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INTRODUCCIÓN
En las regiones tropicales es frecuente la tala y quema de los bosques para el establecimiento de cultivos y posteriormente pasturas, lo cual trae consigo que los suelos desnudos pierdan su calidad, productividad y diversidad, dado que quedan susceptibles a procesos erosivos (Oliva, 2016). Los sistemas silvopastoriles (SSP) son una alternativa en la producción ganadera tropical a nivel mundial, debido a que permiten el uso sostenible de los bosques, pues no se pierde la capacidad productiva del suelo (Lemaire et al., 2014; Moraes et al., 2014).
Los árboles presentan un gran potencial para la recuperación de suelos con problemas de fertilidad (Alegre et al., 2012), debido al aumento de la entrada de materia orgánica. Las leguminosas arbóreas reducen las pérdidas de materia orgánica y nutrientes a través del ciclaje y control de la erosión, mejorando las propiedades físicas del suelo, la retención de agua y presentando un efecto benéfico sobre los procesos microbiológicos (FAO, 1992). Además, estos sistemas parecen que presentaran mayor resiliencia para compensar las posibles pérdidas de producción, debido a la ocurrencia episódica de cambios meteorológicos extremos atribuibles al cambio climático (Dagang y Nair, 2003).
La incorporación del componente arbóreo en un sistema agrícola contribuye a la productividad del sistema proporcionando beneficios tales como: mejora de las condiciones del suelo (por ejemplo, secuestro de carbono orgánico), madera, fruta, forraje y un hábitat para la fauna silvestre (Andrade et al., 2008). Por otro lado, mejora el bienestar animal y permite un mayor rendimiento económico (Yates et al., 2007).
El objetivo del presente estudio fue evaluar el estado actual de las propiedades físicas y químicas del suelo en un sistema silvopastoril donde el componente arbóreo es la Acacia macracantha y el componente pasto es el monocultivo Panicum maximum Jacq.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente estudio se realizó en un fundo representativo del distrito de Bellavista, provincia de Jaén, departamento de Cajamarca, Perú, clasificado como selva alta, ya que se encuentra a una altitud de 729 msnm (5°392 473 latitud S 78°402 453 longitud O) (Figura 1).
El lugar de estudio tuvo un relieve plano. Se evaluaron 54 ha divididas en 14 potreros con cercos fijos. Se eligieron aleatoriamente siete potreros distribuidos espacialmente de manera de cubrir el total del área evaluada. El componente pasto fue el monocultivo de pasto castilla (Panicum maximum Jacq), naturalizado (establecido hace 20 años). El componente arbóreo fue la especie nativa Faique (Acacia macracantha), de característica caducifolia, con hojas bipinnadas y poco densas, donde los rayos del sol atraviesan con facilidad. La densidad promedio fue 81 árboles por hectárea. El componente animal estuvo representado por ganado vacuno criollo doble propósito bajo pastoreo rotacional (dos meses de descanso) durante el estudio.
Para la categorización de los árboles se utilizó el método diámetro a la altura del pecho (DAP; FAO, 2004). El método consiste en medir la circunferencia (C) a la altura del pecho (1.3 m) mediante una cinta métrica, donde el diámetro se determinó con la fórmula D = C/ð, donde C: circunferencia (cm) y ð: 3.1416.
Tratamientos
Los árboles fueron clasificados según el DAP, obteniéndose la siguiente distribución: árboles en regeneración (<7.5 cm DAP) 13.58%, jóvenes (7.5-24 DAP) 50.62%, pequeños (25-37 DAP) 17.28% y medianos (38-49 DAP) 18.52%.
Se utilizaron siete potreros de aproximadamente 2 ha cada uno. Los tratamientos fueron con base a las dos categorías de árbol con mayor densidad: fuera de la copa de los árboles (FCA), bajo la copa del árbol joven (BCAj) y bajo la copa del árbol mediano (BCAm). Cada tratamiento tuvo tres repeticiones (calicatas de 1x0.5x0.5m). El muestreo se realizó en las épocas de lluvia (marzo) y seca (agosto). La temperatura ambiental se midió a 1.5 m sobre la superficie del suelo en cada tratamiento, utilizando un termómetro ambiental digital (Deltatrak 12207, precisión: ±1.0 °C).
