KATHERIN JESSICA IZQUIERDO SARAO DR. GILBERTO...

I

INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL SUELO Y DE

LA COBERTURA HERBÁCEA EN LAS EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO EN

SISTEMAS GANADEROS EN PASTOREO EN TABASCO

TRABAJO PROFESIONAL

POR OPCIÓN DE:

TESIS PROFESIONAL

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

P R ES E N TA:

KATHERIN JESSICA IZQUIERDO SARAO

A SE SO R:

DR. GILBERTO VILLANUEVA LÓPEZ

M.C.A. JAVIER SANLÚCAR ESTRADA

FRONTERA, CENTLA, TABASCO Octubre 2018

Dedicatoria

Este trabajo de tesis se lo dedico a mi madre quien ha estado en todo momento

conmigo, por apoyarme y aconsejarme, educándome con valores, haciendo de mí una

persona de bien, por la motivación constante para poder superarme de manera

personal y profesionalmente, es una de las personas más importantes en mi vida y

pilar fundamental de la familia.

A mi padre por brindarme siempre el apoyo incondicional, por sus consejos y

orientación, por enseñarme que todo sacrificio en la vida tiene su recompensa y

siempre vale la pena, por estar al pendiente siempre de mí en todo momento,

brindándome una buena educación y mejor calidad de vida, siendo también una de las

personas más importantes en mi vida.

Agradecimientos

Principalmente agradezco a Dios por haberme permitido poder realizar una de mis más

grandes metas en esta vida y culminar mi carrera profesional.

Agradezco infinitamente a mis padres, ya que ellos son el motivo por el cual he

finalizado mi carrera profesional, por todo el apoyo que siempre me han dado y por

confiar en mí y en cada una de las decisiones que he tomado durante mi formación

profesional.

Agradezco a mi novio por el apoyo que me ha brindado durante este tiempo, por los

consejos que me ha dado como colega y amigo, el cual me ha alentado a seguir

adelante y lograr mis metas.

De igual manera agradezco a los profesores de la academia de Ingeniería Química por

haber compartido sus conocimientos durante mi formación profesional, especialmente

agradezco al M.C.A Javier Sanlúcar Estrada por su guía y apoyo durante la realización

de este proyecto.

Agradezco de manera especial al Dr. Gilberto Villanueva López por haberme confiado

y darme la oportunidad de trabajar y colaborar en este gran proyecto, compartiendo

sus conocimientos conmigo e instruyéndome para la elaboración y terminación de este

trabajo. También agradezco al Dr. Pablo Martínez Zurimendi por su colaboración y

aportaciones al realizar el proyecto. A mi compañero Tony por el apoyo durante el

trabajo de campo.

Asimismo, agradezco al proyecto: “Cuantificación de emisiones de metano entérico y

óxido nitroso en ganadería bovina en pastoreo y diseño de estrategias para la

mitigación en el sureste de México” financiados por el Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnología; (CONACyT), por los recursos económicos otorgados para realizar el

trabajo de campo y de laboratorio.

Resumen

El aumento de los gases de efecto invernadero (GEI) como el dióxido de carbono

(CO2), Metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), han contribuido en gran medida al cambio

climático; la ganadería bovina en pastoreo es una de las principales actividades

productivas del sureste del país, que a su vez son fuentes de liberación de GEI a la

atmosfera a través del suelo debido a los diferentes tipos de uso que a este se le dan.

El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia de las propiedades físicas y

químicas del suelo, así como de la cobertura herbácea en las emisiones de óxido

nitroso en sistemas ganaderos en pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

Se utilizó un diseño experimental completamente al azar con dos tratamientos: el

tratamiento uno (T1) consistió de pastura mejorada de B. decumbens y el tratamiento

dos (T2) de pastura natural (gramas nativas). En ambos tratamientos el tamaño de las

parcelas fue de 2400 m2, al interior de estas se colocaron 4 cámaras siguiendo los

protocolos sugeridos por Rochette (2008) a una distancia de 20 metros entre cámara.

Las muestras de N2O se tomaron a las 11:00 horas durante una semana en los meses

de diciembre y enero. Para extraer las muestras de gas de las cámaras se utilizaron

jeringas de 60 ml, las muestras se depositaron en viales de vidrio de 20 ml, los cuales

previo al muestreo fueron llevados al vacío. Finalmente, las muestras de gas se

trasladaron al laboratorio de cromatografía de gases de ECOSUR unidad San Cristóbal

de las Casas, Chiapas; donde fueron analizadas en el equipo especializado

cromatógrafo de gases, marca Agilent Technologies, modelo 7890B, CG System. Para

obtener las muestras de suelo se utilizó el método del cilindro de volumen conocido

(MacDicken, 1997; Donovan, 2011). Se cavaron hoyos de 20 x 30 x 30 cm y en una

de las cuatro paredes se introdujo un cilindro de acero inoxidable de 5 cm de alto y 5

cm de diámetro para extraer la muestra de suelo. Se tomó una muestra por cada

profundidad (0-10, 10-20 y 20-30 cm), se trasladaron al laboratorio de biogeoquímica

de ECOSUR unidad Villahermosa, Tabasco; para realizarle los análisis

correspondientes. La toma de muestras de herbáceas se realizó en cuadrantes

delimitados, el material colectado se colocó en una prensa y las especies que no se

lograron identificar fueron llevadas al herbario de la División Académica de Ciencias

Biológicas de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco, para su identificación. Los

resultados muestran que los flujos de óxido nitroso del suelo fueron diferentes entre

los dos tipos de praderas analizadas. La mayor cantidad flujos de óxido nitroso se

emitió en las praderas nativas (0.097 mg/N2O/m2/hr) en relación a la pastura mejorada

(0.056 mg/N2O/m2/hr). Con relación a las variables ambientales el análisis estadístico

mostró que la temperatura interna y externa de la cámara, la humedad ambiental y la

temperatura del suelo no fueron estadísticamente diferentes. No obstante, la humedad

del suelo si fue estadísticamente diferente, esta fue mayor en la pastura mejorada con

valores de 35.21 °C vs 31.93 °C en las praderas nativas. De igual manera, con

excepción de la materia orgánica y la densidad aparente del suelo, se encontró que

las pasturas mejoradas, contienen mejores propiedades físicas y químicas del suelo.

Se encontró que las praderas nativas se encuentran conformadas por una diversidad

de especies entre las que destacan las familias: Fabaceae, Malvaceae y Poaceae. Se

concluye que las praderas nativas conformadas por una diversidad especies emiten

mayores cantidades de flujos de óxido nitroso del suelo, además, de todas las

variables ambientales analizadas solamente la humedad del suelo estuvo relacionada

con los flujos de óxido nitroso del suelo. Asimismo, concluimos que las mayores

propiedades físicas y químicas del suelo se encontraron en las praderas mejoradas,

con excepción de la materia orgánica y la densidad aparente del suelo que fueron

mayores en las praderas nativas. Finalmente concluimos que el sistema ganadero con

praderas nativas estuvo conformado por 23 especies.

Palabras claves: Gases de efecto invernadero, óxido nitroso, propiedades físicas y

químicas del suelo, sistemas ganaderos, trópico húmedo.

I

Índice

Introducción .......................................................................................................................................... 1

Capítulo I

Generalidades del proyecto ............................................................................................................. 3

1.1 Problemas a resolver priorizándolos .................................................................................. 3

1.2 Objetivos ..................................................................................................................................... 3

1.2.1 Objetivo general................................................................................................................. 3

1.2.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 3

1.3 Preguntas de investigación ................................................................................................... 4

1.4 Hipótesis ..................................................................................................................................... 4

1.5 Justificación ............................................................................................................................... 4

Capítulo II

Marco Teórico ...................................................................................................................................... 5

2.1 Gases de efecto invernadero ................................................................................................. 5

2.2 Óxido nitroso ............................................................................................................................. 7

2.3 Sistema ganadero ................................................................................................................... 10

2.4 Praderas nativas ................................................................................................................. 11

2.5 Pastizales .............................................................................................................................. 12

2.6 Pasturas ................................................................................................................................ 12

2.7 Suelo ...................................................................................................................................... 12

2.7.1 La materia orgánica del suelo ...................................................................................... 13

2.7.2 Importancia de la materia orgánica del suelo .......................................................... 14

2.7.3 Factores que determinan el contenido de materia orgánica del suelo ............. 14

II

2.7.4 La textura del suelo ........................................................................................................ 15

2.8 Cromatografía de gases ........................................................................................................ 17

2.8.1 Separación de compuestos .......................................................................................... 17

Capítulo III

Materiales y Métodos ....................................................................................................................... 19

3.1 Área de estudio ....................................................................................................................... 19

3.1.2 Vegetación ............................................................................................................................ 20

3.2 Características del sitio de estudio ................................................................................... 21

Capítulo IV

Metodología ........................................................................................................................................ 22

4.1 Selección de los sitios de estudio ..................................................................................... 22

4.2 Diseño experimental y parcela de estudio ....................................................................... 23

4.3 Cámaras para el muestreo de óxido nitroso ................................................................... 24

4.4 Muestreo de gases de óxido nitroso ................................................................................. 27

4.5 Muestreo de suelo .................................................................................................................. 30

4.6 Caracterización de las especies herbáceas .................................................................... 32

4.7 Análisis de las muestras de N2O en cromatógrafo de gases. .................................... 33

4.8 Análisis estadísticos .............................................................................................................. 34

Capítulo V

Resultados y discusión ................................................................................................................... 34

5.1 Flujos de óxido nitroso, temperatura interna y externa de las cámaras, humedad

ambiental, temperatura y humedad del suelo ....................................................................... 34

5.2 Flujos de óxido nitroso, temperatura interna y externa de las cámaras, humedad

ambiental, temperatura y humedad del suelo, durante el periodo de muestreo. ........ 36

5.3 Efecto de la interacción entre el periodo de muestreo y el tipo de pasto. .............. 40

III

5.4 Efecto del tipo de pasto sobre las propiedades físicas y químicas del suelo ....... 41

5.5 Efecto de la profundidad de muestreo sobre propiedades físicas y químicas del

suelo ................................................................................................................................................. 46

5.6 Efecto del tipo de pasto y la profundidad sobre las propiedades físicas y

químicas del suelo ........................................................................................................................ 50

5.7 Relación entre los flujos de N2O y las propiedades físicas y químicas del suelo 52

5.8 Caracterización de especies de herbáceas ..................................................................... 54

Capítulo VI

Conclusiones y recomendaciones ............................................................................................... 56

Capítulo VII

Referencias ......................................................................................................................................... 57

IV

Índice de Figuras

Figura 1. Separación de compuestos de acuerdo a sus diferentes afinidades. ........ 17

Figura 2. Esquema de un cromatógrafo de gases. ................................................... 19

Figura 3. Localización del área de estudio, Tacotalpa, Tabasco. ............................. 21

Figura 4. Diseño de parcela para el muestreo de N2O, suelo y biomasa herbácea. 23

Figura 5. Diseño de cada uno de los componentes de las cámaras de medición de

óxido nitroso en el software SOLIDWORDS. ............................................................ 24

Figura 6. Parte inferior de la cámara para medir óxido nitroso. ................................ 25

Figura 7. Parte superior de la cámara para medir óxido nitroso. .............................. 26

Figura 8. Cámaras con recubrimiento aislante para evitar altas temperaturas dentro

de la cámara durante el muestreo. ............................................................................ 26

Figura 9. Encapsulado, sellado y viales llevados al vacío previo al muestreo de N2O.

