contenido de nutrimentos en la lluvia, agua de lavado foliar y

Contenido de nutrimentos en la lluvia, agua de lavado foliar1
y escorrentía en cafetales con diferentes sombríos
Alvaro Jaramillo-Robledo
Centro Nacional de Investigaciones de Café
CENICAFE-Chinchiná-Caldas
RESUMEN
Para las localidades de Cenicafé - Chinchiná y Paraguaicito - Quindío se presentan las
concentraciones de nutrimentos en el agua lluvia, agua de lavado foliar y escorrentía para
cafetales a libre exposición solar y bajo
sombríos de guamo (Inga sp), nogal
(Cordia alliodora), pino (Pinus oocarpa) y eucalipto (Eucaliptus grandis).
En el agua lluvia ingresan a los diferentes ecosistemas como promedio 9,9 Kg.ha-1.año-1 de
potasio, 27,9 Kg.ha-1.año-1 de calcio y 8,6 Kg.ha-1.año-1 magnesio y están dentro de los
valores hallados en bosques húmedos de otras condiciones tropicales. Las cantidades
promedio de nutrimentos que ingresan al suelo en el agua de lavado foliar presentan para
potasio 85,4 Kg.ha-1.año-1, calcio 41,1 Kg.ha-1.año-1, magnesio 12,0 Kg.ha-1.año-1 y nitratos
21,9 Kg.ha-1.año-1; estas concentraciones son mayores a las observadas en el agua lluvia.
Se observa una gran variabilidad en las cantidades de los elementos químicos para los
diferentes sombríos del café, las cuales están relacionadas con las especies de sombrío. En
relación con el pH el agua de lavado foliar presentó un valor medio de 6,7 para los
ecosistemas en estudio; los valores más bajos en el pH se presentan para la asociación del
café con el eucalipto y el pino, con un pH de 6,3 y 6,4 respectivamente. Las cantidades de
nutrimentos que se movilizan en el agua de escorrentía, presentan valores promedio de 11,0
Kg.ha-1.año-1 para potasio, 6,2 Kg.ha-1.año-1 para calcio, 2,5 Kg.ha-1.año-1 para magnesio y
3,3 Kg.ha-1.año-1 para nitratos. Los resultados del ensayo demuestran que el potasio es el
elemento de mayor movilidad en el agua de lavado foliar y de escorrentía. Las mayores
concentraciones de potasio, calcio y magnesio se observan en aquellos muestras de lluvia
posteriores a un período seco prolongado, como el ocurrido durante El Niño 1997-1998.
Palabras claves: Cafetales, sombrió, lavado de nutrimentos, lavado foliar, escorrentía,
Coffea arabica, Inga sp,
Cordia alliodora, Pinus oocarpa, Eucaliptus grandis.
1
VI Congreso Colombiano de Meteorología. Bogotá, D.C. Marzo 20 a 22 de 2002.
ABSTRACT
For the localities of Cenicafé - Chinchiná and Paraguaicito - Quindío are presented the
amount of nutrients found in the water rain, throughfall and run-off for full sunlight coffee
plantations and coffee plantations shaded with guamo (Inga sp), nogal (Cordia alliodora),
pine (Pinus oocarpa) and eucalyptus (Eucaliptus grandis) trees. In the water rain for the
different ecosystems were measured on average 9.9 Kg.ha-1.y-1 of potassium, 27.9 Kg.ha-1.y-1
of calcium and 8.6 Kg.ha-1.y-1 of magnesium, which are within the values found in humid
forests of other tropical conditions. The average amounts of nutrients that enter the ground in
the throughfall are 85.4 Kg.ha-1.y-1 for potassium, 41.1 Kg.ha-1.y-1 for calcium, 12.0 Kg.ha-1.y-1
for magnesium and 21.9 for nitrates Kg.ha-1.y-1 . These concentrations are higher than those
observed in the water rain. It is observed a great variability in the amount of the chemical
elements for the different shade trees, which is related to the species used for shading.. In
relation to pH, the foliage washing water (throughfall) shows an average value of 6.7 for the
ecosystems in study; The lowest values in pH appear for the association of the coffee with
the eucalyptus and the pine, pH of 6.3 and 6.4 respectively. The amounts of nutrients that are
mobilized in the run-off water, present average values of 11.0 Kg.ha-1.y-1 for potassium, 6.2
Kg.ha-1.y-1 for calcium, 2.5 Kg.ha-1.y-1 for magnesium and 3.3 Kg.ha-1.y-1 for nitrates. The
results of the experiment demonstrate that the potassium is the element of greater mobility in
the foliage washing water and in the run-off water. The higher concentrations of potassium,
calcium and magnesium are observed in those samples of rain taken after a prolonged dry
period, as it was the case during El Niño 1997-1998 event.
