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| Figura 1. Biomasa promedio de raíces finas topografía plana a cuatro profundidades | Figura 2. Biomasa promedio de raíces finas topografía de lomerío a cuatro profundidades |
| Livestock Research for Rural Development 21 (6) 2009 | Guide for preparation of papers | LRRD News | Citation of this paper |
El propósito de esta investigación fue describir la correlación entre desarrollo radicular y captura de carbono de pasturas del genero Brachiaria (humidicola y decumbens)asociado con leguminosa herbácea y en monocultivo, así como de pasturas degradadas, en dos fincas de ganado doble propósito, ubicadas sobre topografías plana y pendiente, en el ecosistema bosque húmedo tropical colombiano. Para la evaluación se tomaron 996 muestras de suelo a 4 profundidades, sobre las cuales se realizaron análisis de contenido de carbono utilizando el método de Walkley and Black (1934) y se efectuó la determinación de la biomasa de raíces.
Los principales resultados muestran que pasturas de Brachiaria humidícola asociadas con leguminosas herbáceas, presentan mayores coeficientes de correlación entre peso de raíces y captura de carbono que las pasturas degradadas. Los valores de los coeficientes corresponden a 0,78 y 0,83, para topografías plana y pendiente. El mayor desarrollo radicular de todas las gramíneas estudiadas, que han sido manejadas con pastoreo permanente, se presenta en los primeros 10 centímetros de profundidad, 6,4 y 7,0 toneladas de M.S ha-1 en terreno de pendiente y plano respectivamente. Estos valores contrastan con los encontrados para la profundidad de 10-20 para las mismas topografías, los cuales se reducen hasta menos de 1 ton de M.S ha-1.
Existe una fuerte asociación entre el peso de raíces finas de pasturas mejoradas y mayores cantidades de captura de carbono.
Palabras clave: Fincas, ganado doble propósito, pasturas
The purpose of this study was to describe the correlation between root development and carbon sequestration of pasture of Brachiaria decumbens and Brachiaria humidicola associated with legume and grass monocultures, and degraded pasture in two dual purpose cattle farms located on flat and slope in the Colombian tropical rainforest ecosystem. For the evaluation 996 soil samples were taken at depths of 4, on which analysis was made of carbon content using the Walkley and Black (1934) and was conducted to determine root biomass.
The main results showed that the Brachiaria pastures humidicola associated with leguminous crops have higher correlation coefficients between weight of carbon capture and degraded pastures. The values of the coefficients are 0.78 and 0.83, for a flat topography and slope. The greater root development in all grasses studied, which were managed with permanent pasture, is presented in the first 10 cm deep, 6.4 and 7.0 tonnes DM ha-1 at ground level and slope respectively. These values contrast with those found for the depth of 10-20 for the same topography, which are reduced to less than 1 ton DM ha-1. There is a strong association between the weight of fine roots of pasture improved and increased quantities of carbon sequestration.
Key words: Dual purpose cattle, farms, pastures
La producción de raíces y su descomposición en los agroecosistemas de pasturas son procesos claves en la dinámica de nutrientes y en especial el del carbono (Rao et al 2001); la cual es afectada por factores como manejo (Fynn et al 2003); periodos de pastoreo, carga animal (Wise and Abrahamson 2007), condiciones del suelo (Thorne and Frank 2009; Wenz et al 2006), entre otras. Diversos estudios han demostrado la importancia de las pasturas en la reducción de los niveles de CO2 en la atmosfera y acumularlo en su sistema radicular (Rees et al 2005; Frank et al 2004) y por descomposición depositarlo en el suelo (Nguyen 2003). En este y debido al contante crecimiento de las emisiones de gases de efecto invernadero y al desmonte cada vez mayor de áreas en bosques (Wassenaara et al 2007), las pasturas pueden ser una opción para la fijación del carbono (IPCC 2001). Así mismo, debido a las grandes áreas que se encuentran en la actualidad en la amazonia es necesario determinar la cantidad que se fijan en el suelo y las que se acumulan en las raíces de especies de gramíneas mejoradas. Por lo anterior el objetivo de este estudio fue determinar la biomasa de raíces y cantidad de carbono en suelos de pasturas bajos dos paisajes en la amazonia colombiana.