.................................................................................................................................. 29

Figura 10. Toma de muestra de gas (N2O) y mediciones de variables ambientales en

los sitios de pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco. ............................ 29

Figura 11. Calicatas para la toma de muestra de suelo de cada profundidad de los

sitios de estudio. ........................................................................................................ 30

V

Figura 12. Muestras de suelo tomadas de las calicatas de cada sitio de estudio,

depositadas en bolsas de polietileno previo a los análisis físicos y químicos. .......... 31

Figura 13. Colecta de herbáceas para su identificación. .......................................... 32

Figura 14. Muestra de N2O a analizar en el cromatógrafo de gases marca Agilent

Technologies, modelo 7890B, CG System. ............................................................... 33

Figura 15. Flujos de óxido nitroso del suelo en un pasto mejorado y nativo en un

sistema ganadero en pastoreo del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error

estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al

5% de error. ............................................................................................................... 35

Figura 16. Humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema ganadero

en pastoreo del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales

distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error. ......... 36

Figura 17. Flujos de óxido nitroso del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero

2018 en un sistema ganadero en pastoreo del trópico húmedo de Tabasco. Medias (±

error estándar) con literales similares no muestran diferencias significativas de acuerdo

a tukey ....................................................................................................................... 37

Figura 18. Temperatura externa de la cámara en los meses de diciembre 2017 y enero


error estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a

tukey al 5% ................................................................................................................ 38

Figura 19. Temperatura interna de la cámara en los meses de diciembre 2017 y enero

2018 en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error


5% de error. ............................................................................................................... 38

VI

Figura 20. Temperatura del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en

un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con

literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

.................................................................................................................................. 39

Figura 21. Humedad ambiental en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en un

sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con


.................................................................................................................................. 39

Figura 22. Humedad del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en un



5% de error. ............................................................................................................... 40

Figura 23. Humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en los meses de

diciembre 2017 y enero 2018, en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco.

Medias (± error estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de

acuerdo a tukey al 5% de error. ................................................................................ 41

Figura 24. pH del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema ganadero del

trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales distintas, indican

diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error. .................................... 42

Figura 25. Contenido de nitrógeno total del suelo en un pasto mejorado y nativo en un



.................................................................................................................................. 42

VII

Figura 26. Contenido de nitrógeno inorgánico del suelo en un pasto mejorado y nativo

en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar)

con literales diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de

error. .......................................................................................................................... 43

Figura 27. Contenido de materia orgánica del suelo en un pasto mejorado y nativo en


literales diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

.................................................................................................................................. 43

Figura 28. Contenido de fósforo del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema

ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales

diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error. ....... 44

Figura 29. Contenido de humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en un



.................................................................................................................................. 44

Figura 30. Densidad aparente del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema


diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error. ....... 45

Figura 31. pH, contenido de materia orgánica, densidad aparente, nitrógeno

inorgánico del suelo a diferentes profundidades de muestreo en un sistema ganadero

del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales similares no

muestran diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error. .................... 47

Figura 32. Contenido de nitrógeno total del suelo a diferentes profundidades de

muestreo en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error

VIII

estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey

al 5% de error. ........................................................................................................... 48

Figura 33. Contenido de humedad del suelo a diferentes profundidades de muestreo



error. .......................................................................................................................... 48

Figura 34. Contenido de arcilla del suelo a diferentes profundidades de muestreo en



.................................................................................................................................. 49

Figura 35. Contenido de limo del suelo a diferentes profundidades de muestreo en un



.................................................................................................................................. 49

Figura 36. Contenido de arena del suelo a diferentes profundidades de muestreo en



.................................................................................................................................. 50

Figura 37. Densidad aparente del suelo en un pasto mejorado y nativo a diferentes

profundidades de muestreo en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco.

Medias (± error estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de


Figura 38. Contenido de arcilla del suelo en un pasto mejorado y nativo a diferentes

profundidades de muestreo en sistemas ganaderos del trópico húmedo de Tabasco.

IX



Figura 39. Familia de especies de herbáceas nativas con mayor presencia en sistemas

ganaderos en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco. ............................................. 54

Índice de cuadros

Cuadro 1. Tiempos y horarios de medición de óxido nitroso con cámaras de flujo

cerrado en pastura mejorada. ................................................................................... 28


cerrado en pastura natural. ....................................................................................... 28

Cuadro 3. Correlación de Pearson entre los flujos de óxido nitroso (µg N2O-N/m2/h) y

las propiedades físicas y químicas del suelo, en un sistema ganadero del trópico

húmedo de Tabasco. ................................................................................................. 53

Cuadro 4. Especies de herbáceas nativas en sistemas ganaderos en la región Sierra

de Tacotalpa, Tabasco. ............................................................................................. 55

1

Introducción

El cambio climático (CC) es el problema ambiental más relevante de nuestro siglo, en

función de sus impactos sobre los recursos naturales, los ecosistemas, la

biodiversidad, los procesos productivos, la infraestructura, la salud pública y en

general, sobre el bienestar de la población humana, es por eso que hoy es un tema

clave de la agenda internacional y se considera en la mayoría de las estrategias de

desarrollo rural y urbano (PCCH, 2011).

Es importante destacar que, en términos de potencial de calentamiento global, el óxido

nitroso (N2O) es 350 veces más potente que el bióxido de carbono (CO2). Los

inventarios anuales de emisión de N2O elaborados para México y los estados del

sureste de México son realizados, en su mayoría, en base a estimaciones que utilizan

los factores de emisión por defecto recomendados por el Grupo Intergubernamental

de Expertos sobre el Cambio Climático, con sus siglas en inglés -IPCC, siendo las

emisiones del gas dependiente de las características locales (clima, suelo, pasturas)

(IPCC, 2007).

De igual forma el efecto invernadero es el resultado de que el aire es muy transparente

para la radiación de onda corta (radiación solar) y muy opaco a la de la onda larga

(radiación emitida). O sea que la atmosfera es un filtro radiactivo, que deja pasar los

rayos solares; uno de ellos son absorbidos por la superficie terrestre y por los demás

componentes de la Tierra, que se calienta(n) en consecuencia y entonces emite la

radiación terrestre, que es detenida (absorbida) por la atmosfera y las nubes (Garduño,

1998).

Así mismo la formación de estos gases tiene origen en muchos ámbitos de las

sociedades humanas; la industria, servicios de transporte, vivienda y el campo. El

sector agropecuario, particularmente aquellas dedicadas a las prácticas ganaderas,

son fuentes emisoras de los gases de efecto invernadero. En este caso las emisiones

de óxido nitroso generalmente se expresan como kg N2O-N/ ha/año, y estas pueden

2

variar indudablemente según el grado de intensificación del sistema. En el caso de

sistemas más intensivos donde se incrementan tanto el uso de fertilizantes como la

dotación animal por hectárea, sin duda son los que poseen las mayores emisiones por

unidad de superficie. Pero al igual que el metano las emisiones se relacionan en

función de la productividad (Becoña, 2011).

Por lo anterior, es necesario investigar acerca de las propiedades físicas y químicas

del suelo en sistemas ganaderos basados en pastura natural y pastura mejorada, con

la finalidad de entender su influencia en las emisiones de N2O; así como también

cuantificar los factores de emisión propios de N2O que permitan desarrollar las técnicas

de mitigación adecuadas, demostrando la real contribución de la ganadería a las

emisiones de este gas y crear una línea base con valores reales de los sistemas

ganaderos en pastoreo que permitan disponer de información, identificar, analizar y

proponer medidas de reducción de emisiones de óxido nitroso. Así mismo la

caracterización de la cobertura herbácea en el sistema con pastura natural, ya que

debido a sus diversas especies de gramas nativas también son factores de emisión de

los gases de efecto invernadero (Ídem).

3

Capítulo I

Generalidades del proyecto

1.1 Problemas a resolver priorizándolos

México contribuye con alrededor del 1.6% de las emisiones de gases de efecto

invernadero (GEI) que se generan, este es un problema a escala mundial y muestra

una alta vulnerabilidad frente a sus efectos adversos, como ya se ha observado en

regiones como el sureste de México (Ídem).

Muchos de los GEI son producto de actividades como industria, ganadería o

transporte. En particular, las fuentes emisoras de N2O son la ganadería y uso de suelo

para agricultura. Por eso, la necesidad de conocer el nivel de producción de este gas,

en diferentes tipos de suelo y diferentes métodos de crianza animal, tomando como

factores la vegetación del suelo, así como también sus propiedades físicas y químicas,

con la finalidad de buscar alternativas de producción ganaderas que contribuyan a

reducir o a mitigar las emisiones de óxido nitroso.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Evaluar la influencia de las propiedades físicas y químicas del suelo, así como de la

cobertura herbácea en las emisiones de óxido nitroso en sistemas ganaderos en

pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

1.2.2 Objetivos específicos

Cuantificar las emisiones de óxido nitroso en sistemas ganaderos con diferente

cobertura herbácea en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

4

Determinar las propiedades físicas y químicas del suelo en sistemas ganaderos en

pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

Caracterizar la cobertura de herbácea en sistemas ganaderos en pastoreo en la región

Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

1.3 Preguntas de investigación

¿La cobertura herbácea influye en las emisiones de óxido nitroso en sistemas

ganaderos en pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco?

¿Las propiedades físicas y químicas del suelo influyen en las emisiones de óxido

nitroso en sistemas ganaderos en pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco?