Key Words: coffee ecosystems, nutrient water washing, throughfall, run-off. Coffea arabica,
Inga sp, Cordia alliodora, Pinus oocarpa, Eucaliptus grandis
Introducción
Los movimientos de los elementos químicos en los ecosistemas se pueden clasificar en tres
tipos: Ciclos geoquímicos, cuando los intercambios se realizan entre los ecosistemas; ciclos
biogeoquímicos cuando se realizan dentro de los ecosistemas y ciclos bioquímicos cuando la
redistribución de los elementos ocurre dentro de organismos individuales.
La salida de nutrimentos desde las plantas se presenta de varias maneras: 1- Por lavado
desde los diferentes órganos por la lluvia o el suelo. 2- Por defoliación de los herbívoros,
incluyendo la remoción física de la biomasa, la aceleración del lavado por daño del follaje. 3Salidas asociadas a la reproducción y 4- Caída de hojas, ramas, corteza del tallo. Los ciclos
de nutrimentos en los bosques y en general las áreas con vegetación incluyen un conjunto
complejo de mecanismos de retroalimentación directos entre el suelo y las plantas. La
superficie vegetal constituye un sistema abierto donde entran y salen elementos químicos de
manera continua (Bruijnzeel, 1990; Likens y Bormann, 1995; Mabberley, 1992).
Los nutrimentos son transferidos inicialmente de las hojas y otras partes de la planta y caen
al suelo como hojarasca, donde son posteriormente lixiviados por la percolación del agua y
descompuestos por los organismos. Una cantidad significativa de nutrimentos es también
movilizada desde las diferentes partes de la planta al suelo con el paso de la precipitación a
través del dosel del bosque. Mediante la hojarasca se transfieren elementos adicionales
directamente a la reserva de nutrimentos aprovechables sin la intervención de algún proceso
de descomposición en el piso del bosque (Eaton et al, 1973; Likens y Bormann, 1995).
Los nutrimentos pueden lixiviarse desde la hoja por el agua interceptada y ser depositados
como sales en la superficie de estas por la evaporación. Aunque casi siempre hay un
incremento neto en la concentración de nutrimentos en el lavado foliar con relación a la
precipitación original, aparentemente estos nutrimentos pueden ser absorbidos por las hojas
ó ser tomados por la microflora presente en la superficie vegetal (Eaton et al, 1973).
Para Mecklenburg y Tukey (1964) y Attiwill (1966) citados por Eaton, et al. 1973 , la
concentración de elementos químicos lixiviados es mayor para lluvias de baja cantidad. Esto
aparentemente está en función del tiempo de permanencia del agua en la superficie de la
hoja. Para un mismo período se observa una correlación negativa entre la cantidad de
precipitación y la concentración de cada elemento en el agua del lavado foliar de dicho
período.
Tukey, Mecklenburg y Morgan (1965) citados por Eaton, et al 1973, indican que los
nutrimentos, en los tejidos jóvenes son en su mayor parte rápidamente metabolizados dentro
de las células dificultando la lixiviación. Sin embargo, en tejidos viejos los nutrimentos están
en formas intercambiables y son lixiviados mas fácilmente. Las hojas muy jóvenes las cuales
aparentemente son delicadas y frágiles, son menos susceptibles a la lixiviación que las hojas
viejas. Hay mayor lixiviación de calcio para hojas amarillas senescentes que para las hojas
verdes, resultado del incremento de la permeabilidad de la hoja.
