Captura de carbono en suelo de cultivo de cacao (Theobroma cacao L.), opcin para mitigacin del cambio climtico
Carbon capture in cocoa cultivation soil (Theobroma cacao L.), option for climate change mitigation
Captura de carbono em solo de cultivo de cacau (Theobroma cacao L.), opo para mitigao das mudanas climticas
Correspondencia: lxleon@espam.edu.ec
Ciencias Tcnicas y Aplicadas
Artculo de Investigacin
* Recibido: 05 de enero de 2024 *Aceptado: 27 de enero de 2024 * Publicado: 25 de febrero de 2024
I. Escuela Superior Politcnica Agropecuaria de Manab Manuel Flix Lpez, Manab, Ecuador.
II. Escuela Superior Politcnica Agropecuaria de Manab Manuel Flix Lpez, Manab, Ecuador.
III. Escuela Superior Politcnica Agropecuaria de Manab Manuel Flix Lpez, Manab, Ecuador.
IV. Escuela Superior Politcnica Agropecuaria de Manab Manuel Flix Lpez, Manab, Ecuador.
Resumen
El objetivo del presente estudio fue cuantificar el potencial de concentracin de carbono (C) orgnico en el suelo en reas cultivadas y no cultivadas con cacao. La unidad de estudio const de tres clones de cacao (1) EET-116; (2) EET-103; (3) EET-95, distribuidas en 0.84 ha como rea de estudio, con una distancia 4x4 m entre plantas y entre callejones, con un total de 205 plantas. Los factores en estudio fueron: superficie de cobertura vegetal/residuos (con sombra y sin sombra) y las cuatro profundidades (1) 0-5; (2) 5-10; (3) 10-20; (4) 20-30 cm. Se realizaron prcticas agrcolas: control de maleza y control fitosanitario. Se trabaj con un diseo de bloques completamente al azar (DBCA), como variable respuesta se analiz la concentracin de C orgnico en el suelo. La mayor concentracin de C orgnico en suelo (68.63 g kg m-2) se present en la variedad de cacao EET-95 con sombra y con una profundidad de 0-5 cm. Se concluye que el rea de manejo del cultivo de cacao con sombra puede llegar a concentrar en el suelo hasta 19.16% C.
Palabras Clave: Prcticas agrcolas; captura de carbono; cobertura vegetal.
Abstract
The objective of the present study was to quantify the potential concentration of organic carbon (C) in the soil in areas cultivated and not cultivated with cocoa. The study unit consisted of three cocoa clones (1) EET-116; (2) EET-103; (3) EET-95, distributed over 0.84 ha as a study area, with a distance of 4x4 m between plants and between alleys, with a total of 205 plants. The factors under study were: surface of vegetation cover/residue (with shade and without shade) and the four depths (1) 0-5; (2) 5-10; (3) 10-20; (4) 20-30cm. Agricultural practices were carried out: weed control and phytosanitary control. We worked with a completely randomized block design (DBCA), the concentration of organic C in the soil was analyzed as the response variable. The highest concentration of organic C in soil (68.63 g kg m-2) occurred in the EET-95 cocoa variety with shade and a depth of 0-5 cm. It is concluded that the shaded cocoa cultivation management area can concentrate up to 19.16% C in the soil.
Keywords: agricultural practices; carbon capture; plant cover.
Resumo
O objetivo do presente estudo foi quantificar a concentrao potencial de carbono orgnico (C) no solo em reas cultivadas e no cultivadas com cacau. A unidade de estudo foi composta por trs clones de cacau (1) EET-116; (2) EET-103; (3) EET-95, distribuda em 0,84 ha como rea de estudo, com distncia de 4x4 m entre plantas e entre vielas, totalizando 205 plantas. Os fatores em estudo foram: superfcie da cobertura/resduo vegetal (com sombra e sem sombra) e as quatro profundidades (1) 0-5; (2) 5-10; (3) 10-20; (4) 20-30 cm. Foram realizadas prticas agrcolas: controle de ervas daninhas e controle fitossanitrio. Trabalhamos com delineamento em blocos inteiramente casualizados (DBCA), sendo analisada a concentrao de C orgnico no solo como varivel resposta. A maior concentrao de C orgnico no solo (68,63 g kg m-2) ocorreu na variedade de cacau EET-95 com sombra e profundidade de 0-5 cm. Conclui-se que a rea de manejo sombreada do cultivo do cacau pode concentrar at 19,16% de C no solo.