¿La cobertura herbácea influye más en las emisiones de óxido nitroso en sistemas

ganaderos en pastoreo en relación a las propiedades físicas y químicas del suelo?

1.4 Hipótesis

Los sistemas ganaderos con diversidad de herbáceas nativas emitirán mayores

cantidades de N2O que aquellos sistemas basados en praderas mejoradas.

Los suelos ganaderos con praderas nativas tienen un nivel más alto de propiedades

físicas y químicas que los suelos de praderas mejoradas.

1.5 Justificación

De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la

Agricultura (FAO, 2013), la actividad ganadera genera aproximadamente 14.5% de las

emisiones de gases de efecto invernadero inducidas por la actividad humana.

5

Una de las emisiones más importantes en la agricultura son las de N2O, producido en

los suelos a partir de los fertilizantes nitrogenados de síntesis y/o abonos orgánicos,

siendo liberadas a la atmósfera por la actividad ganadera. Otros factores importantes

que determinan la cantidad de N2O generado y emitido desde el suelo, son el contenido

de oxígeno, humedad, temperatura del suelo, textura, pH, etc, (Eckard, 2003).

Es por esto que el N2O es el tercer gas de efecto invernadero en importancia, con un

potencial de calentamiento global 300 veces superior al CO2 y una vida de 120 años,

representando cerca del 8% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero

(IPCC, 2001). Por lo anterior, esta propuesta, busca evaluar la influencia de las

propiedades físicas y químicas, así como de la cobertura herbácea en sistemas

ganaderos en pastoreo, en las emisiones de N2O. Con la finalidad de generar

estrategias de y mejores prácticas de producción ganadera que permitan contribuir a

mitigar las emisiones del N2O, y que, a su vez, permitan hacer un uso más eficiente

del reciclaje de nitrógeno (N) en los sistemas ganaderos en pastoreo en la región

tropical.

Capítulo II

Marco Teórico

2.1 Gases de efecto invernadero

Los gases de efecto invernadero son aquellos que atrapan el calor en la atmósfera,

permitiendo que la temperatura promedio de la Tierra sea de aproximadamente 15 °C.

Sin este “efecto invernadero” natural, la temperatura ambiente promedio sería

alrededor de 33 °C menor que la actual, lo que haría imposible la mayor parte de la

vida que conocemos. Sin embargo, desde la Revolución Industrial, las actividades

humanas han aumentado considerablemente la cantidad de gases de efecto

invernadero presentes en la atmósfera, lo que ha intensificado el efecto invernadero

natural. Esto, al incrementar la temperatura planetaria promedio, tiene efectos graves

en el clima. (Chávez, 2002).

6

Algunos de estos gases, como CO2, metano (CH4) y N2O, se emiten a la atmósfera

mediante procesos tanto naturales como antropogénicos, mientras que otros, como

los clorofluorocarbonos (CFC), son productos exclusivos de las actividades

industriales. Los principales gases de efecto invernadero emitidos por las actividades

humanas en particular por la quema de combustibles fósiles son precisamente el

dióxido de carbono, el metano y el óxido nitroso (ídem).

Independientemente del gas de que se trate, las emisiones de GEI suelen registrarse

en términos de emisiones equivalentes de dióxido de carbono. Esta medida se usa

para comparar la capacidad de cada GEI de atrapar el calor (potencial de

calentamiento global, PCG) en la atmósfera en relación con la del CO2, que se toma

como gas de referencia. El valor de dióxido de carbono equivalente (CO2-eq) para un

gas se obtiene multiplicando el volumen o cantidad de gas emitido por su PCG (ídem).

A continuación, se presenta una breve descripción de los principales GEI:

El dióxido de carbono es un gas no tóxico e inocuo. El aumento constante de la

concentración de CO2 en la atmósfera, preocupante por sus efectos en el cambio

climático, se debe sobre todo a las actividades humanas. Se calcula que las

concentraciones atmosféricas mundiales de CO2 en 2005 fueron 35% mayores que los

valores observados antes de la Revolución Industrial. La principal fuente de este gas

es la quema de combustibles fósiles (la generación de energía eléctrica aporta entre

17 y 40 por ciento de las emisiones totales de CO2). Otras fuentes son los incendios

forestales y de pastizales, además de los procesos de combustión utilizados para

producir los materiales requeridos en la fabricación de cemento. (Chávez, 2002).

El CH4 persiste en la atmósfera de nueve a 15 años y es 21 veces más efectivo para

captar el calor de la atmósfera que el dióxido de carbono. Al igual que ocurre con el

CO2, las emisiones atmosféricas de CH4 provienen de diversas fuentes naturales y

7

antropogénicas. Entre las fuentes naturales figuran los humedales, las termitas, los

océanos, los incendios forestales, etc., mientras que las fuentes antropogénicas son

sobre todo la quema de combustibles fósiles, la fermentación entérica (o intestinal), los

rellenos sanitarios, los sistemas de gas natural, la producción de combustibles fósiles,

el cultivo de arroz, la quema de biomasa y el manejo de residuos. Se estima que las

fuentes naturales contribuyen con aproximadamente 37% del total de metano emitido

a la atmósfera cada año; por consiguiente, las fuentes antropogénicas representan las

principales fuentes de su emisión a la atmósfera (Chávez, 2002).

2.2 Óxido nitroso

Las fuentes naturales del óxido nitroso son: los océanos y estuarios (2 ± 1 Tg N/año)

y el suelo natural (6’5 ± 3’5 x 1012 g N/año). Ambas aportan un 55% del total. Los

incendios, relámpagos, volcanes y la química atmosférica rondan el valor de 0. Las

principales fuentes humanas son los combustibles fósiles (4 ± 1 Tg N/año), la quema

de biomasa (0’7 ± 0’2 Tg N/año), los suelos fertilizados (0’8 ± 0’2 Tg N/año) y los suelos

naturales cultivados (1’5 ± 0’5 Tg N/año). Del global de las fuentes, el 28 ± 10% se

relaciona con la energía. Esta es al parecer la causa las emisiones humanas; el 85 ±

20% de esas emisiones se relaciona con la energía. (Quereda, 2001).

El óxido nitroso absorbe la luz infrarroja en los rangos de 5’2-6’6, 12-13’5 y 21’2-22’7

µm, de modo que su duplicación podría incrementar la temperatura global en 0’3-0’4

°C. Su sensibilidad radiactiva es 2 ± 1, valor al que hay que añadir el efecto indirecto

debido al aumento de NOx y sus efectos sobre el ozono. Los cambios inducidos sobre

el clima pueden afectar a los ratios de las fuentes biogénicas. En la troposfera es

prácticamente un gas inerte, mientras que en la estratosfera se destruye por la fotolisis

y la reacción con átomos excitados de oxígeno. El N2O es la principal fuente de NOx

estratosférico por su reacción con el O(1D). Y el NOx producido por el aumento de N2O

debería disminuir el O3 estratosférico. Se mantiene fuertes interacciones con la

química del ClOx y del HOx (Quereda, 2001).

8

El óxido nitroso (N2O), es un potente gas de efecto invernadero implicado en la

destrucción del ozono estratosférico encargado de la protección de la Tierra frente a

las radiaciones ultravioletas procedentes del sol. A pesar de que su concentración en

la atmósfera es inferior a la del resto de gases de efecto invernadero la peligrosidad

de este gas se encuentra en el hecho de que posee un potencial de calentamiento 296

veces superior al del CO2 y del CH4 así como un tiempo de residencia de entre 114

años (Quereda, 2001).

El N2O se genera en el suelo a partir del NO3- presente de forma natural y del

procedente de los fertilizantes nitrogenados por el proceso de desnitrificación que es

activado en condiciones anaeróbicas; proceso que puede estimularse cuando se

aplican fertilizantes nitrogenados ricos en materia orgánica. También el N2O es un gas

residual en el proceso de nitrificación del ion NH4+; en este caso, la adición en

condiciones aeróbicas de fertilizantes con elevado contenido en NH4+ puede activar la

reacción. Por tanto, el tipo de abono empleado (mineral u orgánico) como fertilizante

tiene gran influencia en las emisiones de N2O producidas (Louro, 2008).

El dióxido de nitrógeno es el principal contaminante de los óxidos de nitrógeno, y se

forma como subproducto en todas las combustiones llevadas a cabo a altas

temperaturas. Se trata de una sustancia de color amarillento, que se forma en los

procesos de combustión en los vehículos motorizados y las plantas eléctricas. Es un

gas tóxico, irritante y precursor de la formación de partículas de nitrato, que conllevan

la producción de ácidos y elevados niveles de PPM, 2.5 en el ambiente. Presenta

buena solubilidad en agua, reaccionando y formando ácido nítrico (HNO3) según la

siguiente reacción:

NO2 + H2O -> 2 HNO3 + NO.

Esta sustancia es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales

combustibles y reductores, pudiendo atacar materiales metálicos en presencia de agua

(Sánchez, 2007).

9

Cabe destacar que las propiedades físicas de los óxidos de nitrógeno son las

siguientes:

Fórmula química: NO2

Masa molecular: 46.01 g/mol

Punto de ebullición: 21.2 ºC

Punto de fusión: -11.2 ºC

Densidad relativa del líquido (agua = 1g/ml): 1.45

Solubilidad en agua: Buena.

Temperatura crítica: 158 ºC

Presión de vapor: (KPa a 20 ºC): 96

Densidad relativa del gas (aire = 1g/ml): 1.58

Así como las fuentes más comunes de óxidos de nitrógeno en la naturaleza, son la

descomposición bacteriana de nitratos orgánicos, los incendios forestales, quema de

rastrojos y la actividad volcánica. En aspectos como fuentes antropogénicas de

emisión se producen: en los escapes de los vehículos motorizados y en la quema de

combustibles fósiles. Otros focos se concentran en los procesos biológicos de los

suelos, en los que se produce la emisión de nitritos (NO2) por parte de los

microorganismos, en los cuales se enfoca este trabajo, las actividades humanas en

los suelos dedicados a la pecuaria (Jakab, 2003).

También se han reportado efectos sobre la salud humana y el medio ambiente por

parte de esta sustancia al ser corrosiva para la piel y el tracto respiratorio, provocando

enrojecimiento y quemaduras cutáneas graves. La inhalación en elevadas

concentraciones y durante un corto periodo de tiempo, puede originar un edema

pulmonar cuyos efectos no se observan hasta pasadas unas horas, agravándose con

el esfuerzo físico. Una exposición prolongada puede afectar al sistema inmune y al

pulmón, dando lugar a una menor resistencia frente a infecciones y causar cambios

irreversibles en el tejido pulmonar (ídem).

