Reforestation assessment in the formation of soil from tepetates

Gabriela Rebeca Ávila-Campuzano¹; Ma. del Carmen Gutiérrez-Castorena^1*; Carlos A. Ortiz-Solorio¹; Efraín Ángeles-Cervantes²; Patricio Sánchez-Guzmán¹

¹ Programa de Edafología, Colegio de Postgraduados Campus Montecillo, km 36.5 Carretera México-Texcoco, Montecillo, Estado de México, C. P. 56230. Correo-e: carmen.gutierrez.castorena@gmail.com (*Autor para correspondencia) Correo-e: carmen.gutierrez.castorena@gmail.com

² Laboratorio de Ecología e Hidrología de Bosques. Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, Universidad Nacional Autónoma de México. C. P. 09230. MÉXICO.

RESUMEN

Para restaurar la vegetación de los lomeríos con tepetate y enmendar los problemas ambientales, la Comisión del Plan Lago de Texcoco inició en 1973 un programa de conservación del suelo y del agua, a través de la reforestación en la zona de lomeríos y la pastización en las áreas bajas en los terrenos del ex Lago de Texcoco. Han pasado 37 años, y son escasos los estudios donde se evalúe el impacto directo de las reforestaciones sobre la formación del suelo y la recuperación de sus funciones como parte del ecosistema. El presente estudio se realizó en la zona oriente del Estado de México, en donde se evaluaron los impactos edáficos de diferentes plantaciones-forestales (cedros, eucaliptos, pinos y casuarinas) sobre áreas con tepetate rojo. Se describieron tres perfiles de suelo por plantación y se realizaron análisis físicos, químicos y micromorfológicos. Los resultados evidencian que tanto las casuarinas como los cedros, son las especies que forman suelo en menos tiempo y favorecen la captación y almacenamiento del agua; mientras que los pinos y eucaliptos, si bien se adaptan favorablemente en estas condiciones ambientales, su influencia en la restauración ambiental es menor.

Palabras clave: Texcoco, tepetate, Cupressus, Pinus, Casuarina, Eucalyptus.

ABSTRACT

In 1973 the Commission of the Lake Texcoco Plan initiated a soil and water conservation program, through the reforestation of the hilly zone and restoration of the grassland in the low areas in the lands of the former lake bed. It has been 37 years, and there are few studies that assess the direct impact of reforestation on soil formation and the recovery of its functions as part of the ecosystem. The present study was conducted in the eastern part of the State of Mexico, in order to evaluate the impact of different forest plantations (cedar, eucalyptus, pines and casuarinas) on soil formation in a red tepetate area. Three soil profiles were described for each planting, and physical, chemical and micromorphological analyses were carried out. Results show that casuarinas and cedars are the species that contribute the most to soil formation and increase the water retention capacity in the area. Although pines and eucalyptus adapt favorably to these environmental conditions, their influence in environmental restoration is considerably lower.

Key words: Texcoco, tepetate, Cupressus, Pinus, Casuarina, Eucalyptus.

INTRODUCCIÓN

En el Valle de México existen zonas severamente erosionadas, en donde afloran materiales denominados tepetates (Alfaro et al., 1992), que cubren una superficie estimada de 30,700 km² (Zebrowski, 1992; Navarro et al., 2004); este daño se debe a la ausencia de vegetación que incrementa su susceptibilidad a la erosión hídrica, debido a que los tepetates se caracterizan por su dureza, baja porosidad, limitada actividad biológica y bajo nivel de fertilidad, el cual demerita o impide su uso agrícola (Gama-Castro et al., 2007). Para restaurar la vegetación de los lomeríos y subsanar los problemas ambientales, en 1973 la Comisión del Plan Lago de Texcoco inició un programa de conservación del suelo y del agua, a través de la reforestación, con la finalidad de controlar el proceso erosivo de los tepetates, y la pastización en las zonas bajas, para evitar las constantes tolvaneras y retener agua para propiciar la recarga de acuíferos (Llerena y Sánchez, 1992; Pimentel, 1992).

Adame (1991) evaluó las reforestaciones de la zona oriente y encontró que las especies con mayor desarrollo fueron Cupressus lindleyi, Pinus montezumae, Pinus radiata y Pinus michoacana, sobre todo en tepetates rojos. Sin embargo, no se determinó el grado de desarrollo del suelo y a qué velocidad lo están haciendo. Sin suelo no se puede captar y almacenar agua, y los escurrimientos superficiales y erosión impedirán la recarga de los mantos acuíferos (Gama-Castro et al., 2007).

