En ecosistemas naturales los nutrientes necesarios

MATERIA ORGÁNICA EDÁFICA DE UN SUELO FORESTAL
ENSAYOS Y METODOLOGÍAS PARA DETERMINAR LOS COEFICIENTES
DE MINERALIZACIÓN (k) DE LA HOJARASCA EN ECOSISTEMAS
FORESTALES
Objetivo general de la práctica: introducir a los alumnos en el uso de técnicas
de muestreo, análisis e interpretación de resultados para evaluar la materia
orgánica edáfica en sistemas forestales.
Objetivo específico de la práctica: discutir resultados obtenidos en un ensayo de
dos años de duración.
BREVE INTRODUCCIÓN
En ecosistemas naturales los nutrientes necesarios para la vida de la vegetación
sufren una reutilización continua, funcionando a través de ciclos cerrados.
La liberación de elementos nutritivos depende de la descomposición de la MO,
siendo, en general, proporcional a la pérdida de peso que sufre la producción
de hojarasca.
Factores que influyen en la liberación:



Características edafoclimáticas: la velocidad de descomposición
(mineralización), o pérdida de peso, va a depender de la temperatura,
humedad del suelo, evapotranspiración potencial (ETP) y disponibilidad
de nutrientes.
Tipo de Materia Orgánica: la pérdida de peso va a depender del
contenido de N de la hojarasca.
Comunidad bacteriana y mesofauna edáfica: su actividad y diversidad
están relacionadas con las características físico-químicas de la roca
madre y del lugar, así como con la composición química de la hojarasca.
Ecosistema forestal en equilibrio: la pérdida de hojarasca edáfica debe ser
compensada por el total de aportes. En caso que la descomposición sea menor
que los aportes, habrá una acumulación y retención de elementos nutritivos,
provocando una disminución progresiva de la productividad.
Hipótesis: el contenido de Carbono orgánico y Nitrógeno total de los
horizontes húmicos (Ah1 y Ah2), aumenta con la pluviometría y esta puede ser
el factor determinante de primer orden de la constante de descomposición de
las hojas u hojarascas forestales.
Objetivos: (1) comparar la dinámica (velocidad) de descomposición
(mineralización) de un diseño experimental con la descomposición real de la
materia orgánica. (2) justificar si el índice de descomposición de la hojarasca
está influenciado, o no, por el factor pluviométrico.
1
MATERIALES Y MÉTODOS
Localización del ensayo: región Andino Patagónica
Clima: El clima de la región es mediterráneo, de tipo templado-frío. Las
temperaturas disminuyen de norte a sur, con temperaturas medias anuales de
9,5ºC en el norte y 5,4ºC en el sur. La amplitud térmica anual también es muy
variable, con valores de 14ºC en el norte y 4ºC en el sur. Los cordones
montañosos funcionan como barreras naturales para los vientos húmedos del
Pacífico provocando un gradiente de precipitaciones desde el occidente hasta el
límite oriental. El régimen de las precipitaciones es marcadamente invernal, con
estación seca de primavera/verano muy marcada, especialmente en el este de
la región.
Suelos: cambisoles húmicos: secuencia de horizontes A-B-C
Vegetación:
Estrato arbóreo: genero Nothofagus (lenga, el ñire, el coihue, el guindo)
Estrato arbustivo: leguminosas áfilas y Rosáceas espinosas
Estrato herbáceo: gramíneas y leguminosas pratenses
Diseño del ensayo:
4 parcelas experimentales en bosques del género Nothofagus bajo un gradiente
pluviométrico (oeste – Este):
Parcela 1: precipitación: 1580 mm/año; T (ºC) media anual: 11.4ºC y ETP: 670
mm/año.
Parcela 2: precipitación: 1245 mm/año
Parcela 3: precipitación: 872 mm/año de
Parcela 4: precipitación: 720 mm/año; T (ºC) media anual: 13.3 y ETP: 730
mm/año.
Duración del experimento: 2 años, comenzando en el mes de agosto
(invierno).
2
GRADIENTE
PLUVIOMÉTRICO:
oeste
1580 mm/año
1245 mm/año
Bolsas de plástico de 4
dm2 de superficie. 54
bolsas distribuidas en 3
grupos de 18 conteniendo
10 g de hojas
Cajas de 0.24 m2 de
superficie. 30 cajas
distribuidas en 3 series de
10 para medir la
producción de hojarasca.
