Captura de carbono por Inga jinicuil Schltdl. En un sistema agroforestal de café bajo sombra

Carbon sequestration by Inga jinicuil Schltdl. In a shadow coffee agroforestry system

Elizabeth Hernández Vásquez¹, Gisela Virginia Campos Ángeles¹, José Raymundo Enríquez del Valle¹, Gerardo Rodríguez-Ortiz¹ y Vicente Arturo Velasco Velasco¹

¹ Instituto Tecnológico del Valle de Oaxaca. Correo-e: giscampos@gmail.com

Fecha de recepción: 26 de marzo de 2010.
Fecha de aceptación: 19 de enero de 2012.

RESUMEN

Los sistemas agroforestales de producción de café tienen un alto potencial de secuestro de carbono (C) debido a la diversidad de especies leñosas usadas como sombra. El objetivo del presente estudio fue evaluar el potencial de captura de carbono en la biomasa leñosa aérea de Inga jinicuil en los sistemas agroforestales de café en San Juan Tepanzacoalco, Ixtlán, Oaxaca. Además, se estudió la relación entre el carbono secuestrado y las variables fisiográficas (pendiente y altitud) y edáficas (conductividad eléctrica, contenido de materia orgánica, nitrógeno, fósforo, potasio y calcio). En un área de 120 ha se seleccionaron aleatoriamente 60 sitios cuadrados de 100 m². Se obtuvo información dasométrica y se analizó el C en tejidos leñosos, que sirvieron para cuantificar c secuestrado. En promedio, el volumen de biomasa leñosa de tallos y ramas fue de 3.09 m³ sitio^-1; con peso específico de 0.51 g cm^-3 y biomasa leñosa de 157.6 Mg ha^-1. El carbono constituye aproximadamente 40.8 % de la biomasa leñosa de la especie estudiada , la cual se estimó que almacena 64.3 Mg C ha^-1. Las variables de mayor influencia en el contenido de carbono fueron la pendiente y altitud del sitio, la edad del cafetal, la conductividad eléctrica y profundidad del suelo.

Palabras clave: Biomasa leñosa, café bajo sombra, carbono secuestrado, Inga jinicuil Schltdl., servicio ambiental, tejidos leñosos.

ABSTRACT

Agroforestry systems of coffee production have a high potential for carbon sequestration because of the diversity of firewood species used as shade. The objective of this study was to assess the sequestered carbon in aboveground firewood biomass of Inga junicuil in coffee agroforestry systems of San Juan Tepanzacoalco, Ixtlán, Oaxaca State. Moreover, the relationship between sequestered carbon and physiographic (slope and altitude) and edaphic variables (electric conductivity, organic matter content, nitrogen, phosphorus, potassium and calcium) were studied. Sixty-square sites of 100 m² were sampled at random in a 120 ha area. Mensuration data and C content in firewood tissues were obtained in order to quantify sequestered carbon. On the average, the volume of firewood biomass of stems and branches was 3.09m³site-¹; with specific gravity of 0.51 g cm-³ and 157.6 Mg ha-¹ of firewood biomass. Carbon makes up about 40.8 % of firewood biomass, which stores an estimated 64.3 Mg C ha-¹. The most influential variables in the carbon content of this species were the slope and altitude of the site, age of the coffee plantation, electrical conductivity and soil depth.

