Almacenamiento de carbono por Gliricidia sepium en sistemas agroforestales de Yaracuy, Venezuela

  Karla Arias Sánchez, Carlos Ruiz-Silvera*, Manuel Milla, 
Héctor Fabio Messa* y Aquiles Escobar**

 
Instituto Universitario de Tecnología del  Yaracuy, San Felipe, Venezuela
*Programa de Agricultura Tropical Sostenible, Fundación Polar, San Felipe, Venezuela
^**Instituto de Producción Animal, UCV, Maracay, Venezuela  

Resumen  

En el ámbito mundial, la agricultura contribuye con 25 a 30 % de las emisiones de carbono. En Venezuela, la emisión anual de carbono es de 80 Pg; de los cuales 0,001 Pg se producen por cambios en el uso de la tierra hacia la agricultura. Los sistemas agroforestales permiten asociar especies forestales, cultivos agrícolas y/o animales. Los beneficios relacionados con estos sistemas, incluyen el incremento de la productividad vegetal y animal, obtención de leña, madera y otros materiales, y aportes en la captura de C. 

Este trabajo se realizó con el objetivo de determinar el almacenamiento de C por mata ratón Gliricidia sepium en dos sistemas agroforestales, en Yaracuy, Venezuela. Se cuantificó la producción de biomasa en la madera, el almacenamiento y fijación de C, en un sistema agroforestal de cultivos en callejones (SAF) y un sistema silvopastoril (SSP). Se obtuvo una ecuación de predicción del peso seco de la madera (PS) de Gliricidia sepium, PS = 0,433*(volumen de la madera) con R²=0,97. En el SSP se cuantificó para Gliricidia sepium un almacenamiento de 309 kg de C/ha y una tasa de fijación de 123,6 kg de C/ha^/año. En el SAF, el almacenamiento fue de 653 kg de C/ha y una tasa de fijación de 327 kg de C/ha/año. La presencia de árboles y arbustos forrajeros favorece la productividad de los sistemas (con cultivos o animales), contribuye a reducir la emisión de C, genera recursos como leña, madera, y pueden constituirse en un atractivo para financiar proyectos dirigidos a pequeños y medianos productores.  

Palabras clave: Sistema agroforestal, sistema silvopastoril, agricultura sostenible, Gliricidia sepium, mata ratón, almacenamiento de carbono.  

Abstract  

Worldwide, agriculture contributes 25 to 30 %  of the carbon emission. In Venezuela, the yearly carbon emission is 80 Pg; of which 0,001 Pg is produced by changes in the land use towards agriculture. Agroforestry systems permit the association of forest species, crops and/or animals. The benefits related with these systems, include productivity increase in the crops and animals,  production of timber, firewood and other materials, and the storage and fixing of carbon. 

Research was done to determine C storage and fixation in Gliricidia sepium plants in two agroforestry systems, located in Yaracuy state, Venezuela.  The biomass production and carbon storage were determined in two agroforestry systems of crops in rows (SAF) and silvopastoral systems (SSP). A prediction equation of the dry weight of Gliricidia sepium wood (DW), was obtained DW= 0.433* (wood volume), R²=0.97. The carbon storage in the SSP was quantified in 309 kg C/ha and the fixation rate of 124 kg C/ha/year. In the SAF, the Gliricidia sepium carbon storage was 653 kg C/ha and the fixation rate 327 kg C/ha/year. The presence of trees and shrubs in the agricultural systems contributes to increased productivity, reduced carbon emission, generation of firewood and other forest resources and can be attractive for financing programs for the benefit of small and medium scale farmers. 

Keywords: agroforestry system, silvopastoral system, sustainable agriculture, Gliricidia sepium, carbon storage.  

Introducción  

El dióxido de carbono, principal gas causante del efecto invernadero, es emitido en su mayoría por el uso de combustibles fósiles y la deforestación. Se estima que, del incremento en las concentraciones atmosféricas de CO₂, que han ocurrido desde 1750 a 1984 (65 mg/kg), el 20-25% proviene de cambios en el uso de la tierra hacia la actividad agropecuaria (WHRC 1998). En Venezuela, para 1990 se contabilizó una emisión de 80 Pg de C [1 Pg equivale a 10⁹ Mg (10⁹ Toneladas)]. Los cambios en el uso de la tierra hacia pastizales representaron una emisión de 0,001 Pg de C (MARNR 1992).  