10

2.3 Sistema ganadero

Esta área de producción tiene como objetivo contribuir al aumento de la producción de

leche, de carne bovina y de carne ovina, reduciendo los costos de producción, con el

fin de incrementar la rentabilidad del negocio. Para ello los sistemas que se desarrollan

tienen como base fundamental la pradera, lo que permite obtener leche y carne para

la elaboración de productos descontaminados y de alta calidad. Asimismo, se

desarrollan capacidades científicas y tecnológicas en áreas estratégicas vinculadas a

la genética y biotecnología animal (Kuschel, n.d.).

Cada hato ganadero tiene un impacto diferente en los ecosistemas del país, de

acuerdo con sus propias características biológicas y la forma en que se realiza la

producción.

Forrajeo directo: se realiza sobre las especies de plantas que conforman la

base productiva de los ecosistemas

Forrajeo sobre especies cultivadas: sobre ecosistemas artificiales.

En este caso, se divide entre el forrajeo in situ, por ejemplo, reses sobre pastos o

leguminosas cultivadas y la alimentación ex situ, es decir aquella que requiere del

transporte de los forrajes cultivados de los sitios de producción a las áreas de

procreación pecuaria y su combinación y entremezclado con otros ingredientes. Tales

distinciones marcan la diferencia entre una ganadería extensiva y una ganadería

intensiva o estabulada (Toledo, 1989)

En México, la ganadería bovina de carne, caprina y ovina, es fundamentalmente una

ganadería de tipo extensivo. Por el contrario, la producción de puercos y aves y la

fracción del ganado vacuno de leche, se desarrolla a partir del suministro de toda una

gama de alimentos preparados. Lo que podríamos llamar una “ganadería campesina”

o de traspatio, es decir, la manutención de una pocas cabezas de diversas especies

de ganado, a partir de una variedad de alimentos, presenta la modalidad de semi-

11

intensiva que combina el libre pastoreo del ganado con el uso de insumos diversos

(Toledo, 1989).

Los cuatro sistemas ganaderos que logran distinguirse en el país son:

1) El sistema de pastoreo o pastoril de bovinos, con sus tres modalidades

geográficas (del norte árido, del centro y del trópico húmedo).

2) El sistema agrícola de bovinos productores de leche

3) El sistema agroindustrial porcino-avícola

4) El sistema ganadero de abasto rural, en sus dos modalidades (ovino-caprino y

multiespecífico de corral o traspatio) (Toledo, 1989).

2.4 Praderas nativas

Las praderas, son ecosistemas constituidos por especies naturales (nativas) y

naturalizadas: Las especies endémicas o nativas, son aquellas que se encuentran

dentro de su área de distribución natural u original (histórica o actual), acorde con su

potencial de dispersión natural; sin la ayuda o intervención del ser humano y forma

parte de las comunidades bióticas naturales del área. Las especies naturalizadas, a

diferencias de las nativas, son exótica introducida en un área o lugar que por sus

características (similitud ambiental al área de distribución original o condiciones

adecuadas), permite el establecimiento de poblaciones autosuficientes en vida libre

(Filippi, 2013).

La productividad de las praderas naturales es, por lo general, inferior a la de las

praderas sembradas con variedades adecuadas, aunque la magnitud de las

diferencias depende sobre todo de factores tales como clima, suelo, composición

botánica y condiciones de manejo. Así, bajo condiciones edafoclimáticas favorables,

la producción de una pradera natural rara vez alcanza el 70% (de una sembrada,

mientras que, bajo condiciones medioambientales duras, estas diferencias se reducen

o llegan incluso a desaparecer) (Miyares, 1998).

12

2.5 Pastizales

Los pastizales son ecosistema con predominio de especies y comunidades vegetales

destinadas al consumo animal. El pastizal involucra los ecosistemas de praderas y

pasturas, que corresponde a una clasificación destinada a distinguir en forma certera

a los ecosistemas naturales y naturalizados de los intervenidos por el hombre con

especies exóticas (Filippi, 2013).

2.6 Pasturas

Las pasturas, son ecosistemas constituido por especies exóticas o también

denominadas introducidas o no nativas. Las especies exóticas son aquellas que se

encuentran fuera de su área de distribución original o nativa (histórica o actual), no

acorde con su potencial de dispersión natural (Filippi, 2013).

2.7 Suelo

El Suelo tiene varios significados. Su significado tradicional se define como el medio

natural para el crecimiento de las plantas. También se ha definido como un cuerpo

natural que consiste en capas de suelo (horizontes del suelo) compuestas de

materiales de minerales meteorizados, materia orgánica, aire y agua. El suelo es el

producto final de la influencia del tiempo y combinado con el clima, topografía,

organismos (flora, fauna y ser humano), de materiales parentales (rocas y minerales

originarios). Como resultado el suelo difiere de su material parental en su textura,

estructura, consistencia, color y propiedades químicas, biológicas y físicas (Bartels &

Series, 1996).

El suelo es un componente esencial de la "Tierra" y "Ecosistemas". Ambos son

conceptos más amplios que abarcan la vegetación, el agua y el clima en el caso de la

tierra, y además abarca también las consideraciones sociales y económicas en el caso

de los ecosistemas (Bartels & Series, 1996).

13

2.7.1 La materia orgánica del suelo

La materia orgánica del suelo (MOS) se origina a partir de los restos de las plantas,

residuos de animales y excretas depositados sobre la superficie, que luego son

mezclados en forma variable con los componentes minerales. La materia orgánica

muerta es colonizada por organismos del suelo, principalmente microorganismos, que

mediante la oxidación de las moléculas orgánicas derivan energía para su crecimiento

(White 2006) citado por (Messa, 2009).

La combinación de materia orgánica viva y muerta, independientemente de su fuente

o estado de descomposición es llamada materia orgánica del suelo (ídem). La MOS

está compuesta por componentes orgánicos, de los cuales los principales son los

polisacáridos, proteínas, polifenoles, lignina, lípidos polímeros alifáticos y productos de

la descomposición de éstos (Wattel-Koekkoek 2002) citado por (Messa, 2009). Por lo

general, la biomasa del suelo usualmente contribuye con menos del 5% del total de la

MOS (Schroth et ál. 2003) citado por (Messa, 2009).

Durante la descomposición de la MOS los elementos minerales son convertidos a

formas inorgánicas simples, mediante el proceso de mineralización. Por ejemplo,

compuestos 36 orgánicos de N, P y S aparecen como NH+4, H2PO-4 y SO-24, iones, y

aproximadamente la mitad del carbono es liberado como CO2. El resto del carbono es

incorporado por los microorganismos en su sustancia celular o biomasa microbiana,

junto con una proporción variable de otros elementos esenciales, tales como N, P y S.

Los residuos de los organismos, junto con las partes más recalcitrantes del sustrato

original se acumulan en el suelo (ídem).

Aunque la MOS forma un pequeño pool como reservorio de carbono, ella juega un

papel esencial en el ciclo global del carbono. Debido al gran flujo de carbono que

ingresa en la atmósfera cuando el suelo orgánico es descompuesto, la MOS es la

principal fuente o sumidero para el carbón atmosférico (ídem).

14

2.7.2 Importancia de la materia orgánica del suelo

La MOS es una fuente importante de nutrientes para las plantas. Cuando los

microorganismos mineralizan la MOS, el CO2 y nutrientes como el N, P, S y Ca son

liberados. Además, la MOS incrementa la capacidad para absorber agua. También,

mejora la estabilidad estructural del suelo, formando agregados con componentes

minerales.

Adicionalmente, estos contienen reactivos carbonyl, carboxyl y grupos hydroxyl, que

influencian la capacidad de intercambio catiónico del suelo (CIC) (Zech et ál. 1997)

citado por (Messa, 2009).

2.7.3 Factores que determinan el contenido de materia orgánica del suelo

La cantidad de MOS en un suelo es una función de producción y descomposición. El

ingreso anual de residuos de plantas y animales al suelo tiene grandes variaciones de

acuerdo a las condiciones del clima de la región, el tipo de vegetación y el uso de la

tierra (ídem). La velocidad de mineralización de la MOS depende ante todo de la

temperatura y de la disponibilidad de oxígeno, el uso de la tierra, los sistemas de

cultivo, el manejo del suelo y de los cultivos (Lal 2005) citado por (Messa, 2009).

Wattel-Koekkoek (2002) citado por (Messa, 2009), señala que diferentes factores

determinan el contenido de MOS, entre ellos:

a) Clima. El contenido de MOS aumenta con la precipitación y disminuye en forma

exponencial negativa con el incremento de la temperatura.

b) pH del suelo. Bajo condiciones de acidez la actividad microbiana es

relativamente baja, y la existencia de carbono se incrementa bajo pH

decreciente.

c) Nivel de nutrientes. En un ecosistema, el P y N total del suelo muestran una

correlación positiva con el carbono total almacenado.

15

d) Disponibilidad de oxígeno. En un ambiente anaeróbico el carbono se acumula

porque la mayor parte de los microorganismos necesitan oxígeno mientras

descomponen la MOS.

e) Cantidad y calidad de hojarasca. Componentes como los biopolímeros

aromáticos y alifáticos son relativamente recalcitrantes con respecto a la

descomposición. La presencia de especies de plantas con altos contenidos de

moléculas recalcitrantes pueden ocasionar un relativo alto contenido de MOS.

f) Textura del suelo. En general, suelos con un alto contenido de arcilla presentan

alto contenido de MOS. La arcilla puede ayudar a formar agregados en los que

la MOS es protegida de la descomposición microbiana, y la arcilla químicamente

une la MOS.

2.7.4 La textura del suelo

Todos los suelos están compuestos por fracciones y partículas minerales de diferentes

tamaños. Las más gruesas se denominan arenas, las medianas son los limos y las

más pequeñas son las arcillas. El tamaño de las partículas se clasifica de acuerdo a

la siguiente escala. (Ciancaglini, S, f.)

Hasta 2 micrones..........................Arcilla

De 2 a 20 micrones.......................Limo

De 20 a 200 micrones...................Arena fina

De 200 a 2000 micrones...............Arena gruesa

Más de 2000 micrones.................Gravillas y gravas

1 micrón = milésima parte de un milímetro

Las únicas que se pueden ver a simple vista son las arenas que miden entre 2

milímetros y 1 centésimo de milímetro (2 mm. y 0,02 mm), como por ejemplo arenas

de ríos y de médanos. Los limos y arcillas son tan pequeños que sólo podrían verse

con lentes de aumento o con microscopios. El conjunto de arenas, limos y arcillas del

suelo es el componente sólido y es lo que se denomina "Textura del Suelo" En función

16

de su composición los suelos poseen diferente capacidad de retención de humedad,

que depende también del contenido de materia orgánica presente, aspectos

fundamentales que son básicos para la técnica y buenas prácticas del riego (ídem).