INTRODUCCIÓN

El deterioro ambiental afecta negativamente la diversidad biológica, los ecosistemas y la calidad de vida de las comunidades humanas, por lo que instituciones gubernamentales y no-gubernamentales, a nivel mundial, han propuesto acciones para revertir esta tendencia. Un factor que lo incrementa es la acumulación en la atmósfera de gases de efecto invernadero (GEI) tales como el dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O) y ozono (O₃) (Ordoñez y Masera, 2001; Pardos, 2010). En 1988 se creó una agencia especializada de la Organización de Naciones Unidas, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), con el fin de orientar y evaluar la información científica sobre el tema. En 1990, el IPCC realizó un primer informe en el que se confirmó la amenaza real antrópica del cambio climático, y se generó el Protocolo de Montreal que establece, entre otras cosas, los lineamientos para lograr la mitigación de gases efecto invernadero. En 1992 se adoptó la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (UNFCCC), que propone políticas para estabilizar la concentración de GEI en la atmósfera. La UNFCCC entró en vigor el 21 de marzo de 1994 y actualmente incluye a 188 Estados que se reúnen cada año en las Conferencias de las Partes (COP). Desde la primera, en 1995, se discutieron medidas para reducir las emisiones de GEI y se integró un catálogo de instrumentos para tal efecto. En 1997 (COP 3) se firmó el Protocolo de Kyoto, mismo que introdujo objetivos vinculantes para las emisiones de GEI a cumplir de 2008 a 2012 en 37 países industrializados. En 2005, la COP 11 de Montreal fue la primera tras la entrada en vigor del Protocolo de Kyoto y se centró en los sucesos posteriores a la finalización del mismo. A partir de ella, hasta la COP 16 celebrada en México, la Cumbre no había desembocado en algún acuerdo vinculante, por lo que no se habían tomado decisiones sobre los cambios propuestos (Martínez, 2006; Pardos, 2010). Sin embargo, en la COP 17 de Durban se acordó ampliar la vigencia del Protocolo de Kioto, preparar una hoja de ruta para la emisión de GEI hasta el 2015 y se pactaron los pasos a seguir en la lucha contra el calentamiento global hasta el 2020.

En este tenor, México, en su esfuerzo por conseguir que las emisiones nacionales de GEI se reduzcan, ha implementado proyectos de captura de carbono (C), en sistemas agroforestales como un servicio ambiental, entre otros ecosistemas (Ortiz, 2002; Soto-Pinto et al ., 2002a).

En el secuestro de C, las plantas, a través de la fotosíntesis, capturan el CO₂ de la atmósfera y a cambio le devuelven oxígeno. Una parte de los carbohidratos sintetizados son oxidados durante la respiración para generar la energía requerida por los procesos metabólicos. Otra se usa para producir diversos compuestos orgánicos, uno de los cuales es la celulosa que se acumula en las paredes celulares (Seeberg-Elverfeldt, 2010). Este proceso se potencializa en un sistema agroforestal, donde se diversifica y optimiza la producción (Montagnini y Nair , 2004; López, 2007; Kumar y Nair, 2011)

El café bajo sombra recibe manejo agrícola y en él están presentes varios estratos vegetales o niveles de altura (Bolaños, 2001). Además, presentan similitudes ambientales y estructurales en la vegetación y en sus funciones ecológicas al bosque nativo, especialmente, cuando el dosel está constituido por una amplia variedad de especies de árboles (Pineda et al. , 2005b). Los taxa en asociación crean, entre sí, condiciones aptas para su desarrollo, pues el aporte de materia orgánica es constante y rico, lo que contribuye a generar un ambiente propicio para el establecimiento de una gran diversidad de especies vegetales y animales (Lyngbæk et al ., 2001; Mendonça y Stott, 2003; Nair y Graetz, 2004). Inga jinicuil Schltdl. es un árbol que proporciona sombra al cultivo de café, pero requiere ciertas condiciones de suelo indispensables para su establecimiento: color, textura, salinidad, materia orgánica y cobertura del dosel, características que definen, en cierta medida, la calidad de sitio y, por consecuencia, la capacidad de captura de carbono (Albrecht y Kandji, 2003).

