Fragmentos del paisaje agropecuario.

En los fundos identificados se realizó un recorrido y se levantó un mapa, identificando los fragmentos agropecuarios existentes. Para conocer el manejo previo de los fragmentos, el tiempo de uso en una determinada actividad productiva, la sucesión de los bosques secundarios (edad). Para esto, a los pobladores se aplicó una encuesta semiestructurada que detallaba: años de residencia en el fundo, años de derribo del bosque, años de pastoreo con Brachiaria, tipo de manejo, la razón de la degradación de la pastura, años de sucesión del bosque secundario y fechas importantes que confirma la edad del bosque secundario; bajo estas consideraciones se identificaron siete fragmentos agropecuarios (Figura 2):

Bosque primario altamente talado.

Bosque secundario de 5 años procedente de pasturas.

Bosque secundario de 10 años procedente de pasturas.

Bosque secundario de 15 años procedente de pasturas.

Agroforestería con cacao y árboles maderables.

Pastizal de B. decumbens en producción.

Pastizal de B. decumbens degradado (con más de 70% de vegetación invasora y sin árboles).

Debido a que no se encontraron todos los fragmentos en un solo fundo, y considerando tres repeticiones por fragmento se utilizaron siete fundos agropecuarios para las mediciones respectivas (Tabla 1).

Figura 2 Fragmentos de paisaje agropecuario identificados en los fundos para la medición de Carbono. (A) Bosque primario altamente talado. (B) Bosque secundario de 5 años procedente de pasturas. (C) Bosque secundario de 10 años procedente de pasturas. (D) Bosque secundario de 15 años procedente de pasturas. (E) Agroforestería con cacao y árboles maderables. (F) Pastizal de Brachiaria decumbens en producción. (G) Pastizal de Brachiaria decumbens degradado (con más de 70% de vegetación invasora y sin árboles). 

Toma de muestras

Luego de la identificación de los fragmentos agropecuarios se procedió a la georreferenciación y la medición del área de cada uno de ellos y la demarcación de las parcelas de muestreo en cada fragmento. La toma de muestras de la vegetación (liderada por un botánico) y del suelo (liderada por un agrónomo) se realizaron en mayo del 2021, junio del 2022 y diciembre del 2022, durante 23 días en cada fecha. Se tomaron muestras en siete fragmentos con tres repeticiones, ningún fragmento se repitió en el mismo fundo seleccionado.

Cálculo de carbono en vegetación y suelo

Biomasa arbórea (MS/ha). Se realizó según la metodología de parcelas modificadas de ^{Whittaker (1972}) con las siguientes dimensiones: en el bosque primario, parcelas de 20 × 100 m (2000 m² ); en los fragmentos de bosque secundario de 5, 10 y 15 años parcelas de 10 × 25 m (250 m² ); en el sistema agroforestal de cacao parcelas de 10 × 20 m (200 m² ); y para los fragmentos de pastura de braquiaria mejorada y pastura de braquiaria degradada se utilizaron parcelas circulares con un radio de 11.80 m (437.44 m² ) (Rügnitz et al. 2009). Todas las especies inventariadas fueron georreferenciadas, identificadas taxonómicamente en campo, y se midió el diámetro a la altura del pecho (DAP) y la altura de la planta (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a).

La biomasa seca fue calculada por la ecuación alométrica para maderas duras de zonas tropicales húmedas y con intervalos de DAP de 5 a 148 cm, caracterizándose como zonas tropicales húmedas regiones con precipitaciones entre 2000 - 4000 mm/año en tierras bajas (^{Brown 1997}). La ecuación alométrica utilizada fue:

Y = EXP(-2.289+2.649*LN(DAP)-0.021*((LN(0.6))^2)).

Donde:

Y = Materia seca sobre el suelo, en kg de materia seca por árbol.

DAP = Diámetro a la altura del pecho en cm.

Biomasa arbustiva y herbácea. Las especies arbustivas menores de 1.5 de DAP y las herbáceas se tomaron dentro de 1 m², cortando todas las especies a ras del suelo. (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a)

Hojarasca y detritos. En 1 m² se colectó toda la hojarasca y el detrito (total de 4 m²), luego se separó en submuestras de 250 gramos para ser trasladado al laboratorio para su secado y cálculo de la materia seca (MS) (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a).