En la realidad los suelos agrícolas son mezclas de distinto tamaño de partículas

estratificadas en capas, es decir arcillas con limo, con arenas finas o gruesas e

inclusive con gravas. En la práctica se presentan todas las combinaciones posibles. Y

la influencia de la presencia de cada uno de los tamaños de las mismas, define el tipo

de textura y el comportamiento del suelo frente al agua (Capacidad de

almacenamiento). Influye además en la capacidad de retención el contenido de materia

orgánica, la cual para las zonas áridas, su bajo contenido (Menos del 2 %), tiene una

baja incidencia (ídem).

Existen dos escalas de clasificación de texturas: la internacional y la americana, de las

cuales esta última es la más utilizada. Son conocidas como triángulo de texturas. Las

líneas trazadas en el triángulo (paralelas a los lados), fijan los límites porcentuales de

cada componente (Arcilla, limo y arena). Por ejemplo si un suelo contiene 60 % de

arena, 30 % de limo y 10 % de arcilla corresponde a una textura franca arenosa. En

cambio, si el porcentaje de arcilla se incrementa, 30%, el limo al 40 % y la arena

también 40 %, la textura es Franco arcillosa (ídem).

Además, a los fines prácticos los suelos se clasifican como familia de texturas que se

denominan pesados (de textura fina), medios (de texturas intermedias) y livianos (de

textura gruesa. Dentro de los suelos de textura gruesa, se presentan además los

denominados esquelético-arenosos con gran contenido de gravas y gravillas en el

perfil. Estos suelos son de baja retención de humedad y pobres en nutrientes y se

consideraron marginales hasta antes de la entrada de métodos de riego más

tecnificados como lo es el riego presurizado (goteo, microaspersión) (ídem).

17

2.8 Cromatografía de gases

En la química analítica, los científicos utilizan la cromatografía de gases (GC) para

separar y analizar compuestos que pueden evaporar sin descomponerse. A menudo,

emplean la GC para analizar la pureza de una determinada sustancia o para separar

los componentes de una mezcla y determinar la cantidad relativa presente de cada

uno de ellos (Zenker, 2006).

Los científicos usan la GC para realizar análisis cuantitativos y cualitativos de analitos

volátiles. El instrumento utilizado, al que se denomina cromatógrafo de gases, utiliza

una fase móvil y una fase estacionaria. Es decir, un gas móvil transporta

la muestra a lo largo de un soporte estacionario (una pieza de vidrio o metal a la que

se conoce como columna) ubicado en el interior del instrumento (Zenker, 2006).

2.8.1 Separación de compuestos

Los compuestos se separan debido a sus diferentes afinidades a la columna durante

la fase estacionaria. Los compuestos con menor afinidad eluirán antes de la columna,

mientras que aquellos que posean una mayor afinidad eluirán más tarde (Figura 1)

(Zenker, 2006).

Figura 1. Separación de compuestos de acuerdo a sus diferentes afinidades.

Tiempo (t)

Separación (tr2

-tr1

)

Anchura de pico (Wb1,2

)

Flujo de gas portador

18

En la cromatografía de gases se utiliza una fase móvil gaseosa para transportar la

muestra a través de la columna, que puede estar rellena o tener revestida la superficie

interior. En la mayoría de los casos, las columnas GC tienen un diámetro interior de

menor tamaño y una longitud mayor que las columnas de cromatografía de líquidos de

alta resolución (HPLC) (Zenker, 2006).

Al calentar la columna GC, los compuestos comienzan a separarse en función de su

punto de ebullición. Si se cambia la columna por otra que contenga una fase

estacionaria polar, se modificará la capacidad de separación. Los compuestos se

separarán de acuerdo con su punto de ebullición y su polaridad (Zenker, 2006).

Por otra parte, el hecho de que con esta técnica las mezclas sean separadas en fase

gaseosa, establece los límites de su utilización, que estarán marcados

fundamentalmente por la estabilidad térmica de los compuestos a separar. Por lo

general, la utilización de la cromatografía de gases está restringida a la separación de

compuestos con un peso molecular menor de 1000 a una temperatura máxima de

trabajo aproximadamente 400 °C; dentro de estos límites, como ya se ha mencionado,

la única limitación existente será la estabilidad térmica de la muestra (Cuadra, 2013).

Para realizar una separación mediante cromatografía de gases, se inyecta una

pequeña cantidad de la muestra a separar en una corriente de un gas inerte a elevada

temperatura; esta corriente de gas, atraviesa una columna cromatográfica que

separará los componentes de la mezcla por medio de un mecanismo de partición

(cromatografía gas líquido), de adsorción (cromatografía gas solido) o, en muchos

casos, por medio de una mezcla de ambos. Los componentes separados, emergerán

de la columna a intervalos discretos y pasaran a través de algún sistema de detección

adecuado, o bien serán dirigidos hacia un dispositivo de recogida de muestras (ídem).

19

Los componentes fundamentales de un cromatógrafo de gases, son (Figura 2):

o Fuente de gas

o Sistema de inyección.

o Horno y columna cromatográfica

o Sistema de detección.

o Sistema de registro.

Figura 2. Esquema de un cromatógrafo de gases.

Capítulo III

Materiales y Métodos

3.1 Área de estudio

El estudio se realizará en el rancho “La Quebrada” ubicado en el poblado Xicoténcatl

del municipio de Tacotalpa, Tabasco. Este municipio se localiza en el sur del Estado,

entre las coordenadas 17° 32.529” y los 92° 43.664” O (Figura 3). El clima de la región

es cálido húmedo [Af (m) w’ (i’) g], con temperaturas altas y lluvias durante todo el año,

García (1988). La temperatura media anual es de 25 °C, siendo la máxima media

20

mensual en junio de 43 a 45 °C y la mínima media en diciembre de 18 a 21 °C. El

régimen de precipitaciones se caracteriza por un promedio de caída de agua de 3,000

a 4,000 mm por año, siendo un promedio máximo mensual de 569.7 mm en el mes de

septiembre y un mínimo mensual de 167.4 mm en el mes de abril. Las mayores

velocidades del viento; se concentran en los meses de octubre y noviembre con

velocidades que alcanzan los 31 kilómetros por hora presentándose en junio y julio las

menores, con velocidad de 30 kilómetros por hora (INEGI, 2009). Los suelos son rojos,

arcillosos y profundos (1.5 a 2.0 m), con textura arcillosa y se clasifican como vertisoles

y fluvisoles.

3.1.2 Vegetación

La vegetación predominante en los últimos años ha sido la selva alta perennifolia que

ha dado paso paulatinamente a la apertura de nuevas vegetaciones producto de la

actividad agrícola predominante en la zona como es la actividad maicera, las

plantaciones cafetaleras y la ganadería. La diversidad de la vegetación se refleja en la

flora que va desde las praderas cultivadas hasta las zonas selváticas en donde es

posible todavía hoy observar especies de flora y fauna en vías de extinción como el

cocoíte, árbol que por su rareza se encuentra en la lista de especies amenazadas

(Hernández et al, 2000).

21

Figura 3. Localización del área de estudio, Tacotalpa, Tabasco.

3.2 Características del sitio de estudio

El estudio se realizó en el rancho “La Quebrada”, ubicado en el poblado Xicoténcatl en

la sierra de Tacotalpa, Tabasco, cuenta con una superficie de 75 hectáreas, en su

mayoría la topografía del terreno es relativamente plana salvo una elevación rocosa

en dirección noreste de amplio margen, considerándose un cerro, compuesto en su

mayoría por material rocoso a base de sílice. Desde hace 47 años, el propietario José

Manuel Calcáneo Pérez de 69 años de edad se ha dedicado a la producción de

animales para pie de cría y la engorda de novillos, basado en un sistema de pastoreo

22

rotacional. El tiempo de ocupación de los potreros es de 2 días de pastoreo y 8 días

de descanso, la mayor parte del ganado es de raza Cebú X Simental, cruzado de suiza

y cruzado de Cebú Brama. El 70% del rancho se caracteriza por la presencia de pasto

señal (Brachiaria decumbens) y el 30% por gramas nativas. Destaca la presencia de

árboles de cocoíte en forma de cercas vivas, de diferentes edades, diámetros y alturas,

situados en los lienzos del rancho (perímetro) y al interior de los potreros, establecidos

a diferentes densidades de siembra que van de los 30 cm hasta 1.5 m. La función

principal de los árboles es delimitar las propiedades, formar potreros y proveer de

sombra a los animales. Como parte del manejo silvicultural, son podadas de noviembre

a febrero cada 2 años, con la finalidad de obtener postes para reparar cercas en mal

estado o bien para establecer nuevas cercas.

Capítulo IV

Metodología

4.1 Selección de los sitios de estudio

Antes de seleccionar los sitios de muestreo se realizaron recorridos y sondeos de

campo para identificar ranchos ganaderos con presencia de pasturas nativas y

mejoradas. Se usó un formulario para obtener información biofísica sobre la edad y

tipo de manejo del sistema, entre otros. Todos los ranchos se geo referenciaron con el

sistema posicionamiento geográfico (GPS), para ubicarlos en un mapa cartográfico.

23

4.2 Diseño experimental y parcela de estudio

Se utilizó un diseño experimental completamente al azar con dos tratamientos: el

tratamiento uno (T1) consistió de pastura natural (gramas nativas) y el tratamiento dos

(T2) consistió de pastura mejorada de Brachiaria decumbens. Cada tratamiento estuvo

conformado de una parcela de muestreo permanente de 30 m x 80 m con un tamaño

de 2400 m2. Para las mediciones de óxido nitroso, al interior de la parcela fueron

colocadas 4 cámaras siguiendo los protocolos sugeridos por (Rochette, 2008) a una

distancia de aproximadamente 20 metros entre cámara (Figura 4). Para la toma de

muestras de suelo e identificación de la biomasa herbácea, la sección de terreno

previamente delimitada se dividió en cuadrantes de 10 x 15 metros para un total de 16

sub-parcelas donde se estuvieron los puntos de muestreo (Figura 4).

