Ciclaje de nutrientes en un banco de proteína de matarratón (Gliricidia sepium)

Changes in the nutrient status of a protein bank of Gliricidia sepium were determined over a 12 month period in the fourth year after the trees were established. The measurements were made at the El Hatico farm in the Cauca Valley, Colombia on 6 plots representing three provenances from the collection at the Oxford Forestry Institute, established from seed at densities of 10,000 and 40,000 plants/ha. Results from each of the provenances were similar and were treated as replications in the statistical analysis.

During the 12 month study there were increases (P=0.001) in soil pH (from 6.6 to 7.07), soil organic matter (2.57 to 3.56%) and (P=0.18) in available phosphorus (133 to 154mg/kg). The harvested yield of fresh forage (leaves, petioles and green stems) averaged 66.3 tonnes (15.2 tonnes dry matter) and that which fell on the soil surface was 3.38 tonnes dry matter. The balances (kg/ha/yr) of nutrients (Qf+Qv+Qh-Qi; where Qf is content in soil at end of the trial, Qv is in harvested forage, Qh is in fallen leaves and Qi the initial content in soil) were: 997 for N, 50.3 for P, 341 for K, 282 for Ca and 125 for Mg. It is concluded that as well as fixing considerable amounts of atmosperic N and contributing to the soil carbon sink (20% increase in soil organic matter in one year), Gliricidia sepium also circulates and recycles considerable amounts of P, K, Ca and Mg which would appear to be the reason why forage yields have been maintained without added fertilizer over a period of 7 years.

Se determinó el ciclaje de nutrientes en un banco de proteína de Gliricidia sepium durante un año, que correspondia al cuarto año del establecimiento del mismo. La investigación fué realizada en la granja el Hatico en el Valle del Cauca, Colombia, utilizando tres ecotipos provenientes de la colección del Instituto Forestal de Oxford (OFI), los cuales fueron establecidos por semilla bajo densidades de 10,000 y 40,000 plantas /ha. Los resultados obtenidos con los diferentes ecotipos fueron muy similares y por ello fueron tratados como replicaciones para realizar los análisis estadisticos.

Transcurridos los 12 meses de evaluación se presentaron incrementos (P=0.001) en los valores de pH (6.6 a 7.07) y materia orgánica en el suelo (2.57-3.56%) y una tendencia similar ( P=0.18) para el fósforo disponible (133-154mg/kg). El promedio de producción de forraje verde (hojas, pecíolos y tallos tiernos) en los cuatro cortes fue de 66.3 toneladas (15.2 toneladas de MS) y 3.38 toneladas de hojarasca (MS). El balance de nutrientes en kg/ha/año (Qf+Qv+Qh-Qi; Donde Qf es el contenido final en el suelo, Qv es el contenido en el forraje verde,Qh en la hojarasca que cae al suelo y Qi el contenido inicialen el suelo) fue: 997 para N, 50.3 para el P, 341 para el K, 282 para el calcio y 125 para el Mg. Con esto se concluye que además de la fijación considerable de N atmosférico y el aumentar la retención de carbono en el suelo (20% de incremento en la materia orgánica del suelo en un año), el Gliricida sepium tambien contribuye al ciclaje y reciclaje del P, K, Ca y Mg razón por la cual la producción de forraje se ha mantenido durante 7 años sin aplicación de fertilizante.

Los bosques tropicales son un ejemplo de circulación y reciclaje de nutrientes, y su exhuberancia esta dada por el mismo. La combinación de especies vegetales, la producción de hojarasca y las poblaciones de organismos en el suelo están relacionadas estrechamente mediante actividades continuas de descomposición y transformación. Con la explotación inadecuada del bosque las tierras pierden su capacidad productiva natural y pasan a ser sistemas altamente subsidiados con consecuencias negativas.

Para entender y comprender el ciclaje de los nutrientes en ecosistemas forestales González y Gallardo 1982 (citado por Vilas 1990) suponen que la circulación de los minerales siguen dos caminos: un subciclo biológico cerrado y otro geoquímico abierto. Dentro del subciclo biológico de corta duración (sistema suelo-planta-animal-suelo), ocurren diferentes actividades como:

El estudio de los procesos de reciclaje en los ecosistemas agrícolas ofrece una gran posibilidad para buscar la sostenibilidad de los mismos. En los bosques tropicales el aporte de hojarasca en materia seca puede oscilar entre 10 y 80toneladas/ha/año (Sánchez 1981). La descomposición, liberación y absorción son procesos que pueden tardar horas ó meses dependiendo de múltiples factores como condiciones climáticas y edáficas, especie vegetal, edad y densidad de las poblaciones.