Troncos caídos, árboles muertos parados y tocones muertos. En las parcelas para el inventario de la vegetación, se trazó dos franjas de 50 x 4 metros, a cada lado de la parcela. A los troncos caídos se les clasificaba como duro, mediano y suave dependiendo de la fase de descomposición; se calculó el volumen en m³ de cada tronco y se multiplicó por el factor 0.5, 0.3 y 0.15 según su clasificación respetivamente; para el caso de los árboles muertos parados y tocones muertos, se utilizó la ecuación alométrica para la vegetación arbórea (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a).

Carbono en el suelo en t/ha. Para calcular el carbono en el suelo se utilizó la siguiente fórmula (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a):

Carbono en el suelo (t/ha) = (PVS×%C en lab.) / 1000

PVS = Peso Volumen del suelo

PVS = (DA × Prof. Horizonte × 10,000)

DA = Densidad aparente del suelo (g/cm³).

DA= Peso seco/113.2

Profundidad del horizonte = 20 cm y 40 cm

C = Carbono orgánico del suelo en %, calculado en el laboratorio de suelos.

Para calcular la DA del suelo y el carbono orgánico se abrió una calicata de 1 × 1 × 0.50 m de profundidad. La medición se realizó en los horizontes de: 0 a 20 cm; 20 a 40cm; (dos muestras por cada horizonte) utilizando cilindros de volumen conocido, las muestras fueron colocadas en bolsas de papel N.º 2 y pesadas en balanza analítica de precisión Ohaus; estas muestras fueron llevadas al laboratorio para el secado en estufa a 75 °C durante 72 horas hasta obtener el peso constante, para luego realizar los cálculos respectivos. La densidad aparente del suelo es el peso seco de un volumen determinado de suelo expresado en gramos por centímetros cúbicos (g/cm³). Las muestras para Carbono fueron colectadas en la misma calicata y en los mismos horizontes 100 gramos de suelo y enviados al laboratorio para el análisis respectivo (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a).

Biomasa en las raicillas del suelo. Para medir esta variable se utilizaron cuadrantes de aluminio de 0.20 × 0.20 × 0.1 m, en la calicata abierta se tomaron 8 muestras, dos cada 10 cm de profundidad, las muestras fueron trasladados al laboratorio donde se lavaron y tamizaron con un tamiz de 0.40 micras, luego fueron pesadas y llevadas a una estufa Ecocell y secadas a 75 °C durante 72 horas (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz 2011a).

Análisis físicos y químicos del suelo. En las mismas calicatas abiertas para medir DA y en los dos horizontes se midieron como variables concomitantes: Compactación del suelo con un penetrómetro de bolsillo; y para Textura, pH, P, MO, K, CIC, Al, se tomaron muestras combinadas colectadas en la parcela con un muestreador manual tipo berbiquí, las muestras fueron colocados en bolsas con cierre hermético y enviadas al laboratorio para los respectivos análisis (IPCC 2003, Rügnitz et al. 2009, Rügnitz et al_. 2011a).

Análisis de los datos. Los datos obtenidos de todas las variables fueron normalizados en una hoja de cálculo del Software Excel®, en donde se calculó la cantidad de biomasa aérea en base seca de acuerdo con la metodología explicada, todos los cálculos fueron transformados a Materia Seca en TM/ha. Los valores de biomasa aérea en base seca se convirtieron a CO₂ utilizando el factor 0.5, de acuerdo con el IPCC (2003), Rügnitz et al. (2009), Rügnitz (2011a). Los datos de carbono total de los fragmentos se sometieron a ANOVA, utilizando el modelo matemático de doble vía; las variables que resultaron con diferencias estadísticas significativas se sometieron a la prueba de promedios múltiples de Tukey (p ≤ 0.01), solo en la variable carbono total se utilizó la prueba de contrastes ortogonales con las siguientes comparaciones:

T1 Vs. T2, T3, T4, T5, T6, T7 (bosque primario vs. los tres bosques secundarios, agroforestería y los dos pastizales)