Los sistemas agroforestales constituyen formas de uso y manejo de los recursos naturales en las que se pueden asociar especies forestales, cultivos agrícolas y/o animales, en forma simultánea o en secuencia temporal, sobre un mismo terreno (Montagnini et al 1992). Los beneficios que se asocian con estos sistemas son: aumento de la productividad vegetal y animal; reducción del uso intensivo de la tierra; diversificación en la producción de alimentos; obtención de productos como leña y madera; y reducción de la escorrentía del agua y la erosión de los suelos por efecto de la lluvia. Las pasturas pueden contribuir con el almacenamiento de carbono. Cuando los pastos actúan como fuente emisora, se atribuye este factor negativo a un manejo mal aplicado (Dixon 1995).   

El almacenamiento de carbono en sistemas arbóreos se ha estimado en 2,8 Mg de C/ha/año en plantaciones para leña, 1,2 Mg de C/ha/año en bosques secundarios, 1,1 Mg de C/ha/año  en árboles de sombra y de 0,1 Mg de C/ha/año en árboles establecidos en potreros (Kursten y Burschel 1993). Se ha documentado que la asociación de pasturas con leguminosas forrajeras, mejora el almacenamiento de carbono en los suelos (Ibrahim 1994).

El almacenamiento de carbono es un servicio ambiental que valoriza la incorporación de especies arbóreas en sistemas agroforestales, y representa un atractivo para el financiamiento de proyectos de inversión en el ámbito regional y nacional (IPCC 1996), encontrándose varios casos de proyectos agroforestales bajo programas de financiamiento por segundos países.  

Este trabajo fue realizado con el objetivo de cuantificar la contribución de Gliricidia sepium al almacenamiento de carbono en dos sistemas agroforestales, en el estado Yaracuy, Venezuela.  

Materiales y métodos

Localización y condiciones agroclimáticas de la zona en estudio

La unidad de producción denominada Modelo Físico de Agricultura Tropical Sostenible, se localiza en el Campo Experimental de la Fundación para la Investigación Agrícola Danac, vía San Javier-Guarataro, Municipio San Felipe del estado Yaracuy, Venezuela. Ocupa una superficie de 16 ha, en una zona correspondiente al Bosque Seco Tropical (Holdridge 1987), con temperatura media mensual de 27º C, altitud de 100 msnm, precipitación media anual de 1296 mm y un período de lluvias definido entre los meses de mayo y noviembre. Los suelos predominantes corresponden a la clase III por su capacidad de uso, con limitaciones de profundidad efectiva, salinidad potencial y exceso de humedad en el suelo por períodos frecuentes o durante todo el año (Zambrano 1986). Se ha determinado la presencia de un estrato con carácter de fragipan, que incrementa los riesgos de erosión hídrica del suelo, recomendando su cobertura en forma continua durante el año (UCV-Danac 1999).

Características del sistema silvopastoril (SSP) y condiciones de manejo  

El sistema silvopastoril (SSP) con dos años y medio de establecimiento, ocupa una superficie de 10 ha, en una asociación de pasto estrella Cynodon nlemfuensis, mata ratón Gliricidia sepium (2.204 plantas/ha¹) y leucaena Leucaena leucocephala (330 plantas/ha), establecidas en hileras dobles distanciadas a 5 m. Los animales (mestizos de doble propósito) se manejan bajo pastoreo rotativo en unidades de 0,25 ha, delimitadas por cercas electrificadas, con un tiempo de ocupación de 2 días, 75 días de descanso y una carga animal [Una unidad animal (UA) equivale a un animal de 450 kg de peso vivo] promedio de 2,1 UA/ha  (Ruiz-Silvera et al 1999). A la salida de los animales de cada unidad de pastoreo, se efectúa el control de malezas en forma manual. La leguminosa arbustiva se mantiene a la altura de 1 m, mediante podas correctivas periódicas. La producción de forraje verde de Gliricidia sepium determinada para 1999 fue de 0,6 Mg de MS/ha/año en época seca y de 1,4 Mg de MS/ha/año en época de lluvias (Ruiz-Silvera et al 1999).  