El suelo ha sido calificado con base en la caracterización física y química y como tal se ha manejado, pasando por alto el componente biológico, representado en la fracción orgánica donde ocurre una continua actividad que hace posible la captación y asimilación de muchos nutrientes por las plantas. Este componente biológico está representado en la fracción orgánica de suelo la cual influye también sobre las características físicas de los suelos.

Myers (1992) define el suelo ".... como algo maravilloso. Por estériles y aburridos, y en ocasiones cenagosos que puedan parecer, la delgada capa que forman y que cubre la superficie del planeta, es el basamento de la biosfera, nuestro principal recurso. Repleto de vida bajo miles de formas, el suelo merece ser calificado como un ecosistema por derecho propio o con más propiedad, como una multitud de ecosistemas".

En la agricultura comercial desarrollada en los últimos 30 años para alcanzar altas producciones (sumada a semillas mejoradas y otros insumos), la fertililización con agroquímicos fue determinante y se manejó bajo criterios de necesidad de nutrientes y eficiencia, olvidando que parte de ella está en función de los habitantes del suelo. Estas aplicaciones de agroquímicos han ido causando graves problemas en los suelos y las aguas por acumulación de minerales produciendo a la vez degradación y contaminación.

En el avance de nuevos sistemas que busquen mantener la producción, se podrá asegurar la permanencia de los mismos en el tiempo, integrando las diferentes actividades (agrícolas y pecuarias), evitando la dependencia de insumos externos, favoreciendo procesos naturales que permitan la utilización y conservación adecuada de los recursos.

Con el fin de que el sistema de produccion sea sostenible, se requiere analizar los componentes del subsistema agrícola en una forma más detallada:

La estrategia de balance de nutrientes donde se contabiliza entradas y salidas del sistema permite una mayor racionalización en el uso de los recursos con que se cuenta.

Los bancos de proteína a partir del matarratón (Gliricidia sepium)(Jacq) se han venido imponiendo como cultivo en los últimos años en regiones tropicales del mundo debido a su gran potencial como forraje, aportando altas cantidades de proteína en dietas de rumiantes mayores y menores (Acosta et al 1988; Gómez et al 1990: Benneker y Vargas 1993; CATIE 1991; Moreno 1985; Chadhokar 1982; Atta-Krah 1991).

Por su manejo (cortes periódicos cada tres meses; alta producción de follaje que se suministra a animales en confinamiento), este árbol está captando y movilizando nutrientes dentro de un proceso dinámico común a otras especies vegetales. Por lo tanto, hay muchos interrogantes con respecto al comportamiento de los nutrientes en el suelo.

El ensayo se realizó en la granja el Hatico ubicada en el municipio de Cerrito, departamento del Valle (Colombia) a 1000 msnm, con una temperatura promedia de 24.6oC, 700 mm de precipitación promedia anual, correspondiente a bosque seco tropical según la clasificación de Holdridge (1987), con suelos aluviales con altos contenidos de fósforo disponible.

Se evaluaron tres ecotipos de Gliricidia sepium procedentes de la colección del Instituto Forestal de Oxford, Reino Unido, originarios de: Monterrico (Santa Rosa) Guatemala, Pontezuela (Bolívar) Colombia y Playa de Samala (Retalhuleo) Guatemala. Fueron establecidos a partir de semillas con densidades de 10,000 y 40,000 plantas/ha, que corresponden a una distancia entre plantas y surcos de 1m x 1m y 0.5m x 0.5m. El ensayo se realizó cuando los árboles tenian tres años de edad, habiendo sido sometidos a cortes periódicos cada tres meses (un total de 8 cortes).

La evaluación se hizo durante un año, entre el tercer y cuarto año de edad del cultivo. Dentro del sistema se evaluaron como entradas solamente los depósitos de hojarasca hechos por los árboles en un año y como salidas, la cantidad de forraje verde cosechado durante el mismo año. Se tomaron muestras de suelo al iniciar y finalizar el ensayo. Cada 3 meses se pesó la cantidad de forraje verde cosechado y asimismo la cantidad de hojarasca depositada por los árboles.

Tanto para el suelo como para el forraje y la hojarasca se analizaron los contenidos de nitrógeno, fósforo disponible (P), potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg) además del contenido de materia orgánica (MO). Los análisis de suelo se hicieron en muestras tomadas a 5cm de profundidad porque es allí donde ocurre la mayor actividad por parte de los microorganismos.

donde Qi= Cantidad inicial (kg/ha) de cada elemento (MO, P, K, Ca y Mg) determinado en el análisis de suelo; Qv = Cantidad de nutrientes (kg/ha), determinados por análisis de tejido en el forraje verde (hojas y tallo tierno); Qh = Cantidad de nutrientes (kg/ha) determinados por análisis de tejido en la hojarasca; Qf = Cantidad final (último análisis) (kg/ha) de cada elemento determinado en el análisis de suelo. No se cuantificaron directamente los aportes por fijación de nitrógeno, ni los nutrientes que hacen parte de los tejidos estructurales de las plantas.

