Introducción

El suelo es el recurso del cual depende la humanidad, por los diferentes beneficios que aportan, no obstante, ha sufrido un deterioro en los últimos años debido al crecimiento de la población, misma que demanda una mayor cantidad de bienes y servicios, lo cual está propiciando los cambios de uso del suelo para la agricultura, ganadería y asentamientos humanos (^{FAO, 2015}; ^{Leija-Loredo et al., 2016}; ^{Nene Preciado et al., 2017}).

El carbono orgánico del suelo (COS) y el nitrógeno total (Nt) son elementos importantes para el desarrollo de los diferentes tipos de vegetación. La calidad del suelo está relacionada con la cantidad de estos elementos que son secuestrados (^{FAO, 2017}), además los diferentes usos del suelo juegan un papel primordial en la distribución y cantidad de dichos elementos (^{Burbano Orjuela, 2018}; ^{Xue & An, 2018}). Asimismo, gran parte de la vegetación regula su crecimiento a través de la fijación del carbono (C) y el nitrógeno (N) por medio de la fotosíntesis (^{Lv et al., 2021}). Las reservas más importantes de carbono se encuentran en el suelo, contiene más que la vegetación terrestre y el carbono orgánico en conjunto; sin embargo, es uno de los recursos más vulnerables ante el cambio climático, el cambio de uso de suelo, la erosión y la degradación (^{FAO, 2017}). Se ha estimado que la reserva de carbono en el suelo es de alrededor de 2 300 PgC en los primeros tres metros de profundidad (^{FAO, 2017}). No obstante, las diferentes actividades antropogénicas, han provocado una pérdida de esta reserva, ya que se estima que, en las primeras décadas de cultivarse el suelo, principalmente por la agricultura, se libera a la atmosfera más del 50 % de carbono (^{Amundson et al., 2015}).

Por otra parte, un análisis sobre la dinámica del carbono orgánico en el suelo reveló que esta depende de varios factores, entre ellos el clima, el origen del suelo, el manejo actual e histórico del sistema de producción y las características específicas de cada ecosistema. Además, es común que los estudios se enfoquen en la sustitución de la vegetación, sin considerar el impacto acumulativo a largo plazo. Esto subraya la necesidad de investigaciones más integrales que evalúen los efectos del manejo del suelo y los cambios en la vegetación sobre la dinámica del carbono (^{Galicia et al., 2016}).

Un estudio realizado en el sureste de México, sobre el almacenamiento de carbono reveló un importante potencial tanto en la vegetación como en los suelos de los bosques templados en el secuestro de carbono de la atmósfera, donde encontraron valores estimados entre 200 y 327 Mg ha^-1, lo que subraya la capacidad de estos ecosistemas para retener carbono de manera significativa (^{Leyva-Pablo et al., 2021}). Estos hallazgos indican la importancia crucial del manejo sostenible del suelo y vegetación, ya que el uso adecuado de estos recursos es fundamental para maximizar su capacidad de almacenamiento de carbono y mitigar los efectos del cambio climático (^{Monreal et al., 2005}).

En México, los Luvisoles cubren una superficie de 17.7 millones de hectáreas, principalmente en los estados de Guerrero, Oaxaca, Campeche, Península de Yucatán, así como la Sierra Madre Occidental, siendo uno de los suelos más fértiles, usado principalmente para la actividad agrícola (^{INEGI, 2013}; ^{IUSS, 2015}).

En el estado de Oaxaca se ha practicado el cambio de uso del suelo de forestal a agrícola, incorporando áreas que originalmente fueron bosques en laderas con elevadas pendientes (20-60%) para el cultivo de maíz, siendo una agricultura de subsistencia a pequeña escala debido a las condiciones socioeconómicas y a la tenencia de la tierra, en el cual aproximadamente el 80% del uso agrícola se realiza en laderas (^{Vergara-Sánchez et al., 2005}).

