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Captura de carbono en suelo de cultivo de cacao (Theobroma cacao L.), opci�n para mitigaci�n del cambio clim�tico
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.), op��o para mitiga��o das mudan�as clim�ticas
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Correspondencia: lxleon@espam.edu.ec
Ciencias T�cnicas y Aplicadas
Art�culo de Investigaci�n
* Recibido: 05 de enero de 2024 *Aceptado: 27 de enero de 2024 * Publicado: �25 de febrero de 2024
I. Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria de Manab� �Manuel F�lix L�pez�, Manab�, Ecuador.
II. Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria de Manab� �Manuel F�lix L�pez�, Manab�, Ecuador.
III. Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria de Manab� �Manuel F�lix L�pez�, Manab�, Ecuador.
IV. Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria de Manab� �Manuel F�lix L�pez�, Manab�, Ecuador.
Resumen
El objetivo del presente estudio fue cuantificar el potencial de concentraci�n de carbono (C) org�nico 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 pr�cticas agr�colas: control de maleza y control fitosanitario. Se trabaj� con un dise�o de bloques completamente al azar (DBCA), como variable respuesta se analiz� la concentraci�n de C org�nico en el suelo. La mayor concentraci�n de C org�nico 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: Pr�cticas agr�colas; 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 concentra��o potencial de carbono org�nico (C) no solo em �reas cultivadas e n�o cultivadas com cacau. A unidade de estudo foi composta por tr�s clones de cacau (1) EET-116; (2) EET-103; (3) EET-95, distribu�da em 0,84 ha como �rea de estudo, com dist�ncia de 4x4 m entre plantas e entre vielas, totalizando 205 plantas. Os fatores em estudo foram: superf�cie da cobertura/res�duo 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 pr�ticas agr�colas: controle de ervas daninhas e controle fitossanit�rio. Trabalhamos com delineamento em blocos inteiramente casualizados (DBCA), sendo analisada a concentra��o de C org�nico no solo como vari�vel resposta. A maior concentra��o de C org�nico 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: pr�ticas agr�colas; captura de carbono; cobertura vegetal.
Introducci�n
A nivel mundial el cambio clim�tico generado por las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) es un tema de gran preocupaci�n para la humanidad, actualmente existe informaci�n cient�fica que evidencia que es necesario implementar medidas efectivas a fin de evitar los efectos irreversibles de cambio en el clima (Hern�ndez et al., 2021). Los fen�menos clim�ticos que se manifiestan, tales como el aumento de la temperatura, extinci�n de especies animales y vegetales, agotamiento de recursos naturales, se identifican como factores determinantes que tienen relaci�n con las emisiones de carbono (C) (Gonz�lez et al., 2023). El di�xido de carbono (CO2), es el principal gas de efecto invernadero que ha aumentado de 275 a 414 partes por mill�n (ppm) a partir del a�o 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 sint�ticos y esti�rcol fresco conlleva a problemas ambientales graves como contaminaci�n del agua, la acidificaci�n del suelo y principalmente en la emisi�n 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 ganader�a. La transici�n para alcanzar emisiones del 0% o emisiones neutras depender� de la forma en que se cultiva, lo que comemos y a c�mo gestionamos los bosques y sumideros naturales de carbono (Wen et al., 2023). Uno de los servicios m�s relevantes a nivel mundial es la captura de C, debido a que posee una contribuci�n directa en la disminuci�n de los fen�menos causados tanto por el cambio clim�tico y el calentamiento global (Trinidad et al., 2016). Por esta raz�n en el protocolo de Kyoto en los art�culos 1.3 (uso de la tierra) y 1.4 (cambio en el uso de la tierra y forestaci�n) 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 org�nico en ecosistemas terrestres. No obstante, la utilizaci�n excesiva de los suelos por actividades antr�picas ha ocasionado una disminuci�n en el contenido de C del suelo, resultando en la emisi�n de gases de efecto invernadero (Hurtado et al., 2023). De la misma forma hay especies vegetales que coadyuvan a la capacidad de adsorci�n 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 descomposici�n de material vegetal (e.g. hojas, ramas y mazorcas) que caen al suelo, la descomposici�n se genera por la interacci�n distintos factores bi�ticos y bi�ticos (e.g.� reacciones qu�micas 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 raz�n que los sistemas agroforestales de monocultivos de cacao han llamado la atenci�n, 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, tama�o, as� como la densidad poblacional (Leiva y Ram�rez, 2021).� A nivel provincial, son pocos los estudios en relaci�n con el contenido de C org�nico en suelos de cacao, pese a que Manab� es una regi�n donde la agricultura tiene un valor muy importante. Mes�as et al. (2018) cita que, en la Parroquia Membrillo del Cant�n Bol�var, se han obtenido resultados sobre las caracter�sticas de los suelos y las reservas de C aplicando nuevas pr�cticas agr�colas.