Figura 4. Diseño de parcela para el muestreo de N2O, suelo y biomasa herbácea.

24

4.3 Cámaras para el muestreo de óxido nitroso

Para medir las emisiones de óxido nitroso se utilizaron cámaras de flujo cerrado. El

diseño de las cámaras así como las metodologías de muestreo de gas se realizaron

siguiendo los protocolos sugeridos por (Rochette, 2008). Estas cámaras fueron

diseñadas previamente con el software de diseño mecánico SOLIDWORDS (Figura 5)

y posteriormente construidas con PVC hidráulico con un grosor de 2 cm, con una altura

total de 60 cm y 40 cm de diámetro.

Figura 5. Diseño de cada uno de los componentes de las cámaras de medición de

óxido nitroso en el software SOLIDWORDS.

25

Las cámaras constan de dos partes, la primera tiene una altura de 20 cm que es la

parte que va a ser enterrada en el suelo a 10 cm de profundidad (Figura 6).

Figura 6. Parte inferior de la cámara para medir óxido nitroso.

La segunda parte de la cámara mide 40 cm de altura. Esta lleva en la parte superior

una tapa de diseño circular de material acrílico con un diámetro de 40 cm, la cual está

pegada con silicón blanco. Cada tapa fue perforada en dos lugares con un taladro a

una distancia de 30 cm. En uno de los orificios se le colocó un septum de color marrón

que fue el lugar por donde se introdujo un termómetro de vástago largo para medir la

temperatura interna. En el segundo orificio se colocó una espiga de bronce con un

tamaño de ¼ de pulgada que contiene una llave de paso de tres vías que sirvió para

tomar las muestras de N2O a través de una jeringa (Figura 7). De igual forma las

cámaras contaron con un recubrimiento aislante para evitar temperaturas altas en la

parte interna del sistema cerrado, pues las altas temperaturas afectan los ejemplares

(Figura 8).

20 cm

10 cm de

profundidad.

26

Figura 7. Parte superior de la cámara para medir óxido nitroso.

Figura 8. Cámaras con recubrimiento aislante para evitar altas temperaturas dentro

de la cámara durante el muestreo.

Septum para introducir

termómetro para medir

Temperatura interna.

27

4.4 Muestreo de gases de óxido nitroso

Las muestras de óxido nitroso se tomaron a partir de las 11:00 horas una vez al día

durante una semana (Cuadro 1 y 2), comenzando en el mes de diciembre de 2017 a

mayo de 2018. Cada sitio de muestreo (pasto mejorado y pasto natural) constaba con

cuatro cámaras junto con el lote de viales correspondientes para cada una de ellas.

Las muestras fueron depositadas en viales de vidrio de 20 ml, los cuales previo al

muestreo fueron encapsulados y sellados con una pinza encrimpadora manual de 12

mm de diámetro, y posteriormente llevados al vacío manualmente con una jeringa de

60 ml (Figura 9).

Para la toma de muestra del gas (N2O) se utilizaron jeringas de 60 ml, extrayendo solo

40 ml del gas de la cámara, por medio de una llave de tres pasos ubicado en la parte

superior de la cámara; una vez obtenida la muestra de gas se depositaron en viales al

vacío colocándolos dentro de una nevera con gel frio para conservar las muestras

frescas, ya que si quedaban expuestas a altas temperaturas corrían el riesgo de poder

explotar. Todo esto respetando un espacio de un metro cuadrado alrededor de la

cámara. Posteriormente las muestras se trasladaron al laboratorio de cromatografía

de gases de ECOSUR unidad San Cristóbal de las Casas, Chiapas, donde fueron

analizadas a través de la técnica de cromatografía de gases.

Paralelamente a las mediciones de N2O, también se midió la temperatura del suelo a

5 cm de profundidad y la humedad relativa (medio ambiente) a una altura de 50 m de

la superficie del suelo con un sensor externo, utilizando un registrador de datos (HOBO

H8 y U12 Onset Computer Corp, Pocasset, Mass. EEUU) que se instaló junto a las

cámaras. Asimismo, se midió la humedad del suelo a 5 cm de profundidad con un

Schuttle modelo U-DT-2-U30, el cual operaba con unos sensores, mismos que iban

enterrados a 5 cm del suelo. Ambas mediciones se realizaron a una distancia de un

metro cuadrado alrededor del área de las cámaras (Figura 10).

28


cerrado en pastura mejorada.


cerrado en pastura natural.

N° Cámara T0 11:00 AM T20 11:20 AM T40 11:40 AM

Blanco inicial 10:58 11:18 11:38

C1 11:00 11:20 11:40

C3 11:02 11:22 11:42

C5 11:04 11:24 11:44

C7 11:06 11:26 11:46

Blanco final 11:08 11:28 11:48

N° Cámara T0 12:00 PM T20 12:20 PM T40 12:40 PM

Blanco inicial 11:58 12:18 12:38

C1 12:00 12:20 12:40

C3 12:02 12:22 12:42

C5 12:04 12:24 12:44

C7 12:06 12:26 12:46

Blanco final 12:08 12:28 12:48

29

Figura 9. Encapsulado, sellado y viales llevados al vacío previo al muestreo de N2O.

Figura 10. Toma de muestra de gas (N2O) y mediciones de variables ambientales en

los sitios de pastoreo en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

30

4.5 Muestreo de suelo

Las muestras de suelo se colectaron en los sitios de muestreo dentro de cada sub-

parcela. Para ello se hicieron calicatas de 20 x 30 x 30 cm de las cuales se extrajo una

muestra por cada profundidad (0-10, 10-20 y 20-30 cm) (Figura 11). Las muestras se

depositaron en contenedores de plástico previamente rotulados por cada profundidad.

Al finalizar el muestreo, el suelo de cada profundidad en cada sub-parcela se mezcló

hasta alcanzar un color uniforme, tomando una sub-muestra de aproximadamente 500

g, misma que se depositó en bolsas de polietileno previamente rotuladas con los datos

del sitio (Figura 12). Posteriormente las muestras de suelo se trasladaron al laboratorio

de biogeoquímica de ECOSUR Unidad Villahermosa, Tabasco, en donde se les realizó

los análisis físicos y químicos pertinentes. Las variables a determinar fueron: pH del

suelo a través del método AS02; materia orgánica (MO) a través del método de Loss-

On Ignition, “perdida por incineración” (Ben-Dor y Banin, 1989); nitrógeno total en el

suelo a través del método AS25, por procedimientos de digestado; nitrógeno

inorgánico del suelo a través del método AS08; textura del suelo por el método de

Bouyoucos, método AS09; fósforo a través del método AS10 procedimiento de Olsen

y colaboradores (NOM-021-SEMARNAT-2000).

Figura 11. Calicatas para la toma de muestra de suelo de cada profundidad de los

sitios de estudio.

31

Figura 12. Muestras de suelo tomadas de las calicatas de cada sitio de estudio,

depositadas en bolsas de polietileno previo a los análisis físicos y químicos.

En el caso de la densidad aparente (DA) se utilizó el método del cilindro de volumen

conocido (MacDicken, 1997; Donovan, 2011). En una de las cuatro paredes se

introdujo un cilindro de acero inoxidable de 5 cm de alto y 5 cm de diámetro para

extraer la muestra de suelo. Se tomó una muestra por cada profundidad (0-10, 10-20

y 20-30 cm). Las muestras se colocaron en bolsas de polietileno previamente rotuladas

con los datos del sitio, profundidad, etc., y se trasladaron al laboratorio de

biogeoquímica de ECOSUR unidad Villahermosa, Tabasco, para secarlas en un horno

de circulación de aire forzado (a 110 °C) por 24 horas y determinar su peso seco.

La DA se calculó mediante la siguiente ecuación:

DA = (Peso del suelo seco en g

Vol. del cilindro en cm3)

Dónde:

DA: densidad aparente (g cm-3).

32

4.6 Caracterización de las especies herbáceas

La toma de muestras de las herbáceas se realizó en cada uno de los cuadrantes

delimitados. Para ello es fue necesario despejar el área adyacente al ejemplar

herbáceo de interés, y se tomaran fotografías del área, enfocando el espécimen

(Figura 13). Tomando datos descriptivos de cada una de las herbáceas identificadas.

Posteriormente se colectaron las especies y se colocaron en pliegos de periódico,

cuidando conservar la mayor cantidad de componentes de la especie (tallos, hojas,

raíces, flores y/o frutos). El material colectado se colocó en una prensa y fueron

enviadas al herbario de la División Académica de Ciencias Biológicas de la Universidad

Juárez Autónoma de Tabasco, para su identificación.

Equipo y material

1. Cámara fotográfica

2. Placas de madera

3. Cordel

4. Pliegos de papel periódico

5. Pala

6. Tijeras o cúter

7. Libreta de apuntes

8. Cinta métrica

Figura 13. Colecta de herbáceas para su identificación.

33

4.7 Análisis de las muestras de N2O en cromatógrafo de gases.

Una vez terminada la etapa de muestreo en campo, dichas muestras de gas se

trasladaron al laboratorio de cromatografía de gases de ECOSUR unidad San

Cristóbal de las Casas, Chiapas; para analizarlas en un cromatógrafo de gases (Figura

14), marca Agilent Technologies, modelo 7890B, CG System. Para posteriormente

iniciar con los análisis estadísticos de los resultados obtenidos del cromatógrafo y

poder observar el comportamiento de las emisiones de N2O.

Figura 14. Muestra de N2O a analizar en el cromatógrafo de gases marca Agilent

Technologies, modelo 7890B, CG System.

34

4.8 Análisis estadísticos

Los datos de las propiedades físicas y químicas del suelo fueron sometidos a un

análisis de varianza de dos vías (ANOVA), para observar la influencia del tipo de pasto

(i.e. mejorado y nativo), la profundidad del suelo y, la interacción de ambos factores

(i.e. tipo de pasto × profundidad). Adicionalmente, se realizó un ANOVA, para observar

la influencia del tipo de pasto sobre los flujos de óxido nitroso en sistemas ganaderos,

con el paquete Statistica versión 8.0 para Windows (StatSoft, Inc., 2007). Para declarar

diferencias estadísticas entre las medias de los diferentes tratamientos se realizó la

prueba de Tukey al 5 %. Finalmente, se realizó un análisis de correlación de Pearson

para observar relación entre los flujos de óxido nitroso y las propiedades físicas y

químicas del suelo al de 95% de confiabilidad, con el paquete Sigmaplot versión 11.0

para Windows (Systat Software Inc., 2008).