Para Steinhardt y Fassbender 1979, el agua lluvia desempeña un papel importante de la
transferencia de los elementos químicos de la biosfera, éstos autores analizaron las
características y la composición química de la lluvia en los Andes de Venezuela.
Parker citado por Li, et al 1997, reporta una disminución de las concentraciones de amonio y
nitratos en el lavado foliar del dosel comparado con la precipitación incidente, esto es
explicado por la absorción de los nutrimentos por el follaje
Veneklass 1990, para dos altitudes de un bosque tropical de montaña en Colombia (Santa
Rosa de Cabal, Risaralda), midió los flujos de nutrimentos de la lluvia y del escurrimiento
foliar y observó que la composición de nutrimentos del agua lluvia es muy similar en dos
altitudes, pero la concentración de los elementos fue mayor en el agua escurrida desde la
vegetación; se observó absorción neta del fósforo por la superficie vegetal.
Imbach et al 1989, estudiaron en cafetales asociados con laurel (Cordia alliodora) y poró
(Erythrina poeppigiana), los balances hídricos y la lixiviación de los nutrimentos nitrógeno,
fósforo, potasio, calcio y magnesio; en éstos dos sistemas forestales se encontraron
diferencias en las proporciones del agua interceptada y en las concentraciones de los
elementos químicos.
En Cenicafé, Suárez De Castro y Rodríguez 1962, estudiaron el balance hídrico utilizando
lisímetros monolíticos con diferentes coberturas (cobertura muerta, cobertura viva con añil
rastrero y sin cobertura), encontrando que las pérdidas de agua por percolación fueron
mayores en el suelo sin cobertura. Estos autores también analizaron para el agua de
escorrentía las concentraciones de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio.
Igualmente, Jaramillo 2001, presenta para dos condiciones climáticas de la zona cafetera de
Colombia, la redistribución de la lluvia dentro de un bosque y diferentes sistemas de cultivo
del café bajo sombrío, así como, las cantidades de potasio, calcio, magnesio y nitratos
transportadas en la lluvia, agua de lavado foliar y de escorrentía.
En el presente estudio se presentan las cantidades de nutrimentos transportados por el agua
dentro de un bosque y en plantaciones de café a libre exposición solar y bajo diferentes
sombríos: Guamo (Inga sp), nogal (Cordia alliodora), pino (Pinus oocarpa) y eucalipto
(Eucaliptus grandis).
Materiales y Métodos
Localización - condiciones de clima
Las medidas se realizaron en la sede principal del Centro Nacional de Investigaciones de
Café - Chinchiná, Caldas y en la estación experimental de Paraguaicito - Quindío.
CENICAFE está localizado a 05° 00’ latitud Norte, 75° 36’ longitud Oeste y 1.425 m de
altitud, con las siguientes características anuales de clima: lluvia 2.530 mm; evaporación
1.300 mm, temperatura media 20,0°C, temperatura máxima 26,8°C y temperatura mínima
15,8°C; brillo solar 1.830 horas y 78% de humedad relativa.
Paraguaicito – Quindío, está situado a 04º-23’ Norte, 75º-44’ Oeste y 1.250m de altitud; lluvia
anual 2.100 mm, evaporación 1.324 mm, temperatura media 21,3º C, temperatura máxima
28,1º C, temperatura mínima 16,8º C, brillo solar de 1.720 horas y humedad relativa del 77%.
Condiciones de suelo
En la Tabla 1. se presentan algunas de las características físicas y químicas de los suelos
donde se realizó el ensayo. Los suelos son de origen volcánico y se clasifican
taxonómicamente como Dystrandept.
TABLA 1. Características físicas y químicas de los suelos de Cenicafé y Paraguaicito para
las parcelas del ensayo. Valores medios. Química Agrícola - Cenicafé.