Cuando un suelo está degradado pierde prácticamente todas sus funciones (Brady y Weil, 1999), ya que la vegetación tiene influencia directa en la meteorización, estructura y porosidad, e indirecta en el almacenamiento y percolación del agua (Porta et al., 1999). No obstante, son escasos los estudios donde se evalúe el impacto directo de las reforestaciones con diferentes especies en la formación del suelo, y por ende en el cumplimiento de sus funciones como parte del ecosistema.

El objetivo de la presente investigación fue determinar el impacto de diferentes plantaciones de especies forestales en las propiedades edáficas y formación de los suelos a partir de tepetates rojos en Texcoco, Estado de México.

MATERIALES Y MÉTODOS

Localización geográfica

El área de estudio se localiza cerca del poblado de San Miguel Coatlinchán, Estado de México, sobre la ladera occidental del cerro Tláloc, entre los 19°26' y 19°27' de latitud norte y los 98°48' y 98°52' de longitud oeste (Figura 1). La formación de la cuenca de México data aproximadamente del Terciario Medio (Mooser, 1961). Las rocas que predominan son andesitas, además de corrientes lávicas, estratos de toba y brecha (Valdéz, 1970). El clima (Cw2(w)bi) es el más húmedo de los templados, subhúmedo con lluvias en verano (García,1981). La temperatura media anual del suelo es mayor o igual a 15 °C, pero menor que 22 °C. Los principales suelos en las zonas con obras de recuperación y reforestación son Litosoles y Feozems (Arias y García, 1992).

A través de imágenes satelitales obtenidas en internet en el sitio www.google.maps y de recorridos de campo, se seleccionaron áreas reforestadas que fueran dominantes, homogéneas, con el mismo material parental y diferente pendiente. Se trabajó con plantaciones de cinco especies forestales, que de acuerdo con la superficie de la plantación estudiada son: Pinus teocote Schltdl et Cham (7.10 ha), Cupressus lusitánica Miller (3.38 ha), Pinus montezumae Lamb (3.23 ha), Casuarina equisetifolia Forst (1.29 ha) y Eucalyptus globulus Labill (1.03 ha). En cada sitio se describieron tres perfiles con base en el manual de Cuanalo (1975), en la parte alta, media y baja de la reforestación. Se colectaron muestras alteradas para los análisis de laboratorio e inalteradas para la elaboración de secciones delgadas. La conductividad hidráulica (Kfs) se determinó directamente en campo a través de un permeámetro Guelph 2800K1 con base en la metodología propuesta por Reynolds y Elrick (1985).

Los análisis efectuados fueron: textura, densidad aparente (DAP), pH (agua-suelo relación 2:1), carbono orgánico (CO), capacidad de intercambio catiónico (CIC), porcentaje de saturación de bases (PSB), retención de humedad (a 33 kPa y 1,500 kPa); todas las metodologías fueron extraídas del Manual de Van Reeuwijk (2003). También se determinó el color en seco y en húmedo con la carta de colores Munsell. Las secciones delgadas se realizaron de acuerdo con el método de Murphy (1985) y se describieron con base en el trabajo de Bullock et al. (1985).

Finalmente, para establecer la edad de las plantas y por tanto de las plantaciones se colectaron núcleos vegetales de cada una de las especies arbóreas de acuerdo con Grissino-Mayer (2003); después se les marcaron los anillos visibles (Stahle et al., 2000), y las anomalías fueron eliminadas para evitar errores en la determinación de su edad (Kuo y McGinnes, 1973). En especies como Casuarina y Eucaliptos fue difícil la observación de anillos, por lo que se tuvo que consultar en la SARH (1990) sobre el registro histórico de las plantaciones.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las plantaciones forestales en la formación de suelos

En el Cuadro 1 se reportan los horizontes genéticos y las propiedades edáficas de un perfil de cada especie forestal. Los resultados de este trabajo mostraron que las especies forestales influyen de diferente manera en la formación del suelo. En todas las plantaciones ocurre un horizonte orgánico (2-8 cm de espesor) con ligera descomposición (Oi), además del horizonte A. No obstante, el espesor y subdivisiones entre horizontes varían con el tipo de reforestación, sobre todo en las plantaciones de casuarinas y cedros. En estas plantaciones, la acumulación de carbono orgánico (de 6 hasta 81 %) en los horizontes superficiales y la mineralización hasta 35 cm de profundidad, además de la presencia abundante de raíces, generaron un horizonte A con dos subdivisiones (A1 y A2). Diversos autores mencionan que la incorporación de los materiales orgánicos humificados en el suelo es la responsable de la formación de los horizontes A (Porta et al., 1999); además, es el principal vinculo entre el suelo y las plantas, ya que ahí se concentran los nutrimentos (Chadwick y Graham, 2000).

