Caracterización de la fertilidad del suelo en monocultivos de cafe (Coffea Arabica) y bajo sombrio de guamo (Inga ssp)

Artículos de investigación científica y tecnológica

Colombia Forestal, 2005-11-00 vol:9 nro:18 pág:87-97

Caracterización de la fertilidad del suelo en monocultivos de café

Diego Alejandro Cardona C.

Universidad Distrital Francisco José de Caldas
alejandrocalle@hotmail.com

Siavosh Sadeghian Kh.

Líder Disciplina de Suelos Cenicafé.
siavosh.Sadeghian@cafedecolombia

Resumen

Se caracterizaron las propiedades del suelo y ciclo de nutrientes en monocultivos de café y con sombrío de guamo en 8 unidades de suelo de 7 departamentos, ubicando lotes para cada sistema. En cada cultivo se tomaron muestras de suelo por triplicado en las profundidades: OS, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30 y 30-40 cm. El ciclo de nutrientes fue evaluado en dos de las localidades.

Las mayores diferencias entre sistemas se registraron para propiedades físicas, fundamentalmente en los primeros 10 cm. Los suelos de cafetales bajo sombra tuvieron menor densidad aparente y temperatura, así como mayor porosidad total y humedad que aquellos cultivados a plena exposición, a la vez que exhibieron una menor compactación.

El establecimiento de sombrío con Irga contribuyó en la conservación y mejoramiento de algunas propiedades del suelo; el efecto producido estuvo determinado en gran medida por la materia orgánica. El retorno de material orgánico en cultivos con sombrío (11,2 y 10,5 tn.ha-1) fue 2,5 veces superior que a plena exposición solar (4,6 y 4,2 tn.ha -1) y con mayor cantidad de nutrientes. Las tasas anuales de descomposición de residuos de guamo fueron las menores, 0,58 en El Cairo y 0,85 en Chinchiná, mientras que para café variaron entre 1,39 y 1,70. La actividad microbiana presentó comportamiento diferente en el tiempo entre localidades, con mayores valores para café al sol en uno de los sitios.

Palabras claves:
Café, coffea arabica, Inga spp, fertilidad, ciclo de nutrientes

Abstract

The properties of the soils and cycle of nutriments in cultivations of coffee with Inga spp shade and free exhibition were characterized in 8 units of soil of 7 departments, selecting lots for the two systems. In each cultivation three soil samples were taken for each depth: 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-30 and 30-40 cm. The cycle of nutrients was evaluated in two of the locations.

The biggest differences among agroecosystems were registered for the physical properties, mainly in the first 10 cm. The soils cultivated with shade had lowest bulk density and temperature, as well as higher porosity and humidity than the soils cultivated without shade, at the same time they exhibited the lowest values of compression.

The establishment of shade with Inga contributed in the conservation and the improvement of some properties of the soil; the produced effect was determined in great measúrby the organic matter. The return of organic máterial in cultivations with shade (11,2 and 10,5 tn.ha1\ was 2,5 times highest than a cómplete exposition to the sun (4,6 and 4,2 tn.ha-'), and with a higher amount ofnutriments. The annual rate of decomposition of the Inga was the lowest, 0,58 in El Cairo and 0,85 in Chinchiná, while for coffee the variation was 1,39 and 1,70. The microbial activity presented different behavior through the time among locations, this value being bigger for coffee exposed to the sun in one of the places.

Key words:
Coffee, coffea arabica, Inga spp, fertility, cicle of nutritious.

INTRODUCCIÓN

El cultivo de café en determinadas regiones requiere el uso de árboles de sombra, dadas las limitaciones de tipo climático o edáfico que existen para su desarrollo; además es una práctica frecuente asociada con la producción de cafés especiales, orgánicos y de origen. El 67% del área nacional cafetera (578,927 has), emplea algún grado de sombrío para la producción, de los cuales el 30% corresponde a cafetales tradicionales y 37% a cultivos tecnificados con sombra (FNC, 1997). A pesar de tratarse de un segmento considerable, la investigación sobre la caficultura con sombra es incipiente, más aun en el campo de suelos (Rao et al., 1997). Aunque no se dispone de una cifra exacta, se estima que la mayor parte del sombrío utilizado en café está representado por individuos del género Inga (guamos).