En la Sierra Sur del estado de Oaxaca, se ha dado el cambio de uso de suelo de forestal a agrícola y pastizal, y posteriormente a otros usos, en laderas, y se desconoce el efecto de dicho cambio en las propiedades químicas del suelo. Con base en lo anterior, el objetivo de este estudio fue evaluar el contenido de materia orgánica, carbono orgánico y nitrógeno en un Luvisol, bajo diferentes usos del suelo: pastizal, agrícola, plantación de pino, bosque de pino (control) y agropecuario, en la microcuenca Río La Venta, Copalita, Oaxaca, México.

Métodos

Área de estudio

Se encuentra en la parte alta de la microcuenca Río La Venta, Copalita, Oaxaca, México, en las coordenadas UTM Zona 14: 776000 E y 1792800 N (Figura 1). Presenta un clima templado húmedo (Cw) (^{García, 2004}), con lluvias en verano, precipitación media anual mayor de 1 300 mm, con una máxima durante el mes de julio de 215 mm y mínima en febrero menor a 10 mm. La temperatura media anual de 18 a 20 °C, máxima en abril y mayo de 24 °C y mínima de enero y diciembre de 0 a 5 °C. Además, presenta un suelo de tipo Luvisol (^{INEGI, 2013}; ^{IUSS, 2015}).

Figura 1 Ubicación del área de estudio. 

Resultados

El contenido de MOS, COS, Nt, relación C:N y DA, así como las reservas de COS y Nt para las profundidades de 0-10 y 10-30 cm en los cinco usos de suelo, se muestran en la Tabla 3, donde la profundidad de 0-10 cm, presentó los valores más altos para las variables evaluadas, comparado con la profundidad de 10-30 cm.

Los valores más altos de MOS, COS y Nt los presentó el bosque de pino, para la profundidad de 0-10 cm, con valores promedios de 15.70, 9.11 y 0.54%, respectivamente; el uso agrícola, presentó los valores más bajos para MOS, COS y Nt, con valores promedio de 9.05, 5.33 y 0.35%, respectivamente. Para la relación C:N, los valores promedio variaron de 17.01 (pastizal) a 14.70 (plantación de pino) (Cuadro 3).

Para la profundidad de 10-30 cm, los valores más altos de MOS, COS y Nt, los presentó el pastizal, con valores promedios de 10.90, 6.40 y 0.39%, respectivamente. Contrastando con los resultados obtenidos para el uso agrícola, que presentó los valores más bajos para MOS, COS y Nt, con valores promedios de 7.30, 4.31 y 0.26%, respectivamente. Para la relación de C:N, los valores promedio variaron de 16.52 (pastizal) a 14.21 (agropecuario) (Tabla 3).

Con base en los resultados de la prueba de Kruskal-Wallis se encontró diferencias significativas (p≤0.05) en la variable MOS y COS para la profundidad de 0-10 cm (Tabla 4). Sin embargo, para la profundidad de 10-30 cm, ninguna de las variables mostró diferencias significativas (p≤0.05) (Tabla 4).

Así mismo, se realizaron las pruebas de Post Hoc de Kruskal-Wallis para muestras independientes con comparaciones por pares con corrección de Bonferroni para usos del suelo, en las cuales las variables MOS y COS mostraron diferencias significativas en la combinación agrícola-pastizal y agrícola-bosque, y las variables MOS, COS y Nt en la combinación agrícola-bosque para la profundidad de 0-10 cm (Tabla 5). Para la profundidad de 10-30 cm, ninguna de las variables evaluadas mostró diferencias significativas de acuerdo con esta prueba.

Discusión

El cambio de uso de suelo afecta el contenido de carbono y nitrógeno, principalmente cuando se pasa de vegetación nativa a pastizal, tal como lo señalan (^{Martínez Soto et al., 2023}), quienes encontraron una reducción en COS y Nt de 23 y 26%, respectivamente. Sin embargo, para el presente estudio presentó una reducción en COS de 23% y para Nt de 22% en promedio para la profundidad de 0 a 30 cm.

En este estudio, la relación C:N fluctuó de 14.21 a 16.52%, lo que puede permitir la proliferación de microorganismos descomponedores de la materia orgánica, ya que cuentan con suficiente carbono para ser usado como fuente de energía y nitrógeno para sintetizar sus proteínas, lo que facilita la mineralización del carbono para ser aprovechado por los vegetales en los diferentes usos del suelo evaluado (^{Cantú Silva & Bejar Pulido, 2024}).