Capítulo V

Resultados y discusión

5.1 Flujos de óxido nitroso, temperatura interna y externa de las cámaras,

humedad ambiental, temperatura y humedad del suelo

Los resultados muestran que hay diferencia estadística significativa (F = 35.57; P =

0.000000) en los flujos de óxido nitroso emitidos del suelo entre los dos tipos de pastos

analizados (pasto mejorado vs pasto nativo). La mayor cantidad de flujos de óxido

nitroso se emitió en las praderas nativas (0.097 mg/N2O/m2/hr) en relación a la pastura

mejorada (0.056 mg/N2O/m2/hr) (Figura 15). Lo anterior, probablemente indica que la

diversidad de especies de herbáceas en las praderas nativas contribuyó para que los

flujos de N2O fueran mayores que en la pastura mejorada. De igual manera Silva

(2003) reportó que en los sistemas ganaderos asociados con pasto kikuyo

(Pennisetum Clandestinum) presentaron mayores flujos de N2O en praderas

degradadas (735,6 mg/N2O/m2) frente a praderas recuperadas (647,93 mg/N2O/m2),

35

mientras que en un sistema silvopastoril los flujos fueron de 389,89 mg/N2O/m2. No

obstante Baéz (2007) reportó que en un sistema ganadero en pastoreo rotacional los

flujos de N2O obtenidos en parcelas de alta carga ganadera oscilaron en el rango de

8-974 µgN2O-N/m2/h y entre 5-530 µgN2O-N/m2/h en parcelas de baja carga ganadera,

superiores a los encontrados en este estudio.

Figura 15. Flujos de óxido nitroso del suelo en un pasto mejorado y nativo en un



5% de error.

Con relación a las variables ambientales el análisis estadístico mostró que la

temperatura interna y externa de las cámaras de medición de N2O, la humedad

ambiental y la temperatura del suelo no fueron estadísticamente diferentes (P > 0.05).

No obstante, la humedad del suelo si fue diferente (F = 36.42; P = 0.000000), tal como

se observa en la figura 16. Lo anterior indica el pasto mejorado tiene la capacidad de

Tipo de pasto

Mejorado Nativo

Flu

jo d

e ó

xid

o n

itro

so

(g

N2O

-N/m

2/h

)

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

b

a

36

retener mayor humedad de suelo debido a que es más resistente a la perdida de

humedad a diferencia del pasto natural.

Figura 16. Humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema ganadero

en pastoreo del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales

distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

5.2 Flujos de óxido nitroso, temperatura interna y externa de las cámaras,

humedad ambiental, temperatura y humedad del suelo, durante el periodo de

muestreo.

Cuando se comparan los flujos de óxido nitroso del suelo durante el periodo de estudio

(diciembre 2017 y enero 2018) los resultados revelan que no hubo diferencias

estadísticas significativas (P > 0.05). En el mes de diciembre los flujos de óxido nitroso

del suelo fueron de 0.073 mg N2O/m2/hr, y en el mes de enero de 0.081 mg/N2O/m2/hr

(Figura 17), superiores a lo reportado por Urrutia (2007) con flujos de N2O en el

ecosistema de bosque durante el mes de mayo de 0.627 ɳmol/m2/s, y de 0.168

Tipo de pasto

Mejorado Nativo

Hu

med

ad

del su

elo

(%

)

0

10

20

30

40

50

a

b

37

ɳmol/m2/s en el ecosistema de turbera antropogénica durante el mes de enero. No

obstante, las variables ambientales evaluadas si fueron diferentes (P < 0.05). Por

ejemplo la temperatura interna y externa de las cámaras de medición de N2O del suelo

fue mayor en el mes de enero (29.27, 25.41; respectivamente) en relación al mes de

diciembre (25.04, 23.36; respectivamente) (Figuras 18, 19). De igual manera, la

temperatura del suelo fue mayor en el mes de enero (30.13 ± 0.361) (Figura 20).

Mientras que la humedad ambiental y del suelo fueron mayores en el mes de diciembre

(30.98 ± 2.301, 35.33 ± 0.359) (Figuras 21, 22). Lo anterior, significa que las emisiones

de N2O se mantuvieron relativamente estables a pesar de que las condiciones del

clima fueron diferentes entre los dos meses analizados. No obstante, esto contradice

lo reportado por Urrutia (2017) quien menciono que los flujos de N2O fueron

influenciados por la humedad del suelo.

Figura 17. Flujos de óxido nitroso del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero


error estándar) con literales similares no muestran diferencias significativas de

acuerdo a tukey

Mes

Dic Ene

Flu

jo d

e ó

xid

o n

itro

so

(g

N2O

-N/m

2/h

)

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

a

a

38

Figura 18. Temperatura externa de la cámara en los meses de diciembre 2017 y enero


error estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a

tukey al 5%

Figura 19. Temperatura interna de la cámara en los meses de diciembre 2017 y enero

2018 en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error


5% de error.

Mes

Dic Ene

Tem

pera

tura

in

tern

a (

°C)

0

10

20

30

40

a

b

Mes

Dic Ene

Te

mp

era

tura

exte

rna

(°C

)

0

10

20

30

40

ab

39

Figura 20. Temperatura del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en



Figura 21. Humedad ambiental en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en un



Mes

Dic Ene

Tem

pera

tura

del su

elo

(°C

)

0

10

20

30

40

a

b

40

Figura 22. Humedad del suelo en los meses de diciembre 2017 y enero 2018 en un



5% de error.

5.3 Efecto de la interacción entre el periodo de muestreo y el tipo de pasto.

El análisis estadístico mostró que los flujos de óxido nitroso del suelo, la temperatura

interna y externa de la cámara, la humedad ambiental y la temperatura del suelo no

fueron afectados por la interacción de ambos factores (P > 0.05). No obstante, la

humedad del suelo manifestó un efecto significativo (F = 4.64; P = 0.034), tal como se

observa en la figura 23. Estos valores nuevamente indican que la pastura mejorada

retiene mayor humedad del suelo que la pastura natural, reflejándose valores más en

el mes de diciembre probablemente debido a la presencia de lluvias, en comparación

al mes de enero donde las precipitaciones fluviales fueron menores afectando

ligeramente la humedad del suelo tanto en el pasto mejorado como en el pasto natural.

Mes

Dic Ene

Hu

med

ad

del su

elo

(%

)

0

10

20

30

40

50

a

b

41

Figura 23. Humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en los meses de

diciembre 2017 y enero 2018, en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco.

Medias (± error estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de

acuerdo a tukey al 5% de error.

5.4 Efecto del tipo de pasto sobre las propiedades físicas y químicas del suelo

Los resultados muestran que, al comparar la textura del suelo (arcilla, limo y arena)

entre los dos tipos de praderas evaluadas, no se encontró diferencias estadísticas

significativas (P = > 0.05). Estos resultados son similares a lo reportado por Gómez

(2015) quien señala que en bosques naturales, potreros de Kikuyo (Pennisetum

clandestinum) en zona baja, la textura del suelo es franco arenoso, mientras que en

cultivos de cebolla junca (Allium fistulosum) la textura del suelo es limoso. Sin

embargo, cuando se compara el pH, nitrógeno total, nitrógeno inorgánico, materia

orgánica, fosforo, humedad y densidad aparente del suelo, dichas variables si fueron

estadísticamente diferentes (Figuras 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30).

Mes

Dic Ene

Hu

med

ad

de

l s

ue

lo (

%)

0

10

20

30

40

50

Mejorado

Nativo

ab b

c

42

Figura 24. pH del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema ganadero del

trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales distintas, indican

diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

Figura 25. Contenido de nitrógeno total del suelo en un pasto mejorado y nativo en un



Tipo de pasto

Nativo Mejorado

pH

0

1

2

3

4

5

6

7

ba

Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Nit

róg

en

o t

ota

l (%

)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

a

b

43

Figura 26. Contenido de nitrógeno inorgánico del suelo en un pasto mejorado y nativo



error.

Figura 27. Contenido de materia orgánica del suelo en un pasto mejorado y nativo en



Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Mate

ria

org

án

ica (

%)

0

2

4

6

8

10

a

b

Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Nit

róg

en

o in

org

án

ico

(%

)

0

2

4

6

8

10

a

b

44

Figura 28. Contenido de fósforo del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema


diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

Figura 29. Contenido de humedad del suelo en un pasto mejorado y nativo en un



Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Fó

sfo

ro (

%)

0

10

20

30

40

a

b

Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Hu

med

ad

del su

elo

(%

)

0

5

10

15

20

25

30

a

b

45

Figura 30. Densidad aparente del suelo en un pasto mejorado y nativo en un sistema


diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

Por un lado, estos resultados indican que el pasto mejorado presenta una mayor

capacidad de retención de humedad del suelo, que inhibe el proceso de nitrificación

que realizan los microorganismos, resultando en mayores contenidos de nitrógeno,

pH, fosforo, etc. Por otro lado, los valores más altos de densidad aparente del suelo

en el pasto nativo, indican mayor compactación del suelo, determinada probablemente

por la estructura, dinámica y menor abundancia de raíces en relación al pasto

mejorado. Asimismo, los mayores contenidos de materia orgánica, probablemente se

debió a la entrada de mayor cantidad y calidad de residuos orgánicos y que, además,

afectan la retención de humedad del suelo.

Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Den

sid

ad

ap

are

nte

(g

/cm

3)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

a

b

46

5.5 Efecto de la profundidad de muestreo sobre propiedades físicas y químicas

del suelo

Los resultados muestran que la profundidad del suelo no mostró ningún efecto

significativo en el pH, materia orgánica, nitrógeno inorgánico, fósforo y la densidad

aparente del suelo (P > 0.05) (Figura 31). Mientras que el nitrógeno total, la humedad,

y la textura del suelo (arcilla, limo y arena) si fueron estadísticamente diferentes (P <

0.05) (Figuras 32, 33, 34, 35, 36). Los mayores contenidos de nitrógeno total,

humedad, limo y arena del suelo (0.205 ± 0.0078, 26.249 ± 0.627, 32.98 ± 1.307, 36.62

± 1.044) se encontraron en la parte superficial. Mientras que los mayores contenidos

de arcilla (39.184 ± 1.774) de 11 a 20 cm de profundidad. Lo anterior, significa que la

parte superficial del suelo es de textura gruesa, y el mayor contenido de nitrógeno en

esta parte superficial se deba al tipo de cobertura sobre el suelo, generalmente las

praderas se caracterizan porque sus raíces se encuentran en la parte superficial del

suelo entre los 10 y 15 cm de profundidad. Un estudio realizado por Messa (2009)

reportó que en los sitios evaluados (bosque primario (BP), callejones de Leucaena

leucocephala (PCL), bancos forrajeros (BF), cultivo de caña de azúcar (CAZ) y pastura

mejorada con árboles dispersos (PAD), hubo diferencias texturales a diferentes

profundidades evaluadas (0-5, 5-20, 20-40, 40-100), en las que, en la mayor parte del

suelo predominaron franco areno y franco arenoso arcilloso. Por otra parte, las

profundidades del suelo no presentaron diferencias de densidad aparente y fósforo

entre los diferentes tipos de suelo evaluados, sin embargo, el pH solo fue diferente

para el BP.