Desde el punto de vista de Tan y Kuebbing (2023) la adopci�n de nuevas pr�cticas agr�colas, reducen los efectos del cambio clim�tico en un 0,4% anual (4 por mil), debido a que aumentan las reservas de C org�nico del suelo. Por lo tanto, es importante la aplicaci�n pr�cticas agr�colas 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 org�nico del suelo a trav�s de cambios en las pr�cticas agr�colas, por ende, el secuestro de C tiene potencial para mitigar los aumentos de las concentraciones de CO2 atmosf�rico (Rodrigues et al., 2023). Finalmente, el objetivo de la presente investigaci�n fue cuantificar el potencial de concentraci�n de C org�nico en el suelo en �reas cultivadas y no cultivadas con cacao.�
Metodolog�a
Este estudio se realiz� en el a�o 2023, en la Unidad de Investigaci�n de Cacao de la Escuela Superior Polit�cnica Agropecuaria de Manab� �Manuel F�lix L�pez� (ESPAM MFL), sitio el Lim�n, Bol�var, Manab� (0� 49� 23�� S; 80� 11� 01�� O; 15 msnm). La temperatura media anual fue de 30.7�C y la media de precipitaci�n anual de 1166 mm. El suelo fue caracterizado de acuerdo a par�metros f�sicos y qu�micos, lo que sirvi� como l�nea base para la investigaci�n.
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 pr�cticas que se realizaron fueron el control de malezas de forma mec�nica con la guada�a cada 8 y 15 d�as. Por otro lado, el control fitosanitario se lo realiz� mediante podas, lo cual consisti� en la eliminaci�n 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 fertilizaci�n ed�fica consisti� en la aplicaci�n del fertilizante de manera radicular (directa en la base de la planta), la mezcla de fertilizante aplicado fue de nitr�geno 12% (n�trico 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 Investigaci�n de cacao (Theobroma cacao L.). De tres clones de cacao (1) EET-116, (2) EET-103, (3) ETT-95. �reas de producci�n, sin sombra y con sombra, ensayo realizado de marzo a agosto 2023. (Sitio el Lim�n, Bol�var, Manab�.)
Figura 2
Relaci�n 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 Investigaci�n de cacao (Theobroma cacao L.).
De los tres clones de cacao (1) EET-116; (2) EET-103; (3) ETT-95 (Sitio el
Lim�n, Bol�var, Manab�.)
Inicialmente se realiz� la excavaci�n de una calicata de 2 m x 1 m y 1.50 m de profundidad, donde se identific� los diferentes par�metros f�sico-qu�micos.�
Posteriormente se tomaron 240 muestras (120 en el �rea con sombra y 120 en el �rea sin sombra), para estimar la concentraci�n de C org�nico en suelo a trav�s del m�todo 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 dispersi�n de la muestra de suelo en la soluci�n.� As� mismo se adicion� 20 ml de �cido sulf�rico concentrado (H2SO4). La soluci�n 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 soluci�n cambi� de un tono verde a un rojo marr�n. Se registr� la cantidad de FeSO4 utilizado.
Posteriormente se procede a calcular el % de C usando la ecuaci�n 1:
D�nde:
%C= Porcentaje de C org�nico en suelo
B= Volumen de titulante utilizado en el blanco (ml)
S= Volumen de titulante utilizado en la muestra (ml)
MFe2+= Concentraci�n de soluci�n estandarizada de FeSO4 (molaridad)
0,003= C oxidado
f= Factor de correcci�n (1.3)
mcf= Factor de correcci�n por la humedad
W= Peso de suelo (g)
Para el an�lisis de datos se realiz� un an�lisis de varianza (ANOVA) y as� estimar la diferencia de captura de C entre las 240 muestras en estudio. Las comparaciones estad�sticas entre tratamientos fueron analizadas mediante Tukey p<0.05. Se plante� un dise�o 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 concentraci�n de C org�nico en el suelo.
