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DEGRADACIÓN DE LA BIOMASA Y LIBERACIÓN DE NUTRIENTES APORTADOS POR LA PODA DE LEGUMINOSAS AL CULTIVO DE BANANO EN UN SISTEMA AGROFORESTAL ORGÁNICO C. Castro, J. Orlich, R. Vaquero1, H. Leblanc Universidad EARTH Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica Recibido 28 de noviembre 2010. Aceptado 20 de mayo 2011.

RESUMEN Las leguminosas tropicales han sido utilizadas tradicionalmente en sistemas agroforestales por su potencial para aportar biomasa y nutrientes. El objetivo de este estudio fue determinar las tasas de degradación de la biomasa y liberación de N, P y K de las podas de Cratylia argentea, Erythrina berteroana y Flemingia macrophylla, utilizadas como abono verde en un cultivo en callejones de banano orgánico en la Universidad EARTH. Se utilizó la metodología de bolsas de descomposición, las cuales se incubaron sobre el suelo debajo del dosel del banano. Las muestras se colectaron cada quince días durante un periodo de veintidós semanas. Las tasas de descomposición y de liberación de N y K se ajustaron a un modelo potencial, mientras que P no ajustó. El orden de la velocidad de descomposición de la biomasa y de liberación de N fue E. berteroana > C. argentea > F. macrophylla. El orden de la velocidad de liberación de K fue C. argentea > E. berteroana > F. macrophylla. La fijación de C, por año, de las podas fue de 3600 kg/ha en el sistema B-Forestales, 3378 kg/ha en los sistemas B-Frutales, 3510 kg/ha en el sistema B-Leguminosas y 2225 kg/ha en el sistema B-Laurel. Palabras clave: abono verde, agroforestería, banano orgánico, descomposición de biomasa, leguminosas, liberación de nutrientes. ABSTRACT Tropical legumes traditionally have been used in agroforestry systems because of their potential to add organic matter and nutrients. The objective of this study was to determine the decomposition and nutrient release rates from the litter of the prunings of Cratylia argentea, Erythrina berteroana and Flemingia macrophylla, used as green manure in an organic banana alley-cropping system at EARTH University. To determine nutrient release and decomposition rates, litterbags were placed under the plantation’s canopy. Samples were collected every two weeks during a period of twenty-two weeks. Decomposition and nutrient release rates for N and K adjusted using a power trend line model while P did not adjust. The decomposition rate and N release order was the following: E. berteroana > C. argentea > F. macrophylla. K release rate order was C. argentea > E. berteroana > F. macrophylla. Carbon fixation, per year, of the prunings was 3600 kg/ha for the B-Forest system, 3378 kg/ha for the B-Orchard system, 3510 kg/ha for the B-Legume system, 2225 kg/ha for the B-Laurel system. Key words: litter, agro-forestry, organic banana, decomposition, legumes, nutrient release.

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Contacto: Roque Vaquero ([email protected])