La presente investigación pretende contribuir a comprender mejor los procesos e interacciones que suceden en estos sistemas y sus efectos sobre el ciclo de nutrimentos y la fertilidad del suelo, con miras a alcanzar un manejo más sostenible. Al mismo tiempo son útiles para profundizar en el análisis y comprensión de los resultados de otras investigaciones relacionadas, lo cual sirve para generar prácticas que beneficien al usuario final.

OBJETIVO

El objetivo principal de este estudio es caracterizar las propiedades de los suelos y el ciclo de nutrimentos en cultivos de café con sombrío de guamo y sin éste.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para alcanzar el objetivo planteado se definieron dos fases dentro de la investigación; la primera correspondió a la evaluación de la fertilidad del suelo, para lo cual se caracterizaron 33 propiedades físicas y químicas. La segunda fase estuvo relacionada con el ciclo de nutrientes.

FASE 1. FERTILIDAD DEL SUELO

Se seleccionaron 8 unidades cartográficas de suelos de la zona cafetera colombiana en 7 departamentos, cuya clasificación taxonómica. ubicación y características climáticas se encuentran en la Tabla 1.

Con el propósito de reducir la variabilidad espacial en cada una de estas unidades se eligieron dos plantaciones cercanas de café, una a libre exposición y otra con sombríd'de guamo. En cada agroecosistema fueron ubicados tres puntos al azar, donde se tomaron muestras disturbadas y sin disturbar, para lo cual se utilizó un barreno de núcleo y cilindros metálicos de 5 cm de altura y 4,83 cm de diámetro; las siguientes fueron las profundidades de muestreo: 0-5 cm, 5-10 cm, 10-15 cm, 15-20 cm, 20-30 cm y 30-40 cm. En estos mismos sitios se efectuaron los registros de temperatura y resistencia a la penetración.

En la Tabla 2 se detallan las propiedades estudiadas (13 físicas y 18 químicas) y los respectivos métodos estandarizados de laboratorio empleados, señalando las muestras disturbadas y sin disturbar.

Para el análisis de los datos obtenidos en la Fase I, y teniendo en cuenta el carácter exploratorio del mismo, se empleó un análisis estadístico descriptivo, trabajando al nivel de las seis profundidades. Se compararon los dos agroecosistemas y su comportamiento en las distintas profundidades mediante la prueba de diferencia mínima significativa (DMS) al nivel de 5%. Adicionalmente se aplicó análisis multivariado de componentes principales con el fin de identificar las variables que más explicaron la variación total. Así mismo se determinaron las correlaciones entre las diferentes características, empleando para ello el coeficiente de Pearson al nivel de 5%.

FASE II. CICLO DE NUTRIMENTOS

Se llevó a cabo en dos de las localidades elegidas para la etapa anterior, municipios de Chinchiná (Caldas) y El Cairo (Valle). La selección de estos sitios se realizó teniendo en cuenta su contraste en términos ambientales, el déficit de humedad que se presenta en Albán y el uso necesario de sombrío en dicho lugar. Dentro de este componente se evaluaron periódicamente cada 45 días las características que se muestran en la Tabla 3, desde diciembre de 2002 hasta enero de 2004.

Para el aporte de material orgánico se realizaron dos evaluaciones, una inicial en la que se cuantificó la cantidad de hojarasca sobre el suelo de los agroecosistemas, al comenzar el estudio (diciembre 2002). Para ello se emplearon marcos de madera de 1m 2 que se introducían en el mantillo hasta llegar al suelo propiamente dicho, tomando 9 muestras en cada tipo de cafetal. Posteriormente se determinó la cantidad de hojarasca ingresada a los agroecosistemas cada 45 días, a partir de la evaluación inicial, instalando un sistema de tres trampas de follaje al interior de cada lote, en el que se colectaba el material orgánico proveniente de la parte aérea (hojas, ramas, flores frutos, entre otros). Las trampas tenían un área de 1m² y estaban ubicadas a 10 cm sobre la superficie del suelo. El material recolectado era secado a 65 °C y posteriormente pesado. En cada una de las evaluaciones descritas se tomaron submuestras de material seco para determinar la cantidad total de nutrimentos en la hojarasca.