El estudio se llevó a cabo en el ecosistema bosque húmedo tropical, piedemonte amazónico colombiano, departamento del Caquetá. La climatología de la región comprende, un periodo de 8 meses de intensas lluvias, con una precipitación anual promedio de 3600 mm, que disminuyen durante los meses de noviembre a febrero. La temperatura media es 25,2°C y 83,6% la humedad relativa. Los suelos presentan pH bajo, con alta saturación de aluminio y baja disponibilidad de nutrientes.
La investigación se realizó en dos fincas ganaderas comerciales de ganado doble propósito, ubicadas sobre topografías contrastantes, plana y pendiente, con potreros de pasturas mejoradas en monocultivo y en asociación con leguminosas herbáceas que no reciben fertilización. Todos los tratamientos tenían más de 10 años de establecidos en el momento de la toma de muestras y han sido manejados con cargas animales permanentes que fluctúan entre 0,5 y 1,5 animales por hectárea. La finca “La Guajira” con una extensión de 250 hectáreas esta ubicada en topografía plana a una altura de 234 m.s.n.m., 75º38'10,8'' de longitud y 01º27'24,5'' de latitud. La finca “Pekín” tiene una extensión de 800 hectáreas, sobre topografía pendiente, con una altitud de 264 m.s.n.m., longitud de 75º26'18,3'' y latitud de 01º29'41,4''.
El análisis de raíces se efectuó sobre muestras de suelo derivadas de cilindros obtenidos para determinar densidad aparente. Se realizó un solo muestreo por finca, durante el cual se evaluaron 5 tratamientos de pasturas en monocultivo y asociadas con leguminosas herbáceas, además una pastura degradada. Los tratamientos estudiados fueron los siguientes:
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BH+LEG |
Brachiaria humidicola asociado con leguminosa herbácea |
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BD+LEG |
Brachiaria decumbens asociado con leguminosa herbácea |
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BH |
Brachiaria humidicola monocultivo |
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BD |
Brachiaria decumbens monocultivo |
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PD |
Pastura degradada |
Las leguminosas herbáceas asociadas con los Brachiaria eran una mezcla de Kudzú (Pueraria phaseoloides), Desmodiun heterocarpon Subsp. Ovalifolium y Calopogonium mucunoides. El tratamiento correspondiente a pastura degradada tenía predominancia de la gramínea Homolepis aturensis y en la misma, fueron considerados los siguientes criterios para denominarla como degradada: áreas de suelo descubierto mayores del 15%, evaluados como síntoma de procesos de erosión; más del 40% de arvenses; reducción de la oferta de forraje y bajo vigor de la gramínea predominante.
En cada uno de los 4 tratamientos de pasturas mejoradas, en las 2 topografías evaluadas, se tomaron 108 muestras, correspondientes a 3 réplicas distribuidas en el espacio, con 3 calicatas (1 x 1 x 1 metros) o puntos de muestreo por réplica, en los cuales se tomaron 12 muestras a 4 profundidades (0-10, 10-20, 20-40 y 40-100 centímetros), en 3 caras de la calicata. Para la pastura degradada en terreno plano se tomaron 84 muestras y para el pendiente 48. El número total de muestras fue de 996, sobre las cuales se realizaron análisis de carbono, peso de raíces finas y densidad aparente.
Para la determinación de densidad se utilizaron cilindros metálicos huecos de 5x5 centímetros, con un volumen de 98.175 cm3. El cilindro era ubicado sobre la superficie del suelo (previamente retirada la capa vegetal que lo cubría). Para facilitar la entrada del cilindro en el suelo se utilizó una herramienta metálica colocada sobre el borde del cilindro, la cual era golpeada en la parte superior, con el propósito de que el cilindro penetrara en el suelo y conseguir muestras sin compactación. Se realizó el secado de la muestra del cilindro en estufa a 70°C durante 24 horas. Se separó la muestra de suelo del cilindro y se cuantificó el peso seco de la misma.