Características del sistema de cultivos en callejones (SAF) y condiciones de manejo  

El sistema de cultivos en callejones (SAF) con dos años de establecimiento, ocupa una superficie de 1,1 ha en un área de pendiente promedio del 12%, formada por  una asociación de yuca Manihot esculenta con Gliricidia sepium (1980 pl.ha^-1). Las plantas de Gliricidia sepium se establecieron en hileras separadas por calles de 5 m y una distancia de 0,5 m entre plantas, en un sistema de bandas en contorno. En las calles se cultiva M. esculenta (1m x 1m) para la alimentación, mediante procesamiento, de un rebaño bovino de doble propósito. Las plantas de Gliricidia sepium se mantienen bajo corte del follaje cada cuatro meses, a una altura promedio de 1,5 m para su aprovechamiento como fuente de proteína, suministrándose en fresco o para la elaboración de suplementos alimenticios (silaje y bloques multinutricionales).  

Determinación de la relación entre el volumen y peso seco de la madera de Gliricidia  sepium 

Se seleccionaron 100 plantas al azar en cada sistema (50 en época seca y 50 en época de lluvias) para totalizar 200. De cada planta, desde el punto de corte o crecimiento hacia abajo, se tomó una sección de tallo de 20 cm de longitud, de diámetro uniforme. El valor de diámetro de las secciones de tallo (en cm) se determinó utilizando un vernier (marca Mitutoyo, modelo 505-645-50) con apreciación de 0,003 cm. Las muestras fueron sometidas a secado en una estufa de aire forzado (100 ºC) en forma continua, hasta obtener peso seco, el cual se determinó con ayuda de una balanza electrónica (marca OHAUS, modelo CT 6000-S). Los valores de volumen y peso seco obtenidos, fueron sometidos a un análisis de regresión lineal por época e integrado, previa comprobación de los supuestos de normalidad e independencia de los datos (Shapiro 1965; Steel y Torrie 1998). Para el análisis de regresión, se estableció el cero (0) como el origen en la ordenada.  

Tamaño de muestra y determinación de biomasa en la madera de Gliricidia sepium  

Para determinar el tamaño de la muestra (n) a utilizar en la determinación de la producción de biomasa en la madera de plantas de Gliricidia sepium, se empleó el método de Muestras Finitas. Este método es recomendado en aquellos casos en los que se conoce el número total de la población (Hernández et al 1991), basado en: donde:  

n  =         Z² * p * q * N              
        e² *(N+1) + Z² * p * q

donde:

Z_t = valor tabulado en correspondencia con N
p = probabilidad de éxito de la muestra (n) – 0,50
q = probabilidad de fracaso de la muestra (n) – 0,50
e = error máximo permisible
N = tamaño de la población  (Total de plantas de Gliricidia sepium)
n = tamaño de la muestra

Para los cálculos se fijó un error máximo permisible del 10 %. Una vez establecido el tamaño de muestra por sistema, en plantas seleccionadas al azar, se midió la longitud de todos los tallos de cada planta perteneciente a la muestra, desde la base hasta el punto de poda o crecimiento, empleando una cinta métrica. La longitud de la madera (Lm) por planta, se obtuvo mediante la sumatoria de las longitudes de los tallos medidos.

Se determinó el diámetro promedio de la madera (Dm) por planta, a partir de la medición con un vernier en tres tercios de la longitud (superior, medio e inferior) de un tallo representativo, por planta. El volumen de la madera (Vm) correspondió al producto obtenido de Lm por el área (Am) de la misma (Am= P/4*(Dm)²).  

Cuantificación del almacenamiento de carbono por Gliricidia sepium  

Se determinó el C almacenado como el producto del valor de peso seco de la madera (obtenido por regresión lineal a partir del volumen) por el valor en proporción del C en la biomasa, estimada en 0,5 a partir de diversos trabajos (Brown y Lugo 1984; Marcos 1988; IPCC 1996;  López 1998;  Segura 1997;  Soliz 1998; Andrade 1999; Kort y Turnock 1999). El almacenamiento de C por ha (carbono retenido en la biomasa) y la fijación por ha/año (crecimiento de biomasa convertido en carbono) se determinaron con base en la densidad y  edad de los árboles en cada sistema.  

Carbono orgánico del suelo en los sistemas agroforestales  

Para la determinación del carbono orgánico del suelo (COS), se tomó como referencia la información obtenida de una caracterización inicial de los suelos de la unidad en dos estratos (0-5 y 5-10 cm) de profundidad (UCV-Danac 1999). Se realizó una estimación de la fijación de COS en los primeros 10 cm de suelo, por comparación de los resultados de la caracterización inicial con una segunda determinación realizada en el año 2000 (Nohants Rumbos 2000, datos sin publicar). El COS en kg/ha para el estrato correspondiente (10 cm), se estableció en función del peso de suelo a dicha profundidad, considerando la siguiente ecuación Pha = A x P x Da ;

donde:

Pha = peso de una hectárea
A = área de una hectárea (m²)
P = profundidad del suelo (m)
Da = densidad aparente del suelo (Mg/m³).