Para determinar la velocidad de descomposición de las dos especies estudiadas, 1 codonantha y C. arabica, se recolectó material foliar senescente en cada uno de los agroecosistemas. Posteriormente 100 gr de material seco de cada especie fueron puestos en bolsas de malla plástica (nailon) con abertura de 1 x 1 mm, y dimensiones de 20 x 30 cm.

En todos los lotes se demarcaron 3 parcelas de 3 x 1,5 m, en cada una de las cuales se ubicaron 10 bolsas con los diferentes materiales foliares sobre el suelo. Cada 45 días se realizó la extracción de una muestra de cada especie en todas las parcelas; luego en el laboratorio eraneliminadas partículas extrañas en la muestra inicial (hifas de hongos, suelo, raíces, microfauna, entre otros) y eran secadas hasta obtener el peso seco remanente.

Para cuantificar la actividad microbiana, en cada lectura se ponían tres muestras de NaOH 1N por lote, sobre la superficie del suelo sin vegetación se cubrían con un recipiente plástico de dimensiones conocidas y se dejaban allí por 6 horas. Posteriormente se titulaban con HC1 0,5 N en presencia de fenolftaleína y BaC1 para cuantificar la cantidad de gas evolucionado en el área de suelo estudiada.

Se realizó un análisis estadístico descriptivo de la información en las 2 localidades, por lote y para cada una de las características evaluadas, en cada punto de muestreo. Del mismo modo se empleó la prueba de diferencia mínima significativa para comparar las distintas variables entre agroecosistemas y entre sitios, en cada lectura. Se establecieron correlaciones entre algunas variables y la precipitación mediante el coeficiente de Pearson al 5%.

Adicionalmente, la tasa de descomposición de las tres clases de material foliar presentes en cada sitio (hojas de guamo, hojas de café en asocio y hojas de café a plena exposición), se obtuvo empleando una ecuación de tipo exponencial simple del orden y = y_o e^-k.t, propuesta por Wieder y Lang (1982), en la que y representa porcentaje de peso seco remanente, t el tiempo y k la tasa relativa de descomposición; se eligió este modelo dado que ha presentado el mejor ajuste para explicar los procesos de descomposición de la hojarasca en estudios similares (Arellano et al., 2004). Las tasas encontradas se compararon entre agroecosistema y entre localidad mediante prueba de Duncan al 5%.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

FASE I. FERTILIDAD DEL SUELO

Los dos sistemas de cultivo mostraron diferencias para las siguientes propiedades físicas: densidad aparente (DA), porosidad total (PT), resistencia a la penetración (RP), materia orgánica (MO), humedad (H) y temperatura (T). En la Figura 1 se exhiben los promedios generales de cada sistema en las diferentes unidades de suelo, producto de la evaluación en las 6 profundidades estudiadas.

La DA fue mayor en cultivos a plena exposición solar en 7 de las 8 unidades, básicamente como consecuencia de su menor contenido de MO. Se registró una mayor PT en cafetales bajo sombrío; sin embargo, las diferentes fracciones de poros (micro, meso y macro) fueron similares; resultados que son semejantes a los reportados por Sadeghian et al. (2001). Lo anterior señala que el efecto del uso y·manejo del suelo no se expresa sobre un tamaño de poro específico, sino en la sumatoria de ellos.

En todos los suelos evaluados la resistencia a la penetración fue mayor en el sistema al sol, lo cual indica la compactación del mismo. La humedad gravimétrica tendió a ser mayor en cafetales con sombra de guamo. Jaramillo (1999) reporta deficiencias severas de humedad (inferiores al 25%) en cafetales al sol, mientras que el cultivo con Inga spp mostró una buena conservación del agua en el suelo. Se registraron menores temperaturas en suelos bajo sombra, fenómeno que según Rao et al. (1997) se debe al microclima especial que los árboles crean en el aire y el suelo.