Para hacer la separación de las raíces finas y determinar su peso, el suelo seco se desmoronó y se pasó por un tamiz. Los valores de peso seco de raíces finas se ajustaron con el volumen del cilindro en las cuatro profundidades.
Los análisis de carbono se efectuaron utilizando el método de oxidación de la materia orgánica Walkley and Black (1934) y se realizaron en el laboratorio de suelos del Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT.
La información se analizó utilizando el programa estadístico SAS, buscando la asociación lineal existente entre el peso de raíces finas y el carbono total encontrado en el suelo para cada topografía. Se realizó un análisis de correlaciones de carbono total versus peso de raíces por topografía y tratamiento; el cual se complementó con un análisis de regresión.
Como evaluación complementaria se realizó una observación del desarrollo radicular sobre el perfil de la pared de la calicata y al nivel de las diferentes profundidades. Esta observación se efectuó utilizando una rejilla metálica con divisiones de 5 x 5 centímetros y se contaron las raíces por cuadrícula. La evaluación de la biomasa radicular se hizo de manera global sin realizar separación de raíces por especie vegetal presente en cada tratamiento.
La biomasa promedio de las raíces finas expresada en toneladas de materia seca por hectárea, independientemente de la topografía, disminuyó con la profundidad del suelo (Figura 1-2).
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| Figura 1. Biomasa promedio de raíces finas topografía plana a cuatro profundidades | Figura 2. Biomasa promedio de raíces finas topografía de lomerío a cuatro profundidades |
Estos resultados indican que más del 80% de las raíces finas se encuentran en las capas superficiales, en especial, en los primeros 10 centímetros de profundidad, lo que se conoce como una característica de especies vegetales que crecen sobre suelos pobres en nutrientes.
Debido a las altos periodos de pastoreo y alta carga animal, características de las pasturas muestreadas, el nivel de defoliación es alta lo que ocasiona una reducción en el crecimiento (Engel et al 1998; Becker et al 1997) y longitud de la raíz (Dawson et al 2004). Similares resultados han sido obtenidos por diversos estudios que demuestran que la dinámica de raíces se afecta bajo diferentes niveles de carga animal (Anderson et al 2007).
Estudios efectuados por Rao et al (2001), muestran una distribución de raíces de pasturas concentrada en los primeros 30 centímetros del perfil del suelo. Esta distribución de las raíces en las capas superficiales, es característica de gramíneas pastoreadas intensamente, que crecen en suelos pobres con reducción de nutrientes en las capas profundas. Un sistema radicular saludable es esencial para el crecimiento y la supervivencia de las gramíneas forrajeras.
Los resultados promedios de la biomasa de raíces encontrados en este estudio en la región amazónica colombiana corresponden a 7,0 toneladas de MS ha-1 para los tratamientos ubicados la topografía plana y 6,4 para la pendiente, difieren de los encontrados por (Zhiping et al 2004) en un estudio realizado en las laderas andinas de Colombia, en el cual, encontraron producciones de 9,3 toneladas por hectáreas para plantas C4 como elefante Pennisetum purpureum (gramínea de porte alto para corte). Sin embargo, al relacionar los resultados del mismo estudio, para una gramínea de porte bajo como imperial Axonopus scoparium con 4,2 toneladas de MS ha-1y las pasturas evaluadas en este artículo, se puede observar que las pasturas de Brachiaria evaluadas, presentaron un mayor desarrollo radicular que las ubica en una posición favorable para la captura de carbono en suelos pobres.
En referencia al stock de carbono total del suelo (toneladas ha-1 1m-equivalente), reportado por Amézquita et al (2008), dentro del desarrollo de la Red de Captura de Carbono, en la que se desenvolvió esta investigación, en la topografía plana, el Brachiaria humidícola en monocultivo y asociado, consiguieron 144 y 138 toneladas de C respectivamente. El Brachiaria decumbens, solo 124 toneladas y asociado 128 toneladas de C. En topografía pendiente, se presentaron mayores valores, siendo de 159 toneladas de C ha-1 para B humidícola, 172 para Brachiaria decumbens asociado. La pastura degradada presentó los menores valores 129 toneladas de carbono ha-1.
