Características físico químicos y textura del suelo

Las muestras de suelo, para el análisis físico y químico, fueron tomadas con un barreno a tres profundidades: 0-20, 20-40 y 40-60 cm aleatoriamente en cada una de las parcelas, donde se ubicaron las mallas de colecta de hojas. La muestra de suelo se tomó el 12 de junio de 2017 antes de iniciar la recolección de hojas caídas.

Posteriormente, las muestras fueron trasladadas al laboratorio INIAP Estación Experimental Tropical “Pichilingue” Quevedo, para su respectivo análisis de contenido de nutrientes (N, P, K, Ca, y Mg) y pH y la clase textural. La textura fue determinada usando el método de Boyoucos o del hidrómetro (Klein, 2008). Para la determinación de N, se empleó el método Kjeldahl modificado. La determinación de P se realizó por el método de Olsen. La determinación de K, Ca y Mg se realizó por espectrofotometría de absorción atómica en un PerkinElmer 603 (PerkinElmer, Waltham, MA, EUA).

Contenido de humedad del suelo

Las muestras de suelo se recogieron cada mes, durante seis meses. Se colocaron en fundas de papel y se obtuvo el peso fresco con una balanza digital modelo CAMRY (Zhongshan Camry Electronic Co. Ltd. Guangdong, R. P. China). Luego se secaron en una estufa modelo MEMMERT (Memmert GmbH Co. Schwabach, Alemania) a 110 ºC durante 78 h, para posteriormente determinar el peso seco.

Dinámica de caída de hojas y cantidad de nutrientes

Se recolectaron hojas secas caída de los árboles mediante colectores de 1 m², elaborados con mallas y distribuida al azar. Se colocaron 4 mallas colectoras por parcela a 30 cm del nivel del suelo. Cada 15 días durante 6 meses, se colectó la cantidad de hojas interceptadas que había caído en cada una de las mallas colectoras. Este procedimiento se implementó siguiendo la metodología propuesta por Jaimez & Franco (1999). También se recolectaron hojas de los árboles para análisis foliar de hojas frescas, escogiendo muestras de 5 árboles por parcela, estas muestras fueron tomadas cada fin de mes. Para la determinación de N, se empleó el método Kjeldahl modificado. La determinación de P, K, Ca y Mg se realizó a través de la mineralización de las muestras por digestión húmeda con mezcla nítrico-perclórica en relación 5:1 (Henríquez, Bertsch, & Salas, 1998), y luego se cuantificó P por colorimetría y la determinación de K, Ca y Mg se realizó por espectrofotometría de absorción atómica. Los resultados se expresan como porcentajes de materia seca.

Cantidad de nutrientes que se movilizan desde las hojas a otras partes de la planta

La cantidad que cae por cada nutriente se estimó de la multiplicación de la cantidad total (peso seco) de caída de hojas para los diferentes periodos por la concentración de cada elemento para el período correspondiente. Al determinar el contenido de nutrientes en la hojarasca (hojas secas) y las hojas frescas mediante los análisis de tejidos se determinó la dinámica de movilización de estos elementos y la proporción que queda de cada nutriente en la planta. También se determinó la dinámica de caída de nutrientes y sumando la cantidad de cada mes por nutriente se obtuvo la cantidad total aportado por la hojarasca en el periodo del estudio de cada nutriente, ver figura 1.

Cantidad de nutrientes que se necesita aportar a la plantación en función de los nutrientes en la hojarasca

Para estimar la cantidad de nutrientes que se necesita aportar a la plantación se utilizó como referencia las recomendaciones de fertilización que (^{Raigosa, 2009}) ha estimado para Teca. En función de nutrientes obtenidos en el suelo por el análisis realizado y la cantidad de nutrientes aportado por la caída de hojas se calculó los requerimientos de fertilización necesarios para el desarrollo de la plantación.

Figura 1: Esquema metodológico realizado para evaluar la dinámica de caída de hojas, su aporte de nutrientes, la distribución de nutrientes desde las hojas y su relación con contenidos de agua en el suelo en plantaciones de Teca de 4 años en periodo de sequía de 6 meses. 