En las plantaciones de pinos y eucaliptos la influencia de la acumulación de CO es menor que en cedros y casuarinas. Los horizontes Bw que ocurren en estas plantaciones, no se formaron como resultado de la actividad de las especies forestales sino que constituyen al suelo original, y por procesos de erosión o terraceo afloraron a la superficie. Algunos de ellos incluso conservan sus características diferenciadoras (estructura y color) en la superficie, como en el caso de los eucaliptos, lo que indica su poca influencia en la formación de procesos edáficos (Foss et al., 1983). Finalmente, se tiene a los horizontes C o a las transiciones AC, que ocurren principalmente en las plantaciones de pinos, que significa poca influencia en la formación de suelos (Soil Survey Staff, 2010).

En cuanto a las propiedades edáficas de las diferentes plantaciones, se encontró que las texturas francas se presentan en las plantaciones de casuarinas, las gruesas en las de pinos y las más finas en las de los cedros; estas diferencias están relacionadas con el tipo de material parental que afloró durante la formación de la terraza (SARH, 1990). La densidad aparente es más baja en los horizontes superficiales (de 0.34 a 1.32 g·cm^-3) y se incrementa hasta 1.7 g·cm^-3 en el tepetate inalterado, como resultado del proceso pedogenético (Brady y Weil, 1999). El mayor porcentaje de retención de humedad (60-70 %) ocurre en las plantaciones de cedros en comparación con las de otras especies (entre 20-40 %). Este porcentaje puede estar relacionado con la presencia de texturas finas en las plantaciones forestales y con la acumulación de materia orgánica (Baldock y Nelson, 2000). Finalmente, para el pH y las bases intercambiables se encontró que en las plantaciones de eucaliptos y las de casuarinas ocurren en suelos con un pH de 5-5.9, con PSB menores de 50, por lo que están generando que se lave y acidifique el suelo, ya que el tepetate rojo original tiene un pH alcalino 7.5 (Etchevers et al., 1992). En el caso de las plantaciones de pinos y cedros presentan diferentes reacciones (5.0 a 7.8), con PSB incluso hasta de 100 %. Brady y Weil (1999) indican que los pinos tienden a acidificar el suelo al no reciclar el Ca²⁺ y el Mg²⁺, por lo que las diferencias en comportamiento deben estar relacionadas con la naturaleza del material parental y con las condiciones climáticas (Boul et al., 1997). La CIC es en general irregular debido al diferente contenido, tipo y grado de descomposición de la materia orgánica y clase textural (Porta et al., 1999). El color del suelo en casuarinas y eucaliptos (horizontes O y A) es más oscuro tanto en seco como en húmedo en las plantaciones, debido a que el proceso de melanización es más intenso; mientras que en los cedros resulta insignificante por sus colores claros (Boul et al., 1997). Estas diferencias en la biodegradación pueden estar relacionadas con la composición química de la materia orgánica, la cual está determinada por la cantidad de ligninas (Porta et al., 1999).

Generalmente, las plantaciones de Casuarina se desarrollan en suelos de texturas arenosas (Malik y Sheikh, 1983; Midgley et al., 1986; Xu y Long, 1983); aunque en la zona de estudio crecen en texturas medias con pendientes terraceadas.

Análisis micromorfológico

Las plantaciones que presentan mayor actividad biológica son las de casuarina, debido a que tienen el mayor porcentaje de microestructura migajosa y granular (de 25-35 %) y alto porcentaje de poros de empaquetamiento compuesto (65-70 %) (Figura 2); en contraste con las plantaciones de pinos y cedros. Además, la actividad de microorganismos fue diferente de acuerdo con la plantación: en casuarinas y eucaliptos dominó la mesofauna (lombrices), y en los cedros los ácaros. Las lombrices modifican la estructura del suelo y la estabilidad de agregados (Tomlin et al., 1995); mientras que los ácaros tienen un papel importante en la descomposición de la materia orgánica (Coleman y Crossley, 1996), acelerando el proceso de descomposición, a través de la fragmentación de los residuos orgánicos del litter (Hendrix, 1995). En las plantaciones de pino no se observaron restos de excrementos. Finalmente, en pinos y cedros se observaron fragmentos de vegetales carbonizados, lo cual indica que ocurrió un incendio forestal.

