Cruz Ruiz, A.1; Cruz Ruiz, E.1; Vaca Paulin, R.2; del Águila Juárez, P.2; Lugo de la Fuente, J.2*
1
Universidad Autónoma de Baja California. Mexicali, Baja California. México.
2
Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de México. Toluca, Estado de México. México.
*Autor responsable: [email protected]; Instituto Literario 100, Toluca, México. México. CP 50000; Tel. +52 (722) 2965556- 162
Resumen
Calimaya es una zona agrícola donde la especie cultivada predominante es Zea mays L. variedad cacahuacintle, desde hace 30 años se ha venido realizando la extracción de pumicita en algunas parcelas, mediante una operación mecánica que consiste en quitar el horizonte superficial y extenderlo de nuevo después de retirar el material. Con el procedimiento anterior la calidad del suelo es alterada y se favorece la erosión eólica y pluvial. Con el objetivo de evaluar las propiedades más sensibles a este proceso, se determinaron propiedades físicas, químicas y biológicas señaladas como indicadores de calidad del suelo, en parcelas con diferente tiempo de extracción de pumicita reciente extracción, uno, cuatro, diez y quince años y un sitio sin extracción. Se realizó un análisis de componentes principales, los mostraron una alta asociación (33.276 %) de las variables nitrógeno total (N), pH, carbono de la biomasa microbiana (CBM), carbono orgánico (CO) y capacidad de retención de agua (CRA) en el componente principal 1, mientras que ureasa, fosfatasa, catalasa y respiración basal (CO2) resultaron ser las importantes en el componente principal 2 (23.976%).
Ambos componentes explicaron el 57.252 % de la variación total acumulada.
Palabras clave
Indicadores; calidad del suelo; componentes principales
Introducción
La extracción de minerales impacta directamente al suelo ocasionando severos cambios en su estructura y funciones (Pereira et al., 2006). En el área de estudio se extrae pumicita que es una roca volcánica con burbujas de gas atrapadas, formada durante las erupciones volcánicas (Whitman and Sparks, 1986). En el marco de La Conferencia de las Naciones Unidades sobre el Ambiente y el Desarrollo de Río en 1992 (UNCED), se estableció la necesidad de desarrollar y aplicar diferentes metodologías para determinar el estado del ambiente y monitorear los cambios ocurridos a nivel nacional, regional y local; con el fin de realizar una mejor evaluación de los problemas ambientales Para monitorear el manejo sostenible del suelo, se han identificado indicadores físicos, químicos y biológicos asociados con su calidad (Parr et al., 1992, Karlen y Stott, 1994; Larson y Pierce, 1994; Doran y Parkin, 1996). Las propiedades biológicas pueden predecir cambios en las propiedades químicas, constituyendo una alerta sobre la degradación del suelo o convirtiéndose en una señal de su recuperación Kandeler et al., 1999. El uso de las propiedades biológicas y microbiológicas como indicadores de calidad se debe a que responden rápidamente a cambios (Trasar-Cepeda et al., 1998; Ros et al., 2003), por lo que proporcionan información inmediata y precisa sobre la calidad del suelo. El objetivo fue analizar el impacto de la extracción de pumicita sobre algunas variables edáficas en suelos agrícolas, así como establecer las relaciones entre dichas variables, mediante el uso de técnicas de análisis multivariado.
Materiales y Métodos
El estudio se realizó en Calimaya, México en suelos agrícolas cultivados con maíz (Zea mays L.) variedad cacachuacintle; el clima es templado subhúmedo con lluvias en verano (Cw2); temperatura
entre 4 y 14 °C; precipitación entre 800 y 1 500 mm. La altitud de las parcelas de muestreo se encuentra entre 2800 y 2950 m. Se localizaron y seleccionaron parcelas con diferente tiempo de extracción de pumicita, se tomaron muestras de suelo a una profundidad de 15 cm. Las muestras se secaron a temperatura ambiente, se tamizaron con una malla de 2 mm y fueron guardadas en bolsas de plástico, para los análisis microbiológicos fueron guardadas a 4ºC. Se realizaron las siguientes determinaciones: contenido de humedad, capacidad de retención de agua (CRA) por gravimetría Forster; 1995, pH (1:2.5, suelo: agua), la conductividad eléctrica por el método AS-18 (NOM-021- RECNAT-2000), carbono orgánico (CO) por el método de Walkley y Black modificado (Nelson y Sommers, 1996), Nitrógeno total (N), por el método de micro-Kjeldahl (Bremner, 1996). El carbono de la biomasa microbiana (CBM) se determinó por el método de extracción-fumigación(Vance et al., 1987). La respiración basal fue estimada por la cuantificación de CO2 liberado por la respiración
microbiana durante 33 días de incubación a 25ºC.
La actividad ureasa fue determinada por método descrito por Alef y Nannipieri, 1995 , la actividad catalasa se determinó con el método descrito por Johnson y Temple (1964), Leirós et al. (2000). La fosfatasa ácida se determinó empleando el método descrito por Tabatabai y Bremner (1969). Con el fin de identificar relaciones entre las propiedades evaluadas y los cambios causados por la extracción de pumicita se efectuó un análisis de correlación; además de un análisis de componentes principales (CP) para reducir la dimensionalidad y determinar el grado de asociación de las variables analizadas mediante el programa estadístico STATGRAPHICS 5.1.