Características físicas y químicas del suelo

Considerando que el suelo donde se realizó el estudio es un suelo arcilloso hasta los 80 cm, ver tabla 1, es importante resaltar que los predominios de arcilla hasta esta profundidad constituyen una limitación para el crecimiento radicular. Además, las condiciones de este suelo de poca porosidad también son una limitación para la toma de agua en época de sequía y pueden llegar a momentos de inundación en época de lluvias, lo que también influye negativamente en el crecimiento de los árboles. Por ello, además de la condición de una estación seca de al menos 6 meses, que influye en una menor disponibilidad de agua, la condición arcillosa del suelo es otra limitante en el crecimiento. Los árboles de Teca para el momento y sitio del estudio tenían un promedio de 6.3 m de altura y 8.32 cm de diámetro a la altura del pecho (dap). Es decir, un incremento anual de 1.57 m en altura y 2 cm de dap. Con respecto a valores reportados por Mollinedo, Herrera, & Muñoz (2016) el crecimiento en altura y diámetro anual en el sitio de estudio sería considerado como bajo. Estos autores han encontrado incrementos de altura entre 1.98 y 2.62 m por año y dap entre 2.2 y 2.8 cm anual, considerado para ellos altos.

En el rodal se ha visto ciertas partes afectadas por exceso de agua (inundación) en período de lluvias y en épocas de sequía se agrieta el suelo. Esto conlleva a problemas para lograr un buen desarrollo de la especie, perdiendo calidad comercial la plantación.

Con respecto a las características químicas del suelo, hasta los 80 cm de profundidad existe una tendencia de disminución del contenido de N a mayor profundidad, mientras que los otros elementos mantienen concentraciones similares. Los valores de N, P y K son valores considerados promedios y adecuados, mientras que los de Ca y Mg son altos para el tipo de suelo arcilloso, con un pH ligeramente ácido, que no constituye ninguna limitación para la toma de nutrientes. Altos valores de Ca y Mg en suelos de plantaciones de Teca también han sido reportados por ^{Boley, Drew, & Andrus (2009}) en Costa Rica, quienes además citan similares tendencias en plantaciones en la India.

Contenido de humedad en el suelo

Al comienzo del periodo de sequía, el contenido de agua era del 40% y fue disminuyendo paulatinamente en la medida que el periodo de sequía progresaba hasta llegar a valores de 22%, ver figura 2. Estos valores están dentro del rango teórico que se conoce para suelos arcillosos (Oosterveld & Chang, 1980). Para el mes de diciembre el suelo ya estaba en valores que teóricamente son levemente superiores al rango del punto de marchitez permanente, lo que indica un estrés alto para los árboles. Es decir, para finales de la época de sequía prácticamente no hay agua disponible y los procesos de descomposición se ven muy disminuidos. Esto también influye en una mayor caída de hojas con el resultado de árboles prácticamente sin hojas y descubiertos para evitar pérdidas de agua por transpiración y estar en un estado de mantenimiento mínimo. Tal situación conlleva a retrasos en el crecimiento. Al finalizar la época de lluvia (inicio de sequía), el porcentaje de agua disponible está en valores altos en referencia a los que se han medido para suelos arcillosos. Esto pudiera ocasionar ciertos momentos de anaerobiosis lo que reduce la transpiración y por ende menor toma de nutrientes.

Dinámica de caída de hojas

Los valores menores de caída de hojas (47-52 g/m²) se registraron al principio y final de la época seca. Al principio de la época de sequía comienza a existir una leve disminución del contenido de agua y por ello los valores bajos de caída de hojarasca. Al final del período de sequía los valores menores corresponden a las últimas hojas que los árboles poseen y que caen producto del alto déficit hídrico. En el período entre la última semana de septiembre y última semana de octubre caen la mayor cantidad de hojas (entre 100 y 120 g/m²) cada 15 días y desde el principio de la sequía hasta mediados de septiembre, la caída de hojas es baja y relativamente estable (ver figura 3).

En el momento de mayor caída de hojas, el valor total de hojas sería aproximadamente 220 g/m² (2.2 t/ha) mensual que es equivalente a lo reportado por Ramachandra & Proctor (1997). Estos autores reportan valores entre 7.63 y 8.61 t/ha año de hojas caídas en un año, y que entre flores, frutos y ramas caen otras 3 t/ha en un año, Es decir, alrededor de 11 t/ha de materia seca cae en una plantación de Teca. Es posible que los valores de caída de hojarasca en un año sean un poco más altos en nuestro estudio debido a que sólo se consideró el período seco.

