Las especies vegetales pueden actuar como búferes al filtrar las partículas de las corrientes de aire y remover polvo, gas y microbios (Abbasi & Khan, 2000). Las barreras protectoras diseñadas estratégicamente pueden ser una forma eficaz para mitigar el problema de los olores de una manera socioeconómicamente responsable (Tyndall & Colleti, 2007); sin embargo, la capacidad de las barreras depende de su estructura (es decir, altura, longitud, amplitud y densidad de la barrera). Por ejemplo, aquellas que son pequeñas solo interceptan poco olor del que está en contacto con los árboles, mientras que las barreras altas tienen la posibilidad de cubrir mayor cantidad de olores (Tyndall & Colleti, 2007).

Necesidades futuras de investigación

Con un clima cambiante y una población mundial creciente que disminuye los recursos naturales, las alternativas para el uso sostenible del suelo, tales como los SAF, no solo generan el interés de académicos, sino también del público en general. Hace falta más investigación para evaluar con precisión el potencial de diversas formas de la agroforestería en trópicos. Por ejemplo, se requieren estudios sobre el papel de los árboles en el enriquecimiento biológico basado en sistemas ganaderos en grandes áreas de pastos de monocultivos; y sobre el efecto de la diversidad de forraje en la reducción de emisiones de metano de rumiantes en pastoreo. Además, se requieren más estudios para evaluar la viabilidad económica de estos sistemas a corto, mediano y largo plazo. Para superar éstas y otras limitaciones, son necesarios muchos más estudios básicos y aplicados para ayudar a dilucidar los procesos elementales que impulsan o limitan el uso de los SAF. En particular, es preciso investigar las interacciones entre los diversos componentes del sistema, que son la base para el diseño, evaluación y manejo de los SAF.

Conclusiones

Durante muchos años, la gente ha prestado poca atención a la generación de servicios ambientales y conservación de recursos naturales. Hoy en día, existe una necesidad urgente de redefinir todas las actividades antropogénicas para hacerlas menos perjudiciales para el medio ambiente. Las herramientas y estrategias están al alcance de los productores para que puedan desempeñar un papel importante en la conservación y manejo de los ecosistemas agrícolas y proporcionar servicios ambientales. En la revisión actual, los ejemplos sugieren que los SAF juegan un papel importante en la captura de carbono, mitigación de gases de efecto invernadero y mejora de características fisicoquímicas del suelo. Además, los SAF contribuyen a la conservación de la biodiversidad, aumentando la riqueza, abundancia y diversidad de especies, en comparación con los sistemas agrícolas convencionales; apoya la conservación y disponibilidad del agua mediante la reducción de escurrimiento y contaminación; y mejora la calidad del aire mediante la reducción de olores provenientes de las instalaciones ganaderas. No obstante, es importante reconocer que el tema de los servicios ambientales es un campo relativamente reciente en la investigación formal; por lo tanto, se requiere mayor investigación para aumentar la comprensión de los procesos e interacciones biofísicas y desarrollar un manejo óptimo en diferentes escenarios.

Agradecimientos

Los autores agradecen a la PhD Judith Coromoto Petit-Aldana, por sus comentarios críticos en los borradores del manuscrito. Asimismo, el primer autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca de doctorado.

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Recibido: 18 de Junio de 2015; Aprobado: 26 de Abril de 2016

*Corresponding author: fkzanov@gmail.com

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