Evaluación del Suelo
Densidad aparente
La densidad aparente para cada calicata se determinó mediante un cilindro muestreador de acero (5.29 de alto y 4.89 cm de diámetro) (Grossman y Reinsch, 2002). Se tomaron tres muestras del perfil del suelo cada 10 cm. La densidad aparente fue determinada mediante la fórmula Da = Ms/Vt, donde Da: densidad aparente (g/cm3); Ms: masa de suelo seco (g); Vt: volumen total del cilindro (cm3).
La porosidad se estimó mediante los datos de retención de agua y densidad aparente. La porosidad total del suelo fue calculada en base a los datos de la densidad aparente y real, según %Pt = [1-(Dap/Dr)] x 100, donde %Pt: Porcentaje de porosidad total; Dap: Densidad aparente: Dr: Densidad real.
Resistencia mecánica
Para medir la resistencia mecánica se utilizó un penetrómetro de bolsillo con pistón de carga de acero inoxidable (ELE International®, EI29-3729), con escala de 0.25 kgf/cm2. Las mediciones se realizaron en cada calicata a intervalos de 5 cm hasta los 30 cm de profundidad, ya que la mayor proporción de raíces de la pastura se encuentra a este nivel. La textura del suelo (fracciones de arena, limo y arcilla) se determinó por método del hidrómetro de Bouyoucos (Gee y Or, 2002) en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas, Agua y Fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria la Molina (Lima).
Humedad del suelo
La humedad del suelo se midió por el método gravimétrico (Martínez, 1971). Para ello, se tomó una alícuota de 10, 20 y 30 cm de profundidad en cada calicata. Las muestras se remitieron al laboratorio indicado anteriormente, donde fueron colocados en estufa a 105 °C/24 h. El porcentaje de humedad gravimétrica se estimó de la siguiente manera: Humedad (%) = [(Psh - Pss) / Pss]*100, donde Psh: Peso de suelo húmedo (g); Pss: Peso de suelo seco (g).
Temperatura y análisis químico del suelo
La temperatura del suelo se midió con un geotermómetro (General® T300-36, de 0.1°C de precisión) bajo la copa de los árboles y fuera de ella, a una profundidad de 15 cm desde la superficie del suelo, entre las 09:00 y 11:00 horas.
Para el análisis químico del suelo, se colectó una alícuota (1 kg aproximadamente) de cada calicata bajo y fuera de la copa de los árboles, entre 5 y 30 cm de profundidad. Las muestras fueron enviadas al Laboratorio de Análisis de Suelos, Plantas, Agua y Fertilizantes de la Universidad Nacional Agraria La Molina para su análisis.
El pH del suelo se determinó usando un medidor de pH en suspensión de suelo/líquido de 1: 2.5 (Hendershot et al., 1993).
La disponibilidad de fósforo se determinó utilizando el método de Olsen modificado (Olsen y Somers, 1982).
El contenido de materia orgánica (MO) del suelo fue determinado en porcentaje por él método de Walkley y Black. Se basa en la oxidación de una muestra para determinar el contenido de carbono orgánico (CO). Se utilizó la siguiente ecuación: MO (%) = %CO x 1.724.
La disponibilidad de potasio se determinó en partes por millón (ppm) por el método de acetato de amonio a pH 7 (Thomas, 1982).
El fósforo se determinó en partes por millón (ppm) por el método de Olsen modifi cado. Extracto NaHCO3 a una concentración de 0.5 M y pH 8.5.
El aluminio se determinó en cmolkg-1, por el método de Yuan. Extracción con KCl, N (USDA-NRCS, 1999).
Precipitación
Los valores de precipitación pluvial (mm) fueron recabados de la estación meteorológica de Jaén del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI) para el año de evaluación (2018) (Figura 2).
Análisis Estadístico
Los resultados se analizaron mediante el diseño completamente al azar con arreglo factorial 3 x 2 utilizando el software estadístico R 3.6.1 con las librerías lsmeans y agricolae. Los factores fueron 3 ubicaciones del suelo (FCA, BCAj, BCAm) y 2 épocas del año (seca y lluviosa). Para la comparación de promedios se utilizó la prueba Duncan con un nivel de 0.05 para detectar diferencias estadísticas entre promedios.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Clima y Características Físicas del Suelo
La mayor precipitación fue en marzo (196.7 mm) y la menor en noviembre (15.6 mm) (Figura 2). La producción de pastos fue afectada por los niveles de precipitación. Se reconoce que el crecimiento del pasto depende principalmente de la temperatura y humedad del suelo y régimen de lluvias a lo largo del año (López et al., 2018; Nuñez et al., 2019).
