Establecimiento inicial de tres especies del bosque tropical seco en un pastizal degradado: efectos del uso de acolchado y compost

Initial establishment of three species of tropical dry forest in a degraded pasture: effects of adding mulch and compost

Adriana Núñez-Cruz¹, Consuelo Bonfil^1*

¹ Departamento de Ecología y Recursos Naturales Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México. Circuito Exterior, Ciudad Universitaria. 04510. Delegación Coyoacán. México D. F. (cbonfil@ciencias.unam.mx). *Autor responsable.

Recibido: enero, 2013.
Aprobado: junio, 2013.

Resumen

La disponibilidad de agua, las condiciones del suelo y la presencia de disturbios recurrentes son las principales limitantes para el establecimiento de plantas en sitios perturbados de bosques tropicales secos. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de aplicar compost y usar acolchado plástico en la supervivencia y el crecimiento inicial de plantas de especies leñosas Dodonaea viscosa, Leucaena leucocephala y Lysiloma divaricatum, en un pastizal degradado en el noroeste de Morelos. En el 2009 se plantaron 121-124 plantas por especie, se aplicaron 500 mL de compost elaborada con estiércol de bovino, pasto y restos de plantas de tomate y después un acolchado plástico (cuadro de 40 x 40 cm) a plantas de cada especie seleccionadas al azar, y se obtuvieron los siguientes tratamientos: 1) compost, 2) acolchado, 3) compost y acolchado, y 4) testigo (sin compost ni acolchado). La supervivencia y el crecimiento se registraron bimestralmente durante un año; la primera se analizó mediante un modelo lineal generalizado y se usaron análisis de varianza para las variables de crecimiento. La supervivencia mayor correspondió a L. divaricatum (61 %) y la menor a D. viscosa (8 %). El acolchado plástico aumentó la supervivencia entre 17 % y 31 % dependiendo de la especie; el compost tuvo efecto significativo (p≤0.05) sólo en el diámetro de L. leucocephala. El uso del acolchado aumentó el éxito de la restauración y puede usarse en otros sitios cuyas características del suelo y el estrés hídrico limiten el establecimiento de plantas de especies leñosas.

Palabras clave: Dodonaea viscosa, estrés hídrico, Leucaena leucocephala, Lysiloma divaricatum, pastizal, restauración.

Abstract

Availability of water, soil conditions and recurring disturbances are the main factors that limit plant establishment in disturbed sites in tropical dry forests. The objective of this study was to assess the effect of applying compost and of plastic mulch on survival and initial plant growth of the woody species Dodonaea viscosa, Leucaena leucocephala and Lysiloma divaricatum, in a degraded pasture in northwestern Morelos. In 2009, 121-124 plants of each species were planted; 500 mL of compost, made from cattle manure, grass and tomato plant residues, and later, a plastic mulch (40 x 40 cm square) were applied to plants of each species selected at random. The following treatments were obtained: 1) compost, 2) plastic mulch, 3) compost and mulch, and 4) control (without compost or mulch). Survival and growth were recorded bi-monthly for one year. Survival was analyzed with a generalized linear model, and analyses of variance were performed for growth variables. The species with the highest survival rate was L. divaricatum (61 %) and that with the lowest was D. viscosa (8 %). Plastic mulch increased survival by 17 % to 31 %, depending on the species. Addition of compost had a significant effect (p ≤ 0.05) only on growth in diameter of L. leucocephala. Use of plastic mulch increased restoration success and can be used in other sites where soil characteristics and water stress limit establishment of woody species.

INTRODUCCIÓN

Los bosques tropicales secos (BTS) tienen una tasa de cambio de uso del suelo muy alta debido al establecimiento de campos agrícolas o de pastoreo (Murphy y Lugo, 1995; Challenger, 1998; Sánchez-Azofeifa y Portillo-Quintero, 2010). Con frecuencia las tierras usadas intensivamente, como los pastizales, después de un tiempo presentan signos de deterioro asociados a la remoción de la vegetación, a disturbios frecuentes como incendios, y a la falta de regulación de la carga de ganado y actividades extractivas, entre otras.