Resultados
Caracterizaci�n de los par�metros f�sico-qu�micos del suelo.
Los an�lisis f�sico-qu�micos permitieron obtener la l�nea 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 qu�mica de pH oscil� entre 6.85 y 7.60. En conductividad los valores est�n 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 mayor�a de los perfiles de suelo (0-20; 0-45; 5-61; 0-80) hubo presencia notable de lumbr�cidos, mientras que en otros perfiles (1-70; 0-130; 0-150) no hubo presencia. Finalmente, en cuanto a la morfolog�a de ra�ces, se evidenciaron ra�ces gruesas y finas, raicillas finas, raicillas y ra�ces finas.
En la tabla 2 se observa la concentraci�n de C org�nico 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 estad�sticas significativas (p=0.6010), sin embargo, la concentraci�n m�s alta de C Org�nico 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 concentraci�n m�s 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.
Cuantificaci�n de la concentraci�n de carbono org�nico 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 Lim�n, Cant�n Bol�var, Manab�.
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Profundidad (cm) |
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Clones de cacao |
�rea de muestreo |
0-5 |
5- 10 |
10 -20 |
20-30 |
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kg m-2 |
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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 |
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Nota: Letras distintas indican diferencias estad�sticas significativas (P ≤ 0.05). |
El C acumulado en el suelo del �rea en estudio present� diferencias significativas (p =0.0020), la media m�s 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.
Concentraci�n 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 Lim�n, Cant�n Bol�var, Manab�. Letras sobre las barras significan la comparaci�n horizontal por secci�n.
Discusi�n
Las propiedades f�sicas y qu�micas del suelo en el cultivo de cacao, permitieron obtener una l�nea base para la concentraci�n 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 an�lisis f�sico-qu�mico. Al observar los resultados de la presente investigaci�n (Tabla 1), se puede evidenciar diferentes texturas (franco, franco arenoso y arena franca), las cuales tienen influencia en la concentraci�n de C en el suelo (0.6-1.2 kg m-2), sosteniendo que la capacidad de concentraci�n del suelo se basa primariamente en suelos que contienen part�culas franco arenosas (Hou et al., 2023). Por otro lado, el pH guarda relaci�n 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 relaci�n 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 ra�ces de cacao es < 20 cm, lo cual contribuye positivamente a aumentar las reservas de C org�nico 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 descomposici�n de microorganismos inician en la parte superior del suelo y la cantidad de C disminuye a mayor profundidad, lo que guarda relaci�n con los resultados obtenidos en la presente investigaci�n, en donde la mayor concentraci�n de C se obtuvo a una profundidad de 0-5 cm y la menor concentraci�n a una profundidad de 20-30 cm (Zavala et al., 2018).
Respecto a la concentraci�n de C org�nico en el suelo no se observ� diferencias significativas (p=0.6010) en las �reas de manejo (con o sin sombra), sin embargo, la concentraci�n de C m�s 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 adem�s aliviar la degradaci�n del suelo (Sun et al. 2023). De igual manera, Teixiera et al. (2023) establece que la relaci�n entre la agricultura y el tipo de plantaci�n 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 org�nico 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 concentraci�n de C result� mayor en 19.16% en el �rea de manejo con sombra.
Las pr�cticas agr�colas empleadas (control de maleza y control fitosanitario) tienen influencia en la concentraci�n 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 V�zquez, 2023). Por esta raz�n se ha considerado que las pr�cticas agr�colas aplicadas en esta investigaci�n tales como el control de malezas y podas, pueden ser consideradas como una pr�ctica cultural que puede contribuir a la mitigaci�n 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).
Conclusi�n
La mayor concentraci�n de C org�nico 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 pr�cticas culturales t�picas del cultivo de cacao, lo que contribuye en el aumento de la concentraci�n de C en el suelo en 19.16% en comparaci�n al �rea de manejo sin sombra.
Agradecimiento
Al equipo t�cnico del laboratorio de suelos y estudiantes de la ESPAM MFL Ecuador. Financiaci�n de la ESPAM MFL con el Proyecto de Investigaci�n CUP:91880000.0000.388095 SEMPLADES, Ecuador.
Referencias
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