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Ecosistemas y recursos agropecuarios

versión On-line ISSN 2007-901Xversión impresa ISSN 2007-9028

Ecosistemas y recur. agropecuarios vol.4 no.10 Villahermosa ene./abr. 2017

http://dx.doi.org/10.19136/era.a4n10.688 

Artículos científicos

El carbono orgánico en Leptosols con distribución discontinua en la península de Yucatán

The organic carbon stock in Leptosls with discontinuous distribution in the Peninsula of Yucatan

Carmen Delgado-Carranza1 

Francisco Bautista-Zúñiga1  * 

Luz Ma. Calvo-Irabien2 

Yameli Guadalupe Aguilar-Duarte1 

Jazmín Guadalupe Martínez-Tellez2 

1Laboratorio Universitario de Geofísica Ambiental, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental, Universidad Nacional Autónoma de México. Antigua Carretera a Pátzcuaro No. 8701 Col. Ex-Hacienda de San José de La Huerta, CP. 58190. Morelia, Michoacán, México

2Centro de Investigación Científica de Yucatán. Calle 43 No. 130, Col. Chuburná de Hidalgo, Mérida, Yucatán, México.

Resumen:

Para determinar el contenido del carbono orgánico en el suelo (COS) se requiere cuantificar la fracción gruesa (piedras y gravas), la densidad aparente (DA) y profundidad. El inventario de suelos del INEGI no reporta estos datos, por lo que los mapas de COS generan dudas. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la variabilidad espacial del carbono orgánico del suelo a distancias cortas, así como los contenidos del carbono orgánico por unidad de área en suelos Leptosols del norte de la península de Yucatán. Se tomaron 102 muestras, para determinar el carbono orgánico por la técnica de dicromato de potasio; separando los fragmentos gruesos (grava gruesa, grava mediana y grava fina) de la tierra fina; el color se registró en seco y húmedo. La DA se midió con la cantidad de tierra fina en un volumen de 10 x 10 cm de super cie con profundidad variable hasta encontrar la roca; el análisis geoestadístico se realizó mediante kriging ordinario. Los suelos Leptosols presentaron valores de COS por debajo de 100 t ha-1, con valores medios de 32.85, 37.57, 43.72 y 61.93 t ha-1, para suelos pardos obscuros, pardos muy obscuros, negros y grises muy obscuros, respectivamente. Los fragmentos gruesos varían de 6.7 a 96.4 %, con promedio de 71.15 %. Se encontró que los valores de carbono orgánico del suelo son menores a los reportados en unidad de superficie.

Palabras clave: Materia orgánica; fracción gruesa; densidad aparente; desarrollo edáfico; geoestadística

Abstract:

The soil organic carbon (SOC) content requires quantifying the coarse fraction (stones and gravels), bulk density and depth. The soils inventory realized for INEGI didn’t reports the first two parameters, then, the generated SOC maps have considerable doubt SOC. The objective was to evaluate the spatial variability of soil organic carbon over short distances, as well as to report the contents of organic carbon per unit area in Leptosols from northern of Yucatan Peninsula. 102 samples were taken; organic carbon was analyzed by technique of potassium dichromate; and coarse fragments (coarse gravel, medium and ne gravel) were separated from the ne earth. The Color was recorded dry and wet, bulk density was measured using the amount of ne earth in a volume of 10 x 10 cm surface by a depth to nd the rock. Leptosols presented SOC values below 100 t ha-1 reported for this area, with mean values of 32.85, 37.57, 43.72, and 61.93 t ha-1, for dark brown soils, very dark brown, blacks and very dark grays respectively. Coarse fragments ranging from 6.7 % to 96.4 % with an average of 71.15 %. It was found that the values of soil organic carbon obtained in this study are lower than those reported in unit area.

Key words: Organic matter; coarse fraction; bulk density; soil development; geostatistics

Introducción

El suelo es un importante reservorio de carbono, que contiene cerca de tres veces más del que hay en la vegetación y la atmósfera, además de retenerlo por largos periodos de tiempo. Por esta razón, se trabaja de manera intensiva a nivel nacional y mundial en la estimación del carbono fijado en suelos cultivados y no cultivados (FAO 2002, Chiti et al. 2012). En las zonas de karst es común que se sobreestime el contenido de carbono orgánico del suelo, debido a sus dificultades en el muestreo, por la gran cantidad de fragmentos gruesos (gravas y piedras) que obstaculizan la medición de la densidad aparente (Chen et al. 2014); y por la discontinuidad del suelo (Bautista et al. 2005a). En los mapas digitales se estima el carbono orgánico tomando en cuenta profundidades de entre 20 y 30 cm, la cual no la tienen los suelos Nudilithic o Lithic Leptosols (Bautista et al. 2003).