Resultados y discusión    

Relación  entre el volumen y peso seco de la madera de Gliricidia sepium  

En el análisis de regresión  entre el peso seco y el volumen, se obtuvo una asociación lineal positiva. El valor del coeficiente de determinación (R²) para la relación en época seca, y la época de lluvia fue similar. Los valores de pendiente entre épocas, mostraron menor magnitud para la época de lluvia. Este resultado se puede asociar con un mayor contenido de humedad en los tallos en la época lluviosa. En consecuencia, la combinación de muestreos en época seca y lluviosa, será más representativa de la relación entre los parámetros estimados. Se determinó significancia estadística para los coeficientes de las ecuaciones (Figura 1 y Cuadro 1). Se definió una ecuación integrada con ambas épocas con un  R²=0,97.

De acuerdo con los resultados, cada 1.0 cm³ de volumen de madera de Gliricidia sepium, representó 0,433 g de peso seco, aproximándose a una densidad de 0,5 g/cm³. Estos resultados coinciden con los valores obtenidos por Ibrahim et al (1999) para la densidad de la madera de Gliricidia sepium.

Tamaño de muestra y producción de biomasa en la madera 

El tamaño de la muestra fue de 66 plantas para el SAF, y 68 para el SSP, con una confiabilidad del 90 %. La cantidad de materia seca estimada en los tallos para cada sistema fue de 0,280 kg/planta y 0,617 Mg/ha para el SSP; mientras que para el SAF fue de 0,665 kg/planta y 1,317 Mg/ha. La cantidad de biomasa obtenida por planta para el SAF duplicó la obtenida en el SSP (Cuadro 2) .  

El potencial productivo de Gliricidia sepium está condicionado por un conjunto de factores que incluyen la densidad de siembra, la altura de la planta, el intervalo entre cortes y los factores ambientales (Razz 1994). Entre los sistemas estudiados, las principales diferencias se asocian con la altura de las plantas y el proceso de ramoneo al cual se someten las plantas de Gliricidia sepium en el SSP. En Venezuela, los trabajos de investigación en Gliricidia sepium, han enfatizado en la relación  entre la frecuencia de corte y la altura de las plantas bajo condiciones de bosque húmedo tropical (Chacón 1993), no contándose con referencias sobre los efectos del ramoneo sobre la producción de biomasa de este cultivo.  

Almacenamiento de carbono por Gliricidia sepium y el suelo  

El almacenamiento de carbono por Gliricidia sepium en el SAF se cuantificó en 653 kg/ha y  la tasa de fijación en 327 kg C/ha/año; mientras que en el SSP el almacenamiento fue de 309 kg C/ha y la fijación de 124 kg C/ha/año (Cuadro 3). Este último valor de fijación de C coincide con lo indicado por Kursten y Burschel (1993) para árboles establecidos en potreros, quienes estiman la fijación en 0,1 Mg C/ha/año.  

La capacidad de Gliricidia sepium para fijar carbono, está estrechamente relacionado con la producción de tallos leñosos. Aparentemente, el incremento en la altura de las plantas tiene un mayor efecto sobre la fijación de C que el aumento de la densidad de las plantas. Romero et al  (1996) obtuvieron una relación entre densidad y fijación de C de 2:1, mientras que entre la altura y la fijación de C fue de 1:1.  

El COS almacenado en el SSP se estimó en 13,2 Mg C/ha como promedio para los 10 cm, y en el SAF fue 12,5 Mg C/ha (Cuadro 4). Se considera que en pasturas, el C acumulado en el suelo debe originarse a partir del carbono fijado por el pasto. A diferencia de los cultivos anuales de ciclo corto, los pastos tienen un ciclo continuo de iniciación, crecimiento y muerte de unidades individuales (rizomas o estolones en gramíneas y ramas en leguminosas) que generan materia orgánica (Fisher y Trujillo 2000). 

Se ha evidenciado que el 75% del COS se localiza entre los 20 y 80 cm de profundidad del suelo, lo cual es una ventaja si se considera que este C (debajo de la capa arable), es menos propenso a procesos de oxidación o pérdidas por prácticas de laboreo. Además, diversas experiencias han documentado que el contenido de COS en dicho estrato puede ser duplicada o triplicada con la inclusión de leguminosas en los pastizales.  