Existe asociación lineal entre la biomasa de raíces y la captura de carbono total del suelo, tanto en topografía plana como pendiente, lo que se manifiesta a través del análisis de correlación con un R2 de 0.71 y 0.72 respectivamente, evaluados a un nivel de significancia de < 0.0001. Esto significa que la variación presentada en el stock de carbono es explicada en un 70% por el peso de las raíces.
Esta asociación lineal entre el desarrollo radicular y la capacidad de stockr carbono se mantiene entre tratamientos en cada topografía. En la Tabla 1, se muestran los coeficientes de correlación evaluados a un nivel de significancia de 0.0001 y en general se observa que los tratamientos evaluados mantienen una fuerte asociación.
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Tabla 1. Coeficientes de correlación peso de raíces finas y carbono en diferentes usos del suelo por topografía |
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Tratamientos |
Plano (***) |
Pendiente (***) |
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BHLEG |
0,78 |
0,83 |
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BDLEG |
0,76 |
0,71 |
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BH |
0,76 |
0,75 |
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BD |
0,55 |
0,84 |
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PD |
0,73 |
0,72 |
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(***) Nivel de significancia <0.0001 |
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El R2 de 0.78 en Brachiaria humidícola asociado con leguminosa en topografía plana y 0.83 bajo el mismo tratamiento en pendiente, lo muestran como un tratamiento con fuerte asociación entre raíces finas y carbono en las dos topografías.
La contribución de la leguminosa herbácea rastrera no fue determinada en este estudio, sin embargo, resultados publicados por (Fisher et al 2002) determinan que a pesar de que la leguminosa contribuye en solo el 20% de la biomasa radicular, el secuestro de carbono ocasionado por la asociación (gramínea+leguminosa) es consecuencia del aumento en la productividad de la gramínea, ocasionado por la misma asociación.
En la topografía pendiente Brachiaria decumbens muestra una fuerte asociación entre raíces finas y stock de carbono. Este resultado se debe principalmente a las características propias de la especie que le permiten un mejor desarrollo en suelos con baja humedad, logrando un mayor anclaje que resulta propicio para su establecimiento sobre esta topografía, situación que favorece menores pérdidas de suelo y mayores posibilidades de captura de carbono
Brachiaria decumbens en monocultivo en la topografía plana presenta una débil asociación, debida a un menor desarrollo de la pastura producto de su ubicación sobre un suelo agotado, compactado y que ha sido dedicado por más de 15 años a la explotación ganadera ininterrumpida. Resultados de biomasa vegetal epígea analizados dentro del mismo proyecto macro de Captura de Carbono, muestran bajos desempeños en producción de forraje de 3,1 toneladas de M.S ha-1, para este tratamiento.
La correlación presentada por la pastura degradada en las dos topografías puede explicarse principalmente porque, en el momento del muestreo eran potreros abandonados por los productores por considerarlos improductivos para la ganadería debido a sus características botánicas. Estas se refieren en especial, a que poseían más del 40% del área total con predominancia de arvenses como guaduilla Homolepis aturensis, helecho Pteridium aquilinum y azulejo Clidemia hirta, especies que desarrollan gran cantidad de biomasa radicular que igualmente capturan carbono.
Al integrar este análisis con las observaciones realizadas en el perfil de la calicata, se puede afirmar que las pasturas de gramíneas mejoradas presentan mayor desarrollo de biomasa radicular en las partes más profundas del perfil del suelo, por debajo de la capa arable (0-20 centímetros).
El análisis de los resultados se complementó con un análisis de regresión efectuado entre las variables peso de raíces y carbono total obtenido en el laboratorio. Los resultados de las pendientes, tabla 2, muestran que los mayores incrementos de carbono ocurrirían en pendiente, por cada cambio de unidad de peso de las raíces que se efectúe sobre la pastura degradada y Brachiaria decumbens en monocultivo.