Palavras-chave: prticas agrcolas; captura de carbono; cobertura vegetal.
Introduccin
A nivel mundial el cambio climtico generado por las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) es un tema de gran preocupacin para la humanidad, actualmente existe informacin cientfica que evidencia que es necesario implementar medidas efectivas a fin de evitar los efectos irreversibles de cambio en el clima (Hernndez et al., 2021). Los fenmenos climticos que se manifiestan, tales como el aumento de la temperatura, extincin de especies animales y vegetales, agotamiento de recursos naturales, se identifican como factores determinantes que tienen relacin con las emisiones de carbono (C) (Gonzlez et al., 2023). El dixido de carbono (CO2), es el principal gas de efecto invernadero que ha aumentado de 275 a 414 partes por milln (ppm) a partir del ao 2021. Actualmente existe un excedente de 64 ppm de CO2, que provoca repercusiones negativas sobre la agricultura, seguridad alimentaria y los recursos naturales (Marcelo et al., 2023). En la agricultura, el uso inadecuado de fertilizantes sintticos y estircol fresco conlleva a problemas ambientales graves como contaminacin del agua, la acidificacin del suelo y principalmente en la emisin de GEI como CO2 (Alvarado et al., 2023). En este contexto es importante destacar que cerca de un tercio (27 %) de las emisiones mundiales de GEI proceden de la agricultura, y la ganadera. La transicin para alcanzar emisiones del 0% o emisiones neutras depender de la forma en que se cultiva, lo que comemos y a cmo gestionamos los bosques y sumideros naturales de carbono (Wen et al., 2023). Uno de los servicios ms relevantes a nivel mundial es la captura de C, debido a que posee una contribucin directa en la disminucin de los fenmenos causados tanto por el cambio climtico y el calentamiento global (Trinidad et al., 2016). Por esta razn en el protocolo de Kyoto en los artculos 1.3 (uso de la tierra) y 1.4 (cambio en el uso de la tierra y forestacin) se hace referencia sobre el potencial de las plantaciones forestales para fijar y almacenar carbono en el suelo, este potencial es de 49,50% (Ledesme y Abreu, 2023).
Los suelos son considerados las principales fuentes de almacenamiento de C orgnico en ecosistemas terrestres. No obstante, la utilizacin excesiva de los suelos por actividades antrpicas ha ocasionado una disminucin en el contenido de C del suelo, resultando en la emisin de gases de efecto invernadero (Hurtado et al., 2023). De la misma forma hay especies vegetales que coadyuvan a la capacidad de adsorcin de CO2 en el suelo, principalmente en especies arbustivas como el cacao, esta especie puede llegar a capturar C de 3.2 a 10 ton C-1, uno de los principales mecanismos es la descomposicin de material vegetal (e.g. hojas, ramas y mazorcas) que caen al suelo, la descomposicin se genera por la interaccin distintos factores biticos y biticos (e.g. reacciones qumicas de microorganismos, humedad y temperatura) (Ledesma y Abreu, 2023).
Se reportado que en plantaciones de cacao el C puede llegar a almacenar hasta 13,8 Mg C ha-1, es por esta razn que los sistemas agroforestales de monocultivos de cacao han llamado la atencin, por su capacidad de captura de C en el suelo. La capacidad de almacenar C en sistemas agroforestales de ciclo perenne, depende mucho de la edad de las plantaciones, tamao, as como la densidad poblacional (Leiva y Ramrez, 2021). A nivel provincial, son pocos los estudios en relacin con el contenido de C orgnico en suelos de cacao, pese a que Manab es una regin donde la agricultura tiene un valor muy importante. Mesas et al. (2018) cita que, en la Parroquia Membrillo del Cantn Bolvar, se han obtenido resultados sobre las caractersticas de los suelos y las reservas de C aplicando nuevas prcticas agrcolas.
Desde el punto de vista de Tan y Kuebbing (2023) la adopcin de nuevas prcticas agrcolas, reducen los efectos del cambio climtico en un 0,4% anual (4 por mil), debido a que aumentan las reservas de C orgnico del suelo. Por lo tanto, es importante la aplicacin prcticas agrcolas que mejoren el secuestro de C sin afectar otros beneficios del ecosistema (Kumara et al., 2023). En base a lo planteado anteriormente, existe un gran potencial en el rea de reservas de C orgnico del suelo a travs de cambios en las prcticas agrcolas, por ende, el secuestro de C tiene potencial para mitigar los aumentos de las concentraciones de CO2 atmosfrico (Rodrigues et al., 2023). Finalmente, el objetivo de la presente investigacin fue cuantificar el potencial de concentracin de C orgnico en el suelo en reas cultivadas y no cultivadas con cacao.
