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Introducción
La producción de café en Chiapas, es una de las actividades productivas más importantes en términos económicos, sociales, culturales y ambientales. Participan en ella 83 de los 118 municipios de la entidad con alrededor de 186 mil productores en una superficie de 260 129.43 ha y una producción de 402 099.78 toneladas de café cereza (SAGARPA, 2014). Con aproximadamente 12,000 ha es la principal actividad económica dentro del polígono de la Reserva de la Biósfera El Triunfo (REBITRI) ubicada en la Sierra Madre de Chiapas, particularmente en los municipios de Ángel Albino Corzo, Montecristo de Guerrero y La Concordia, en donde representa la principal fuente de ingresos de la población y también la principal amenaza de la pérdida de biodiversidad y servicios ecosistémicos asociados a esta área natural protegida (López et al., 2011).
El café dentro de la REBITRI se cultiva en pequeñas áreas (80% de los productores tienen superficie menores de 2 ha) con pendientes mayores de 30 grados. Las plantaciones se caracterizan por su edad avanzada, variedades susceptibles a la enfermedad de la roya, pocas prácticas de manejo (sólo control de malezas, poda y desombre) y los rendimientos bajos y variables con una media de 12 Qq / ha (±7.7) y totalmente dependientes de la fertilidad natural complementada con la humificación y mineralización de la materia orgánica de la hojarasca proveniente de las plantas de café y árboles de sombra. El 90% de los productores no tienen la cultura de aplicar nutrientes al suelo y los pocos que fertilizan carecen de sustento técnico para determinar los nutrientes, cantidades, épocas y las fuentes que deben aplicarlos. Los daños severos de la roya en los últimos 2 años, con pérdidas de hasta 70% de la producción, han incentivado a los productores a mejorar sus prácticas de manejo, especialmente la fertilización (Castiaux et al., 2014).
El objetivo de este estudio fue analizar las principales propiedades de los suelos cafetaleros como un primer insumo para diseñar un programa de nutrición que coadyuve a mejorar de manera sustentables los niveles de productividad y rentabilidad en la zona, en el marco de la estrategia del sector cafetalero para la adaptación, mitigación y reducción de la vulnerabilidad ante el cambio climático de la Sierra Madre de Chiapas, propuesto por la alianza entre instituciones, ONG’s y productores (Conservación Internacional, 2011).
Materiales y métodos
Características del área de estudio
Los suelos cafetaleros analizados se encuentran dentro de la microcuenca La Suiza ubicada en el municipio de Montecristo de Guerrero (Figura 1), con una superficie total de 6 437.1 ha, de las cuales 82% se encuentra dentro de la REBITRI (López et al., 2011). De acuerdo a Palacios (2012), 55.7% de la superficie de la microcuenca está ocupada con bosque, el 37.2% (2 391 ha) con café y 3.7% potreros.
De acuerdo a la información edafológica de la serie II, 1:250 000 (INEGI, 2006), en 95% del área de la microcuenca predominan los suelos clasificados como Leptosoles del tipo mólico (producto de material calcáreo meteorizado), caracterizados por ser muy someros sobre roca continua y extremadamente gravillosos y pedregosos con menos de 20% (en volumen) de tierra fina y con alta susceptibilidad a la erosión (FAO, 2014).
Toma de muestras
Se analizaron los suelos a una profundidad de 0-30 cm, estrato en el que se encuentra el 86% de las raíces absorbentes del cultivo (Carvajal et al., 1969). En cada predio las propiedades físicas fueron medidas en cinco repeticiones y para el caso de las propiedades químicas se obtuvo una muestra compuesta de suelo a partir de la mezcla de cinco submuestras.
Métodos analíticos
En 49 predios distribuidos en toda la microcuenca se determinaron de acuerdo a la NOM-021-SEMARNAT 2000 (DOF, 2002), las siguientes propiedades: textura boyoucos (% de arena, limo y arcilla), pH en agua (1:2), materia orgánica (%), carbono total (%), P Bray (ppm), K, Ca, Na, Mg y acidez intercambiable (KCl 1N) en cmoles+Kg-1 y micronutrientes B, Zn, Mn, Cu y Fe en ppm por DTPA.