El pastoreo causa compactación del suelo. Al perderse la cubierta vegetal original y el mantillo, el suelo está expuesto a la acción de la lluvia, el viento y la radiación, que provocan erosión, alteran su estructura, disminuyen la infiltración de agua y aumentan la escorrentía y pérdida de nutrientes (Giovannini et al., 1990; Cotler et al., 2007). La disminución del contenido de materia orgánica, aunada a la pérdida de las propiedades físicas y químicas del suelo, dificultan el restablecimiento de la vegetación por medios naturales cuando los campos son abandonados (López y Albadalejo, 1990; Campo et al., 1998).

Además del deterioro del suelo, la estacionalidad marcada de la precipitación limita la regeneración natural y la sucesión ecológica en sitios degradados de BTS (Ceccon et al., 2003). Por tanto, se debe favorecer la sucesión secundaria mediante la reintroducción de plantas de especies nativas (Luken, 1990). Pero la tasa de supervivencia es variable y baja, debido a la influencia de las condiciones de deterioro del sitio y al estrés hídrico que enfrentan las plantas durante la temporada seca (Bonfil y Trejo, 2010; Álvarez y Williams-Linera, 2012). Por esta razón se explora el uso de técnicas que puedan favorecer el crecimiento y la supervivencia de las plantas, entre las que destaca acolchados (cubiertas plásticas, de papel o de materia orgánica) para proteger la superficie del suelo y reducir la evaporación, manteniendo la disponibilidad del agua (Cole et al., 2004; Blanco y Lindig, 2005; Barajas et al., 2006).

La condición del suelo se puede mejorar aumentando el contenido de materia orgánica mediante la adición de compost, lo que favorece la agrupación de las partículas del suelo y contribuye a mejorar su estructura y contenido de nutrientes (Wang y Lin, 2002; Cole, 2007). Por tanto, el objetivo del presente estudio fue analizar el efecto de usar un acolchado plástico y añadir compost al suelo en el establecimiento inicial de tres especies arbóreas nativas del BTS, en un pastizal degradado, en el noroeste del estado de Morelos, México.

MATERIALES Y MÉTODOS

Zona de estudio

En la ERT predominan los suelos de tipo Feozem háplico, aunque también hay Leptosoles con textura arcillosa o franco-arcillosa de los horizontes superficiales (CETENAL, 1976). El clima es semicálido subhúmedo con lluvias en verano, con una temperatura promedio anual de 20 °C y una precipitación promedio anual de 980 mm. La vegetación corresponde a la transición entre encinar (Quercus glaucoides) y bosque tropical seco (CETENAL, 1976), aunque la mayor parte del área de ERT está cubierta por pastizales para la cría de ganado bovino y equino; persisten algunos parches de bosques remanentes en las zonas más inaccesibles (Bonfil et al., 2004).

Diseño experimental

La plantación se estableció con tres especies del BTS: Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit subsp. glabrata (Rose) S. Zárate, Lysiloma divaricatum (Jacq.) McBride, y Dodonaea viscosa L. Jacq (Sapindaceae). Las dos primeras toleran condiciones ambientales adversas y suelos poco profundos y degradados; la tercera es una especie sucesionalmente temprana tolerante a sequías, incendios, viento y heladas, y suelos erosionados con fuertes pendientes (Vázquez-Yanes et al, 1990).