ISSN: 1659-2751

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INTRODUCCIÓN La necesidad de proteger el suelo contra los efectos erosivos de las precipitaciones intensas y de contribuir al mantenimiento de su fertilidad fue causa de que la agricultura de plantación introdujera el sistema de sembrar una cobertura de leguminosas de crecimiento rápido entre las hileras del cultivo principal de la plantación. Dicha cobertura, además de proteger el suelo, aumenta la fertilidad mediante la descomposición de las hojas caídas anualmente y la acumulación de N combinado por la fijación simbiótica de éste por los nódulos que crecen en las raíces de las leguminosas (FAO, 1991). El empleo de abonos verdes en un ciclo de cultivo tiene por objeto reponer la materia orgánica, al mismo tiempo que se agrega material nitrogenado, y proteger el suelo durante períodos de grave peligro de erosión. No es necesario utilizar como coberturas las leguminosas, pero por sus múltiples ventajas, generalmente se las prefiere (FAO, 1991). La nutrición es un proceso bastante complejo que no depende únicamente de la presencia o existencia de los diferentes elementos nutritivos en el suelo, sino también de interacciones entre la planta y el ambiente. Se debe tener presente que los rendimientos y la calidad de la producción guarda una relación muy estrecha con el contenido, la disponibilidad y el balance de los elementos nutritivos que requiere la planta de banano (Rosales et al., 2004.). Debido a la necesidad que existe para desarrollar tecnologías de producción sostenibles en el cultivo de banano, la Universidad EARTH ha implementado un sistema agroforestal de producción de banano orgánico. Para optimizar el uso de insumos, control de malezas, contribuir a la fertilidad del suelo y disminuir su erosión, se cuenta con el uso de leguminosas fijadoras de nitrógeno para la producción de biomasa, la cual es incorporada como cobertura al suelo, mediante la poda. Para conocer con mayor exactitud la cantidad de nutrientes aportados en el sistema y aplicar un manejo más integrado de la fertilización, este trabajo pretende determinar las tasas de liberación de los diferentes nutrientes disponibles en la biomasa de estas leguminosas. MATERIALES Y MÉTODOS El estudio se desarrolló en el Proyecto de Banano Orgánico (PBO) de la Universidad EARTH, en Guácimo, Costa Rica, localizada a 10°12’ 81” N y 10°12’ 82” latitud Norte y 83°35’ 45” y 83°35’ 46” longitud oeste, con una altitud entre 20 msnm y 90 msnm. La precipitación media anual es de 3464 mm y temperatura promedio de 25,1 °C (Rodríguez, 2010). Se considera una zona de vida bosque muy húmedo premontano con transición al basal (Bolaños y Watson, 1993). El suelo es un Inceptisol (Typic Dystropept), bien drenado; su textura es franco arcilloso arenoso y la estructura en bloques subangulares. Es ligeramente adherente, plástico, con un pH 5,6. (Sancho et al., 1989). El PBO fue establecido en el año 2008 y consiste en cuatro sistemas de siembra (BananoForestales, Banano-Laurel Cacao, Banano-Frutales y Banano-Leguminosas) los cuales están subdivididos en seis módulos cada uno. Cada módulo (815 m2) consiste en un domo, con dos bloques de tres hileras de banano (Musa AAA subgrupo Cavendish clon “Williams”), separadas cada 1,73 m, con una distancia entre plantas de 2 m. Los bloques están separados a 6,0 m por una franja con árboles frutales, forestales ó especies arbustivas. Se utilizan leguminosas arbustivas, como barreras vivas en el borde del domo para control de erosión y para el aporte de nutrientes en los callejones de banano, al ser sometidas a podas cíclicas.

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Las leguminosas sembradas como banco de nutrientes se podan en ciclos de 17 a 25 semanas y los materiales provenientes de las mismas se colocan como abono verde sobre la superficie del suelo, entre las hileras del cultivo de banano. El aporte de biomasa, se determinó a partir de los registros del PBO (de los años 2008, 2009 y 2010). Esta biomasa se cuantificó muestreando un tercio de cada hilera y de cada especie del banco de nutrientes (Cratylia argentea, Erythrina berteroana y Flemingia macrophylla). Para determinar la tasa de descomposición y liberación de nutrientes de las podas de C. argentea, E. berteroana y F. macrophylla, se utilizaron bolsas de material sintético de 25 cm x 25 cm, con un diámetro de malla de 2 mm. Éstas se llenaron con 20 g de materia seca de hojas (para cada especie), para luego ser colocadas sobre el suelo entre las plantas de la hilera de banano. Cada dos semanas durante un periodo de 22 semanas se tomaron cuatro muestras (bolsas de descomposición) al azar para cada especie. Las muestras se secaron a 60 °C por 72 horas para determinar sus pesos secos y luego se molieron a un tamaño de partícula de 240 µm. Se utilizó un diseño experimental de parcelas divididas en el tiempo, con tres tratamientos: podas de C. argentea, E. berteroana y F. macrophylla, con cuatro repeticiones. La especie constituyó la parcela principal y el tiempo la subparcela. Para determinar la tasa de descomposición de la biomasa, de liberación de nutrientes y la liberación acumulada, se ajustó el siguiente modelo: Yi = b0i t b1i