Localidad
Textura
Da
pH M O
K*
Ca*
Mg*
Cenicafe
Franco-Arenoso 0,84
5,5 8,3
0,31 4,00
1,10
Paraguaicito
Franco-Arenoso 0,75
5,6 6,2
1,10 3,46
0,73
-3
Da: Densidad aparente g.cm M O: % de materia orgánica * meq/100 g de suelo
Area experimental
En Cenicafé las medidas se realizaron en: Una parcela de café variedad Caturra a una
distancia de siembra de 2,0 m entre surcos y 1.0 m entre plantas y con sombrío de guamo
(Inga sp) a una distancia de siembra de 12,0 m x 12,0 m
Una parcela de café variedad Colombia a libre exposición solar, con una distancia de
siembra de 2,0m entre surcos y 1,0m entre plantas.
En Paraguaicito las parcelas experimentales presentan las siguientes características: Una
plantación de café variedad Colombia, a libre exposición solar con cafetos sembrados a 1,5m
x 1,5m. y tres plantaciones de café de la variedad Colombia con sombríos de pino, nogal y
eucalipto; el café sembrado a 1,5m x 1,5m y los árboles de sombrío a 6,0m x 6,0m.
Medidas hidrológicas
La lluvia que ingresa al ecosistema se medió con un pluviógrafo tipo Hellman de registro
diario, localizado en la estación climática próxima.
La cantidad de agua lluvia que pasa a través de la vegetación e incide en la superficie del
suelo, se determinó para cada parcela experimental mediante veinte pluviómetros colocados
debajo de los árboles en cada uno de los ecosistemas.
La escorrentía se medió en predios con un área de captación de 4,0 metros cuadrados.
Cada predio estaba delimitado por placas metálicas.
Análisis químico
Los análisis químicos que realizaron en los laboratorios de Química Agrícola y Química
Industrial de Cenicafé. Se emplearon los siguientes instrumentos y métodos:
pH por el método potenciométrico. Las concentraciones de potasio, calcio, magnesio por
espectrofotometría de absorción atómica. Los Nitratos por el método HACH, con
espectofotómetro DR-2000.
El número de muestras analizadas, tomadas a intervalos mensuales, fueron para Cenicafé
treinta y dos y para Paraguaicito dieciocho.
Resultados y Discusión
Las cantidades de nutrimentos en Kg.ha-1.año-1, contenida en el agua de lavado foliar y de
escorrentía para las condiciones del ensayo se presentan en las tablas 2 y 3.
TABLA 2. Cantidades de nutrimentos en Kg.ha-1.año-1, en el agua de lavado foliar
en cafetales a libre exposición solar y bajo diferentes arboles de sombrío.
Cobertura
Potasio
Calcio
Café sol -CEN70.4
63.8
Café sol -PAR70.2
15.8
Café + guamo
120.0
71.4
Café + nogal
99.1
28.0
Café + pino
49.4
8.7
Café + eucalipto
49.4
14.1
Bosque
127.4
85.8
Media
85.4
41.1
CEN(Cenicafé) PAR(Paraguaicito)
Magnesio
Nitratos
pH
16.1
5.9
15.4
11.3
2.9
5.2
27.0
12.0
13.3
27.5
14.7
39.4
25.9
14.3
18.1
21.9
6,6
6,5
6,8
6,6
6,4
6,3
6.8
6.6
TABLA 3. Cantidades de nutrimentos en Kg.ha-1.año-1, en el agua de escorrentía en
cafetales a libre exposición solar y bajo diferentes árboles de sombrío.
Cobertura
Potasio
Calcio
Magnesio
Nitratos
PH
Café sol (CEN)
Café sol (PAR)
Café + guamo
Café + nogal
Café + pino
Café + eucalipto
8.0
7.5
15.1
13.5
7.3
8.1
9.8
2.7
13.0
7.6
2.8
2.3
2.4
0.6
2.6
2.7
0.5
0.5
1.9
3.3
4.0
3.9
4.0
2.2
6,8
6,1
6,7
6,7
6,1
6,1
Bosque
17.4
5.4
8.5
3.5
6.8
Media
11.0
6.2
2.5
3.3
6,6
En la tabla 4 se presentan las cantidades(Kg.ha-1.año-1) de los elementos encontrados en
bosques húmedos tropicales de diferentes partes del mundo en el agua lluvia y en el agua de
lavado foliar relacionados por Mabberley 1992 y Veneklass 1990, comparados con los
resultados del presente estudio.