Un sistema agroforestal puede acumular entre 109.4 Mg C ha^-1 (taungya) y 177.6 Mg C ha^-1 (barbecho natural); mientras que, para el sistema café con mezcla de eucalipto y Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth y Acacia sp. se han citado entre 0.4 y 2.2 Mg C ha^-1 año^-1, y el C del suelo puede llegar a superar 89 % del almacenado en el sistema (Arias et al ., 2001; Ávila et al ., 2001; Roncal-García et al ., 2008). Esta asociación adquiere mayor valor y mejor salud cuando contiene una diversidad de especies arbóreas, en estratos complejos y utiliza componentes orgánicos (Soto-Pinto et al ., 2002b; Pineda et al. , 2005a). Al mezclar café con I. jinicuil, la captura de carbono (CC) puede ser de 198 Mg C ha^-1; en sitios con cultivo de café, en asociación con Inga sp., Erythrina y musáceas la captura asciende a 115.5 Mg C ha^-1 y en sitios con Inga sp. y estratos de bosque, alcanza 91.64 Mg C ha^-1 (Haber, 2001). Una hectárea de cafetal genera 39 kg de O₂ día^-1 y se esperaría una fijación mínima de 6.75 Mg C ha^-1 año^-1 para un ciclo de 20 años. Las especies de sombra como Inga sp., en cafetales tienen valores de CC de 24.3 Mg C ha^-1 a los 20 años de edad (Kursten y Burschel, 1993).

Bajo estas consideraciones, I. jinicuil asociada al café bajo sombra representa una alternativa viable de CC, tanto para las sociedades industriales que busquen resarcir los daños al ambiente causados por sus actividades, como para los habitantes de comunidades rurales que necesitan de un ingreso económico y que dependen de los recursos naturales. Las políticas del gobierno federal sobre el particular motivarían a los campesinos a conservar y aprovechar de manera sustentable estos recursos (Oellermann et al ., 2004). En la comunidad bajo estudio, se tiene el propósito de multiplicar acciones de aprovechamiento y uso sustentable de los recursos naturales, mediante el impulso al sistema agroforestal de café bajo sombra asociado con I. jinicuil . Por ello, el presente trabajo tuvo como objetivo determinar el carbono capturado en la biomasa leñosa aérea de dicha especie y relacionarlo con las condiciones edáficas y fisiográficas, como estrategia de servicios ambientales en San Juan Tepanzacoalco, Ixtlán, Oaxaca.

Descripción del área de estudio

La investigación se realizó en 120 ha aproximadamente del área cafetalera de la comunidad de San Juan Tepanzacoalco, Ixtlán, localizado en la Sierra Norte de Oaxaca (Figura 1), cuyas coordenadas geográficas son 17° 24' 02.0" latitud norte y 96° 22' 38.9" longitud oeste. Los árboles de Inga jinicuil aportan la sombra principal para el café. Los árboles de las parcelas tienen edades entre 10 y 30 años y fueron establecidos en terrenos con pendientes de 5 a 40 %, altitudes entre 900 y 1,500 m y exposiciones N, NE, E y SE.

Muestreo de biomasa

De una lista de 97 predios con cafetal se seleccionó una muestra de 10 parcelas de tamaño irregular al azar, siguiendo la metodología de muestreo sugerida por Somarriba et al. (2001) y en ellas se ubicaron 60 sitios cuadrados de 100 m², aleatoriamente. En cada uno se registró: 1) información general; tipo de masa del sistema agroforestal (arbórea, arbustiva y herbácea), edad (años) del cafetal y tipo y densidad de la vegetación; 2) datos dasométricos de I. jinicuil : altura total (m), diámetro normal (cm), diámetro de copa (m) y el volumen de tronco y ramas se cuantificó mediante las fórmulas de cubicación de trozas de árboles en pie sugeridas por Diéguez et al. (2003). Se escogieron, aleatoriamente también, nueve ramas representativas de toda la copa del árbol; a fin de determinar el volumen leñoso total, se multiplicó el volumen promedio por rama muestreada por el número total de ramas de cada árbol. En cada sitio se tomó una rodaja de 5 cm de grosor de tallo y rama de la especie de interés (de un total de 60 individuos); 3) en cada unidad de muestreo se colectó una muestra compuesta de 1 kg de suelo (obtenida de tres puntos aleatorios del sitio) a fin de describir la profundidad de la materia orgánica (cm), el color, la textura, la cobertura (%), los contenidos de materia orgánica (%), N, P, K y Ca, conductividad eléctrica y pH; 4) datos fisiográficos: exposición, pendiente (%), altitud y coordenadas geográficas.