Metodologa
Este estudio se realiz en el ao 2023, en la Unidad de Investigacin de Cacao de la Escuela Superior Politcnica Agropecuaria de Manab Manuel Flix Lpez (ESPAM MFL), sitio el Limn, Bolvar, Manab (0 49 23 S; 80 11 01 O; 15 msnm). La temperatura media anual fue de 30.7C y la media de precipitacin anual de 1166 mm. El suelo fue caracterizado de acuerdo a parmetros fsicos y qumicos, lo que sirvi como lnea base para la investigacin.
La unidad de estudio const de tres clones de cacao (1) EET-116; (2) EET-103; (3) EET-95 alternados en cada hilera (Figura 1). El rea de estudio fue de 0.84 ha, con una distancia 4x4 m entre plantas y entre callejones, con un total de 205 plantas. Dentro del rea de estudio existe un rbol de guachapele (Albizia guachapele) y un rbol de mango (Mangifera indica). La unidad de estudio se dividi en dos secciones: (1) con sombra y (2) sin sombra, que corresponde a la superficie de cobertura vegetal/residuos. (Figura 2)
Las principales prcticas que se realizaron fueron el control de malezas de forma mecnica con la guadaa cada 8 y 15 das. Por otro lado, el control fitosanitario se lo realiz mediante podas, lo cual consisti en la eliminacin de frutos enfermos, brotes de los chupones y ramas, de igual manera se realizan dos podas al (1) inicio de poca lluviosa (diciembre) y (2) al final de poca lluviosa (abril), mientras que la fertilizacin edfica consisti en la aplicacin del fertilizante de manera radicular (directa en la base de la planta), la mezcla de fertilizante aplicado fue de nitrgeno 12% (ntrico y amoniacal), P2O5 11%, K2O 18%, MgO 2.7%, azufre 8%, boro 0.015%, hierro 0.2%, manganeso 0.02% y zinc 0.02%, las aplicaciones se realizaron al inicio de poca lluviosa (diciembre) y al final la poca lluviosa (abril).
Figura 1
rea de estudio de la Unidad de Investigacin de cacao (Theobroma cacao L.). De tres clones de cacao (1) EET-116, (2) EET-103, (3) ETT-95. reas de produccin, sin sombra y con sombra, ensayo realizado de marzo a agosto 2023. (Sitio el Limn, Bolvar, Manab.)
Figura 2
Relacin del rbol de guachapele con el clon EET-95 y rbol de mango con el clon EET-116 en el cultivo de cacao de la Unidad de Investigacin de cacao (Theobroma cacao L.). De los tres clones de cacao (1) EET-116; (2) EET-103; (3) ETT-95 (Sitio el Limn, Bolvar, Manab.)
Inicialmente se realiz la excavacin de una calicata de 2 m x 1 m y 1.50 m de profundidad, donde se identific los diferentes parmetros fsico-qumicos.
Posteriormente se tomaron 240 muestras (120 en el rea con sombra y 120 en el rea sin sombra), para estimar la concentracin de C orgnico en suelo a travs del mtodo de Walkley y Black (1934). El procedimiento inici con el pesado de 1.0 g de muestra de suelo seco al aire en un matraz de Erlenmeyer de 500 ml, luego se adicion 10 ml de dicromato de potasio (0.167 M) y se agit por un minuto para una correcta dispersin de la muestra de suelo en la solucin. As mismo se adicion 20 ml de cido sulfrico concentrado (H2SO4). La solucin anterior se dej reposar por 30 minutos, pasado este tiempo se adicion 200 ml de agua destilada con 4 gotas de o-fenantrolina. Se procedi a titular con sulfato de hierro (0.5 M) hasta que se observ que el color de la solucin cambi de un tono verde a un rojo marrn. Se registr la cantidad de FeSO4 utilizado.
