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. BIBLIOGRAFIA BEER, J.; MUSCHLER, R; KASS, D; SOMARRIBA, E. 1998. Shade management in coffee and cacao plantations. Agroforestry systems 38: 139-164. BRUIJNZEEL, L.A. 1990. Hydrology of moist tropical forest and effects of conversion; a state of knowledge review. Amsterdam. Unesco International Hydrological ProgrammeFree University Amsterdam. 224p. CAVALIER, J.; JARAMILLO, M.; SOLIS, D.; LEON de, D. 1997. Water balance and nutrient inputs in bulk precipitation in tropical montane cloud forest in Panama. Journal of Hidrology 193(1-4): 83-96. EATON, J.S; LIKENS, G.E.; BORMANN, F.H. 1973. Throughfall and stemfloww chemistry in a northern hardwood forest. The Journal of Ecology 61(2): 495-508. EDWARDS, P.J. 1982. 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