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Tabla 2. Coeficientes de regresión de peso de raíces finas y carbono en diferentes usos del suelo por topografía *** |
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Tratamiento |
Plano |
Pendiente |
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A |
ß |
Adj R-Sq |
C.V |
A |
ß |
Adj R-Sq |
C.V |
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BHLEG |
13,9 |
13,3 |
0,6 |
29,2 |
10 |
19,3 |
0,7 |
36,9 |
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BDLEG |
13,2 |
19,9 |
0,6 |
33,7 |
16,5 |
18,3 |
0,5 |
23,6 |
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BH |
15,4 |
11,5 |
0,6 |
28,1 |
14,6 |
13,2 |
0,6 |
28,1 |
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BD |
13,8 |
7,9 |
0,3 |
35,6 |
9,7 |
35,2 |
0,7 |
33,4 |
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PD |
13,8 |
15,2 |
0,5 |
24,4 |
11,9 |
39,4 |
0,5 |
33,2 |
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(***) Nivel de significancia 0.0001 |
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Los aumentos de carbono en esta topografía y en estos tratamientos serían mayores que para cualquier otro cambio efectuado en los otros sistemas de uso del suelo estudiados.
En la figura 3 puede observarse de manera gráfica la distribución de las pendientes y se hace manifiesta la magnitud del cambio en el promedio de incremento de carbono, al realizar un cambio en los tratamientos de pastura degradada y Brachiaria decumbens en la topografía pendiente.
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Los sistemas de pasturas mejorados asociados con leguminosas con abundante desarrollo de biomasa radicular, tienen la capacidad de capturar carbono atmosférico y fijarlo al suelo.
El mayor desarrollo de biomasa de raíces de las pasturas Brachiaria humidicola y Brachiaria decumbens asociados con leguminosas, cuando se analizan únicamente los parámetros de peso de raíces finas y carbono total, los sitúa como sistemas de uso potenciales para el mejoramiento de las características del suelo.
El 80% de la biomasa radicular de pasturas introducidas y mejoradas, manejadas bajo condiciones de pastoreo permanente, se desarrolla en las capas superficiales del suelo.
Cantidades mayores de raíces finas producidas por pasturas mejoradas, predicen mayores cantidades de stock de carbono.
Teniendo en cuenta que los resultados aquí presentados corresponden a un solo muestreo, se recomienda realizar mayor número de muestreos que abarquen diferentes épocas climáticas propias de la región.
Se deben comparar estos sistemas de pasturas mejoradas en monocultivo y asociadas con leguminosas herbáceas sin árboles, y pasturas degradadas, con sistemas silvopastoriles donde se evalúen tanto raíces finas como raíces estructurales y con los bosques nativos sobre las mismas topografías.
La diferenciación de raíces por especie vegetal permitirá explicar el aporte individual, en el caso de las asociaciones, sobre la captura de carbono. En el mismo caso, determinar el aporte de la biomasa radicular de las malezas a la captura de carbono.
Este estudio se realizó como parte del desarrollo de la Red de Investigación para la evaluación de la Capacidad de Captura de Carbono de Sistemas de Pasturas, Agropasturas y Silvopasturas en el Ecosistema Bosque Tropical de América, conformada por CATIE, CIAT, CIPAV, Universidad de la Amazonia y Wageningen University, que se propuso comparar varios sistemas de uso de la tierra con el fin de identificar aquellos económicamente más atractivos para los productores y con altos niveles de acumulación de carbono.
Expresamos nuestros agradecimientos a los propietarios de las fincas La Guajira y Pekín, por permitirnos la realización de las tomas de muestra. A la Cooperación Holandesa y a las cinco instituciones que conforman la Red de Evaluación de la Capacidad de Captura de Carbono, por hacer posible la realización de este importante proyecto.