Posteriormente se procede a calcular el % de C usando la ecuacin 1:
Dnde:
%C= Porcentaje de C orgnico en suelo
B= Volumen de titulante utilizado en el blanco (ml)
S= Volumen de titulante utilizado en la muestra (ml)
MFe2+= Concentracin de solucin estandarizada de FeSO4 (molaridad)
0,003= C oxidado
f= Factor de correccin (1.3)
mcf= Factor de correccin por la humedad
W= Peso de suelo (g)
Para el anlisis de datos se realiz un anlisis de varianza (ANOVA) y as estimar la diferencia de captura de C entre las 240 muestras en estudio. Las comparaciones estadsticas entre tratamientos fueron analizadas mediante Tukey p<0.05. Se plante un diseo de bloques completos al azar (DBCA) con dos factores, siendo el factor A superficie de cobertura vegetal/residuos con dos niveles (1) con sombra y (2) sin sombra, mientras que el factor B correspondiente a las cuatro profundidades (1) 0-5; (2) 5-10; (3) 10-20; (4) 20-30 cm, como variable respuesta se analiz la concentracin de C orgnico en el suelo.
Resultados
Caracterizacin de los parmetros fsico-qumicos del suelo.
Los anlisis fsico-qumicos permitieron obtener la lnea base previo al inicio del experimento en los diferentes perfiles de suelo, de la parcela de estudio en tres clones de cacao EET-116; 2) EET-103; y 3) EET-95 (Tabla 1).
Para los diferentes perfiles de suelo, se obtuvieron los colores caf gris, caf amarillento, caf pardo, gris, amarillo y gris muy oscuro. As mismo se pudo clasificar en las clases texturales franco (0-20; 0-45), franco arenoso (5-61;1-70; 0-80), arena franca (0-130; 0-150).
La propiedad qumica de pH oscil entre 6.85 y 7.60. En conductividad los valores estn en un rango de 50.7 y 116.3 ms/cm. La densidad aparente en un rango de 1.03 a 1.20.
En la mayora de los perfiles de suelo (0-20; 0-45; 5-61; 0-80) hubo presencia notable de lumbrcidos, mientras que en otros perfiles (1-70; 0-130; 0-150) no hubo presencia. Finalmente, en cuanto a la morfologa de races, se evidenciaron races gruesas y finas, raicillas finas, raicillas y races finas.
En la tabla 2 se observa la concentracin de C orgnico obtenido de la unidad en estudio con sombra y sin sombra, en las cuatro profundidades y en tres clones de cacao. Los resultados no indicaron diferencias estadsticas significativas (p=0.6010), sin embargo, la concentracin ms alta de C Orgnico fue de 68.63 kg m-2 en el rea de muestreo con sombra, en la profundidad de 0-5 cm en el clon EET-95. La concentracin ms baja de C se obtuvo en el rea sin sombra, en la profundidad de 20-30 cm, en el clon EET-95, con una media de 7.17 kg m-2
Tabla 2.
Cuantificacin de la concentracin de carbono orgnico en el suelo del cultivo de cacao (Theobroma cacao L) rea con sombra (a), rea sin sombra (b) en cuatro profundidades (1) 0-5, (2) 5-10, (3) 10-20, (4) 20-30 cm, en tres clones de cacao 1) EET-116, 2) EET-103, y 3) EET-95. Sitio el Limn, Cantn Bolvar, Manab.
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Profundidad (cm) |
|||
Clones de cacao |
rea de muestreo |
0-5 |
5- 10 |
10 -20 |
20-30 |
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kg m-2 |
|||
EET-116 |
Con sombra |
59.47 *a |
12.60 cd |
10.01 d |
9.25 d |
Sin sombra |
30.72 bcd |
16.97 cd |
14.81 cd |
11.51 cd |
|
EET-103 |
Con sombra |
53.69 ab |
12.94 cd |
9.04 d |
7.91 d |
Sin sombra |
34.66 bc |
13.45 cd |
13.37 cd |
8.81 d |
|
EET-95 |
Con sombra |
68.63 a |
10.04 d |
8.79 d |
8.75 d |
|
Sin sombra |
25.20 cd |
12.87 cd |
8.52 d |
7.17 d |
p_valor |
0.6010 |
||||
Nota: Letras distintas indican diferencias estadsticas significativas (P ≤ 0.05). |
El C acumulado en el suelo del rea en estudio present diferencias significativas (p =0.0020), la media ms representativa se detect en los rboles con sombra, obteniendo una media de 22.59 kg m-2; los rboles sin sombra presentaron un promedio de 16.51 kg m-2 (figura 5).
Figura 3.
Concentracin del C en el suelo de dos reas de estudio (Con Sombra y Sin sombra) en el cultivo de cacao (Theobroma cacao L) en tres clones EET-116; EET-103; EET-95. Sitio el Limn, Cantn Bolvar, Manab. Letras sobre las barras significan la comparacin horizontal por seccin.