Los valores de cantidad de hojas caídas pueden cambiar dependiendo de las condiciones edafoclimáticas de la localidad donde este la plantación, Por ejemplo, para Nigeria, ^{Ojo, Kadebab, & Kayodec (2010}) reportan 4.8 t/ha en plantaciones de Teca de 16 años en una región considerada húmeda tropical con precipitaciones anuales de 1500 mm, Estos autores mencionan otras reportes para Nigeria donde se obtuvieron en diferentes regiones 5 y 9 t/ha de caída anual de hojarasca en plantaciones de 17 y 8 años, respectivamente, En Matto Groso, Brasil se han reportado una caída de 7.2, 6.7 y 6.2 t/ha en plantaciones de 7, 6 y 5 años (de Deus, Matos, & Gonçalves, 2015), Estos autores plantean que la cantidad de hojarasca caída también depende de la edad de la plantación siendo mayores en plantaciones de mayor edad.

Figura 2: Porcentaje del contenido de agua a 20 y 40 cm de profundidades durante el período de sequía 2017 en un suelo arcilloso con plantaciones de Teca. Barras indican error estándar. 

Es de considerar que, en regiones con precipitaciones distribuidas durante todo el año, probablemente la caída de hojarasca debería ser menor por una mayor disponibilidad de agua en el suelo. En el caso de este estudio, el largo período de sequía acompañado de un suelo arcilloso conlleva a un déficit hídrico que debe influir en producir la caída total de las hojas. En Matto Grosso, Brasil en el periodo de sequía que es de dos meses cae alrededor del 65 % de la hojarasca y el restante en un periodo de 7 meses aproximadamente (de Deus et al., 2015).

La condición de ser una especie decidua también influye en una mayor cantidad de caída de hojas, Al contrario de especies siempre verdes, donde la tasa de caída de hojas tiene la tendencia a mantenerse relativamente constante durante el año, a pesar del periodo seco de varios meses, Por ejemplo, el laurel (Cordia alliodora) mantiene tasas alrededor de 20 g/m²mes en la región de los Ríos, Ecuador. En las mismas condiciones, el Cedro (Cedrela odorata), especie decidua presenta la mayor tasa de caída de hojarasca (60 g/m²mes) en el periodo de sequía y 20 g/m²mes en época de lluvia (Sánchez, Lama, & Suatunce, 2007).

Dinámica de concentración de nutrientes en los árboles y en las hojas caídas

En las hojas de las plantas antes de caer, la concentración del Ca aumentó paulatinamente desde 2% hasta 3% (ver figura 4), mientras que N y K disminuyeron sus concentraciones en las hojas en la medida que progresaba la sequía. En el caso de N las concentraciones disminuyeron desde 1.8% a 1.2%, mientras K disminuyó desde 0.9% a 0.3%. Mg y P mantuvieron valores promedios alrededor de 0,1%. Elementos móviles como N y K probablemente se movilizan a otras partes de la planta por efectos de la sequía, lo cual no ocurrió con el P, que también es otro elemento móvil. También es posible que la toma de K y N disminuya en la medida que la disponibilidad de agua en el suelo sea menor. Por otra parte, el incremento de la concentración de Ca en las hojas en la medida que avanza la sequía, puede ser causado por el mismo proceso de senescencia, ya que el Ca no se transfiere por su poca movilidad y queda en las hojas.

De acuerdo a los valores recomendados por ^{Alvarado (2012}), los valores de Mg y P encontrados están considerados entre marginales y deficientes, los de N y K son adecuados al inicio del periodo de sequía, pero marginales al final de la sequía y Ca es adecuado al inicio de la sequía y alto al final de la misma (figura 4). El orden de concentración en las hojas de Ca>N>K es la misma tendencia encontrada por Fernández-Moya et al. (2015).

La concentración de nutrientes en la hojarasca mantuvo valores similares en la sequía, con la excepción del K y Ca (ver figura 5). El Ca es el nutriente de mayor concentración en las hojas caídas y sus valores oscilaron entre 1.7 y 2.7 %. Fue el nutriente que también tuvo mayor variación en los inicios de la época de sequía. Posteriormente aumento progresivamente desde 2 % a finales de agosto hasta 2.6 % en el mes de diciembre. Se ha reportado ala Teca como una especie calcícola.

La concentración de N fue similar con valores promedio de 1.1%. El K, al contrario de la dinámica del Ca, disminuyó sus valores a partir de la primera quincena de septiembre, es decir cuando ya habían pasado alrededor de unos 60 días sin precipitación. Los valores variaron desde 0.8 % hasta 0.4 %. El P y el Mg mantuvieron concentraciones muy bajas y similares durante la época de sequía. Es posible que la toma de K y N disminuya en la medida que la disponibilidad de agua en el suelo sea menor.