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Donde: Yi representa las variables dependientes analizadas (tasa de descomposición, tasa de liberación de nutrientes y liberación acumulada de nutrientes) de la especie i en el tiempo t en semanas. b0i es el coeficiente de la regresión que representa el intercepto. b1i es el coeficiente de regresión que representa la relación entre la tasa de descomposición y el tiempo. Para estimar la fijación potencial de carbono en el sistema, se realizaron dos podas de cinco plantas para cada especie (C. argentea, E. berteroana y F. macrophylla); la primera poda con 25 semanas de acumulación de biomasa y la segunda con 17 semanas. Para las especies C. argentea y F. macrophylla, el corte de la poda se realizó en el tallo a una altura de 50 cm del suelo. En el caso de E. berteroana, el corte se realizó a 100 cm procurando dejar una rama para evitar la muerte de la estaca. La biomasa obtenida de este muestreo se separó para obtener el peso fresco total de tallos y hojas, tomándose una muestra de 200 g de cada una de esas partes y se secaron a 60 °C por 72 horas, a partir de lo cual se determinó el peso seco total de la biomasa. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se encontraron diferencias significativas (p≤0,05) en el aporte de biomasa de las podas de C. argentea entre los sistemas de siembra del PBO, pero no se encontraron diferencias significativas entre años ni en la interacción sistema por poda. Esta especie produjo el mayor aporte de biomasa en los sistemas B-Forestales y B-Laurel (Cuadro 1). Lo anterior indica que para C. argentea, el sistema de siembra utilizado en este proyecto, influyó en su capacidad de producción de biomasa. Esta especie se siembra de manera intercalada con F. macrophylla en todos los sistemas, excepto en B-Laurel donde no se intercala con ninguna otra especie, por lo

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que no se da el efecto competencia entre ellas. En B-Forestales esta especie se sembró en el costado del domo a lo largo del drenaje terciario, teniendo buen acceso a luz y agua. Cuadro 1. Aporte promedio de biomasa durante seis podas. † Biomasa (kg/ha por poda) Sistema C. argentea E. berteroana F. macrophylla B-Forestales

468,84 a

−

430,19 a

B-Frutales

244,95 b

288,68 b

480,33 a

B-Leguminosas

113,27 c

188,15 b

522,64 a

B-Laurel 506,98 a − † Las medias con una misma letra, no difieren estadísticamente (p≤0.05).

−

En el B-Frutales, la C. argentea se ubica en el centro del domo a lo largo del bloque formado por las tres hileras de banano. Está sujeta a la sombra que producen las plantas de banano y el dosel de los árboles frutales, lo cual puede estar limitando su crecimiento. Dentro del sistema B-Leguminosas, la C. argentea está sembrada igual en el B-Frutales y recibe efecto sombra de las plantas de banano de los dos bloques (separados a 4,84 m). No se encontraron diferencias significativas en el aporte de biomasa de E. berteroana entre los sistemas ni entre podas, por lo que el sistema de siembra no influyó en la capacidad de producción de biomasa de esta especie. No se encontraron diferencias significativas en el aporte de biomasa de F. macrophylla entre los sistemas ni entre podas; por lo que, el sistema de siembra no influyó en la capacidad de producción de biomasa de F. macrophylla. Esto puede deberse a que F. macrophylla fue sembrada en condiciones similares en todos los módulos en que está presente; por eso, no se esperarían diferencias en la producción de biomasa. Se realizó un análisis químico de la biomasa podada en el PBO, como una muestra compuesta de los seis módulos. Del aporte promedio de nutrientes por las especies, F. macrophylla tenía la mayor cantidad de N y P mientras C. argentea tenía la mayor cantidad de K (Cuadro 2). El sistema de B-Laurel aportó la mayor cantidad de nutrientes, en promedio, por la poda de las leguminosas (Cuadro 2). Cuadro 2. Aporte promedio de nutrientes a partir de la poda de las leguminosas. Nutrientes (kg/ha por poda) N P Especie C. argentea 27,71 2,04 E. berteroana 18,59 1,25 F. macrophylla 34,32 2,51 Sistema B-Forestales 34,67 2,52 B-Frutales 25,01 1,76 B-Leguminosas 20,95 1,55 B-Laurel 43,78 3,22