TABLA 4. Cantidades(Kg.ha-1.año-1) de los elementos encontrados en el agua lluvia
y en el agua de lavado foliar en bosques húmedos tropicales de diferentes
partes del mundo.
País
Potasio
Calcio
Magnesio
Costa de Marfil
Ghana
Camerún
Malasia
Panamá
Venezuela
Media
Presente estudio
Lluvia (Mabberley, 1992)
5,5
30,0
17,5
12,7
12,0
3,8
12,5
14,0
9,5
29,3
24,0
28,0
13,5
19,6
9,9
27,9
7,0
11,3
1,5
3,0
4,9
3,0
5,1
8,6
Lavado Foliar (Veneklass, 1990)
Jamaica
42,7
13,3
11,5
Nueva Guinea
78,4
22,6
12,2
Puerto Rico
155,0
34,8
9,2
Venezuela
69,7
6,9
3,3
Colombia 2.500m
95,2
27,1
10,7
Colombia 3.550m
33,0
18,8
7,0
Media
79,0
20,6
9,0
Presente estudio
85,4
41,1
12,0
___________________________________________________________________
Cantidades de nutrimentos en la Lluvia
La cantidad de potasio en el agua lluvia (Tabla 4), observada en el presente estudio tiene un
valor medio de 9,9 Kg.ha-1.año-1, cantidad inferior a la registrada en bosques húmedos
tropicales de diferentes países reportados por Mabberley 1992, las cuales tienen un valor
medio de 13,5 Kg.ha-1.año-1; la media observada para la región cafetera está dentro de los
rangos observados, que se encuentran entre 5,5 Kg.ha-1.año-1 en Costa de Marfil y 24,0
Kg.ha-1.año-1 en Venezuela.
Para el calcio se encontró en los ecosistemas analizados un valor medio de 27,9 cantidad
superior a la media observada en otras localidades (19,6 Kg.ha-1.año-1), pero semejante a las
registradas por Mabberley,1992 en Venezuela (28,0 Kg.ha-1.año-1), Panamá(29,3 Kg.ha1
.año-1 ) y Costa de Marfil (30,0 Kg.ha-1.año-1).
Las cantidades de magnesio observada en el presente estudio presentan un valor de 8,6
Kg.ha-1.año-1, valor medio superior al hallado en bosques tropicales húmedos
(5,1 Kg.ha-1.año-1 ) y superado solamente por la cantidad de magnesio observada en Ghana
con 11,3 Kg.ha-1.año-1.
Las cantidades de nutrimentos observados también son comparables con las halladas en
otros estudios realizados en Costa Rica y Venezuela (Cavalier, et al, 1997. Grimm y
Fassbender, 1981; Golley, 1991; Imbach et al 1989; Steinhart y Fassbender, 1979).
Cantidades de nutrimentos en el agua de lavado foliar
En la tabla 2 se presentan las cantidades de nutrimentos(Kg.ha-1.año-1) que ingresan a la
superficie del suelo en los diferentes ecosistemas analizados. Las mayores cantidades de
potasio, calcio, magnesio y nitratos se encontraron en aquellos muestreos de lluvia
posteriores a un período seco prolongado como el ocurrido durante El Niño 1997 a 1998.
Con relación al potasio, se presenta un valor medio de 85,4 Kg.ha-1.año-1, los mayores
valores se registraron en el bosque con 127,4 Kg.ha-1.año-1 y en el cafetal bajo sombrío de
guamo con 120,0 Kg.ha-1.año-1,estos valores están dentro de los rangos reportados en
bosques húmedos tropicales citados por Veneklass 1990 (Tabla 4) los cuales presentan un
valor medio de 79,0 Kg.ha-1.año-1 con valores que están entre 33 (Colombia a 3.550m) y
155 Kg.ha-1.año-1(Puerto Rico). Los menores valores se observaron en los cafetales con
sombrío de pino y de eucalipto con un valor de 49,4 Kg.ha-1.año-1.