La acumulación de COS en pasturas tropicales se estima en 48 Mg/ha, aunque otros trabajos estiman valores cinco veces superior. El alcance de estos niveles se asocia con el manejo del pastoreo, tipo de suelo, estado fisiológico del pasto y el contenido de nutrimentos (Fisher y Trujillo 2000). Considerando que el 75 % del COS se encuentra por debajo de los 20 cm de suelo, y que los valores obtenidos para el SSP a los 10 cm promediaron 13,2 Mg C/ha, la fracción potencial de C almacenado en el suelo podría estimarse en 106 Mg C/ha para 1 m de profundidad de suelo en 1998 (Cuadro 4).  

Las determinaciones de COS realizadas en el SSP permiten estimar la fijación anual de C en 0,98 Mg COS/ha/año, en los primeros 10 cm de suelo (Cuadro 4).  

Aproximación al balance de carbono en el sistema silvopastoril 

Una aproximación al balance de carbono en el SSP, podría considerar las emisiones a partir de las excretas de los animales en pastoreo y el metano producto de la fermentación ruminal, estimado en 35 kg/animal/año en condiciones tropicales (Leng 1993). La fijación estaría representada por las contribuciones de Gliricidia sepium y del suelo del pastizal (9,9 Mg C/ha/año).   

La generación de metano se puede cuantificar en 0,2 Mg C.animal/año (1 unidad de metano=21 unidades de CO₂; y 1 unidad de C=3,67 unidades de CO₂ (Montenegro y Abarca 2000; EPA 2000), y una emisión anual de 0,42 Mg C/ha (21 animales en 10 ha).

La producción de excretas (orina + estiércol) por el rebaño bovino en pastoreo, representa un estimado de 40 Mg de MS de estiércol/año (Carlos Ruiz-Silvera 2000; Fundación Danac, datos sin publicar), los cuales se consideran en su totalidad materia orgánica (Martín y Palma 1999), y equivalen a 23,2 Mg de C, de los cuales 11,6 Mg C/año  y 1,2 Mg C/ha/año son emitidos a la atmósfera (50% del C orgánico en condiciones aeróbicas se incorpora en la biomasa microbiana, Chará 1999). Sin considerar otros procesos para la estimación, el SSP tiende a un balance anual positivo, con un significativo aporte del recurso suelo a la fijación o secuestro de C en el sistema (Cuadro 5).  

En Venezuela se dedican 17 millones de ha a la producción de pastos y forrajes (Quevedo 1999). Extrapolando la información de fijación de carbono para esta superficie en sistemas silvopastoriles que incluyan especies forrajeras arbustivas, las estimaciones podrían representar una tasa de fijación anual de 0,002 Pg C/año, con potencial para contribuir con la compensación de las emisiones de C asignadas a los pastizales, como producto de la presencia de los animales.  

Existen experiencias de la aplicación de Actividades de Implementación Conjunta (AIC)  entre países industrializados y en vías de desarrollo, para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en la atmósfera, en cumplimiento del Convenio Marco de las  Naciones Unidas sobre cambio climático. En Costa Rica, se cuenta con once proyectos de AIC, siete de los cuales corresponden a componentes forestales y agrícolas.  

Los estudios realizados en países en vías de desarrollo, estiman el costo del secuestro de C a través de la agroforestería en $US 5-20 por Mg de C (Brown et al 1996). Considerando que el costo de fijación de C en zonas templadas es 20-25 % mayor que en zonas tropicales (Trexler y Haugen 1995), el financiamiento por parte de países industrializados, se convierte en la principal herramienta, en términos de costos, para reducir la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera, a través del financiamiento de proyectos de inversión en la actividad agropecuaria.  

Conclusiones  

Se obtuvo una asociación lineal entre el volumen (VOL) y el peso seco de la madera de Gliricidia sepium (PS), con una ecuación de regresión PS = 0,433*VOL; y un coeficiente de determinación (R²) de 0,97.

En el sistema silvopastoril se cuantificó para Gliricidia sepium un almacenamiento de  309 kg C/ha y una tasa de fijación de 124 kg C/ha/año.  

En el sistema de cultivos en callejones, el almacenamiento de carbono por Gliricidia sepium fue de 654 kg C/ha y la tasa de fijación de 327 kg C/ha/año. 

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Recibido 12 de julio de 2001

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