De acuerdo con ^{Cantú Silva & Luna Robles (2022)}, señalan que relaciones de C:N entre 10 y 14 evidencian una buena calidad de MOS y que potencialmente existe un adecuado funcionamiento de los microorganismos en la descomposición de la materia orgánica. Al respecto, los valores calculados en el presente estudio se encuentran por arriba de la buena calidad de mineralización.

De acuerdo con los resultados obtenidos de las variables evaluadas en los diferentes usos del suelo, se observó que existe efecto por el cambio de uso de suelo para el contenido de MOS, COS y Nt para la profundidad de 0 a 10 cm. Estos resultados concuerdan con lo señalado por Medina-Méndez et al (2019), quienes cuantificaron el contenido de materia orgánica en un suelo de tipo Luvisol en el estado de Campeche en un sistema de cultivo continuo de maíz comparado con un sistema de vegetación natural, encontrando una disminución de la materia orgánica de 5.28 a 3.59% después de 16 a 30 años de cultivo. Por otra parte, ^{Cantú Silva & Yañez Díaz (2018)}, encontraron en un Vertisol que el contenido de COS y Nt fue menor en el uso agrícola; sin embargo, en matorral fue mayor para la profundidad de 0-10 cm, estos resultados fueron menores a los obtenidos en el presente estudio.

Los altos valores de COS y Nt en el bosque de pino, coinciden con lo reportado por ^{Madrigal Reyes et al. (2019)} quienes evaluaron estas variables encontrando valores más altos para la profundidad de 0-10 cm para bosque de pino, bosque de pino-Alnus y bosque de oyamel, en el cual mencionan que existe una influencia de la pendiente, la cobertura y profundidad del suelo. ^{Vela Correa et al (2012)}, encontraron en suelos de conservación de la ciudad de México, mayor contenido de COS en suelos reforestados con Abies religiosa (Kunth Schltdl. et Cham.), Pinus spp. y Pinus-Cupressus, sin embargo, los suelos agrícolas contenían la mitad del COS que los suelos forestales.

En el presente estudio, el pastizal fue el segundo uso con mayor contenido de las variables de MOS, COS y Nt, esto debido a la gran cantidad de raíces finas que genera año con año, lo anterior coincide con lo reportado por (^{Yerena Yamallel et al., 2014}).

^{Karuku & Mochoge, (2016)} determinaron el contenido de nitrógeno en un suelo tipo Luvisol en Kutamani, Kenia, encontrando para la profundidad de 0-15 cm un 39% de N, y para la profundidad de 15-30 cm un 42.1% de N, los cuales son superiores a los observados en el presente estudio.

^{Wabusya et al. (2020)}, mencionan que la agricultura a pequeña escala reduce el contenido de COS en el suelo, y que coincide con los resultados obtenidos en el presente estudio respecto al contenido de COS para el uso agrícola. Por otra parte, ^{Soto et al., (2016)} realizaron una investigación en parcelas agrícolas en Tlaxcala, México, en el que evaluaron el contenido de MOS, COS y Nt, así como la relación C:N, en el cual los resultados obtenidos fueron menores a los encontrados en esta investigación para el uso agrícola.

En Buenos Aires, Argentina, se encontró que las plantaciones de pino y pastizal secundario presentaron un incremento del COS, ya que, al realizarse la reforestación de pino en áreas de pastizal, permitió mejorar el nivel de carbono en el suelo (^{Di Gerónimo et al., 2018}), por lo que es una práctica recomendable para mejorar las propiedades del suelo, tal como lo están realizando algunos pequeños propietarios, ejidos y comunidades del área de estudio.

El cambio de uso del suelo influye en las variables evaluadas, en las cuales se pudo observar diferencias en el contenido de MOS, COS y Nt, lo cual coincide con las mencionadas por (^{Wiesmeier et al. (2015)} en una investigación realizada sobre el impacto de diferentes usos del suelo en el almacenamiento de COS en el Sureste de Alemania, donde encontraron que los efectos del uso de la tierra se vieron fuertemente afectadas por los usos del suelo en el almacenamiento COS.