Amézquita M C, Amézquita E, Casasola F, Ramírez B L, Giraldo H, Gómez M E, Llanderal T, Velásquez J and Ibrahim M 2008 C stocks and sequestration. In: Carbon sequestration in tropical grassland ecosystem. ISBN 978-90-8686-026-5. First published. Wageningen Academic Publishers. The Netherland 52 pp
Anderson T M, Starmer W T and Thorne M 2007 Bimodal root diameter distributions in Serengeti grasses exhibit plasticity in response to defoliation and soil texture: implications for nitrogen uptake. Functional Ecology 21(1):50–60
Becker G F, Busso C A, Montani T, Burgos M A, Flemmer A C and Toribio M B 1997 Effects of defoliating Stipa tenuis and Piptochaetium napostaense at different phonological stages: root growth. Journal of Arid Environments 35:269–283
Dawson L A, Thornton B, Pratt S M and Paterson E 2004 Morphological and topological responses of roots to defoliation and nitrogen supply in Lolium perenne and Festuca ovina. New Phytologist 161:811–818
Engel R K, Nichols J T, Dodd J L and Brummer J E 1998 Root and shoot response of sand bluestem to defoliation. Journal of Range Management 51(1) 42–46 http://uvalde.tamu.edu/jrm/jan98/engel.htm
Frank A, Berdahl J, Hanson J, Liebig M and Johnson A 2004 Biomass and Carbon Partitioning in Switchgrass. Crop Sciense 44:1391–1396. http://crop.scijournals.org/cgi/reprint/44/4/1391
Fisher M J, Rao I M, Ayarza C E, Lascano C E, Sanz J I, Thomas R J and Vera R R 2002 Carbon storage by introduced deep-rooted grasses in the South American savannas. Nature 371: 236-238
Fynn R, Haynes R and O'Connor T 2003 Burning causes long-term changes in soil organic matter content of a South African grassland. Soil Biology and Biochemistry 35(5)677-687
IPCC 2001 Climate Change 2001: The Scientific Basis. J T Houghton, Y Ding, D J Griggs, M Noguer, P J van der Linden and D Xiaosu (editors). Cambridge University Press UK, 881 pp http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/
Nguyen C 2003 Rhizodeposition of organic C by plants: mechanisms and controls. Agronomie 23:375– 396
Rao I, Rippstein G, Escobar G y Ricaurte J 2001. Producción de biomasa vegetal epígea e hipógea en las Sabanas nativas. En: Agroecología y biodiversidad de las sabanas en los Llanos Orientales de Colombia. CIAT, CIRAD. ISBN 958-694-033-0
Rees R, Bingham I, Baddeley J and Watson C 2005 The role of plants and land management in sequestering soil carbon in temperate arable and grassland ecosystems. Geoderma 128(1/2):130-154
Thorne M and Frank D 2009 The effects of clipping and soil moisture on leaf and root morphology and root respiration in two temperate and two tropical grasses. Plant Ecology 200(2):205–215
Walkley A and Black I A 1934 An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science 37:29-38
Wassenaara T, Gerbera P, Verburgb P, Rosales M, Ibrahim M and Steinfeld H 2007 Projecting land use changes in the Neotropics: The geography of pasture expansion into forest. Global Environmental Change 17(1):86-104
Wenz P, Arango A, Chaves A, Buitrago M, Patiño G, Miles J and Rao I 2006 A Greenhouse Method to Screen Brachiariagrass Genotypes for Aluminum Resistance and Root Vigor. Crop Science 46:968–973 http://crop.scijournals.org/cgi/content/abstract/46/2/968 http://crop.scijournals.org/cgi/reprint/46/2/968
Wise M J and Abrahamson W G 2007 Effects of resource availability on tolerance of herbivory: a review and assessment of three opposing models. The American Naturalist 169(4): 443–454
Zhiping Q, Rao I, Ricaurte J, Amézquita E, Sanz J and Kerridge P C 2004. Root distribution and nutrient uptake in crop-forage systems on Andean hillsides. Journal of Sustainable Agriculture 23(4). 39-50
Received 6 April 2008; Accepted 13 May 2009; Published 1 June 2009