En agosto del 2009 (al iniciar la temporada de lluvias) se establecieron 121-124 plantas por especie. Las plantas fueron donadas por la Conafor de Morelos y todas fueron producidas de semillas en bolsas de plástico negro (aproximadamente 8 cm x 20 cm) con sustrato de tierra de monte; tenían alrededor de ocho meses de edad al trasplante. El tamaño inicial de las plantas (altura y diámetro; promedio ± EE) fue: D. viscosa 43 ±1.1 cm y 3.8±0.06 mm; L. divaricatum 50±1.2 cm y 4.4±0.09 mm; y L. leucocephala 46± 1.2 cm y 4.7± 1.1 mm. Las plantas se colocaron en un arreglo regular, con una distancia aproximada de 1.5 m entre plantas y alternando las especies, para que quedaran distribuidas en todo el terreno, una ladera con una pendiente de 19-20.5° y exposición O (270-280°) y con características homogéneas de suelo. Al azar se seleccionó la mitad de las plantas de cada especie, a las cuales se añadió compost; las demás plantas se usaron como testigo (sin compost). El compost se elaboró en el sitio con restos de plantas de tomate, pasto y estiércol de bovino en proporciones casi iguales, se cubrieron con plástico negro y se degradaron durante tres meses, con remociones periódicas. El tamaño de las cepas fue 20 x 25 cm aproximadamente. Al trasplantar se añadió a cada cepa 500 mL de compost, mezclándolo con el suelo extraído de la misma en partes iguales (vol. 1:1); en el testigo la cepa se rellenó con el suelo extraído de la misma.

En febrero del 2010, ya iniciada la temporada seca, se eligió al azar la mitad de las plantas vivas de cada especie y tratamiento con compost para colocar un acolchado plástico; y el resto se usó como testigo (sin acolchado). La supervivencia entonces fue mayor a 90 % en L. leucocephala y L. divaricatum, y menor en D. viscosa (67 %). Alrededor del tallo de cada planta se colocó un cuadro de plástico, 40 x 40 cm color plata arriba y negro abajo. El pasto alrededor de cada planta en un radio de 20 cm se eliminó (con machete) para colocar el acolchado; el pasto en la vecindad de las plantas del grupo testigo se eliminó de la misma manera. Los tratamientos fueron: 1) compost, 2) acolchado, 3) compost y acolchado, y 4) testigo (sin compost ni acolchado), y el diseño experimental fue completamente al azar. Las variables de respuesta fueron supervivencia y crecimiento de las plantas. La supervivencia se registró bimestralmente de agosto 2009 a septiembre 2010, aunque para el análisis del efecto del acolchado se consideró el número de plantas vivas en febrero del 2010 (cuando fue aplicado) como el valor inicial (100 %).

Debido a que las plantas entran en reposo durante la temporada seca, las variables de crecimiento se registraron en todas las plantas vivas sólo durante las dos temporadas de lluvias en el periodo de estudio. Para el análisis se usó el aumento absoluto [diferencia entre los valores finales (septiembre del 2010) e inicial (agosto del 2009)] en diámetro basal del tallo y altura al ápice de cada planta. Cuando se encontró un efecto significativo del compost en el crecimiento, se cosecharon cinco plantas con y cinco sin composta un año después del trasplante, para analizar la asignación de biomasa a sus órganos. Durante la cosecha el suelo se humedeció y se excavó con una palita en aproximadamente 25 cm alrededor de cada planta; la raíz se extrajo y lavó cuidadosamente en una cubeta con agua y las plantas se transportaron al laboratorio, donde se limpiaron, se separaron en raíz, tallo y hojas, y se secaron 48 h en un horno a 80 °C y se pesaron.

Además se registró la temperatura del suelo cada hora, usando cuatro sensores de temperatura (Hobo Pendant UA-001-XX) enterrados a 7 cm de profundidad, dos bajo acolchado y dos en suelo sin acolchado, entre mayo y septiembre del 2010. El contenido de agua del suelo se midió tomando al azar cinco muestras de suelo (de 15 mL), bajo acolchado y cinco sin él al final de la temporada seca y al inicio las de lluvias (mayo y finales de junio del 2010). Las muestras se pesaron y secaron 72 h en un horno a 80 °C. El contenido gravimétrico de agua del suelo se determinó a partir del cociente entre el peso del agua de la muestra y el peso del suelo seco (Jury y Horton, 2004).