En el caso de la península de Yucatán, se han reportado altos porcentajes de carbono orgánico del suelo en la fracción de la tierra fina (Bautista et al. 2003, Shang y Tiessen 2003, Bautista et al. 2004, Bautista et al. 2005a,b, Díaz-Garrido et al. 2005), por lo que sus suelos son un gran almacén de carbono orgánico (Segura-Castruita et al. 2005), ya que la baja precipitación pluvial de la zona norte favorece su acumulación en el suelo. Para estos suelos se tienen pocos estudios que reporten valores de la densidad aparente (Bautista et al. 2005b, Díaz-Garrido et al. 2005, Gamboa et al. 2008). De la misma manera, la evaluación de la cantidad de fragmentos gruesos no se ha reportado (Bautista et al. 2004). Sin los valores de la densidad aparente y porcentajes de la fracción gruesa, no se puede realizar la transformación de los porcentajes de car- bono orgánico de los suelos (Shang y Tiessen 2003, Bautista et al. 2004, Bautista et al. 2005a b, Díaz- Garrido et al. 2005).

La plataforma de calizas que dio origen a la parte norte de la península de Yucatán es de emersión reciente (Padilla 2007), su desarrollo edáfico es de incipiente a moderado (Follmer 1998), que se sustenta en los horizontes del perfil (Bautista et al. 2011). Es decir, los suelos Nidilithic Leptosol y Lithic Leptosol, son diferentes a otros suelos de mayor desarrollo. La idea de que los suelos del norte de la península de Yucatán son un gran reservorio de carbono orgánico es contradictoria a las condiciones de karst y de escaso a moderado desarrollo edáfico, así como a la presencia de clima semiárido y selva baja caducifolia. Por lo anterior, el objetivo fue evaluar la variabilidad espacial del carbono orgánico del suelo a distancias cortas, así como reportar los contenidos del carbono orgánico por unidad de área en Leptosols del norte de la península de Yucatán.

Materiales y Métodos

La zona de estudio se localiza en la comisaría de Nohuayún del municipio de Tetíz, Yucatán, México, con extensión territorial de 1 649 ha. Se localiza al noroeste del estado de Yucatán entre los 20º 58' y 34 LN y los 89º 58' 13” LO. El clima es semiárido con lluvias en verano (BS1(h')w), con vegetación de selva baja caducifolia. Los suelos dominantes son Lithic Leptosols en asociación con Nudilithic Leptosols (Bautista et al. 2011). Se seleccionó esta zona porque presenta condiciones ambientales que dificultan la producción y el almacenaje de carbono orgánico en el suelo (COS), como la presencia de karst, desarrollo edáfico escaso, clima semiárido y selva baja caducifolia. Además de que los Leptosols son representativos de extensas superficies del noroeste del estado de Yucatán (Figura 1).

Figura 1: Propiedades de los suelos agrupando las muestras por color en húmedo. GMO= gris muy obscuro, N= negro; PMO= pardo muy obscuro; PO= pardo obscuro. 

En una parcela de 55 x 50 m, se diseñó un muestreo sistemático, para lo cual en una primera etapa la parcela se subdividió en subparcelas de 25 m2 (5 x 5 m). En las intersecciones de la rejilla, cada 5 m se tomaron 102 muestras de suelo. Por la dificultad de utilizar la técnica del cilindro para la medición de la densidad aparente (DA), debido a la gran cantidad de fragmentos gruesos (grava y piedras), la alta variabilidad en la profundidad del suelo a distancias cortas y la escasa agregación, se decidió obtener 102 muestras de suelo en una su- per cie de 100 cm2 (10 x 10 cm) con profundidad hasta encontrar la roca.

