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Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 6(11): 44-55 2015
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1 El suelo como almacén de carbono: criterios para calidad de carbono secuestrado
en suelos
The soil as carbon store: criteria for carbon quality sequestered in soils
1, 2Miguel Ángel Valera Pérez, 1Argelia Ríos Posada, 1Araceli Coyotl Tzompa, 1Gladys Linares
Fleites, 1María Guadalupe Tenorio Arvide y 2María Laura Sampedro Rosas.
1Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Instituto de Ciencias, 2Universidad Autónoma de
Guerrero, Unidad de Ciencias de Desarrollo Regional, Doctorado en Ciencias Ambientales.
Avenida 14 Sur 6301 Fraccionamiento Jardines de San Manuel, C.P. 72470, Puebla, Puebla,
México, Tel: (222)2295500, Ext. 7355, Correo electrónico: valeraperezmiguelangel@gmail.com.
RESUMEN. Para conocer el potencial de Secuestro de Carbono en los diferentes suelos se
requiere de evaluar la naturaleza, origen y resiliencia de sus Sustancias Húmicas.
Características cualitativas de las formas en se estabiliza el Carbono en los suelos
denominada Calidad de Carbono Secuestrado. Por ello los objetivos del trabajo fueron
determinar si propiedades como Grado de Humificación, Índice Melánico y Umbral de
Coagulación de los Ácidos Húmicos, pueden ser consideradas como indicadoras de esto.
Así como también comparar los contenidos totales de Carbono Orgánico de los suelos con
las características de sus Ácidos Húmicos y establecer si existen cambios significativos en
los Ácidos Húmicos de los suelos que soportan vegetación forestal, cuando es modificado
el uso de forestal a agrícola. El trabajo se realizó en la zona de suelos volcánicos de la
Región Terrestre Prioritaria para la Conservación “RTP-106 La Malinche”, estado de
Puebla, México, seleccionándose áreas con criterios de uso del suelo y periodos en que se
cambio por deforestación. Se demostró que si existen cambios significativos en los Ácidos
Húmicos de los suelos que soportan vegetación forestal, cuando es modificado el uso a
agrícola y fue posible establecer que Grado de Humificación, Índice Melánico y Umbral de
Coagulación de los Ácidos Húmicos, pueden ser consideradas propiedades indicadoras de
Calidad de Carbono Secuestrado.
Recibido: Enero, 2015.
Aprobado: Abril, 2015
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ABSTRACT. To know the potential of carbon sequestration in the different soils is
necessary to assess the nature, origin, and resilience of their humic substances. The
qualitative characteristic of the form about how the carbon is stabilized in the soil is called
Quality of Sequestered Carbon. Therefore the objectives of the study were to determine if
properties such as: humification degree, melanic index, and coagulation of humic acid can
be considered as indicators of carbon sequestration. As well as compare the total contents
of soil organic carbon with the characteristics of their humic acids and to establish whether
there are significant changes in the humic acids of the soils that support forest vegetation,
when it is modified the use from forestry to agriculture. The study was realized in volcanic
soils area of Priority Terrestrial Area 106: La Malinche, Puebla State, Mexico; the selection
of the areas was done with criteria of land use and periods of change by deforestation. It
was proved that there are significant changes in the humic acids of the soils under forest
vegetation, compared with their change to agricultural use; it was possible to identify
humification degree, index melanic and coagulation of the humic acid; those values can be
considered as indicators of Quality of Sequestered Carbon.
Palabras clave: Degradación Biológica, Sustancias Húmicas.
Key words: Biological Degradation, Humic Substances.
INTRODUCCIÓN
A nivel internacional, el Secuestro de Carbono se ha convertido en una estrategia para
mitigar los efectos del calentamiento de la atmósfera, pero además supone un medio
adicional para frenar los procesos de degradación de los suelos y aumentar su calidad desde
una perspectiva ambientalmente sustentable (Rodeghiero y col., 2010). El Secuestro de
Carbono se define como el proceso por el cual el CO2 de la atmósfera se incorpora en
formas almacenadas fundamentalmente en el suelo y la biomasa, quedando temporalmente
inmovilizado respecto a la circulación biogeoquímica durante largos periodos de tiempo.