Se encontraron diferencias significativas (p<0.05) entre la humedad del suelo en la época seca (10.99%) y lluviosa (17.06%), estando directamente relacionado al régimen de precipitación. La temperatura ambiental presentó diferencias significativas (p<0.05), registrándose los mayores valores en la época seca (30.05 °C) y fuera de la copa de los árboles (30.82 °C) (Cuadro 1). La temperatura del suelo presentó diferencias significativas (p<0.05) entre sus tratamientos con valores de 31.20, 28.90 y 27.96 °C fuera de la copa, bajo la copa del árbol joven y mediano respectivamente (Cuadro 1). La presencia de los árboles disminuyó hasta 3.5 °C en la temperatura ambiental y 3.2 °C en la temperatura del suelo. Sin embargo, la humedad del suelo solo presentó diferencias significativas (p<0.05) entre fuera de la copa del árbol y bajo la copa del árbol mediano, probablemente debido a que presenta mayor canopia (Cuadro 1), favoreciendo a las pasturas, ya que el árbol disminuye su evapotranspiración (Ludwig et al., 2001). Este sistema genera un microclima que favorece al confort del animal.
Cuadro 1 Variables climáticas y fiscas del suelo (media, ± desviación estándar) en áreas de pastoreo de ganado con pasto castilla (Panicum maximum Jacq) y árboles faique (Acacia macracantha), en un fundo del distrito de Bellavista (Cajamarca, Perú, 2018)
U: ubicación, E: época de estudio, DA: densidad aparente, FCA: fuera de la copa de los árboles, BCAj: bajo la copa del árbol joven, BCAm: bajo la copa del árbol mediano
a,b,c Letras diferentes en cada columna revelan diferencias (p<0.05) entre variables
Figura 3 Variación de la resistencia mecánica en el suelo en época lluviosa en áreas de pastoreo de ganado con pasto castilla (Panicum maximum Jacq) y árboles faique (Acacia macracantha), en un fundo del distrito de Bellavista (Cajamarca, Perú, 2018). FCA: fuera de la copa de los árboles, BCAj: bajo la copa del árbol joven, BCAm: bajo la copa del árbol mediano
La densidad aparente del suelo no presentó diferencias significativas (p>0.05) por la ubicación; no obstante, se encontraron diferencias significativas (p<0.05) con valores de 1.34 g/cm3 en lluviosa y 1.49 g/cm3 en seca (Cuadro 1). La densidad aparente del suelo ligeramente mayor bajo la copa de los árboles medianos, se asocian a la mayor frecuencia de animales para tomar sombra, originando el pisoteo (Anderson et al., 2010); sin embargo, la materia orgánica que existe en suelo bajo la copa de los árboles promueve el ciclaje de nutrientes haciéndolo menos susceptible a la compactación (Siavosh et al., 2000).
La porosidad no presentó diferencia estadística en las tres ubicaciones del suelo; sin embargo, presentó diferencia significativa en las épocas del año con valores de 49.34 y 43.98% en la época lluviosa y seca, respectivamente (Cuadro 1). En sistemas de producción similar, se reportó una densidad aparente (1.45 g/cm3) con árboles de pijuayo (Bactris gasipaes H.B.K) y pasto centrosema (Centrosema macrocarpum Benth) (Alegre et al., 2012).
La resistencia mecánica entre el árbol joven y mediano osciló entre 2.4 a 5.0 y 2.7 a 4.8 kg/cm2, respectivamente, no presentando diferencias significativas entre sus promedios; sin embargo, tuvo mayor resistencia en el suelo bajo la copa del árbol joven. Fuera de la copa de los árboles los valores de resistencia mecánica oscilaron entre 1.17 y 3.52 kg/cm2 (Figura 3). Similares resultados fueron reportados por Siavosh et al. (2000) al estudiar el suelo de una ganadería extensiva productora de leche en los Andes colombianos, cuyo valor de resistencia mecánica fue de 2.62 kg/cm2.
Figura 4 Variación de la resistencia mecánica en el suelo en época seca en áreas de pastoreo de ganado con pasto castilla (Panicum maximum Jacq) y árboles faique (Acacia macracantha), en un fundo del distrito de Bellavista (Cajamarca, Perú, 2018). FCA: fuera de la copa de los árboles, BCAj: bajo la copa del árbol joven, BCAm: bajo la copa del árbol mediano
En la Figura 4, la resistencia mecánica del suelo bajo la copa de los árboles y fuera de la copa de los árboles en la época seca no mostró diferencias (p>0.05) en todo el perfil del suelo con excepción de los primeros 5 cm de profundidad. La menor resistencia en la parte superficial del suelo puede deberse a la presencia de gramíneas y hojarasca producto de la caducifolicidad de ambos componentes del sistema (pasto y árbol). Evaluaciones realizadas por Lok et al. (2006) en suelo de sistemas silvopastoriles reportan comportamientos similares.