Análisis de laboratorio

Las muestras de madera se llevaron al laboratorio, en donde se obtuvo su peso verde (PV, g) en balanza analítica Sartorius^® y volumen verde (VV, cm³) determinado mediante inmersión en agua en una probeta graduada (Valencia y Vargas, 1997). El material se colocó en una estufa de secado marca Felisa modelo FE-293D a 75 °C, hasta obtener su peso constante, al finalizar se determinó el peso seco (PS, g). Con el cociente de PS y VV se estimó la gravedad específica de la madera por sitio. El producto de gravedad específica y volumen total leñoso generó la biomasa leñosa de I. jinicuil , la cual se infirió por unidad de área.

Los análisis de las muestras de suelo se realizaron con base en la Norma Oficial Mexicana NOM-021-SEMARNAT-2000 (SEMARNAT, 2002). Las muestras se prepararon con técnicas estandarizadas (secado, molido, tamizado a 2.0 mm y pesado conforme al tipo de análisis); para determinar conductividad eléctrica (CE) por medición electrolítica y una celda de conductividad como sensor (conductímetro CL8); pH leído en un potenciómetro PC45; textura por el procedimiento de Boyoucous; contenido de materia orgánica (MO) mediante titulación con el procedimiento de Walkley y Black, y a partir de este dato se estimó el contenido de N. El K y el Ca se determinaron en un espectrofotómetro marca GBC modelo 904AA; mientras que el P extraíble en suelos neutros y ácidos se obtuvo por el procedimiento de Bray, en un espectrofotómetro UV-V15, método utilizado con pH menores de siete. Se identificó y clasificó el color, mediante la carta de colores Munsell (SEMARNAT, 2002).

Análisis estadístico de datos

La información se ordenó en una base de datos, para realizar los análisis estadísticos con los procedimientos de medias, frecuencia y correlación del sistema de análisis estadístico (SAS, 2004). Y las pruebas de correlación lineal entre las variables cuantitativas de tipo fisiográfico y edáfico, edad del cafetal y densidad, las cuales se relacionaron con la biomasa y C fijado por I. jinicuil .

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Captura de carbono en Inga jinicuil

Se identificaron 17 especies leñosas asociadas con densidades de 20 a 1,000 plantas ha^-1 (Cuadro 1). Las dimensiones de los individuos presentaron intervalos de 1 a 27 m de altura. En general, la especie principal usada como sombra del café fue I. jinicuil , que se registró en 90 % de los sitios, a una densidad promedio de 164 árboles ha^-1. Sus diámetros basales variaron entre 5 y 80 cm, su diámetro de copa de 5 a 27 m y su altura entre 3 y 17 m; 58 % de los individuos alcanzaron alturas de 5 y 10 m (Figura 2). Acosta-Mireles et al . (2002), al evaluar árboles de Inga sp. en Oaxaca determinaron, mediante relaciones alométricas, una biomasa promedio por árbol de 94.5 kg y diámetro normal de 15 cm.

En promedio, los ejemplares de I. jinicuil tuvieron un volumen de tallo y ramas de 3.09 m³ sitio^-1 y la gravedad específica de la madera fue de 0.51 g cm^-3. La biomasa leñosa promedio de I. jinicuil fue de 157.59 Mg ha^-1 y contiene, en promedio, 40.8 % de C, por lo que se estimaron 64.3 Mg C ha^-1. Este valor está dentro del intervalo de CC determinado para sistemas agroforestales tropicales (12 a 228 Mg C ha^-1) y por debajo de la media (95 Mg C ha^-1); por otro lado, los porcentajes de C fueron similares a los documentados para árboles tropicales (Albrecht y Kandji, 2003).

En promedio, los ejemplares de I. jinicuil tuvieron un volumen de tallo y ramas de 3.09 m³ sitio^-1 y la gravedad específica de la madera fue de 0.51 g cm^-3. La biomasa leñosa promedio de I. jinicuil fue de 157.59 Mg ha^-1 y contiene, en promedio, 40.8 % de C, por lo que se estimaron 64.3 Mg C ha^-1. Este valor está dentro del intervalo de CC determinado para sistemas agroforestales tropicales (12 a 228 Mg C ha^-1) y por debajo de la media (95 Mg C ha^-1); por otro lado, los porcentajes de C fueron similares a los documentados para árboles tropicales (Albrecht y Kandji, 2003).