Discusin
Las propiedades fsicas y qumicas del suelo en el cultivo de cacao, permitieron obtener una lnea base para la concentracin de C en el suelo del cultivo de cacao. En importante mencionar que la capacidad de captura de C es favorecida por las condiciones del suelo indicadas en el anlisis fsico-qumico. Al observar los resultados de la presente investigacin (Tabla 1), se puede evidenciar diferentes texturas (franco, franco arenoso y arena franca), las cuales tienen influencia en la concentracin de C en el suelo (0.6-1.2 kg m-2), sosteniendo que la capacidad de concentracin del suelo se basa primariamente en suelos que contienen partculas franco arenosas (Hou et al., 2023). Por otro lado, el pH guarda relacin directa con el C presente en el suelo, principalmente en dos profundidades (0-15 y 15-30 cm). En suelos cacaoteros generalmente el pH se encuentran en valores de 7 a 7.5, lo que guarda relacin directa entre el rango de neutralidad y el incremento de C de 3.09% (Barrezueta, 2019). As mismo, se observ que la profundidad de las races de cacao es < 20 cm, lo cual contribuye positivamente a aumentar las reservas de C orgnico del suelo en perfiles superiores aproximadamente hasta 3,41 kg m-2,en estos perfiles las poblaciones de microorganismos pueden incrementarse en 10 % (Siegwart et al., 2023). Generalmente los procesos de descomposicin de microorganismos inician en la parte superior del suelo y la cantidad de C disminuye a mayor profundidad, lo que guarda relacin con los resultados obtenidos en la presente investigacin, en donde la mayor concentracin de C se obtuvo a una profundidad de 0-5 cm y la menor concentracin a una profundidad de 20-30 cm (Zavala et al., 2018).
Respecto a la concentracin de C orgnico en el suelo no se observ diferencias significativas (p=0.6010) en las reas de manejo (con o sin sombra), sin embargo, la concentracin de C ms alta fue de 68.63 kg m-2 en el rea con sombra, en la profundidad de 0-5 cm. Previamente, se ha reportado que la reserva de C en suelo aumenta en un 20% en monocultivos con sombra y adems aliviar la degradacin del suelo (Sun et al. 2023). De igual manera, Teixiera et al. (2023) establece que la relacin entre la agricultura y el tipo de plantacin aumenta en un 41.5% (18.79 kg m-2) la reserva de C en el suelo. En el caso particular del cultivo de cacao Adiyah et al. (2023), report que el CO del suelo en sistemas agroforestales de cacao poseen una reserva de C orgnico de 121 Mg C ha-1 a una profundidad de 20 a 60 cm, estos autores mencionan que la hojarasca de cacao se convierte en la capa principal del suelo, lo que genera el aumento de la captura de C del suelo. En el presente estudio la concentracin de C result mayor en 19.16% en el rea de manejo con sombra.
Las prcticas agrcolas empleadas (control de maleza y control fitosanitario) tienen influencia en la concentracin de C, debido a que el suelo muestra mejor capacidad en capturar C en el rango de 3.98 a 23.61 kg m-2 (Somoza y Vzquez, 2023). Por esta razn se ha considerado que las prcticas agrcolas aplicadas en esta investigacin tales como el control de malezas y podas, pueden ser consideradas como una prctica cultural que puede contribuir a la mitigacin de CO2, teniendo en cuenta la variedad y el rea.
Finalmente es importante mencionar que los rboles de cacao son una excelente reserva de carbono capaces de almacenar 196,94 kg m-2 y contribuyen a la captura de C en 48,15% en el suelo (Getachew et al., 2023), esto puede explicar la diferencia de valores en captura de carbono en el rea con sombra (22.59 kg m-2) y sin sombra (16.51 kg m-2).
Conclusin
La mayor concentracin de C orgnico en suelo se genera en reas de manejo con sombra, en perfiles superiores <5 cm, que est influenciado principalmente por biomasa radicular y residuos de materiales vegetales generados por prcticas culturales tpicas del cultivo de cacao, lo que contribuye en el aumento de la concentracin de C en el suelo en 19.16% en comparacin al rea de manejo sin sombra.
Agradecimiento
Al equipo tcnico del laboratorio de suelos y estudiantes de la ESPAM MFL Ecuador. Financiacin de la ESPAM MFL con el Proyecto de Investigacin CUP:91880000.0000.388095 SEMPLADES, Ecuador.
Referencias
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