Características Químicas y Fertilidad del Suelo
El pH del suelo presentó diferencias significativas (p<0.05), siendo menor bajo la copa del árbol mediano (7.83), posiblemente debido a la alta tasa de reciclaje de nutrientes por el comportamiento caducifolio de la A. macracantha. Comportamiento similar reportaron Ferrari y Wall (2015) al evaluar el efecto del Prosopis juliflora de 6 años donde el pH del suelo disminuyó de 10.2 a 7.2. Sin embargo, Mendoza et al. (2000) comparando cultivos de Panicum maximum con árboles de Cordia elaeagnoides en suelos entisoles reportan pH de 6.81 a 7.45, respectivamente, indicando que los árboles tratan de neutralizar el pH. En el presente estudio, los árboles tuvieron la tendencia de neutralizar el pH del suelo llevando de 8.21 a 7.83 fuera de la copa del árbol y bajo la copa del árbol mediano, respectivamente (Cuadro 2). De otra parte, Mejía et al. (2018) y Bugarín et al. (2010) mencionan que los sistemas silvopastoriles corrijen los niveles de pH en el suelo.
La materia orgánica (%) en el suelo no presentó diferencias significativas entre los grupos en estudio, aunque se pudo notar un ligero aumento bajo la copa de los árboles, debido a que el faique es una especie caduci folia, reciclando de esta forma la materia orgánica a través de la descomposición de la hojarasca; comportamiento similar reportado en otros estudios (Beukes y Cowling, 2003; Shi et al., 2010).
Cuadro 2 Suelo cubierto por pasto Panicum maximum Jacq. bajo las copas de árboles Acacia macracantha en áreas de pastoreo de ganado en un fundo del distrito de Bellavista (Cajamarca, Perú, 2018).
FCA: fuera de la copa de los árboles, BCAj: bajo la copa del árbol joven, BCAm: bajo la copa del árbol mediano. EE: Error estándar, Fr Ar A: franco-arcillo-arenoso
a,b,c Letras diferentes en cada fila indican diferencias significativas (p<0.05)
El contenido de P2 O5 (kg/ha) y de K2 O (kg/ha) fue significativamente mayor (p<0.05) en el suelo bajo la copa del árbol mediano en comparación con el contenido en el suelo bajo la copa del árbol joven y fuera de la copa de los árboles (Cuadro 2). Por su parte, Villagra et al. (2004) encontraron que la presencia de Prosopis flexulosa mejora las condiciones de materia orgánica, nitrógeno y fosforo bajo la copa del árbol, mientras no afecta el contenido de potasio y el valor del pH. En este sentido, Andrade et al. (2008), reportaron que Acacia mangium deposita la mayor cantidad de material vegetal en forma de hojarasca, al ser comparado con otro grupo de plantas arbóreas, mientras que Obispo et al. (2008) reportaron que la fertilidad, porosidad y capacidad de almacenamiento de agua en el suelo se mejora bajo los árboles.
No se detectaron niveles de aluminio en los suelos debido que son suelos ligeramente alcalinos con formación geológica basada en roca basáltica básica, siendo su clasificación taxonómica vertisol con predominancia de arcilla montmorillonita (Ditzler, 2017). Similares resultados fueron reportados por Nuñez (2019) en la misma zona geográfica. Este elemento se encuentra generalmente en las arcillas y bajo ciertas condiciones se puede volver tóxico para las plantas, ya que inhibe el desarrollo de las raíces. Esto ocurre generalmente en suelos con pH menor a 5 (Zapata, 2004). La presencia de aluminio implica una reducción de la fertilidad debido a que producen fenómenos de degradación de la materia orgánica y pérdida de nutrientes (Acevedo, 2007).
CONCLUSIONES
La Acacia macracantha mejora la humedad, materia orgánica, niveles fósforo y potasio en el suelo; sin embargo,ndebido a la acumulación de materia orgánica, el pH disminuyó ligeramente.
La mayor resistencia mecánica bajo la copa de los árboles encontrada se debe al comportamiento animal, ya que este busca sombra durante las horas de mayor temperatura ambiental. Sin embargo, fuera de la copa del árbol esta característica física es muy variable, especialmente en la época seca