872 mm/año
720 mm/año
este
3
Obtención de muestras:
(A) MATERIAL VEGETAL
(1) del ensayo experimental: se situaron en cada una de las 4 parcelas
54 bolsas de 4 dm2 de superficie y 1mm de porosidad. Las mismas se
distribuyeron en 3 grupos de 18 bolsas, según la topografía. Cada bolsa
contenía 10g de hojas recién caídas de su propio árbol, previamente
secadas a temperatura ambiente. Las bolsas se colocaron sobre la
superficie del suelo, para que las condiciones fueran lo más parecidas
posible a las naturales. A partir del mes de agosto del primer año, se
retiraron 3 bolsas por bosque cada 2 meses. En laboratorio las muestras
se limpiaron, secaron a 80ºC y se calcularon las variaciones de materia
seca (MS). A continuación se molieron y homogeneizaron para realizar
las determinaciones analíticas: C orgánico y N total.
(2) de condiciones reales: a fin de determinar los índices de
descomposición (mineralización) real de la materia orgánica. Para ello
se tomaron 15 muestras por parcela, recogiendo todo el material
vegetal del horizonte orgánico contenido en un cuadrado de 0.5 x 0.5m.
Para conocer la producción de hojarasca (necesaria para determinar los
índices de mineralización), se colocaron 3 series de 10 cajas de 0.24m2
de superficie en cada parcela. La cantidad de hojarasca caída en cada
caja se recogieron a intervalos de tiempo según la cantidad caída. Todo
el material se seca a 80ºC durante 24 horas y se separa en diversas
fracciones (hojas, ramas, etc). Así es posible deducir índices de
descomposición considerando la hojarasca total o las hojas.
(B) DEL SUELO
 contenido de C orgánico
 contenido de N total
 contenido de humedad de 0 a 15 cm
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se reseñan los contenidos de C orgánico y N total de los
horizontes húmicos.
Tabla 1: contenidos de C orgánico y N total de los horizontes húmicos
PARCELAS
1
2
3
4
HORIZONTES
Ah1
Ah2
Ah1
Ah2
Ah1
Ah2
Ah1
Ah2
C ORGÁNICO
9.4%
5.7%
7.3%
3.2%
6.6%
1.2%
4.8%
2.3%
N TOTAL
0.461%
0.332%
0.437%
0.228%
0.399%
0.126%
0.338%
0.191%
C/N
20.3
17.1
16.8
13.9
16.4
9.3
13.2
11.7
4
Utilizando los datos de esta tabla 1 se obtienen 3 ecuaciones que demuestran
que existe una relación entre el contenido medio de C orgánico, N total y la
razón C/N, con la precipitación anual (P en mm):
R2 = 0.93
R2 = 0.88
R2 = 0.87
C(%) = 1.79+0.005 P
N (%) = 0.265+0.0001 P
C/N = 8.9+0.007 P
Se observa:
agosto
Parcela 1
Parcela 2
Parcela 3
Parcela 4
Figura 1: evolución temporal de la humedad (%H) en el horizonte superficial
(0-15cm) durante los dos años en las parcelas experimentales.
Se observa:
5
DESCOMPOSICIÓN MEDIANTE LA TÉCNICA DE BOLSAS DE PLÁSTICO
Durante el mismo periodo, las hojas situadas en las bolsas de descomposición
perforadas sufren una pérdida de materia seca (Figura 2).
agosto
Parcela 1
Parcela 2
Parcela 3
Parcela 4
Figura 2: evolución de la materia seca (MS) de hojas durante dos años
de la experiencia.
Estas curvas pueden ajustarse a las siguientes ecuaciones, siendo t el tiempo
en días y R el residuo orgánico en g/hojas:




R
R
R
R
=
=
=
=
0.95
0.97
0.98
0.96
e
e
e
e
(-0.001 t)
(-0.001 t)
(-0.001 t)
(-0.001 t)
R2
R2
R2
R2
=
=
=
=
0.92
0.92
0.91
0.92
La pérdida de MS en las bolsas es (1-R).
Se observa:
6
Comparando las Figuras 1 y 2, se puede deducir que la descomposición se
detiene en épocas secas, continuando la mineralización cuando existe una
elevada humedad, a pesar de las temperaturas más bajas; en este caso un
aumento de temperatura de pocos grados en la época húmeda tiene efectos
significativos. En los ecosistemas forestales la descomposición de la hojarasca
va ligada al contenido de humedad de la misma y se detiene la mineralización
cuando la hojarasca se seca (aunque el suelo esté húmedo). Esto no significa
que los procesos físicos y físico químicos de la descomposición se interrumpan
(incluso en verano son más activos), pero sin mineralización (pérdidas gaseosas
o disolución de componentes). La temperatura estival no sería un factor
limitante de primer orden, como corresponde a un clima templado de influencia
mediterránea, siendo gobernada la pérdida de MS por la estacionalidad de las
precipitaciones, que disuelven o arrastran componentes hacia los horizontes
minerales del suelo, así como por la temperatura de la época húmeda.