Winrock Internacional (1998) estudió la fijación de C en sistemas agroforestales con café en Guatemala; señala que, en promedio, el C aéreo en el sistema fue de 27 Mg C ha^-1, valor inferior al de este estudio únicamente para I. jinicuil (64.3 Mg C ha^-1). Lo anterior demuestra que tan solo ésta especie captura una cantidad importante de C en todo el sistema y es mejor utilizarla con diversidad de especies que en monocultivo. En Chiapas observó que en sistemas agroforestales de café bajo la sombra de I. latibracteata Harms (monocultivo) no hubo efectos significativos en la producción de grano y nutrientes en el suelo, al compararlo con el sistema diverso (Romero-Alvarado et al ., 2002) Si al valor económico de la producción del café se le suma el valor ambiental del C capturado, en todas las especies asociadas y el suelo y las funciones ecológicas, se podría generar una tasa de secuestro entre 1.5 y 3.5 Mg C ha^-1 año^-1; y así como, los beneficios ambientales se multiplacarían (Montagnini y Nair, 2004).

En promedio, la biomasa leñosa de I. jinicuil contiene un 0.4873 % de N, mismo que corresponde a 759 kg ha^-1 por sitio. De esta manera, los árboles tienen en su biomasa leñosa mayor cantidad de N que el registrado en el suelo de este sistema cafetalero; resalta así la capacidad potencial de I. jinicuil para fijar N. Este valor es superior al de un cafetal a plena exposición solar en los Andes venezolanos, donde se calculó el N total de la biomasa aérea para todo el sistema en 415 kg ha^-1 el cual estuvo repartido en plantas de Coffea arabica L. (326 kg N ha^-1), Musa sapientum L. (72 kg N ha^-1) y otras especies (17 kg N ha^-1) (Quintero y Ataroff, 1998). Además, los sistemas agroforestales que utilizan especies leñosas fijadoras de N (como I. jinicuil ) tienden a incrementar el nivel del C y N, debido a la mayor cantidad de biomasa producida por año y a que tienen dos ciclos activos de nutrientes: árboles y herbáceas (Sharrow e Ismail, 2004). Esta es otra gran ventaja del uso de sistemas agroforestales, ya que los árboles pueden mejorar la fertilidad del suelo a través de la mineralización de N en el ocochal y a que los sistemas cafetaleros poseen una gran dinámica de raíces finas (Van Kanten et al ., 2005; Vityakon y Dangthaisong, 2005).

Respecto a las características de los suelos, y con base en la Norma Oficial Mexicana NOM-021-SEMARNAT-2000, 87 % de ellos mostraron textura franco, profundidad de 2 a 48 cm, MO entre 1 y 20 cm y los colores registrados fueron en tonos gris, marrón y olivo (SEMARNAT, 2002). La cobertura del suelo varió entre 20 y 100 %, con pH de 4.09 a 6.4 y promedio de 5.23. En 60 % de los sitios, los suelos resultaron moderadamente ácidos (pH de 5.1 a 6.1) y 40 % fuertemente ácidos (pH < 5). Los contenidos de salinidad fueron despreciables, pues los valores de conductividad eléctrica estuvieron abajo de 1 dS m^-1; 56.6 % fueron ricos en materia orgánica (entre 3.6 y 6 %); en 55 % tuvieron registros bajos de P (< 15 mg kg^-1); 83 % presentaron altos contenidos de Ca (> 5 C mol (+) kg^-1); 61.6 % tuvieron altos contenidos de K (> 0.3 C mol (+) kg^-1) y en 78.3 % se determinaron valores superiores de N (> 0.15 %). Estas propiedades son importantes y propias de los sistemas agroforestales, ya que la incorporación de árboles en adición de sus podas al suelo tienden a disminuir la densidad del suelo e incrementar el contenido de materia orgánica y su capacidad de intercambio catiónico (De Costa et al ., 2005).