K 25,51 14,27 21,36 26,19 18,42 14,94 42,18

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A partir de los resultados de los análisis de las muestras de las bolsas de descomposición tomadas cada dos semanas, se calcularon las tasas de descomposición de biomasa y las tasas de liberación y liberación acumulada de los nutrientes (N, P y K). El análisis de los datos de biomasa registrados en las mediciones bisemanales en las bolsas de descomposición, mostró diferencias significativas (p≤0,001) en la descomposición entre especies y entre semanas, al igual que para la interacción especie por semana. El orden de la velocidad de descomposición fue E. berteroana > C. argentea > F. macrophylla (Figura 1) y los remanentes de hojarasca medidos al final del periodo de incubación (22 semanas) con respecto a la masa inicial fueron 38,5 %, 64,7 % y 74,4 %, respectivamente.

Figura 1. Tasa de descomposición relativa de la biomasa de las leguminosas. Vallis y Jones (1973) fueron los primeros en plantear la hipótesis de que la proteína de las hojas de Desmodium intortum Mill. Urb. (Fabaceae) está protegida de alguna manera contra la acción de los microorganismos. Algunos autores (Palm y Sanchez, 1990; Leblanc et al., 2005) señalan que la tasa de descomposición de las leguminosas está correlacionada con el contenido de polifenoles. Chaves (1994) reporta contenidos de 1,6 % y 6,5 % de taninos (expresados como ácido tánico) en C. argentea y F. macrophylla, respectivamente, mientras que Estévez et al. (2001) menciona ausencia de taninos condensados en E. berteroana. Lo anterior puede explicar y es coincidente con el orden de descomposición encontrado en este trabajo en el PBO. La relación C:N no influenció la descomposición de la hojarasca, pues fue similar (14:1) para todas las especies. Al analizar el efecto del tiempo, se determinó que desde la semana 0 a la 12 la F. macrophylla fue la más lenta en descomponerse, mientras que C. argentea y E. berteroana tuvieron un ritmo de descomposición similar entre ellas. A partir de la semana 16, C. argentea disminuyó su velocidad de descomposición comportándose de manera similar a la F. macrophylla. El modelo potencial fue el que tuvo el mejor ajuste para la tasa de descomposición de la biomasa de E. berteroana (R2= 0,85), C. argentea (R2= 0,72) y F. macrophylla (R2= 0,45). La tasa de liberación de N para las tres especies fue mayor durante las primeras ocho semanas; a partir de ese momento sus valores se vuelven relativamente estables. La secuencia de las tasas de

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liberación de nitrógeno fue E. berteroana > C. argentea > F. macrophylla (Figura 2). El contenido de N inicial de la biomasa colocada en las bolsas de descomposición fue de 3,11 % para C. argentea, 3,55 % para E. berteroana y de 3,64 % para F. macrophylla. Las podas pueden ser clasificadas como de alta calidad, si tienen un contenido de N mayor al 2 %, menos de 15 % de lignina y menos de 3 % de polifenoles. Si el contenido de lignina es mayor de 15 % y el de polifenoles mayor a 3 %, el N puede ser inmovilizado (Mafongoya et al., 1997). Chaves (1994) reportó contenidos de 1,6 % y 6,5 % de ácido tánico en C. argentea y F. macrophylla, respectivamente; Estévez et al. (2001) reportó la ausencia de taninos condensados en E. berteroana. De acuerdo a estos criterios, E. berteroana y C. argentea serían podas de alta calidad y F. macrophylla sería una poda de intermedia a baja calidad, debido al contenido de polifenones. Esta afirmación es congruente con el orden de descomposición de la biomasa (Figura 1) y liberación de N determinado (Figura 2) en este estudio.