El comportamiento a través de la profundidad en ambos sistemas fue similar para la MO y PT, los cuales disminuyeron de 13,74 y 66,51% en los primeros 5 cm a 6,71 y 62,49% entre 30 y 40 cm, respectivamente. Por el contrario, la DA y la. RP aumentaron con la profundidad, pasando de 0,79 g.cm^3-1 y 1,13 kg.cm^2-1 en la superficie a 0,96 g.cm^3-1 y 2,93 kg.cm^2-1 en los últimos 40 cm, respectivamente; lo que se relaciona con el menor contenido orgánico en capas más profundas y una mayor proporción de la fracción mineral. En el ámbito general, las diferencias más notorias se encontraron en los primeros 10 cm.

A pesar de que la MO no presentó diferencias significativas, su contenido fue mayor en los suelos de cafetales con sombra, con excepción de la unidad Timbío incidiendo en el comportamiento de otras características. El fenómeno observado en Timbío fue producido por el establecimiento del cafetal bajo guamo en un lote de características edáficas deficientes, por eso se recurrió al sombrío para favorecer el desarrollo del cultivo. El mayor porcentaje de MO en suelos con sombra se atribuye a los ingresos superiores de hojarasca y otros residuos en estos sistemas, como lo reportan también Urrego y Farfán (2002).

Las características químicas fueron similares en ambas plantaciones. Solamente se observaron diferencias en los niveles de potasio y azufre, los cuales fueron superiores en cafetales a plena exposición con valores de 0,38 cmol c.kg-1 y 9,49 mg.kg', mientras que bajo sombra fueron de 0,26 cmol_c.kg^-1 y 5,49 mg.kg^-1 ; el sodio fue mayor en cultivos con sombra, 0,028 cmol_c. kg^-1, aunque como es de esperarse para suelos de zona cafetera este elemento no representa problema alguno. La capacidad de intercambio catiónico y el nitrógeno, a pesar de no haber mostrado diferencia, fueron mayores en suelos de asociaciones café-guamo 21,42 cmol_c.kg^-1 y 0,42%, respectivamente, frente a 18,79 cmol_c. kg^-1 y 0,37% en cafetales al sol; este comportamiento es reportado en la literatura para sistemas agroforestales (Farrell, 1998; Fassbender y Bornesmiza, 1987).

El 31% de la variación total fue explicada por el primer componente principal, del cual forman parte la materia orgánica, porosidad total, densidad real y aparente, la humedad, capacidad de intercambio catiónico, nitrógeno y nitratos. Todas estas propiedades están afectadas directamente por el contenido de materia orgánica, con lo cual se infiere que su contenido es el principal responsable de la variación encontrada.

FASE II. CICLO DE NUTRIMENTOS

Se encontró mayor cantidad de material orgánico en los agroecosistemas con sombrío, tanto en el momento de iniciar las evaluaciones como en el total ingresado durante el año de evaluación. En El Cairo (Valle) se estimaron 1,87 thal sobre la superficie de cafetales con sombrío de guamo, y 0,87 tha^-1 sobre el suelo de cultivos a plena exposición solar. Entre diciembre de 2002 y diciembre de 2003 ingresaron 11,2 tha-1 de residuos en el sistema agroforestal y 4,6 thal en el monocultivo. En Chinchiná (Caldas) se registraron los siguientes valores de hojarasca sobre la superficie del suelo al momento de iniciar el experimento: 2,2 tha^-1 y 1,1 t.ha^-1, bajo sombra y al sol, respectivamente. En este sitio no se contó con una de las ocho lecturas para el aporte de material orgánico; sin embargo, los valores totales por año se estima sean similares a los reportados para la otra localidad en ambos agroecosistemas; el total de las siete mediciones fue de 10,5 y 4,2 tha^-1.año^-1 para sistemas con sombra y sin ésta, respectivamente.

El aporte de material orgánico fue entre 2,4 y 2,5 veces superior en cafetales con guamo que en aquellos a libre exposición solar.

Aunque el aporte en amb¿?s sitios fue permanente, los sistemas con sombrío de guamo mostraron fluctuaciones más marcadas (Figura 2). Las variaciones encontradas para el aporte de materiales orgánicos pueden relacionarse con la defoliación causada por el déficit hídrico y por la senescencia.