Análisis estadístico

El efecto de los factores experimentales en la supervivencia se analizó con un modelo lineal generalizado que evaluó el efecto de la especie, acolchado y compost en la proporción final de plantas vivas, usando un error binomial, una función de ligamiento logit, y el programa estadístico R. Con base en los resultados se analizaron detalladamente las diferencias en la supervivencia de cada especie debidas al acolchado de febrero a septiembre del 2010 con la prueba de rangos logarítmicos, que compara el tiempo que permanecen vivos los individuos en dos o más tratamientos. El crecimiento se analizó mediante análisis de varianza de dos vías para cada especie, considerando como factores al compost y al acolchado, ambos con dos niveles (presencia-ausencia), y como variables de respuesta a los incrementos (la diferencia entre los valores finales e iniciales) en el diámetro basal y la altura de cada planta; sólo se usaron los datos de las plantas vivas al final del experimento (septiembre del 2010). Previamente se verificó que se cumplieran los supuestos de normalidad y homocedasticidad de los datos. Al tener un efecto de los factores, las medias se compararon con la prueba de Tukey (p≤0.05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Supervivencia

El efecto de la especie y del acolchado en la proporción final de plantas vivas fue significativo (devianza 91.72, g.l.=2, p≤0.0001 y devianza 23.18, g.l.=1, p≤0.0001), pero no el del compost (devianza 0.059, g.l.=1 p=0.80), ni las interacciones entre factores (especie x acolchado p = 0.06, especie x compost p=0.30, acolchado x compost p=0.06). La supervivencia de las dos especies de leguminosas fue alta durante la temporada de lluvias y empezó a decaer desde marzo del 2010 (la época más seca del año), mientras que en D. viscosa se presentó mortalidad aproximadamente constante desde el inicio del experimento, y aumentó entre marzo y julio del 2010. Los porcentajes finales de supervivencia fueron 8 % para D. viscosa, 46 % para L. leucocephala y 61 % para L. divaricatum.

Un factor determinante de la supervivencia de las plantas fue el estrés hídrico durante la temporada seca, fenómeno común en los BTS (Ceccon et al., 2003, 2004; Álvarez y Williams-Linera, 2012), pero en este caso duró casi ocho meses (noviembre 2009 - junio 2010). La caída drástica se registró al final de la temporada seca, entre mayo y junio. La mortalidad mayor de D. viscosa puede deberse a que es afectada por el estrés hídrico, y susceptible al anegamiento, que es común durante los meses más lluviosos en la zona de estudio debido al contenido alto de arcillas del suelo. Otro factor que pudo incidir en la supervivencia fue la herbivoría, que no se cuantificó, aunque se observó que el follaje de L. leucocephala fue consumido por hormigas en la temporada de lluvias, igual que las hojas de D. viscosa durante la temporada seca.

El acolchado plástico aumentó significativamente la supervivencia de todas las especies, pero la magnitud del incremento dependió de la especie (Figura 1). Fue mayor en L. leucocephala (31 %, estadístico de rangos logarítmicos -2.79, p=0.005), mientras que en L. divaricatum (-2.03, p=0.42) y en D. viscosa fue menor y similar (18 y 17 %; estadístico de rangos logarítmicos -3.11, p≤0.001). En un BTS seco en Chamela, Jalisco, el acolchado plástico aumentó la supervivencia de tres especies arbóreas entre 30 y 65 % (Barajas et al., 2006), cifras similares o mayores a las del presente estudio. Esto puede deberse a que la ERT se encuentra a mayor altitud que Chamela, presenta temperaturas promedio menores y precipitación mayor (~980 mm en el NO de Morelos vs 740 mm en Chamela), por lo que es probable que las plantas enfrenten menos estrés hídrico.