Figura 2. Tasa de liberación relativa de N (a) y liberación acumulada de N (b) de la biomasa de las leguminosas.

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El modelo potencial no ajustó para la tasa de liberación de P de ninguna de las tres especies. El modelo potencial ajustó con altos valores de R2 para la tasa de liberación de K las especies de C. argentea (R2=0,95) y E. berteroana (R2=0,90). En el caso de F. macrophylla el valor de R2 (0,29) es bajo porque está influenciado por el comportamiento evidenciado en las primeras dos semanas (Figura 3). Sin embargo, a partir de la cuarta semana el comportamiento de la misma tiene un buen ajuste al modelo potencial (R2=0,92).

Figura 3. Tasa de liberación relativa de la K (a) y liberación acumulada de K (b) de la biomasa de las leguminosas. Se estimó la fijación potencial de C en la biomasa de las podas de las especies C. argentea, E. berteroana y F. macrophylla durante el año 2010 en los cuatro sistemas de siembra del PBO, correspondiente a dos podas con intervalos de 25 y 17 semanas. El cálculo se realizó a partir de los resultados de los análisis del muestreo de cinco plantas de cada especie y del número total de estas plantas indicado en el diseño de cada uno de los sistemas de siembra. Se encontró el mayor potencial en el sistema de B-Forestales, 3600 kg/ha (Cuadro 3).

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Cuadro 3. Fijación de carbono en la biomasa de las podas de las leguminosas. Intervalo de poda Especie B-Forestales B-Frutales B-Laurel

B-Leguminosas

------------------------------ kg/ha --------------------------25 semanas

17 semanas

Total 2010

C. aregentea

1159

686

1202

712

E. berteroana

-

247

-

257

F. macrophylla

1163

1376

-

1430

C. aregentea

987

584

1023

607

E. berteroana

-

141

-

147

F. macrophylla

292

345

-

359

C. aregentea

2146

1270

2225

1319

E. berteroana

-

388

-

403

F. macrophylla

1454

1721

-

1788

Total

3600

3378

2225

3510

CONCLUSIONES El aporte de biomasa a partir de las podas de leguminosas en el PBO mostró diferencias entre los sistemas de siembra, influenciadas por la cantidad de especies sembradas y por las condiciones de crecimiento. C. argentea produjo el mayor aporte de biomasa en los sistemas B-Forestales y B-Laurel, por lo que el sistema influyó en su capacidad de producción de biomasa. El sistema no influyó en el aporte de biomasa de E. berteroana y F. macrophylla. Las tasas de descomposición de la biomasa de C. argentea y E. berteroana tuvieron un buen ajuste al modelo potencial con valores de R2 de 0,72 y 0,85, respectivamente. F. macrophylla, tuvo un bajo ajuste al modelo potencial con un R2 de 0.45. El orden de la velocidad de descomposición fue E. berteroana > C. argentea > F. macrophylla. Las tasas de liberación de N y de K tuvieron un buen ajuste al modelo potencial, con R 2 que van de 0,75 a 0,95 según la especie. La tasa de liberación de P no tuvo un buen ajuste. El estimado de fijación de C partir del muestreo de plantas, permitió determinar la fijación de C para el año 2010 en cada uno de los sistemas de siembra, fijando desde 2225 kg/ha en el sistema B-Laurel hasta 3600 kg/ha en el sistema B-Forestales. LITERATURA CITADA Bolaños, R. y Watson, V. 1993. Mapa ecológico de Costa Rica, según el sistema de clasificación de zonas de vida del mundo de L. R. Holdridge. San José (CR) : CCT-ICE. Escala 1:200,000. Chaves, SV. 1994. Contenido de taninos y digestibilidad in vitro de algunos forrajes tropicales. Agroforestería en las Américas, julio-setiembre, vol. 1, no. 3, p. 10-13.

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