Las cantidades de calcio que ingresan al suelo presentan un valor medio de 41,1
Kg.ha-1.año-1,las mayores cantidades se presentan el bosque con 85,8 Kg.ha-1.año-1 y en
cafetal bajo sombrío de guamo; estas cantidades son superiores a las encontradas en otras
regiones del mundo, citadas por Veneklass 1990, con un valor medio de 20,6 Kg.ha-1.año-1
con valores extremos de 6,9 Kg.ha-1.año-1 (Venezuela) y 34,8 Kg.ha-1.año-1 (Puerto Rico). La
menor cantidad de calcio se registra en el cafetal con sombrío de pino, con un valor de 8,7
Kg.ha-1.año-1.
En el agua de lavado foliar, el bosque y el cafetal bajo sombrío de guamo presentan las
mayores cantidades de magnesio, situación semejante al potasio y al calcio. El Valor medio
de magnesio es de 12,0 Kg.ha-1.año-1 con valores que están entre 2,9 Kg.ha-1.año-1 en el
cafetal con sombrío de pino y 27,0 Kg.ha-1.año-1 para el bosque. Para otras localidades
(Tabla 4), se presenta un valor medio de 9,0 Kg.ha-1.año-1 con valores que varían entre 3,3
Kg.ha-1.año-1 (Venezuela) y 12,2 Kg.ha-1.año-1 (Nueva Guinea).
El ingreso de nitratos en el agua de lavado foliar presenta un valor medio de 21,9
con
-1
-1
-1
-1
valores extremos de 13,3 Kg.ha .año en cafetal al sol en Cenicafé y 39,4 Kg.ha .año
en
cafetal con sombrío de nogal.
Se observa gran variabilidad en las cantidades de los elementos químicos para los diferentes
sombríos, confirmando lo expresado por Beer et al 1998, los cuales manifiestan que muchos
de los aspectos en el ciclo de los nutrimentos son directamente afectados al escoger las
especies de sombríos debido a que estas difieren significativamente en la cantidad y tasa de
descomposición de biomasa. El potasio es el elemento que ingresa en mayor cantidad en el
agua de lavado foliar, seguido por el Calcio y el magnesio.
En relación al pH en el agua de lavado foliar presentó un valor medio de 6,7 para los
ecosistemas en estudio; los valores mas bajos en el pH se presentan para la asociación del
café con el eucalipto y el pino, con un pH de 6,4 y 6,5 respectivamente; el máximo valor se
registró en el cafetal bajo sombrío guamo.
Cantidades de nutrimentos en el agua de escorrentía
En general las concentraciones de los elementos llevados por el agua de escorrentía
(Tabla3) son mayores a las encontradas en el agua de lavado foliar(Tabla 2).
La cantidad de potasio en el agua de escorrentía presenta un valor medio de 11,0
Kg.ha-1.año-1, los mayores valores se registraron en el bosque con 17,4 Kg.ha-1.año-1 y en el
cafetal con guamo con un valor de 15,1 Kg.ha-1.año-1.
Para el calcio se observó una cantidad media de 6,2 Kg.ha-1.año-1 perdidos en el agua de
escorrentía; las mayores pérdidas se observan en el cafetal con sombrío de guamo con un
valor de 13,0 Kg.ha-1.año-1 y la menor cantidad se registra en el cafetal con sombrío de
eucalipto; es de anotar que las pendientes de la superficie del suelo de las parcelas de
escorrentía son inferiores al 10%, lo que reduciría las pérdidas y es de esperarse que sean
inferiores a las observadas en la mayoría de las áreas cultivadas en café en Colombia.
El agua de escorrentía presenta un valor medio de pérdida de magnesio por escorrentía de
2,5 Kg.ha-1.año-1 con valores que varían entre 0,5 Kg.ha-1.año-1 para los cafetales con
sombrío de pino y de eucalipto, con una pérdida máxima de 2,7 Kg.ha-1.año-1 para el cafetal
con sombrío de nogal.
Con relación a los nitratos se pierden en promedio 3.3 Kg.ha-1.año-1 registrando las mayores
pérdidas en cafetales con guamo y cafetales con pino con un valor medio de 4,0
Kg.ha-1.año-1.
Los valores de pH tienen un valor medio de 6,6 con valores que varían entre 6,1 y 6.8.
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