Las reservas de Carbono y Nitrógeno están influenciadas por los cambios de usos del suelo, así como de las diversas prácticas de manejo, pero también por los ciclos bioquímicos (^{Cocotle Romero et al., 2022}). El contenido de nitrógeno total en todos los usos del suelo se encuentra en una valoración media, de acuerdo con la clasificación para suelos de origen volcánico que establece la NOM-02-RECNAT-2000 (^{SEMARNAT, 2002}), lo cual indica que en el Bosque de pino y demás usos de suelo, este macronutriente está disponible para su desarrollo.

Por otra parte, ^{Álvarez-Arteaga et al. (2013)} estimaron el almacén de carbono orgánico en bosque montano de niebla en la Sierra Norte de Oaxaca, en el cual encontraron una mayor reserva comparado con esta investigación.

El almacenamiento de carbono orgánico del suelo tipo Luvisol en los diferentes usos varió de 50.59 a 66.01 Mg ha^-1 a la profundidad de 10 cm. Estos valores son mayores a los reportados por (^{Castillo et al. (2016)}, quienes evaluaron diferentes coberturas y cultivos en la cuenca del Río Mololoa, Nayarit, México, y a los reportados por ^{Cantú Silva & Luna Robles (2022)} en un suelo tipo Umbrisol en bosque de pino encino en Durango, pero similares a los valores reportados por ^{Álvarez-Arteaga et al. (2013)} para diferentes sistemas agroforestales en el municipio Líbano, Tolima, Colombia con almacenamiento de nitrógeno total de 3.50 a 4.36 Mg ha^-1. Para la profundidad de 10 a 30 cm, el Luvisol acumuló 56.82% del total del COS en el bosque de pino y 72.03% en el pastizal. Asimismo, respecto al reservorio de Nitrógeno total en esta profundidad, el bosque de pino acumuló 56.56%, y la plantación de pino 71.78%.

El Luvisol en el perfil de profundidad de 0 a 30 cm tiene un alto potencial para la reserva de COS y Nt, pues la media entre los usos evaluados promedió un total de 160.63 y 10.38 Mg ha^-1, respectivamente. Los valores obtenidos en el presente estudio son mayores a los reportados por ^{Martínez Soto et al. (2023)} en dos usos de suelo a la profundidad de un metro en un suelo tipo Cambisol, en donde se observó el potencial que tienen los pastizales para la reserva de COS y Nt, así como de la vegetación de Matorral Espinoso Tamaulipeco. Así mismo, ^{Cantú Silva & Bejar Pulido (2024)}, mencionan que el cambio de uso del suelo de forestal a uso agrícola tiene un efecto significativo en el reservorio de Carbono orgánico y de nitrógeno total en un suelo tipo Andosol. Por otra parte, ^{Cantú Silva & Luna Robles (2022)} señalan que los tratamientos silvícolas como Matarrasa y Arboles padre en Bosque de pino influyen en la reserva de COS y Nt, al acelerar la incorporación del material orgánico al suelo.

Finalmente, ^{Foote et al. (2015)}, con base en una investigación realizada en Canadá y Estados Unidos, mencionan que existe un incremento en el contenido de C y N en el suelo después de dos décadas del aprovechamiento, debido a la acumulación de la materia orgánica. Lo que indica que es un proceso lento, y en este sentido la microcuenca Río La Venta, Copalita, debe mantener la cobertura forestal, debido a que es área con un alto potencial para la reserva de Carbono y Nitrógeno.

Conclusiones

Existe un efecto por el cambio del uso del suelo en el contenido de las propiedades químicas evaluadas, destacando la importancia de la cobertura forestal, al ser el bosque de pino el uso de suelo que presentó los valores más altos.

El suelo tipo Luvisol en la microcuenca es un importante reservorio de COS y Nt en los diferentes usos a la profundidad de 0 a 30 cm.

Los resultados obtenidos servirán de base para la toma de decisiones en el manejo de los diferentes usos de suelo de la microcuenca Río La Venta, Copalita, Oaxaca.