T6, T7 Vs. T2, T3, T4, T5 (los dos pastizales vs. los tres bosques secundarios y agroforestería)

T6 vs. T7 (pastizal de B. decumbens vs. pastizal de B. decumbens degradado)

T5 vs. T2, T3, T4 (Agroforestería vs. bosque secundario de 15, 10 y 5 años)

T2 vs. T3, T4 (bosque secundario de 15 vs. bosque secundario de 10 y 5 años)

T3 vs. T4 (bosque secundario de 10 vs. y bosque secundario de 5 años

T1 = carbono en bosque primario;

T2 = carbono en bosque secundario de 15 años

T3 = carbono en bosque secundario de 10 años

T4 = carbono en bosque secundario de 5 años

T5 = carbono en agroforestería con cacao:

T6 = pastizal de B. decumbens degradado

T7 = pastizal de B. decumbens

Para el caso de carbono total almacenado en cada fragmento también se realizó un ANOVA de doble vía con polinomios ortogonales a fin de buscar el mejor ajuste de los datos a cualquier modelo (grado 1 a grado 5). De acuerdo con su significancia estadística se generó una ecuación de predicción utilizando el método de mínimos cuadrados ordinarios; considerando a la variable por años de recuperación del bosque secundario, partiendo de una pastura degradada con un valor 0 y el bosque primario con valor 20 y como variable y el carbono total almacenado.

Carbono almacenado en la parte aérea y en el suelo de siete fragmentos del paisaje agropecuario

La cantidad de carbono almacenado en la parte área (vegetación leñosa, herbácea y en el material muerto) (Figura 6) muestra diferencias significativas entre los valores de carbono aéreo encontrados en los diferentes fragmentos (p ≤ 0.0001).

Figura 6 Carbono almacenado en la parte aérea medido en la vegetación leñosa, vegetación herbácea y material muerto, en el paisaje agropecuario, departamento de Ucayali, Perú. 

Se puede observar que en los fragmentos de pastizal en buen estado y en el pastizal degradado no tuvieron vegetación mayor de 5 cm de DAP, a diferencia de los fragmentos de bosque primario, los tres bosques secundarios y agroforestería. La prueba de promedios nos muestra que el carbono almacenado en los bosques secundarios de 10 y 15 años y el bosque primario presentan cantidades de carbono almacenados superiores altamente significativas con respecto al carbono almacenado en el bosque secundario de 5 años y agroforestería.

La cantidad de carbono almacenado en el suelo fue de 59.13 t/ha, presente como carbono orgánico (44.25 t/ha) y carbono en las raicillas de (14.25 t/ha). Este carbono orgánico almacenado en el suelo es 75% superior al aporte de las raicillas; el análisis de variancia no encuentra diferencias significativas de carbono almacenado entre los siete fragmentos del paisaje agropecuario, lo que significaría que el suelo es un importante depósito de carbono independiente del uso que haya tenido, o sí se encuentra en recuperación (Figura 7). Las características de textura, mutacional y químicas del suelo se muestran en las (Tabla 3 y Tabla 4).

Figura 7 Carbono almacenado en el suelo medido como carbono orgánico y en las raicillas, en el paisaje agropecuario, departamento de Ucayali, Perú. 

Tabla 3 Características físicas del suelo de los fragmentos del paisaje agropecuario. Departamento de Ucayali, Perú.  

Tabla 4 Características químicas y nutricionales del suelo de los fragmentos del paisaje agropecuario, departamento de Ucayali, Perú. 

Carbono total almacenado en los fragmentos del fundo agropecuario

Es conocido que los fragmentos del paisaje agropecuario amazónico secuestran y almacenan carbono tanto en la vegetación como sobre la superficie del suelo y en el suelo (^{Saatchi et al. 2011}). La cantidad de carbono almacenado en el fragmento de bosque primario encontrado en nuestro estudio (267.3 t/ha) está en el rango de los valores reportados por Saatchi et al. (2007) para los bosques amazónicos, cuyos valores varían entre 100 y 300 toneladas de carbono, en relación con el tipo de bosque. Sin embargo, otros estudios como los de ^{Yepes-Quintero et al. (2017}) encuentran en bosques maduros tropicales de tierras bajas de América del Sur carbono almacenado entre 150 y 200 t/ha; en bosques primarios conservados, Rügnitz (2011a) encontró 327.57 t/ha de carbono almacenado; mientras que ^{Cuellar y Salazar (2016}) reportan cantidades menores con rangos de carbono entre 90.9 y 232.3 t/ha.