Evaluación de la conductividad hidráulica

Las plantaciones con pinos (teocote y montezumae), cedros y casuarinas incrementan de manera significativa la conductividad hidráulica saturada (Kfs) en aproximadamente 18, 10, seis y tres veces más con respecto al tepetate (0.04517; 0.02512; 0.0159; 0.00707 y 0.00246 cm·seg^-1, respectivamente). Por el contrario, los eucaliptos la reducen a 0.00062 cm·seg^-1; es decir, cuatro veces menos. Los efectos de las plantaciones sobre la Kfs ocurren en al menos 30 años. Lo anterior es importante si se considera que las reforestaciones con eucaliptos son las más utilizadas en la restauración de suelos, por lo que se recomienda realizar estudios semejantes en otras regiones del país bajo distintos ambientes que permitan conocer la magnitud de estos resultados.

La capacidad de infiltración de un tepetate desnudo es en promedio de 1,083 L·seg^-1·ha^-1; mientras que las áreas reforestadas con P. montezumae y cedros infiltran 36,000 y 23,261 L·seg^-1·ha^-1 respectivamente; es decir, 33 y 21 veces más que en los afloramientos de tepetate. Cuando se compararon estos datos de infiltración con los reportados por García et al. (2008), se encontró que las plantaciones de pinos y cedros tienen una tasa de infiltración similar a la de un bosque de encinos y a la de una selva baja caducifolia sin perturbar en la reserva de la biosfera Sierra Gorda.

Edad de las plantaciones

Los cedros y los pinos estudiados expresan muy bien la formación de sus anillos, en contraste con los eucaliptos y las casuarinas (Figura 3). Esto se debe a que los primeros corresponden a especies nativas de bosques templados con estacionalidad marcada (López et al., 2006), en tanto que los segundos son especies tropicales de origen australiano con una gran cantidad de lignina, proteína que oscurece la madera (Martínez et al., 2006). Aparentemente los anillos poco definidos indican condiciones severas de sequía (Gourlay, 1995), aunque también depende de la adaptabilidad de la especie (Bouriaud et al., 2005); por ejemplo, cedros vs. pinos, bajo las mismas condiciones ambientales.

El análisis de los anillos de crecimiento indica que la edad de las plantaciones para cedros y pinos (P montezumae y P. teocote) es de 33, 27 y 25 años, respectivamente. En el caso de los eucaliptos y de las casuarinas, los registros de la SARH (1990) indican que las plantaciones tienen 37 años.

En términos de tasa de formación de suelo (propiedades edáficas, profundidad del suelo y edad de las plantaciones), son los eucaliptos y las casuarinas los más relevantes en la zona (1.43 y 1.35 cm por año en promedio, respectivamente), a diferencia de los pinos (teocote y montezumae), donde su influencia es menor (0.6 y 0.9 cm por año en promedio). En suelos formados por cenizas volcánicas se ha reportado 1.3 cm por año (Mohor y Van Baren, 1954), lo que significa que los eucaliptos aceleran el proceso de formación de suelos, aun en materiales endurecidos como los tepetates (Zebrowski, 1992).

CONCLUSIONES

En el oriente del Estado de México y sobre los afloramientos de tepetate rojo, las plantaciones con cupressus y casuarinas son las especies forestales que resultan benéficas para la restauración del ambiente en términos de formación de suelos en un periodo de 35 años. En el caso de los pinos (montezumae y teocote), si bien se adaptan a estas condiciones, su influencia en la formación de suelos se considera escasa. Finalmente, los eucaliptos forman suelo pero lo acidifican y aceleran el lixiviado de bases en tepetates rojos; además, reducen la tasa de infiltración del agua en el suelo. En nuestro país se reforestan vastas áreas con eucaliptos, por lo que se recomienda evaluar su impacto en la formación de suelos, ya que pueden no ser útiles desde el punto de vista de restauración ambiental.

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