Ciertas estimaciones sugieren que el conjunto de suelos del planeta constituyen la principal
reserva de Carbono, acumulando probablemente de 1,500 a 2,000 Pg (Pg = petagramo = 1
billón de toneladas métricas) (Eswaran y col., 1993). A pesar de la importancia del
Secuestro de Carbono en los procesos de cambio global relacionados con el Efecto
Invernadero, su evaluación se encuentra muy limitada debido a que sólo se conocen
parcialmente los mecanismos de formación y transformación de la Materia Orgánica en los
suelos. Esta situación se hace especialmente patente en el caso de las Sustancias Húmicas,
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que consisten en macromoléculas complejas, diferentes a los constituyentes de la biomasa
(García-Calderón, 2001). Estas sustancias representan una fracción mayoritaria de la
reserva de Carbono recalcitrante en suelos y su estructura molecular es muy poco conocida.
Los conceptos clásicos postulan un predominio de estructuras aromáticas en las fracciones
estabilizadas de la Materia Orgánica del Suelo (hipótesis que contemplan a las ligninas y
los metabolitos aromáticos microbianos como principales precursores de las Sustancias
Húmicas) (Frimmel y Christman, 1988). Aparte del interés de conocer el potencial de
Secuestro de Carbono en los diferentes suelos, los modelos biogeoquímicos sobre el ciclo
del Carbono requieren de la evaluación, no sólo de la cantidad total, sino también de la
naturaleza, origen y resiliencia de la Materia Orgánica secuestrada. Características
cualitativas de las formas en que se ha estabilizado el Carbono en los suelos y que
denominaremos como Calidad del Carbono Secuestrado, lo que justifica su estudio
fisicoquímico. Los criterios actuales sobre Secuestro de Carbono para proyectos de
servicios ambientales en México, no consideran el Carbono de los suelos, mucho menos las
características de las Sustancias Húmicas. En este contexto, interesa conocer el contenido
original del Carbono Orgánico y Sustancias Húmicas en el suelo, además de sus posibles
cambios originados por un uso inadecuado del recurso (González-Pérez y col., 2010).
Durante este trabajo se realizó una comparación de los contenidos totales de Carbono
Orgánico de los suelos con las características fisicoquímicas de sus Sustancias Húmicas, en
específico las características de los Ácidos Húmicos relacionadas con su peso molecular
(determinación del Umbral de Coagulación) y la cantidad de grupos funcionales orgánicos
aromáticos conjugados en una misma molécula, denominada Condensación Aromática
(determinación de Índice Melánico y Grado de Humificación). También se determinó la
existencia de cambios significativos en los Ácidos Húmicos de los suelos que soportan
vegetación forestal, cuando es modificado el uso a agrícola. Los resultados del presente
trabajo tendrán utilidad para definir políticas sobre reforestación, pago por servicios
ambientales para los sistemas forestales, acciones en los programas de manejo de áreas
naturales protegidas y servirán como criterios fundamentales para los programas de
adaptación y mitigación del Cambio Climático en los sistemas agrícolas y forestales.
El objetivo del proyecto fue el determinar si el Grado de Humificación, el Índice Melánico
y el Umbral de Coagulación de los Ácidos Húmicos, pueden ser considerados como
propiedades indicadoras de Calidad de Carbono Secuestrado en Suelos. También se
compararon los contenidos totales de Carbono Orgánico de los suelos con las características
de sus Ácidos Húmicos (Grado de Humificación, Índice Melánico y Umbral de
Coagulación) para establecer si existen cambios significativos en los Ácidos Húmicos de
los suelos que soportan vegetación forestal, cuando es modificado el uso de forestal a
agrícola.
METODOLOGÍA
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El trabajo se realizó en la zona de suelos volcánicos de la Región Terrestre Prioritaria para
la Conservación “RTP-106 La Malinche” correspondiente al estado de Puebla. La RTP-106
fue establecida por la CONABIO por tratarse de un área cuyas características físicas y
bióticas favorecen condiciones particularmente importantes desde el punto de vista de la
biodiversidad, en diferentes ámbitos ecológicos (Arriaga y col., 2000). La delimitación de
la zona de estudio, así como de las micro-cuencas que la integran, se hizo con base en la
cartografía del INEGI. Se seleccionaron diferentes áreas considerando los criterios de uso
del suelo y periodos en que se cambió, las áreas cuya deforestación hubiese ocurrido antes
de 1986, aquellas que fueron deforestadas en el periodo 1986-2002 y las conservan
vegetación forestal, éstas fueron identificadas por medio de imágenes de percepción remota
(imagen tomada por el Satélite Landsat, 1986; y Ortofoto en blanco y negro escala 1:20000,
2002). En el diseño de muestreo (Figura 1), se empleó el método de “Cartografía
Geoestadística” (Webster y Oliver, 2007), consistente en la aplicación de técnicas
estadísticas al estudio de la distribución de los suelos o de alguno de sus atributos. El suelo
se observara de forma regular por medio de una malla y se utilizan métodos matemáticos
para interpolar y generalizar a la superficie comprendida entre puntos de observación
continuos (Legros, 2006).