Resultados y discusión
En el Cuadro 1, se presentan los valores medios y extremos de las propiedades estudiadas. Al examinar los coeficientes de variación (C.V.) se observó una elevada variabilidad en todas las propiedades de los suelos con casos extremos como acidez intercambiable, (%) de saturación de Al, Na y Zn con valores de 215, 251, 170 y 120% respectivamente. El pH y las fracciones granulométricas de arena, limo y arcilla son las características más homogéneas dentro de la microcuenca con un coeficiente de variación de 7.5, 26, 21 y 27% respectivamente. La amplia variabilidad observada en las propiedades de los suelos es producto de la interacción que existe entre las circunstancias naturales de la microcuenca (alta precipitación, orografía accidentada, fuertes pendientes y material parental) y por las prácticas de manejo del cultivo de café (aplicación de materia orgánica, fertilización y realización de prácticas control de la erosión).
Cuadro 1 Estadísticos de propiedades químicas suelos cafetaleros en la microcuenca La Suiza.
(*)= NH4OAc 1 N pH 7; (cmoles+Kg-1) (**)= KCl 1N (meq/100 g).
La acidez del suelo
Los suelos se clasifican como moderadamente ácidos (Cuadro 1) al presentar un pH promedio de 5.08 (±0.38). El pH es probablemente la característica química más importante del suelo porque influye en casi todos los demás aspectos del mismo (Bloom, 2000; Benzing, 2001). El valor de la saturación de acidez como medida del porcentaje del complejo de intercambio catiónico que está ocupado por aluminio e hidrógeno, es el mejor criterio para diagnosticar problemas de acidez (Molina, 1998). Aunque cada cultivo tiene su grado de tolerancia a la acidez, en términos generales se puede indicar que casi ningún cultivo soporta más de 60% de saturación de acidez y el valor deseable para la mayoría de las plantas oscila entre 10 y 25%.
En la Figura 2, se observa que los suelos estudiados presentan una relación negativa entre el pH y la saturación de Al, ya que a medida que aumenta el primero, disminuye el segundo. Con base a la proporción de varianza compartida entre ambas variables, un 50.21% de la saturación de Al es explicada por los niveles de pH en el suelo.
Es común que cuando el pH es mayor de 5.5 se elimina el problema de toxicidad de Al porque éste se precipita como hidróxidos insolubles (Agro, 2012). Este señalamiento coincide con los resultados de estudio, ya que la saturación de Al disminuyen cuando los valores de pH son mayores a 5.5 y por el contrario aumenta hasta 29.9% con valores menores de pH.
Debido a que sólo 6 sitios tuvieron niveles de saturación de Al >10%, y que sólo dos de ellos, presentaron niveles por arriba del 25% (28.8 y 29.9) señalado por Bertsch (1998), como tóxico para el cultivo de café, se deduce que el 96% (n= 47) de las parcelas muestreadas no presentan problemas de toxicidad por Al y el 61% (n= 30) de ellas presentan niveles de cero Al. La poca presencia de Al indica que la principal causa de los bajos valores de pH es el H+ de cambio y en la solución del suelo producto de la descomposición de la materia orgánica, lo cual está relacionado con los contenidos elevados de calcio encontrados.
Valencia (1998), señala que si la fuente de la acidez es solamente el H+ en la solución del suelo, las plantas de café pueden crecer normalmente en pH relativamente bajos entre 3-5-4.0. Sin embargo, aunque los iones H+ sólo son tóxicos para las plantas en concentraciones extremadamente altas, hay que tener presente el efecto negativo debido a la influencia del pH ácido en la disponibilidad de los nutrientes minerales y actividad microbiana en el suelo (Anzorena, 1995).