Cuando Qi > Q v + Qh + Qf el sistema presente pérdidas (lixiviación ó volatilización de nutrientes).

Cuando Qi < Q v + Qh + Qf el sistema recibe aportes (fijación y liberación de nutrientes)

Los cambios en el suelo en un año para pH, MO y P se demuestran en Figuras 1-3. Los datos para todos los elementos analizados se resumen en Anexo1.

Los valores medios de pH en los suelos donde crecieron los diferentes ecotipos se incrementaron desde 6.6 a 7.07 (P=0.001), durante el año del ensayo. Bajo estas condiciones, es de esperarse que los microorganismos desarrollan mejor su actividad, utilizan más eficientemente los nutrientes y las relaciones naturales recíprocas entre el suelo y la vegetación tienden a un equilibrio.

Los resultados indicaron que la hojarasca depositada por los árboles (además de los residuos de cosecha como tallos lignificados y algunas hojas verdes) son una fuente importante de materia orgánica que después de sufrir procesos de descomposición liberan elementos nutritivos que se incorporan al suelo para ser nuevamente utilizados por las plantas.

El contenido de materia orgánica en el suelo se incrementó en un 20% (P=0.001) durante el año del ensayo. Hubo una tendencia de menor acumulación de materia orgánica en las parcelas con mayor población, posiblemente por un ciclo más rápido en la relación planta:suelo. Ademas de ser una fuente de energia para los organismos del suelo, la materia orgánica (que contiene en promedio de 48% de carbono) es un importante sumidero de carbono (Hall et al 1991). Al discutir el papel del carbono del suelo en el fenómeno del recalentamiento ambiental, Arrhenius (1992) ha calculado que un aumento de 1% anual de carbono en el suelo seria suficiente para captar todos los excedentes de bióxido de carbono a nivel global. De hecho, el aumento de materia orgánica en el suelo registrado en este ensayo fue 20 veces mayor lo que demuestra el potencial de los sistemas agroforestales para contrarrestar los efectos negativos de la contaminación ambiental causada por la quema de combustibles fósiles.

El fosfóro disponible se incrementó en un 15% en promedio (P=0.18) durante el transcurso del ensayo (Figura 3). Se supone que este incremento puede ser debido al mayor contenido de materia orgánico en el suelo que a su vez estimula la actividad biológica (a partir de micorrizas y bacterias) dando como resultado una mayor eficiencia en el proceso de mineralización.

Hubo un ligero incremento en las concentraciones (mg/100g de suelo) de K (1.04 a 1.3%)(P=0.32) y Mg (4.29 a 4.64) (P=0.14). En cambio, la concentración de Ca disminuyó (10.8 a 9.53mg/100g de suelo)(P=0.03).

Tabla 1: Producción de forraje durante el año (toneladas/ha/año)

Ecotipo	Forraje		Hojarasca
	Verde	MS	MS

Monterrico
10,000*	80.6	18.5	2.71
40,000*	70.0	16.1	3.97
Bolivar
10,000	55.5	12.7	2.6
40,000	62.0	14.2	3.86
Cuyotenango
10,000	58.5	13.4	2.49
40,000	70.9	16.3	4.63
Promedio	66.3	15.2	3.38

Los valores medios para la producción de forraje durante el ensayo se presentan en la Tabla 1. La producción de forraje verde osciló entre 55.5 y 80.6 toneladas/ha/año, y no se observó un efecto de la población. Molina et al (1993) en trabajos anteriores cuando evaluaron el efecto de la población sobre la producción de forraje encontraron que a mayor población (40,000 vs 10,000 plantas/ha) hubo mayor producción de biomasa, existiendo una diferencia altamente significativa en los primeros años, pero a través del tiempo está diferencia fue poca (valores medios de 17 cortes de 18.8 vs 17.2 toneladas de forraje verde/corte).