Los valores muy variables de carbono que reporta la literatura en relación con la cantidad de carbono en los bosques primarios podrían deberse a la intensidad de uso que los ganaderos le dan al bosque, ya que de él se agencian de leña, de madera para sus casas, postes o sinchinas para las cercas de los potreros y sombra para los animales (^{Murgueitio et al. 2003}).

La cantidad de carbono calculado en los bosques secundarios de 5, 10 y 15 años en nuestro estudio en un caso son menores a los encontrados en trabajos realizados anteriormente en Ucayali (Rügnitz 2011a), pero en otro son mayores (^{Cuellar et al. 2016}). En otras regiones del mundo se han encontrado cantidades de carbono más altos (^{Susanto et al. 2023}), lo que podría estar relacionado con las diferentes edades y orígenes de los bosques secundarios evaluados (^{Clavo et al. 2022}). La capacidad de almacenar carbono de estos bosques procedentes de pasturas es muy alto, teniendo un incremento lineal positivo altamente significativo en relación a la edad de la pastura; esto podría deberse a la mayor cantidad y calidad de la vegetación en los bosques de mayor edad, ya que la ecuación alométrica utilizada en el cálculo de la biomasa vegetal considera al DAP como una variable importante, existiendo una mayor cantidad de especies de mayor DAP en los bosques secundarios de 10 y 15 años (Figura 6, Tabla 2). La rápida recuperación, la alta diversidad de especies y la capacidad de capturar carbono de estos bosques secundarios procedentes de uso en ganadería y con alta presión antrópica evidenciarían la alta resiliencia de estos bosques secundarios (^{Thompson et al. 2009}), como lo demuestran las diferencias altamente significativas de cantidad de carbono en los bosques secundarios de 10 y 15 años versus lo encontrado en el bosque de 5 años encontrados en nuestro estudio.

Un fragmento importante del paisaje agropecuario en Ucayali es la agroforestería con Theobroma cacao, como una manera de diversificar las actividades familiares de los agricultores. La agroforestería es un sistema que usa una asociación de especies de importancia para seguridad alimentaria, como la Musa paradisiaca, y en poca cantidades especies maderables como Simarouba amara Dipteryx férrea, o frutas como Psidium guajava, Matisia cordata. La cantidad de carbono calculado en nuestro estudio fue de 108 t/ha, y es menor a los reportados por Rügnitz et al. (2011a), ^{Saj et al. (2013}), Salvador-Morales et al. (2019), ^{Surco-Huacachi y Garate-Quispe (2022}). Sin embargo, todos esos estudios coinciden en que la variación del sistema de agroforestería depende de la edad, siendo mayor en las plantaciones de mayor edad, además, también se observa mayor biodiversidad y cantidad de especies con las que se asocian (^{Poveda et al. 2013}, ^{Zavala et al. 2018}).

Los valores de carbono almacenado en ambas pasturas (en buen estado y degradado) son menores significativamente comparadas con los otros fragmentos evaluados, esta diferencia significativa en menor cantidad de carbono total se debería a la menor cantidad de vegetación leñosa existente en la pastura, las que están dominadas por la pastura B. decumbems que es una especie que se reproduce por esquejes de porte herbácea rastrera. Aunque no se encontraron diferencias significativas entre las dos pasturas, existe una tendencia a almacenar mayor cantidad de carbono en la pastura de Brachiaria en buen estado lo que podría estar relacionado a la alta producción de forraje característica del pasto Brachiaria. Los valores calculados de carbono de 72.6 t/ha para la pastura de Brachiaria en buen estado de conservación y de 60.5 t/ha para la pastura de Brachiaria degradada son menores que lo encontrado por Rügnitz et al. (2011a), pero mayores a los observados por ^{Cuellar y Salazar (2016}). La variabilidad de estos valores puede deberse a la época de evaluación, o a la edad y estado de conservación de la pastura. Pero, se conoce que los pastos tropicales como B. decumbens son importantes sumideros de carbono (^{Silva-Parra et al. 2020}). En particular, en Ucayali aproximadamente el 99% de las pasturas son del género Brachiaria, de estas el 95% es B. decumbens. La dominancia de Brachiaria podría explicarse principalmente por su adaptación a suelos ácidos, resistente a la sequía, a la baja fertilidad del suelo y algo importante, su capacidad de secuestrar carbono, además de aumentar la eficiencia del uso de nitrógeno, deteniendo las emisiones de GEI (^{Renvoize et al. 1996}, ^{Jank et al. 2014}, ^{Njarui et al. 2016}).