En las variables fisiográficas, el CC en la biomasa leñosa de I. jinicuil sólo se observó una relación significativa con la pendiente del terreno (r = 0.31, p = 0.02) y la altitud (r = 0.25, p = 0.05). En cuanto a las variables edáficas, solo se obtuvieron correlaciones significativas con la conductividad eléctrica (r = 0.37, p = 0.004) y la profundidad del suelo(r = -0.30, p = 0.02), al aumentar esta última se reduce el CC. Los datos anteriores son similares a los documentados para sistemas agroforestales con café en Costa Rica, donde el mayor reservorio de C se identificó en los primeros 30 cm de suelo, el cual tuvo una correlación positiva con la altitud; sin embargo, al disminuir esta se generó un efecto positivo en el C contenido en la biomasa total (Takimoto et al ., 2008; Mena et al ., 2011). Además, los gradientes altitudinales y el uso del suelo influyen en las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo, lo que genera efectos significativos en la productividad de biomasa y, por consecuencia, en el contenido de carbono (Campos et al ., 2007).

Por otro lado, las bajas correlaciones entre el CC y las diversas condiciones fisiográficas y edáficas indican que estas repercuten de manera parcial en el CC, y que el nivel de repuesta observado en la especie solo se podría describir en función de la acción conjunta de los factores fisiográficos, edáficos, climáticos, de manejo y bióticos (Nair et al ., 2009).

El contenido de C en la biomasa leñosa de I. jinicuil y la edad del cafetal tuvieron una correlación positiva significativa (r = 0.26, p = 0.05). Con el tiempo, se incrementa la biomasa arbórea viva, que aunada a la diversidad de especies leñosas utilizadas en los sistemas agroforestales generan CC superiores con la edad (Concha et al ., 2007). El mayor potencial de CC se localizó en terrenos con pendientes entre 0 y 40 %; altitudes de 1,100 a 1,300 m; exposiciones NE y NW y con densidades arbóreas menores a 200 árboles ha^-1. En cuanto a las condiciones edáficas, el CC más alto corresponde a CE de 0.1 a 0.5 dS m^-1, es decir, en suelos con las mínimas concentraciones salinas, ricos en MO (3.6 a 6 %), altas concentraciones de N disponible (entre 0.15 y 0.25 %), de K disponible (> 0.6 C mol (+) kg^-1), proporciones altas de Ca (> de 5 C mol (+) kg^-1) y bajas concentraciones de P (entre 1 y 5 mg kg^-1). También se determinó que el mayor potencial de CC se concentra en cafetales de edades entre 10 y 30 años.

Estas condiciones, probablemente, propician que los sistemas agroforestales con café bajo sombra presenten su volumen superior de C edáfico (más del 50 % del total), pero no como una función directa de la biomasa que hospedan, sino como efecto del manejo, diversidad de especies arbóreas, edad y tipo de suelo (Callo et al ., 2002; Lapeyre et al ., 2004). Además, la alta humedad en el área de estudio quizás favorece que el carbono contenido en el suelo y parte aérea, así como las reservas de P, tengan relación directa con la humedad del suelo y la temperatura ambiental. La tasa de respiración del suelo decrece con el aumento de las reservas de C en el suelo, pero se garantizan niveles correctos de P y K en el follaje del cafeto (McGroddy y Silver, 2000; Matoso et al ., 2005).

CONCLUSIONES

La biomasa leñosa de Inga jinicuil fue de 157.59 Mg ha^-1, la cual contiene 40.8 % de C y 0.4873 % de N, que genera 64.3 Mg C ha^-1 y 759 kg N ha^-1, valor que podría incrementarse al incluir el resto del componente leñoso y el suelo del sistema agroforestal, lo que abre la posibilidad de ser considerado como servicio ambiental. Las variables con más influencia en el contenido de carbono en la biomasa leñosa de I. jinicuil fueron la pendiente y la altitud del sitio, la edad del cafetal, conductividad eléctrica y la profundidad del suelo.

El mayor potencial de contenido de carbono está en pendientes menores a 40 %, altitudes entre 1,100 y 1,300 m, exposiciones NE y NO; en suelos con concentración mínima de sales y fósforo y altas concentraciones de potasio, calcio y materia orgánica.

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