Las muestras de suelos y los fragmentos gruesos de rocas de diferente tamaño, se colocaron en bolsas de plástico, para luego en el laboratorio tamizar para obtener la fracción fina del suelo (< 2 mm de diámetro) con tamiz de malla 10; mientras que la fracción gruesa del suelo se separó en grava fina con un tamiz malla 10 (GF de 2 a 6.3 mm)y de manera manual la grava mediana (GM de 6.3 a 20 mm), la grava gruesa (GG de 20 a 63 mm)y las piedras (Siebe et al. 1996). La medición de la DA del suelo (Mg m-3) se realizó en la cantidad de tierra na con un volumen de 10 x 10 cm de superficie con profundidad variable hasta encontrar la roca (Gandoy 1992). La medición y cuantificación de los agregados del suelo se registró por forma, tamaño y estabilidad. La identificación del color de la muestra, en seco y en húmedo, por comparación con las tablas Munsell (Munsell 1994). El pH se obtuvo por el método potenciométrico con relación suelo : agua 1 : 2.5. Mientras que la conductividad eléctrica (CE) se midió con un conductímetro marca HANNA, en una relación 1 : 2.5; y la cuanti cación del COS se realizó con la técnica de dicromato de potasio (Nelson y Sommers 1982).

Para el cálculo del COS se utilizó la ecuación:

Donde: COS = contenido de carbono orgánico en un per l de suelo (t C ha-1), COS horizonte = con- tenido de carbono orgánico por horizonte del suelo (t C ha-1), [cos] = concentración de C en una masa de suelo no obtenida en laboratorio (%), DA = Densi-dad aparente (Mg m-3), E = espesor del horizonte (m) y V = % ocupado por fragmentos de roca en el horizonte/100.

Para convertir los valores porcentuales del carbono orgánico a unidad de superficie se utilizó la ecuación:

Donde: CO (tha-1) = Carbono orgánico expresado en t ha-1, TF (tha-1) = Tierra fina expresada t ha-1 y CO(%) = Carbono orgánico expresado en porcentaje de la tierra fina.

Los resultados se analizaron con estadística descriptiva, histogramas de frecuencia y correlación lineal. Las muestras se agruparon utilizando el color en húmedo para hacer un análisis de varianza con el software Statgraphics Plus 5.1. Para mostrar la heterogeneidad espacial del COS se realizó un análisis geoestadístico mediante el ajuste del modelo teórico del variograma y el modelo experimental, la interpolación se realizó con la metodología de kriging ordinario por puntos con el software GS+ (Robertson 2008).

Resultados

La desviación estándar indica gran heterogeneidad en las propiedades del suelo (Tabla 1). El intervalo de COS en porcentaje fue de 3.8 a 31.7 %. Los suelos separados por color presentaron porcentajes de COS dentro del intervalo de valores re- portados (Tabla 2). Los suelos negros y los grises muy obscuros son los que tienen mayores porcentajes de fracción gruesa, menores porcentajes de tierra fina, mayores porcentajes de COS y valores menores de DA en comparación con los suelos pardo obscuro y pardo muy obscuro (Figura 1). Al comparar las toneladas por hectárea en suelos de diferente color, las diferencias se reducen. Aun, cuando los suelos grises muy obscuros y los negros presenta los valores más altos, son diferentes a los suelos pardo obscuros. Esta situación se debe a que los suelos negros y grises tienen menores cantidades de tierra fina que los suelos pardos.

Tabla 1. Estadística descriptiva de las propiedades del suelo de Nohuayún, Yucatán, México. 

Tabla 2:  Valores de carbono orgánico reportados para el estado de Yucatán. 

Se encontraron correlaciones entre las propiedades del suelo, como el COS con la fracción gruesa y el porcentaje de piedras; así como relación entre el COS y la DA. Valores lógicos, ya que a menor cantidad de tierra fina se tiene mayor contenido de carbono orgánico; mientras que a mayor pedregosidad y rocosidad es menor la cantidad de tierra fina. La sobre-estimación del COS en la península de Yucatán se debe a la dificultad de la cuantificación precisa de la fracción gruesa en volumen; a la gran variabilidad de la profundidad en espacios muy reducidos; y al uso de técnicas de medición de la densidad aparente. Por lo que se recomienda la cuantificación de la tierra fina por superficie hasta la máxima profundidad, para así lograr una mejor estimación del COS en Leptosols de las zonas de karst.

Con el análisis geoestadístico se obtuvo un modelo del variograma tipo Gaussiano con una r2 = 0.87; lo que indica que es un modelo adecuado para explicar la autocorrelación espacial o dependencia espacial del COS. Con relación a la varianza estructural el valor fue de 88.4 %, por lo que la variabilidad espacial tiene una alta influencia en la distribución del COS y que la varianza al azar fue baja (11.6 %), lo que indica un diseño de muestreo adecuado.