Otro factor que tiene influencia sobre la saturación de Al (%) en el suelo es la Capacidad de Intercambio Catiónico o CIC (Cochrane et al., 1980) En la Figura 3, se observa que en los suelos estudiados la saturación de Al inicia su incremento cuando la CIC disminuye por debajo de los 10 meq/100 g de suelo, sin embargo, sólo dos parcelas presentan niveles de saturación de Al por arriba de 25% en las cuales es muy probable que exista toxicidad de Al para las raíces de las plantas del café, como resultado de que el Al es el catión predominante en el complejo de cambio.
Materia orgánica y carbono
El contenido promedio de materia orgánica es de 8.51% (±, 4.40) con un rango que oscila entre 2.61 y 21.81% (cuadro 1) mostrando una amplia variabilidad entre los predios (C.V.= 51.7%). Una tercera parte de las parcelas (n= 16) presentan contenidos bajo y muy bajo con valores con valores menores o iguales de 6% de materia orgánica; el 48% (n= 24) presentan contenidos medios entre 6.1 y 10.9% y sólo el 18.36% (n= 9) presentan contenidos alto y muy alto con valores mayores al 11%. Es muy probable que en los parcelas con contenidos medios y altos de materia orgánica las condiciones de acidez están frenando el desarrollo de las bacterias y abatiendo el proceso de mineralización (Noriega et al., 2014).
De acuerdo con Valencia (1998) se esperaría una respuesta a la aplicación de nitrógeno ya que el 81% (n= 40) de las parcelas de café se ubican en el rango mínimo con una contenido menor del 11.4% de materia orgánica. El contenido promedio de carbono (Cuadro 1) es de 4.94% (±2.55) con un rango que oscila entre el 1.5 y 12.7% de carbono.
La materia orgánica que poseen los suelos proviene de la hojarasca producida por las plantas de café y de los árboles de sombra. Farfán y Urrego (2007), en un estudio realizado en la estación experimental de Paraguaicito, Colombia, estimaron un aporte de 1 kg planta-1 de café y de 1.5 kg árbol-1 de sombra. Ávila y Zamora (2010), encontraron en cafetales bajo bosque caducifolio de Veracruz, México que la producción total de hojarasca fue de 2 626.5 kg ha-1 año-1, cantidad superior en 49 y 45% a la producida en los cafetales bajo selva mediana subperennifolia y bajo selva alta perennifolia.
La capacidad de intercambio catiónica (CIC)
La CIC es el número total de cationes de intercambio que pueden ser retenidos por un suelo en función de la magnitud de sus cargas negativas (Chávez, 2012). Constituye uno de los parámetros más importante de la fertilidad del suelo debido a su papel como almacén de K, Mg y Ca fácilmente disponibles, pero protegidos contra el proceso de lixiviación (Benzing, 2001; Arcila y Farfán, 2010). Cuanto mayor es la CIC, más cationes potencialmente podrá retener e intercambiar un suelo.
En promedio los suelos presentan una CIC de 16.4 (±7.96) meq/100 g con un valor mínimo de 3.5 y un máximo de 47 con una amplia variabilidad evidenciada por el C.V. de 48.5% (Cuadro 1). El 47% de las parcelas analizadas (n= 49) presentan niveles bajos de CIC con valores inferiores a los 15 Cmoles ́ kg-1, otro 47% presentan niveles medios entre 15-25 y sólo tres parcelas están por arriba de los 25 Cmoles ́ kg-1 que corresponden a predios recién incorporados a la actividad productiva.
La Figura 4, muestra la influencia del pH del suelo sobre la CIC de los suelos estudiados. Se observa que el 32% del comportamiento de la CIC es explicado por el nivel de acidez del suelo, los valores más bajos de CIC se presentan cuando el pH está por debajo de 5.5 y los más altos cuando el pH presenta valores entre 6 y 7.
Esta dependencia de la CIC con la acidez se debe a que conforme aumenta el pH del suelo se generan nuevas cargas negativas en el complejo de cambio y es reportada por Anzorena (1995) y Benzing (2001), como CIC variable, la cual es más común en la CIC proveniente de la materia orgánica, que de las arcillas. Foth y Ellis (1996), señalan que en los suelos minerales con bajo contenido de materia orgánica la influencia del pH sobre la CIC es mínima. Esta variabilidad permite deducir que una gran parte de la CIC que presentan los suelos de la microcuenca proviene del humus de la materia orgánica.