Las concentraciones foliares de los elementos tendieron a ser similares o mayores en los materiales de cultivos a plena exposición solar; no obstante, en ambos sitios hubo una mayor cantidad de nutrientes ingresados en los residuos provenientes de cafetales con guamo, lo que se debe a la mayor cantidad de hojarasca producida en estos agroecosistemas. En general, las cantidades totales de nitrógeno, calcio y zinc fueron mayores en los sistemas con sombra de los dos sitios, al igual que el fósforo, el magnesio y el cobre en Chinchiná y el manganeso en Albán (Tabla 4).

Los valores de nitrógeño coinciden con los reportados por Beer para plantaciones de café en asocio con leguminosas, quien reporta entre 60 y 340 kg de N. ha ^-1 .año^-1; la tendencia de fósforo y magnesio a presentar mayores contenidos bajo sombrío también ha sido descrita por Fassbender (1993).

Las mayores tasas de descomposición correspo ndieron a café y fueron iguales en las dos localidades; para guamo se observaron diferencias entre sitio, siendo mayor el promedio en Chinchiná (Tabla 5); lo que puede estar relacionado con el mayor nivel de actividad microbiana registrado para este sitio.

Los resultados encontrados para hojas de café coinciden con otros reportes (Suárez, 2001), que señalan a este material como de rápida descomposición.

Letras no comunes, indican diferencia estadística entre promedios de sitios, según prueba de Duncan al 5%.

El 50% de la descomposición de guamo se observó en Chinchiná hacia el día 225, mientras que en El Cairo este valor se alcanzó hacia el día 360; para café, este porcentaje se observó igualmente más rápido en Chinchiná, día 90 aproximadamente y en El Cairo en el día 135.

Para la actividad microbiana los valores en Chinchiná fueron superiores en cafetales a libre exposición solar a partir del día 180 de haber comenzado las evaluaciones, con excepción del día 270, como lo indica la prueba de comparación (Tabla 6); en total hubo diferencias en 4 de las 8 lecturas, correspondiendo a los días 180, 225, 315 y 360. En Albán sólo se encontraron diferencias en el día 180, siendo mayor la actividad en suelos a plena exposición, y en el día 270 cuando la actividad bajo sombrío fue superior (Tabla 7).

Estos resultados difieren con los reportados por Sadeghian et al. (1998), quienes reportaron una mayor respiración del suelo en cafetales tradicionales frente a la de cultivos tecnificados. Esta similitud al nivel de agroecosistema, y valores aun superiores en suelos sin sombra, puede atribuirse a la mayor temperatura del suelo registrada para sistemas al sol.

CONCLUSIONES

El establecimiento de sombrío de Inga spp asocio con Coffea arabica puede contribuir a la conservación y el mejoramiento de algunas de las propiedades del suelo.

El comportamiento de las características del suelo presentó variaciones debidas tanto a las unidades evaluadas como a los sistemas de uso y manejo, sin que siempre se presentara un patrón similar.

El incremento en el contenido de materia orgánica, como resultado de los mayores aportes de residuos provenientes del guamo, se vio reflejado en la mayoría de los suelos en las capas superficiales (O a 10 cm).

El efecto positivo de la asociación se observó en mayor grado sobre la porosidad total, humedad, densidad aparente, resistencia a la penetración y temperatura; comportamiento que se atribuyó a los contenidos de materia orgánica.

En las dos localidades en donde se realizó el estudio, el ingreso de residuos orgánicos en cafetales bajo sombrío de guamo fue 2,5 veces superior que el registrado para monocultivos de café a plena exposición solar, independiente de las condiciones medioambientales (suelo y clima).

Los aportes totales de N, Ca y Zn en el sistema de café con sombrío de guamo fueron mayores que a libre exposición solar en ambos sitios, existiendo diferencias en la proporción entre elementos. Así mismo el ingreso de P, Mg, Mn y Cu fue mayor en este mismo sistema en alguna de las localidades.

La velocidad de la descomposición de los materiales orgánicos provenientes de guamo fue menor que la de café, siendo semejantes estas tasas en monocultivo y asociación para la última especie.

La actividad microbiana presentó tendencias diferentes entre localidades, mostrando menos variaciones en Chinchiná que en Albán, lo cual se relacionó con el régimen de lluvias en este último sitio. En Chinchiná la actividad fue superior en cafetales al sol en el 50% de las oportunidades, debido a la mayor temperatura del suelo en este sistema.

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