En plantaciones forestales el acolchado plástico aumenta la supervivencia debido al contenido mayor de agua del suelo, que está disponible más tiempo para las plantas (De Byle, 1969). En sitios cubiertos con ceniza volcánica los acolchados orgánicos reducen la temperatura del suelo y la evaporación del agua, aumentando la supervivencia de plantaciones de pinos (Blanco y Lindig, 2005). En este estudio, el contenido gravimétrico del agua fue significativamente mayor en las muestras de suelo con acolchado, que sin él (t=2.827 g.l. 8 p=0.022) al final de la temporada seca (mayo del 2010), pero no difirió cuando iniciaron las lluvias (junio) (t=0.074, g.l. 8, p=0.943; Cuadro 1). La temperatura del suelo también fue afectada, sobre todo en mayo y junio; del análisis del cambio diario de la temperatura (Figura 2) destaca: 1) la temperatura promedio fue menor con acolchado, y las diferencias mayores ocurrieron entre las 12 y 20 h; 2) el intervalo de variación entre la temperatura máxima y mínima también se redujo con el acolchado. Las diferencias ocurrieron en las temperaturas media y máxima (4 a 5 °C). Ya iniciadas las lluvias la temperatura promedio no mostró diferencias entre ambas condiciones. Según Zegada-Lizarazu y Berliner (2001), Cenobio et al. (2004) y Barajas et al. (2006), los acolchados tienen un efecto amortiguador al reducir la temperatura del suelo, lo que resulta en una menor evaporación de agua.

Crecimiento

A pesar de que D. viscosa fue la especie con la mortalidad mayor, las plantas sobrevivientes presentaron diámetro y altura mayor que las de las otras dos especies. Las dos especies de leguminosas sólo registraron aumentos del diámetro durante la temporada de lluvias, sin cambios en la altura (Figura 3). Este crecimiento pobre se explica por las condiciones de la zona de estudio, con suelos compactos y arcillosos, y una temporada seca prolongada, lo que provoca que las plantas trasplantadas con frecuencia no crezcan e incluso reduzcan su altura por mortalidad de los ápices durante el primer año después de la plantación (Ulloa, 2006; Castellanos-Castro y Bonfil, 2010). El acolchado y el compost no cambiaron el crecimiento de L. leucocephala ni de L. divaricatum (Cuadro 2), excepto el aumento en diámetro de L. leucocephala, que fue ligeramente mayor (1.5 mm) en las plantas con compost que en las testigo. Las diferencias entre los tratamientos fueron más evidentes desde julio del 2010, casi un año después de la aplicación de compost. Este análisis no pudo realizarse con D. viscosa debido al número bajo de plantas vivas al final del experimento, lo cual evitó tener un tamaño de muestra adecuado.

El efecto escaso del compost en el crecimiento de las plantas se puede deber a la respuesta baja o nula a la adición de nutrientes que es común en otras especies del bosque tropical caducifolio (Huante y Rincón, 1994; Huante et al., 1995). Además, en las leguminosas como L. leucocephala con frecuencia se presentan nódulos de bacterias fijadoras de nitrógeno; no se han reportado en L. divaricatum, pero sí en otras cinco especies del género (Sprent, 2005). Además de aportar nutrientes, el compost modifica la estructura del suelo y favorece el crecimiento radicular (Dalzell et al., 1991, Giusquiani et al., 1994). L as plantas de L. leucocephala con compost presentaron tendencias no significativas de producción mayor de raíces finas (promedio ± e. e. 0.53 ±0.11 g con compost, 0.33±0.17 g sin compost, t=2.12, p=0.066; Figura 4) y crecimiento del vástago (t=2.29, p=0.051).

CONCLUSIONES

La supervivencia alta de Leucaena leucocephala y Lysiloma divaricatum permite usarlas con éxito en la reforestación de zonas con condiciones ambientales y tipo de vegetación similares a las probadas.

El acolchado es una técnica útil y barata que permite aumentar la supervivencia de especies arbóreas en sitios con estacionalidad marcada en la precipitación. Los resultados de la aplicación de compost fueron limitados y difirieron entre especies, por lo que se requieren más estudios por un mínimo de dos años antes de recomendar su uso en plantaciones.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a P. Mendoza-Hernández, A. Mendoza-Segovia, W. Tobón, Y. Gómez-Cirilo, J. Illescas, B. Barrales y F. Ayala por su ayuda en el trabajo de campo. Se agradece a la DGAPA de la UNAM por el financiamiento del proyecto PAPIIT-IN218612.

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