Se estimó del tamaño de la muestra para probar diferencia entre las tres medias de los
bloques considerados, para ello se estableció como primera aproximación que la magnitud
del efecto es moderada (2), fijándosele un valor de 0.20, un nivel de significancia de 0.05
y una potencia de 0.80. La tabla estadística de Jaccard y Becker (1990) establece un tamaño
de muestra de 14 para cada uno de los tres bloques, con = 0.05, (1-) = 0.80 y 2 = 0.20.
Se decidió, sin embargo, fijar un tamaño de muestra de n = 15. Se verifico la accesibilidad
de los sitios previamente seleccionados y georeferenciados y se tomaron las muestras de
suelo a una profundidad de 0 a 15 cm (Manfrinato y col., 2001; Jandl y col., 2001). En el
laboratorio se determinaron las propiedades físicas y químicas de los suelos con base en el
“Soil Survey Laboratory Methods Manual” (Burt, 2004) y en la NOM-021-RECNAT, el de
densidad aparente se efectuó por la metodología propuesta por la NRCS (1999). Finalmente
se procedió a la extracción y fraccionamiento de las Sustancias Húmicas del suelo y la
caracterización de los Ácidos Húmicos obtenidos mediante las determinaciones del Umbral
de Coagulación, Grado de Humificación e Índice Melánico (Kumada, 1987; Ruíz y col.,
1997).
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Figura 1. Cuadrícula trazada para la localización de los puntos de muestreo.
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595 500
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597 000
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598 500
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600 000
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211 800 0 211 800 0
211 950 0 211 950 0
212 100 0 212 100 0
Á rea de m ues treo
Vegetac ión año 2002
Zona de Es tudio
Á rea defores tada,
per iodo 1986-2002
Poblaciones
SIMBO LOG ÍA
Puntos de m uestreo: Á rea
deforestada (1986-2002)#
#
#Puntos de m uestreo: Á rea
deforestada antes de 1986
Puntos de m uestreo: Á rea
con vegetación, año 2002
Escala 1:50 000
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Una vez efectuada la caracterización de las zonas con la obtención de los diferentes datos
cuantitativos, se efectuaron estudios estadísticos exploratorios de los datos en sus aspectos
univariados, bivariados y multivariados. Por último se llevó a cabo el análisis
geoestadístico de los suelos (Krasilnikov y col., 2008).
RESULTADOS
Se obtuvieron muchos resultados de este trabajo, por lo que solo se presentaran los más
relevantes. Respecto a la evaluación de la deforestación en la zona en estudio y con base en
la imagen tomada en 1986 por el Satélite Landsat y la Ortofoto de fecha 2002, se estimó
mediante técnicas cartográficas (ver figura 1), que hubo una reducción de la superficie
boscosa de 5,934 a 5,650 ha entre los años 1986 y 2002, significando una pérdida de
superficie forestal de 284 ha (2.84 Km2), de las cuales poco más de 191 ha se encuentran en
el municipio de Puebla. La reducción anual de bosque fue de 17.75 ha, es decir, la tasa de
deforestación porcentual fue de 0.3 % anual. Esta tasa es 0.5 y 1.7 % menor que el rango de
tasas de deforestación registrado en el último inventario forestal nacional; sin embargo es
comparable con la promedio existente a nivel mundial (0.2%).