El almacenamiento de carbono y la recuperación de la vegetación son indicadores importantes en la recuperación de áreas deforestadas y áreas degradadas procedentes de pasturas (^{Rojas-Vargas et al. 2019}, Calentano et al. 2020, Montes et al. 2021). En este estudio se ha generado un modelo de regresión lineal que muestra una relación positiva entre la cantidad de carbono almacenado y la edad de los bosques secundarios. Por otro lado, la recuperación de la diversidad botánica también es un buen indicador ya que, a mayor edad de los bosques, mayor es el número de familias y especies, notándose una leve declinación del número de individuos en el bosque primario que estaría relacionado a la desaparición de la vegetación herbácea por la falta de luz que ocasionan los árboles (Figura 5 y Tabla 2)

Carbono almacenado en la parte aérea y en el suelo de siete fragmentos del paisaje agropecuario

El carbono de la parte aérea en los fragmentos estudiados es el aporte de la vegetación leñosa, razón por lo cual el carbono total en el bosque primario y en los bosques secundarios, principalmente de 10 y 15 años, presentan una mayor proporción de carbono aéreo almacenado debido a que representa el 50% de la biomasa seca de la vegetación (Figura 6). Esto se explica por el incremento en el número de familias, especies e individuos leñosos con DAP mayores de 10 cm. Por otro lado, en las pasturas, el carbono almacenado en la parte aérea es pequeño, aproximadamente es el 30%, principalmente de B. decumbens, aunque existen especies invasoras de porte herbáceas, cuyo aporte en carbono es mínimo (^{Thompson et al. 2009}, Rügnitz 2011a, ^{Cuellar & Salazar 2016}). La cantidad de carbono aéreo encontrado en este estudio es menor al encontrado por Rügnitz (2011a), con cantidades de carbono de 293 t/ha, 84.2 t/ha, 78.6 t/ha, 25.8 t/ha, 47,0 t/ha, para bosque primario, bosque secundario de 5 años, agroforestería, pastura de Brachiaria y pastura degradada respetivamente, sin embargo son mayores a los encontrados por Cuellar y Salazar (2016) con cantidades de carbono de 156.1 t/ha, 21.5 t/ha y 21.9 t/ha para bosque primario, bosque secundario de 5 años y pastura de Brachiaria respectivamente.

Con respecto a la cantidad de carbono en el suelo, del total almacenado el 75% es carbono orgánico y la diferencia es el aporte de las raicillas; el análisis de la variancia nos muestra que no existen diferencias significativas entre los siete fragmentos evaluados. Du et al. (2018), ^{Bai y Catrufo (2022}) señalan que el almacenamiento de carbono en el suelo tiene una relación directa con la respiración del suelo, la cual es favorable en el bosque primario, en los bosques secundarios y agroforestería debido a que está influenciado por las propiedades físicas y químicas del suelo, siendo la textura y la porosidad del suelo los que determinan la estabilidad del carbono orgánico cambiando los procesos de descomposición microbiana (^{Wang et al. 2023}). El otro proceso importante es la erosión del suelo debido al viento y a las altas precipitaciones que pueden influir en la pérdida de carbono (^{Delgado-Baquerizo et al. 2015}). Sin embargo, estos procesos son favorables en los bosques y sistemas agroforestales por contar con vegetación que cubre el suelo.