Resultados y Discusión
La actividad enzimática del suelo y la biomasa microbiana en conjunto con la producción de CO2,
son muy sensibles a disturbios naturales y antropogénicos (Renella et al., 2007).El análisis de correlación realizado de las diferentes propiedades físicas, químicas y biológicas (Cuadro 1), mostró altas correlaciones positivas entre la actividad de las enzimas catalasa, ureasa y CO2; CBM se
correlacionó positivamente con CRA, CO2 y N, CO se correlacionó positivamente con; CO2 con
ureasa; CRA con humedad y N; humedad negativamente con qCO2 y N negativamente con pH. Los
resultados concuerdan con lo hallado por Liu et al. (2008) quienes encontraron, una correlación significativa entre la biomasa microbiana con el pH y la conductividad eléctrica del suelo. Para determinar las causas de variación de las propiedades en los suelos agrícolas afectados por la extracción de pumicita, se efectuó un análisis de componentes principales (ACP). Para facilitar la interpretación de cada componente fue aplicada una rotación Varimax. Los factores de carga y los autovalores se muestran en el Cuadro 2. Cinco componentes fueron retenidos con autovalores más altos que uno según el criterio de Kaiser que explican el 90 % de la varianza total.
Las propiedades de mayor representatividad en el CP1, fueron N, pH, CBM, CO y CRA. La actividad enzimática de catalasa, ureasa, fosfatasa y CO2 tienen la mayor contribución en el
componente 2 que explica el 23.97 % de la varianza. En conjunto los componentes 3, 4 y 5 representados principalmente por CE, fósforo, densidad y CN contribuyen en 33% de la varianza. Es evidente que el disturbio del suelo para la extracción de pumicita afecta las relaciones entre las distintas propiedades. La actividad de ureasa y catalasa se correlacionaron positivamente con la actividad respiratoria de los microorganismos An et al. (2008) en un estudio conducido en China encontraron relación entre la actividad enzimática y los microorganismos del suelo afectados por la disponibilidad de compuestos orgánicos.
Cuadro 1. Matriz de correlaciones entre propiedades físicas, químicas y biológicas de suelos agrícolas de Calimaya, México.
CE: conductividad eléctrica; CBM: carbono de la biomasa microbiana; CO
2: actividad
respiratoria; qCO
2: coeficiente metabólico; N: nitrógeno total; CO: carbono orgánico:
nitrógeno total; ureasa: actividad de la ureasa; catalasa: actividad de la catalasa; CRA:
capacidad de retención de agua.
*p<0.5, **p<0.01, ***p<0.001
Cuadro 2. Tabla de componentes principales de suelos de Calimaya, México.
Conclusiones
La aplicación de los análisis multivariados muestra una fuerte correlación entre CRA y CBM así como entre la actividad de la catalasa y ureasa. Estos hechos confirman los cambios que están teniendo lugar en el ámbito de los diferentes escenarios analizados en relación con propiedades del suelo. Un análisis de componentes principales formó cinco grupos lo que sugiere variabilidad entre las muestras y por lo tanto un creciente interés en el estudio de estos suelos para su manejo sustentable
CBM
catalasa CO
CO
2CRA
Humeda
d
N
CE -0.67*** ns CO2 0.64*** 0.67*** ns - CRA 0.75*** ns ns ns - humedad ns ns ns ns 0.74*** - N 0.68*** ns 0.78*** ns 0.64*** ns - Ph -0.76*** ns ns ns ns ns -0.64*** qCO2 -0.61*** -0.77*** ns ns -0.66*** -0.77*** ns ureasa ns 0.84*** ns 0.60*** ns ns ns Propiedad Componente 1 2 3 4 5 Humedad 0.371901 -0.513581 -0.464283 0.451474 -0.337046 CRA 0.634466 -0.0379363 -0.655815 0.271422 -0.132004 Ph -0.864274 0.151752 0.0813149 0.303216 -0.0408582 CBM 0.803555 0.181483 -0.48369 -0.243057 0.0162021 N 0.880009 0.127623 -0.0429493 0.18453 -0.193028 CO 0.762759 0.193679 -0.043738 0.386098 0.353488 CN -0.0354937 0.0507813 -0.158242 0.150644 0.942692 Ureasa 0.0969204 0.891106 -0.043349 0.235663 -0.0642012Fosfatasa
0.523866
-0.694233
0.240399
0.173913
-0.0180501
Catalasa
0.0904291
0.938688
0.228694
0.0834051
0.0720578
Fósforo
0.147548
0.143304
0.785058
-0.481121
-0.221639
CO
20.392366
0.707607
-0.225594
-0.269972
0.397527
qCO
2-0.512828
0.418742
0.517151
0.0183856
0.358294
Var. explicada (%)
33.276
23.976
14.475
11.046
7.914
Var. acumulada (%)
33.276
57.252
71.727
82.773
90.687
Agradecimientos
Al CONACYT por la beca otorgada para acceder a los estudios de postgrado. A la Universidad Autónoma de Baja California y Facultad de Ciencias UAEMex por el apoyo para la realización de este trabajo
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