En cuanto a la evolución del C orgánico (Figura 3), se observa:
agosto
Parcela 1
Parcela 2
Parcela 3
Parcela 4
Figura 3: evolución del contenido de C orgánico durante 2 años de experiencia
Se ajustaron las siguientes ecuaciones de regresión lineal, donde C es el
carbono residual en mg C/g hojas y t el tiempo en días:
Parcela 1: C = 446 - 0.31 t
R2 = 0.88
Parcela 2: C = 461 - 0.31 t
R2 = 0.91
Parcela 3: C = 464 - 0.32 t
R2 = 0.89
Parcela 4: C = 445 - 0.36 t
R2 = 0.90
7
Esto indica:
¿Cuál es la mineralización diaria media de C?
En la Figura 4 se representa la evolución del N total.
agosto
Parcela 1
Parcela 2
Parcela 3
Parcela 4
Figura 4: evolución del contenido de N total durante 2 años de experiencia.
A partir de los datos obtenidos, se ajustaron las siguientes ecuaciones de
regresión lineales, siendo N el nitrógeno residual en mg N/g hojas:
Parcela
Parcela
Parcela
Parcela
1:
2:
3:
4:
N
N
N
N
=
=
=
=
10.19
15.51
10.95
12.83
-
0.002
0.004
0.003
0.004
t
t
t
t
R2
R2
R2
R2
=
=
=
=
0.33
0.44
0.41
0.58
Se observa:
8
En la Figura 5 se representa la evolución de la relación C/N de las hojas en
descomposición.
agosto
Parcela 1
Parcela 2
Parcela 3
Parcela 4
Las ecuaciones de mejor ajuste fueron:
Parcela
Parcela
Parcela
Parcela
1: C/N = 44.5 - 0.025 t
2:C/N = 30.4 - 0.015 t
3:C/N = 42.9 - 0.022 t
4: C/N = 35.4 - 0.021 t
R2
R2
R2
R2
=
=
=
=
0.74
0.69
0.66
0.81
Se observa:
9
El resultado de aplicar un ANOVA a todos los datos obtenidos en cada parcela
se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2: Comparaciones múltiples de las medias por el test de Turkey a partir
del ANOVA, de diferentes variables, entre las 4 parcelas forestales.
Parcelas
Materia seca
Carbono
Nitrógeno
Relación C/N
1/2
**
**
**
**
1/3
**
**
**
NS
1/4
*
**
**
**
2/3
NS
NS
**
**
2/4
**
**
**
**
3/4
**
**
**
**
g.l: 114; ** p<0.01; *p<0.05; NS no significativo
Se observa:
COMPARACIÓN DE LA DESCOMPOSICIÓN MEDIANTE LA TÉCNICA DE
LAS BOLSAS DE PLÁSTICO CON EL PROCESO REAL.
HOJAS
El objetivo es comparar los índices de mineralización resultantes mediante la
técnica de las bolsas de plástico (k0) y los calculados a partir de la producción
anual de hojarasca y la hojarasca acumulada, según la fórmula de Jenny:
kj 
a
(a  f )
Siendo:
kj: la constante de mineralización de Jenny
a: la producción anual de hojas
f: las hojas acumuladas
10
Los resultados se muestran en la Tabla 3, conjuntamente con los índices de
mineralización calculados mediante la experiencia de descomposición en bolsas,
tanto para el primer año, como para los dos años y la media que resulta de
este último.
Calcule estos índices.
Tabla 3: Índices de mineralización de hojas calculados a partir de diferentes
técnicas
Parcelas
Hojas (kg/ha)
kj
K0 1 año K0 2 años K0 media
Producción Acumulación
1
2.388
697
2
2.559
865
3
2.259
1.184
4
2.940
1.654
De la comparación de resultados en la Tabla 3 se deduce:
HOJARASCA
En la Tabla 4 se muestran los índices de Jenny para la hojarasca de los
diferentes bosques, calculados según la ecuación:
Kj 
A
(A  F)
Siendo:
Kj: la constante de mineralización de Jenny
A: la producción anual de hojarasca
F: la hojarasca acumulada
Calcule este índice en la Tabla 4
11
Figura 4. Índices de mineralización de la hojarasca calculados a partir de los
valores de producción anual y acumulación total
Parcelas
Hojas (kg/ha)
Kj
Producción
Acumulación
1
2.987
3.294
2
3.518
3.599
3
2.845
4.198
4
4.194
3.575
Se observa:
Por último, si se aplica la ecuación obtenida por Meentemeyer y Berg (1986)
para bosques de distintos tipos:
P(%) = 3,1 + 0.057*ETP
donde P es el porcentaje de pérdida anual de masa durante la descomposición
y ETP la evapotranspiración anual calculada, resultan valores de:
Parcela 1 =
Parcela 4 =
Observaciones:
CONCLUSIONES
12