El 14.5% del comportamiento de la CIC es explicado por el nivel de materia orgánica en el suelo, en la Figura 5, se observa que en algunos suelos los valores más bajos de CIC se presentan cuando esta presenta valores por debajo de 10%; sin embargo, también hay parcelas con baja CIC con valores muy altos, lo cual podría estar influenciada por el alto nivel de acidez que limita la tasa de humificación y mineralización de la materia orgánica.
Por su parte la arcilla presenta poca influencia (r2= 0.0457) sobre el comportamiento de la CIC, lo cual puede ser debido a la textura franco arenosa de los suelos representada por 43% (± 11.48) de arena, 28.8% (± 7.93) de arcilla y 28.2 (± 6.14) de limo.
Con base a lo anterior se deduce que la dinámica de la CIC en los suelos cafetaleros de la microcuenca La Suiza, está influenciada por el pH y el contenido de materia orgánica.
El fósforo
Este nutriente presenta una gran variabilidad entre las parcelas con un C. V. de 110% (Cuadro 1). En promedio el contenido es de 25 ppm (±27.5) con un valor mínimo de cero y un máximo de 140.6. Existen cinco parcelas donde el contenido es cero y dos con un contenido muy alto con 141,89 y 83 ppm. Casi la mitad (49%) de las parcelas presentan contenido inferiores a 15 ppm, en las cuales podría haber respuesta a la aplicación de fertilizante fosfatado (International Plant Nutrition Institute, 2014). Se observó una influencia moderada positiva de la CIC (r2= 0.3921) y del Ca (r2= 0.433) sobre el contenido del P en el suelo. Es probable que el P este reaccionando con al Calcio formando fosfato cálcico que es una sal totalmente insoluble y muy estable que no permite que el P sea asimilado por las plantas (SEPHU, 2013).
Los cationes básicos (K, Ca, Mg, Na)
La saturación de bases presenta poca variabilidad entre las parcelas con un C.V de 7.5% (Cuadro 1). En promedio presenta un valor de 97% (±7.3) y el 88% de las parcelas se ubican en el rango entre 90-100%. Esta alta saturación de la CIC por bases, pone en evidencia la ausencia de iones de H y Al en los coloides (FAO, 2014) y mayor presencia de cationes metálicos. La Figura 6, muestra los contenidos de K, Ca, Mg y Na en el suelo y se observa que independientemente del total de cationes intercambiables siempre predomina el Ca entre los cuatro cationes (Figura 6), lo cual está relacionado por la geología de los suelos en la microcuenca.
El Cuadro 2 muestra los criterios de una saturación adecuada de la CIC por K, Ca y Mg propuestos por Valenca (1998), resalta el desbalance hacia arriba que presenta el Ca en el 63.2% de las parcelas con un porcentaje de saturación superior al 75%. También sobresale que el 35% de las parcelas presentan un desbalance hacia abajo en el porcentaje de saturación de K.
El 92% de las parcelas presentan niveles adecuados de K con valores por arriba de los 0.3 meq/100 g, inclusive se podría decir que algunas parcelas presentan condiciones de exceso. OIRSA (2001) señala que el exceso de este elemento provoca una mayor caída de frutos (que fermentan en el suelo perjudicando la calidad) y también puede inducir carencia de Mg y en menor grado de Ca, aunque en este caso se observa mediante las correlaciones una relación positiva entre el K y Mg (r= 0.4382) y entre K y Ca (r= 0.2355).