En la figura 2 se muestra el mapa de la distribución espacial del carbono orgánico, en el que se observa discontinuidad en el porcentaje, por lo que se requiere un análisis espacial de muchas muestras para reportar el intervalo sobre las propiedades de los suelos de esta zona de la península de Yucatán. Las mayores cantidades de COS están relacionados con la presencia de la pedregosidad y rocosidad, así como con la escasa cantidad de tierra fina de color negro. Por lo contrario, en los suelos en los que hay menos piedras y sin afloramientos rocosos hay mayor cantidad de tierra fina de color pardo a rojo.

Figura 2:Mapa del carbono orgánico en una parcela del norte de Yucatán 

Discusión

La Norma Oficial Mexicana 021 (SEMARNAT 2003) reporta porcentajes de COS de 0.5 para las clases muy baja, 0.6 a 1.5 para la clase baja, 1.6 a 3.5 para la clase media, 3.6 a 6.0 para la clase alta, y mayor de 6 % para la clase muy alta. En el presente estudio se encontraron valores entre 3.8 y 31.7 % de COS, los cuales son por mucho superiores al máximo reportado en la NOM-021. Lo que sugiere la generación de una nueva propuesta de clases para zonas de karst, que tome en cuenta los valores reportados por Ceccon et al. (2003), Gamboa et al. (2008), Shang y Tiessen (2003), Bautista et al. (2005a, b), Díaz-Garrido et al. (2005), Sweetwood et al. (2009), y los del presente estudio, por lo que se propone la clasificación de extremadamente baja menor de 1 %, muy baja de 1 a 5 %, baja de 5 a 10 %, media de 10 a 15 %, alta de 15 a 20 % y muy alta para mayor de 20 %.

El valor medio de COS en unidades de superficie fue de 48.56 t ha-1, por debajo de los valores estimados por Segura-Castruita et al. (2005) para el estado de Yucatán que es de 100 a 206 t C ha-1. Mientras que la FAO (2002) reporta 38 t ha-1 para suelos tropicales secos y 36 t ha-1 para Lithic Leptosols, valores que concuerdan con los suelos par- dos muy obscuros y los pardo obscuros del norte del estado de Yucatán, pero se encuentran por de- bajo del valor medio de los suelos negros y grises muy obscuros (Tabla 2). Los resultados obtenidos en este trabajo concuerdan con el escaso desarrollo edáfico de los suelos, consecuencia de horizontes A/R y A/C/R y con la escasa productividad de la selva baja caducifolia (Bautista et al. 2011).

Para la densidad aparente la NOM-021 establece tres niveles, para suelos arcillosos, francos y arenosos, con valores de 1 a 1.19 Mg m3, 1.20 a 1.32 Mg m3 y mayor de 1.32 Mg m3, respectivamente. De acuerdo a lo encontrado en el presente estudio para suelos de karst se propone la siguiente clasificación: bajo < 0.35 Mg m3, medio de 0.351 a 0.55 Mg m3 y alto > 0.55 Mg m3. Para la fracción gruesa no existen clases en la NOM-021 (SEMARNAT 2003) por lo que se propone la siguiente: muy bajo, menor de 20 %, bajo de 20 a 40 %, medio de 40 a 60 %, alto de 60 a 80 % y muy alto, mayor de 80 %. En cuanto a la discontinuidad espacial en el porcentaje de COS, el ajuste entre el modelo teórico y el experimental para este estudio es similar al encontrado por Díaz-Garrido et al. (2005) para el municipio de Mérida, Yucatán. Las diferencias encontradas en el presente estudio con respecto a los resultados de Bautista et al. (2015), se pueden deber a las diferentes condiciones de suelos y cli- mas, ya que a menor cantidad de precipitación se tiene mayor acumulación de COS en los suelos, lo que es cuestionable, debido a que se debe de tomar en cuenta la discontinuidad espacial.

Conclusiones

La cantidad de carbono orgánico edáfico es acorde con los valores reportados en porcentaje, pero más bajos que los reportado en unidad de superficie, por lo que se supone que se encuentra sobre estimando. El análisis espacial de los suelos a cortas distancias revela una alta discontinuidad y variabilidad en el porcentaje de carbono, profundidad y cantidad de fragmentos gruesos. La comparación en el contenido de COS entre suelos debe considerar la discontinuidad espacial y la cantidad de COS en t ha-1.

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Recibido: 21 de Octubre de 2014; Aprobado: 04 de Abril de 2016

*Autor para correspondencia: Francisco Bautista-Zúñiga; email: leptosol@ciga.unam.mx

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