Al analizar los resultados obtenidos sobre las propiedades físicas y químicas de los suelos
se encontró que la resiliencia (capacidad de amortiguamiento) de los suelos estudiados en la
región es buena. Esto se manifiesta en el hecho de que no hubo un cambio significativo en
las propiedades de densidad aparente y porcentaje de Carbono Orgánico contenido en los
suelos deforestados después de 1986 en comparación con los suelos con vegetación
forestal. Sin embargo cuando se sobrepasa la capacidad de carga del sistema, no es posible
seguir amortiguando los cambios y empiezan a ocurrir modificaciones de las propiedades
del suelo. Esto es lo que sucedió en los que fueron deforestados antes de 1986 (figura 2).
Estadísticamente, los suelos deforestados entre 1986 y 2002 y los suelos con vegetación
forestal, no son significativamente diferentes.
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a) Medias de la densidad aparente (g/cm3)
de los suelos, para los diferentes bloques
experimentales.
b) Medias del porcentaje de Carbono
Orgánico contenido en los suelos, para
los diferentes bloques experimentales.
8MAL = áreas deforestadas entre 1986 y 2002
0MAL = áreas que conservan vegetación forestal
MAL = áreas deforestadas antes de 1986
8MAL = áreas deforestadas entre 1986 y 2002
0MAL = áreas que conservan vegetación forestal
MAL = áreas deforestadas antes de 1986
Figura 2. Gráficos descriptivos para los diferentes bloques experimentales
El humus contenido en el suelo es aparentemente estable y parece no haber sufrido una
mineralización y por consiguiente no hay una pérdida importante de Carbono Orgánico
fácilmente oxidable con el proceso de deforestación. Sin embargo se pudo comprobar que
el cambio en el uso del suelo en la región ocurrido antes de 1986 ha ocasionado una
emisión significativa de CO2 a la atmósfera, entendiéndose que se sobrepasó la capacidad
de carga y los suelos sufrieron Degradación Biológica. Los contenidos de Carbono
Orgánico encontrados para los suelos con vegetación forestal y los deforestados entre 1986
y 2002, vario entre 59.53 ton/ha y 66.11 ton/ha, sin embargo en los deforestados antes de
1986 fue de a 39.06 ton/ha, lo que significa que por concepto de Degradación Biológica, la
emisión de CO2 a la atmósfera en los suelos deforestados antes de 1986 fue de 23.76 ton/ha.
Sí se considera que estos suelos abarcan 11,390 ha en la zona de estudio, las emisiones se
calculan en 270,661 toneladas de CO2 (ó 270 Gg). Finalmente, las emisiones de CO2 en los
suelos deforestados antes de 1986 son comparables con el 0.3 % del total de CO2 emitido
en el rubro “Uso de suelo, Cambio de uso de suelo y Silvicultura” reportado en la Tercera
Comunicación Nacional ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el
Cambio Climático con datos del año 2002 (Comunicado de prensa Núm. 193/06 México,
D. F., a 17 de noviembre de 2006).
Los resultados del análisis geoestadístico de los suelos por medio del Krigeage ordinario
con respecto a la distribución espacial del porcentaje de Carbono Orgánico de los suelos de
la región estudiada se presenta en la figura 3, donde las medias locales no son
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necesariamente próximas de la media de la población, usándose apenas los puntos vecinos
para la estimación. Siendo el Krigeage ordinario el método más ampliamente utilizado en
los problemas ambientales (Krasilnikov y col., 2008), se encontró que la distribución
espacial de los contenidos de Carbono Orgánico de los suelos en la región estudiada
corresponden con el patrón de distribución de la vegetación natural y uso del suelo.
Figura 3. Distribución espacial del % de Carbono Orgánico de los suelos de la región estudiada.
Estas propiedades se analizaron en muestras de suelo tomadas de localizaciones no
regulares, que son representativas de la zona de estudio. Estas observaciones pudieron ser
tratadas como datos geoestadísticos ya que son mediciones tomadas en localizaciones fijas
y en escala continua. (Linares y col., 2009).
Para cumplir con los objetivos del trabajo sobre la propuesta de considerar algunas
propiedades de los Ácidos Húmicos de los suelos como indicadoras de la Calidad del
Carbono Secuestrado. Los resultados obtenidos son claros al demostrar que si hay cambios
significativos en los Ácidos Húmicos de los suelos que soportan vegetación forestal,
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cuando es modificado el uso de forestal a agrícola (ver figura 4) y más aun, que los
contenidos totales de Carbono Orgánico de los suelos no son suficientes para caracterizar
los procesos que están ocurriendo.
a) Medias del Umbral de Coagulación de los
Ácidos Húmicos medido a las 4 horas para los
diferentes bloques experimentales.