En lo que respecta al calcio, el 67% de las parcelas presentan altos contenidos con valores por arriba de los 10 meq/100 g de suelo, el 18% se ubica con un contenido medio y sólo el 14% en las clases con bajo y muy bajo contenido. El exceso de este elemento es antagónico con el K, Mg y Na (Valencia, 1998). De acuerdo al International Plant Nutrition Institute (2014), en general 100% de las parcelas no presentan deficiencia de Ca debido a que su contenido es mayor a 0.5 meq/100 g de Ca, considerado como nivel crítico, de hecho el valor mínimo encontrado es de 1.7 es 3.4 veces mayor que este valor crítico. En lo particular para el cultivo de café, según los criterios propuestos por Valencia (1998), el 90% de las parcelas no tienen problemas de deficiencia de Ca al presentar valores muy por arriba del nivel crítico de 1.6 meq/100 g.
De acuerdo al International Plant Nutrition Institute (2014), 100% de las parcelas no presentan deficiencia de Mg debido a que su contenido es mayor a 0.2 meq/100 g de Mg considerado como nivel crítico, de hecho el valor minino encontrado de 0.7 es 3.5 veces mayor que este valor crítico. Aplicando los criterios de Bertsch (1998), el 98% (n= 48) de las parcelas se ubican dentro del rango de 1-10 meq/100 g considerado ideal. De acuerdo a la NOM-021-SEMARNAT-2000 (DOF, 2000) y Valencia (1998), el 90% de las parcelas no presentan problemas de deficiencia de Mg. Comparando las diferentes clasificaciones propuestas para el Mg, se deduce que existe un nivel de adecuado y de exceso en los suelos.
Las relaciones catiónicas son otro criterio de apoyo en la interpretación de los análisis de suelos, particularmente entre las bases (Chávez, 2012). Tomando como referencia los valores críticos generales sugeridos por Bertsch (1998), se obtuvo que más de una tercio de las parcelas (39%) presentan un desbalance positivo en la relación Ca/Mg y Ca/K, que indica un exceso en el contenido de Ca que podría inducir deficiencias de Mg y K. El 26% de las parcelas presentan un desbalance negativo en la relación Mg/K que indica un exceso de K que podría inducir deficiencia de Mg. En cuanto a la relación Ca+Mg/K un 22.4% de las parcelas presentan desbalance negativo en donde el contenido K es mayor y el de Ca menor. De acuerdo a estos criterios se deduce que los altos valores de Ca podrían estar induciendo deficiencias de Mg y K en las plantas de café, en aquellos casos en donde la relación Ca/Mg y Ca/K presente un desbalance positivo.
Los micronutrientes (B, Cu, Fe, Mn y Zn)
De todos los micronutrientes analizados el boro es el elemento más deficiente en 84% de las parcelas de la microcuenca La Suiza, seguido en menor escala por el zinc en el 16% de las parcelas. Valencia (1998), señala que el boro (al igual que el Ca) está relacionado con la absorción de macro y micronutrientes (P, Mg y Ca), crecimiento de raíz (asociado con el calcio), crecimiento entrenudos, número de ramas laterales, número y diferenciación de brotes florales, germinación del polen y crecimiento de los tubos polinizadores y el crecimiento del fruto. El exceso de manganeso en los suelos con un contenido promedio de 43.7 ppm (±34.11) muy por arriba del nivel crítico de 1 ppm, podría estar relacionada con una baja capacidad fisiológica de las plantas para absorberlo y almacenarlo (Rodríguez y Morales, 2005).
Conclusiones
Los suelos presentan una acidez generalizada ocasionada principalmente por el H+ en la solución del suelo. La alta saturación de bases indica la ausencia de iones de H y Al en los coloides y mayor presencia de cationes metálicos. Los valores encontrados de materia orgánica indican que aunque en la microcuenca existen condiciones adecuadas de temperatura y precipitación, el pH ácido está afectando su humificación y mineralización, debido a la limitada acción bacteriana. La dinámica de la CIC en los suelos está influenciada por el pH y el contenido de Materia Orgánica. La mayoría de los suelos presentan niveles altos de K, Ca y Mg. Bajo contenido de P y B se detectaron en el 50 y 84% de los suelos respectivamente. En cuanto a las relaciones catiónicas los excesos de Ca, podrían estar limitando la absorción de K y Mg y los excesos de Mn en el suelo podrían estar asociados a problemas fisiológicos para absorberlo y almacenarlo.