Las concentraciones registradas en la plantación de estudio en la hojarasca caída están dentro del rango registrado para plantaciones de Teca en Nigeria (^{Ojo et al., 2010}). Se puede deducir que el aporte de macronutrientes varía entre plantaciones y ello depende de la conformación textural del suelo, condiciones climáticas y manejo. Al respecto reportes recientes (de Deus et al., 2015) encuentran concentraciones de 1.3 0.15, 0.5, 1.4, y 0.5 % de N, P, K, Ca y Mg, respectivamente en la hojarasca de Teca entre 5 y 7 años de edad. Al compararlos con los resultados de este estudio Mg presentó mayores valores y Ca menores valores, mientras P, N y K fueron similares. La tendencia en valores de concentración es algo similar a nuestro estudio: Ca>N>K>Mg>P. En nuestro caso, Mg fue similar a P.

Con respecto a la cantidad total de nutrientes a través de la caída de hojas de Teca en este estudio fueron de 88.4; 8.9; 46.7; 181.3 y 6.46 kg/ha de N, P, K, Ca y Mg, respectivamente. Los resultados encontrados muestran que los aportes de nutrientes en orden decrecientes fueron: Ca>N>K>P>Mg.

En relación al contenido de cada nutriente en la hojarasca con respecto al contenido en la hoja del árbol, se encontró que, a excepción del K y Ca, existe la tendencia a que la relación tienda a aumentar y para finales del mes de diciembre es cercano a 1. ver tabla 2. Esto indica una movilización de nutrientes (N, P y Mg) en la planta desde las hojas a otras partes al inicio del periodo de sequía, mientras que el K y Ca muestran muy baja movilidad. Pareciera que en la Teca N, P y Mg se movilizan y parcialmente son usados en otras partes de la planta. Probablemente se movilizan hacia el tallo que es el mayor sumidero. El mayor déficit hídrico en los últimos influye en una menor movilización de todos los nutrientes evaluados.

Requerimiento de nutrientes en plantaciones de Teca

El primer paso para comenzar un programa de fertilización en el sistema estudiado es evaluar los requerimientos nutricionales anuales, además de conocer la percolación en condiciones normales, la suma de estos valores representaría la cantidad anual necesaria que se tendría que reponer. A ello debe restársele el aporte de los diferentes elementos a través de la caída de hojarasca y la lluvia para completar el balance y obtener la cantidad que realmente debe agregarse, vía fertilización.

A fin de observar un margen de seguridad en el cálculo, se puede considerar únicamente el aporte a través de las hojas, que según las velocidades de descomposición estimadas en el caso Teca es muy rápida (Sankaran, 1993). Para los cálculos de programa de fertilización se tomó en cuenta el requerimiento de la especie a los 6 años de edad, el aporte del suelo convertidos en kg/ha a 40 cm de profundidad, ya que las raíces secundarias o superficiales de Teca se encuentran a los 30 cm, que cumplen la función de absorción de nutrientes y el aporte de hojarasca para obtener la cantidad que necesitamos reponer al suelo (ver tabla 3).

Para el elemento P con el aporte de la hojarasca se cubre su requerimiento. Como se aprecia solo se requiere aportes de N y K. En este los cálculos nos muestran que solo se debiera de aportar 121 y 135 kg/ha de N y K respectivamente, ver tabla 3. Según Fernández-Moya et al. (2015) en plantaciones de Teca los nutrientes acumulados a los 5 años son aproximadamente el 70% de los nutrientes acumulados en las plantaciones de 19 años. La absorción de nutrientes disminuye una vez que se ha cerrado la copa y entonces la toma nutrición de los árboles lo constituye el movimiento de nutrientes entre los tejidos y el reciclaje de nutrientes a través de la caída de hojarasca y su descomposición. Por ello es importante la incorporación de nutrientes faltantes y no sobre fertilizar con nutrientes que ya están en cantidades adecuadas en el suelo.

Figura 3 : Promedio quincenal de caída de hojas de árboles de Teca de 4 años de edad (Año 2017). Barras indican el error estándar. . 

Figura 4 : Promedio de concentración de macronutrientes en las hojas de los árboles en el período de sequía en plantaciones de Teca de 4 años. 

Figura 5 : Promedio de concentración de macro nutrientes de la hojarasca caída en el período de sequía en plantaciones de Teca de 4 años, Barras verticales indican error estándar. 

*Valores tomado de ^{Raigosa (2009}).