Tabla 2: Balance de nutrientes (promedio de los 3 ecotipos y 10,000 plantas/ha)

	N	P	K		Ca	Mg
	---------------- kg/ha/año ---------------

Biomass(Qv)	629	36.4	304.6	272.1		79.3
Suelo
Inicial (Qi)	689	63.8	226	1026		254
Final (Qf)	1005	75.9	243	966		282
Hojarasca (Qh)	51.4	1.8	18.9	70.5		18.0
Qf+Qv+Qh	1686	114	567	1308		379
Qf+Qv+QH-Qi	997	50.3	341	282		125

La producción de forraje verde en el año en que se realizó la presente investigación (Tabla 1) fue ligeramente inferior que el promedio de los 17 cortes debido a pérdidas de follaje por el ataque de la larva del lepidóptero Azeta versicolor cuando se realizó el tercer corte. El valor medio de producción total de biomasa fue 18.6 toneladas de materia seca/ha/año, del cual la hojarasca representó un 18%.

En la Tabla 2 se presentan los valores medios de los tres ecotipos para cada uno de los minerales: N, P, K, Ca y Mg presente en la biomasa (forraje verde cosechado), la hojarasca y en el suelo al incio y al final del ensayo. Esta información se demuestra graficamente en Figura 4, donde se expresan las cantidades de los nutrientes como porcentaje de la cantidad en el suelo al iniciar el ensayo.

Para todos los minerales hubo un balance positivo al final del ensayo que comprueba que el Gliricidia, además de proveer nitrógeno, está activando la absorción y recirculación de los otros elementos como fósforo, potasio, calcio y magnesio por medio de su extracción del suelo.

Los aportes de N por parte de la hojarasca son bajos si se compara con lo que se extrae anualmente, pero este aporte es importante dentro del proceso de fijación del nitrógeno atmosférico.

La disponibilidad de fósforo al igual que otros nutrientes se ve influida por microorganismos de la rizosfera ya que intervienen en el proceso de sintetizar compuestos de fácil asimilación por las plantas (Stinner y Glick 1992). La deposición de fósforo en la hojarasca es mímina con respecto a las cantidades extraídas pero la disponibilidad de fósforo se puede estar incrementando por actividad de microorganismos asociados.

Es importante anotar que los suelos donde se realizó el ensayo no presentan déficit de P, ni cantidades altas de Al ó Fe que lo puedan fijar fuertemente. Como las plantas fueron propagadas por semilla su sistema radicular alcanzó profundidades entre 80 y 90 cm. Las raíces que se encuentran a esta profundidad son importantes en los procesos de captación de agua y elementos minerales de niveles freáticos profundos.

Gliricidia sepium es una planta con un alto potencial productivo. Su cultivo en forma intensiva para producción de forraje ha demostrado que mediante fijación de nitrógeno, la hojarasca y los residuos de cosecha como tallos lignificados que vuelven al suelo constituyen un sistema donde los nutrientes son reciclados eficientemente, donde la fertilidad y la producción se mantienen en niveles óptimos.

Este trabajo muestra una tendencia hacia la autosuficiencia de los principales nutrientes y explica el por qué la producción no ha decaído en más de seis años de cosecha de forraje.

Este trabajo fue financiado parcialmente por COLCIENCIAS (Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología), Programa de Ciencia y Tecnologías Agropecuarias, como parte del proyecto (Código 2237-07-005-89) "Ciclo de nutrientes en caña de azúcar y árboles forrajeros como base para el desarrollo de sistemas productivos sostenibles para agroecosistemas tropicales".

Anexo, Tabla 1: Valores medios de elementos del suelo en parcelas de 3 ecotipos de Matarratón sembrados con 10,000 plantas/ha.

Ecotipo	pH	MO	P	K	Ca	Mg
		%	mg/kg	------meq/100g--------

Monterrico (1)	6.6	3.17	136.7	1.02	11.8	4.87
Monterrico (2)	7.1	3.63	148.5	0.77	10.4	5.31
Bolivar (1)	6.5	2.36	120.4	1.40	8.8	3.99
Bolivar (2)	7	3.65	149.7	1.42	9	4.42
Cuyotenango(1)	6.4	2.50	125.8	1.06	10.2	3.85
Cuyotenango(2)	6.8	4.78	157.3	1.68	9.43	4.36

Anexo, Tabla 2: Valores medios de elementos del suelo en parcelas de 3 ecotipos de Matarratón sembrados con 40,000 plantas/ha

Ecotipo	pH	M.O	P	K	Ca	Mg
		%	mg/kg	------meq/100g--------

Monterrico (1)	6.6	2.13	94.8	0.64	11.48	4.47
Monterrico (2)	6.9	2.45	130.1	0.55	8.92	4.53
Bolivar (1)	6.8	2.63	189.3	1.02	11.50	4.42
Bolivar (2)	7.2	3.18	170.1	1.62	9.76	4.60
Cuyotenango (1)	6.7	2.63	131.8	1.12	11.17	4.14
Cuyotenango (2)	7.4	3.67	166.3	1.74	9.66	4.61