Los valores de 0.100; 0.125; 0.150 y 0.175 son
los mili-equivalentes químicos de CaCl2 que
provocan la coagulación de los Ácidos Húmicos
a las 4 horas.
b) Medias del Grado de Humificación
(relación E4/E6) para los diferentes
bloques.
Los valores de la relación E4/E6 se
obtuvieron por la determinación de la
absorbancia de la solución de Ácidos
Húmicos a concentración de 0.136 gL-1
de carbono, a las longitudes de onda de
465nm y a 665nm (465/665).
8MAL = áreas deforestadas entre 1986 y 2002
0MAL = áreas que conservan vegetación forestal
MAL = áreas deforestadas antes de 1986
8MAL = áreas deforestadas entre 1986 y 2002
0MAL = áreas que conservan vegetación forestal
MAL = áreas deforestadas antes de 1986
Figura 4. Gráfico descriptivo de los diferentes bloques experimentales
En los suelos de la zona que conservan su vegetación forestal, debido a la cubierta de litter
y a la alta humedad que se mantiene bajo las hojas, el ambiente que se forma no permite la
presencia de muchas bacterias que podrían mineralizar la materia orgánica, dominando la
presencia de hongos, ya que persiste una condición reductora de acuerdo con el valor del
potencial redox. La Calidad de Carbono Secuestrado es de Ácidos Húmicos de tipo P con
máximos contenidos totales (Kumada, 1987). Cuando se deforesta, cambia el potencial
redox a oxidante, cambian también las poblaciones de microorganismos del suelo. Al
aumentar la actividad biológica aumenta la concentración de Ácidos Húmicos tipo A y B,
disminuye la reserva de carbón aunque su disminución estadísticamente no es significativa
(Kumada, 1987). Pero una vez que se ha consumido por parte de los microorganismos el
sustrato orgánico de origen forestal original, se retorna a una condición de Ácidos Húmicos
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tipo P. Esto se puede apreciar en la figura 3 (análisis estadístico de dos propiedades
indicadores de Calidad, Grado de Humificación y Umbral de Coagulación), donde los
suelos de las áreas cuya deforestación ocurrió antes de 1986 (MAL) y los de las áreas que
conservan vegetación forestal (0MAL) presentan Ácidos Húmicos de tipo P. En la zona
deforestada entre 1986 y 2002 (8MAL), sin embargo, existen Ácidos Húmicos con un
mayor peso molecular y condensación aromática, así como una alta Melanización. Al
momento de deforestar, las bacterias comienzan a mineralizar la materia orgánica, por lo
que se cuenta con un suelo fértil, pero como lo a demostrado reiteradamente la experiencia
de los agricultores, con el tiempo esto se termina y el suelo se transforma en muy poco
fértil, en términos técnicos significa que se venció la Capacidad de Carga del suelo para
actuar como un amortiguador en contra de su degradación. En este trabajo y con el uso de
los indicadores de Calidad de Carbono Secuestrado en los suelos, determinamos que su
capacidad de carga se vence en un periodo de 16 años.
CONCLUSIONES
En la zona de suelos volcánicos de la Región Terrestre Prioritaria para la Conservación
“RTP-106 La Malinche” correspondiente al estado de Puebla, entre 1986 y 2002 se ha
perdido una superficie forestal de 284 ha (2.84 Km2).
Se calculó que las emisiones de CO2 a la atmósfera ocurridas durante este periodo son de
270,661 toneladas de (ó 270 Gg).
La resiliencia de los suelos estudiados se puede considerar como buena, ya que su
capacidad de carga para amortiguar la degradación biológica generada por el cambio de uso
venció en un periodo de 16 años.
La distribución espacial de los contenidos de Carbono Orgánico de los suelos en la región
estudiada corresponde con el patrón de distribución de la vegetación natural y uso del
suelo.
Se demostró que si existen cambios significativos en los Ácidos Húmicos de los suelos que
soportan vegetación forestal, cuando es modificado el uso de forestal a agrícola.
Fue posible establecer que el Grado de Humificación, el Índice Melánico y el Umbral de
Coagulación de los Ácidos Húmicos, pueden ser consideradas como propiedades
indicadoras de Calidad de Carbono Secuestrado en Suelos.
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