47

Figura 31. pH, contenido de materia orgánica, densidad aparente, nitrógeno

inorgánico del suelo a diferentes profundidades de muestreo en un sistema ganadero

del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales similares no

muestran diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.

Profundidad del suelo (cm)

0-10 11-20 21-30

pH

0

1

2

3

4

5

6

7

a a a


0-10 11-20 21-30

Mate

ria

org

án

ica (

%)

0

2

4

6

8

10

a a a


0-10 11-20 21-30

Nit

ró

gen

o in

org

án

ico

(%

)

0

2

4

6

8

10

a

a

a


0-10 11-20 21-30

Den

sid

ad

ap

aren

te (

g/c

m3)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

a a a

48

Figura 32. Contenido de nitrógeno total del suelo a diferentes profundidades de

muestreo en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error

estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey

al 5% de error.

Figura 33. Contenido de humedad del suelo a diferentes profundidades de muestreo



error.


0-10 11-20 21-30

Hu

med

ad

del

su

elo

(%

)

0

5

10

15

20

25

30

b

a

b


0-10 11-20 21-30

Nit

róg

en

o t

ota

l (%

)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

a

bb

49

Figura 34. Contenido de arcilla del suelo a diferentes profundidades de muestreo en



Figura 35. Contenido de limo del suelo a diferentes profundidades de muestreo en un




0-10 11-20 21-30

Arc

illa

(%

)

0

10

20

30

40

50

b

a

b


0-10 11-20 21-30

Lim

o (

%)

0

10

20

30

40

50

a

b

b

50

Figura 36. Contenido de arena del suelo a diferentes profundidades de muestreo en



5.6 Efecto del tipo de pasto y la profundidad sobre las propiedades físicas y

químicas del suelo

Los resultados muestran que, de todas las variables analizadas, la densidad aparente

del suelo fue estadísticamente diferente (P < 0.05) entre profundidad únicamente en

el pasto nativo (Figura 37), y los contenidos de arcilla en ambos tipos de pasto. La

densidad aparente del suelo fue mayor en el pasto nativo y a mayor profundidad (1.68

± 0.019) en relación al pasto mejorado que fue mayor de 11 a 20 cm de profundidad

(1.56 ± 0.026) (Figura 37). Lo anterior, probablemente se debió a menor contenido de

materia orgánica a estas profundidades. Estos resultados son superiores a los

reportado por Díaz (2008) citado por Gómez (2015), quien encontró valores de la

densidad aparente en potreros de P. clandestinum para dos profundidades (0 – 0.05

m y 0.05 – 0.2 m) de 0.70 y 0.81 g cm-3, y para bosque natural de 0.38 y 0.46 g cm-3,

respectivamente. De igual manera, los contenidos de arcilla también fueron diferentes

(P < 0.05) entre los pastos evaluados, el pasto mejorado mostró mayores contenidos


0-10 11-20 21-30

Are

na (

%)

0

10

20

30

40

50

a a

b

51

de arcilla (40.45 ± 1.814) de 11 a 20 cm de profundidad en relación al pasto nativo en

las tres profundidades (27.91 ± 1.460, 37.91 ± 3.120, 38.22 ± 3.591). Lo anterior,

probablemente se deba a su alta capacidad de retención de agua y nutrimentos (Figura

38) debido a una mayor abundancia de raíces del pasto a esta profundidad.

Figura 37. Densidad aparente del suelo en un pasto mejorado y nativo a diferentes

profundidades de muestreo en un sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco.



Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Den

sid

ad

ap

are

nte

(g

/cm

3)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0-10 cm

11-20 cm

21-30 cm

ab

bc c c

52

Figura 38. Contenido de arcilla del suelo en un pasto mejorado y nativo a diferentes

profundidades de muestreo en sistemas ganaderos del trópico húmedo de Tabasco.



5.7 Relación entre los flujos de N2O y las propiedades físicas y químicas del

suelo

De acuerdo con el análisis de correlación de Pearson se observó que en general el

pH, el contenido de nitrógeno total y el contenido de humedad del suelo estuvieron

relacionados significativamente (P <0.010; P= 0.001; P= 0.008, respectivamente) con

los flujos de N2O del suelo. No obstante, en todos los casos los coeficientes de

correlación fueron bajos y tuvieron un comportamiento negativo (-0.620, -0.728 y -

0.633, respectivamente).

Tipo de pasto

Nativo Mejorado

Arc

illa

(%

)

0

10

20

30

40

50

0-10 cm

11-20 cm

21-30 cm

aa

b

d

a

c

53

Cuadro 3. Correlación de Pearson entre los flujos de óxido nitroso (µg N2O-N/m2/h) y

las propiedades físicas y químicas del suelo, en un sistema ganadero del trópico

húmedo de Tabasco.

Características del suelo n Coeficiente de

Correlación Valor de P

pH 16 -0.620 0.010

Nitrógeno total (%) 16 -0.728 0.001

Nitrógeno inorgánico (%) 16 -0.354 0.179

Materia orgánica (%) 16 0.332 0.208

Fósforo 16 -0.140 0.605

Humedad del suelo (%) 16 -0.633 0.008

Densidad aparente (g/cm3) 16 0.322 0.224

Arcilla (%) 16 -0.449 0.081

Limo (%) 16 0.207 0.441

Arena (%) 16 0.295 0.267

En este sentido Gómez (2015) señala que en relación al N2O, las variables físicas y

químicas correlacionadas fueron: MO = 0.4351, %C = 0.4389, δC = 0.5513, stock de

C 0.4233 y %N 0.4233, relacionándose entre sí positivamente. Dichos resultados

coinciden con lo encontrado en este estudio al menos para el nitrógeno, aunque no

así para el resto de las variables analizadas. De igual manera, Grageda et al (2000)

menciona que los flujos de N2O del suelo se relacionan con la materia orgánica en el

suelo, asimismo, coincide que la humedad del suelo es la variable principal que influye

notablemente en la regulación de flujo de N2O en los suelos.

54

5.8 Caracterización de especies de herbáceas

En general el sistema ganadero donde se realizó el estudio, se caracteriza por un

sistema de pastoreo rotacional. El tiempo de ocupación de los potreros es de 2 días

de pastoreo y 8 días de descanso, la mayor parte del ganado es de raza Cebú X

Simental, cruzado de suiza y cruzado de Cebú Brama. El 70% del rancho se

caracteriza por la presencia de pasto señal (Brachiaria decumbens) y el 30% por

gramas nativas. Se observa que mientras el monocultivo de pasto solo se conforma

por un tipo de pasto, las praderas nativas están conformadas por 23 especies de

herbáceas donde predomina la familia Fabaceae, seguidas de la familia Malvaceae y

Poaceae (Figura 39), entre otras que se presentan en el cuadro 4.

Figura 39. Familia de especies de herbáceas nativas con mayor presencia en

sistemas ganaderos en la región Sierra de Tacotalpa, Tabasco.

FABACEAE MALVACEAE POACEAE

55

Cuadro 4. Especies de herbáceas nativas en sistemas ganaderos en la región Sierra

de Tacotalpa, Tabasco.

FAMILIA GÉNERO ESPECIE AUTORIDAD

Apocynaceae Asclepias curassavica L.

Fabaceae Desmodium molliculum (Kunth) DC.

Fabaceae Desmodium tortuosum (Sw.) DC.

Fabaceae Senna obtusifolia (L.) HS Irwin & Barneby

Lythraceae Cuphea hyssopifolia Kunth

Malvaceae Pavonia rosea Wall. Ex Moris

Malvaceae Sida haenkeana C. Presl.

Rubiaceae Borreria laevis (Lam.) Griseb.

Solanaceae Solanum tampicense Dunal

Cyperaceae Cyperus luzulae (L.) Retz.

Poaceae Ichnanthus nemorosus (Sw.) Döll

Poaceae Ichnanthus sp

Poaceae Setaria parviflora (Poir.) Kerguélen

Pteridaceae Adiantum petiolatum Desv.

Asteraceae Melanthera nivea (L.) Small

Fabaceae Aeschynomene americana L.

Fabaceae Mimosa pudica L.

Fabaceae Senna holwayana (Rose) H.S. Irwin & Barneby

Fabaceae Senna hirsuta (L.) H.S. Irwin & Barneby

Malvaceae Pavonia rosea Wall. Ex Moris

Malvaceae Herissantia crispa (L.) Brizicky

Malvaceae Allosidastrum pyramidatum (Desp. Ex Cav.) Krapov., Fryxell & D.M.

Bates

Myrtaceae Psidium guajava L.

56

Capítulo VI

Conclusiones y recomendaciones

De acuerdo con los resultados del presente estudio, se concluye que en un sistema

ganadero en pastoreo con diversidad de especies nativas los flujos de óxido nitroso

del suelo son mayores en relación a un sistema ganadero basado en el monocultivo

de pasto mejorado. Concluimos que, con excepción de la humedad del suelo, la

temperara interna y externa de la cámara, la humedad relativa y la temperatura del

suelo, no fueron afectadas por el tipo de praderas. Asimismo, los análisis de

correlación Pearson, indican que de todas las variables ambientales analizadas

solamente la humedad del suelo estuvo relacionada con los flujos de óxido nitroso del

suelo. En relación a las propiedades físicas y químicas del suelo concluimos que de

las variables evaluadas (pH, nitrógeno total, nitrógeno inorgánico, fósforo, humedad

del suelo, textura, densidad aparente y materia orgánica), el pasto mejorado contiene

mejores propiedades de suelo y una mejor capacidad de retención de humedad; a

diferencia de las praderas nativas, quienes presentan bajos contenidos de

propiedades químicas, pero un alto contenido de materia orgánica y densidad

aparente. Finalmente, concluimos que las praderas nativas se caracterizan por una

diversidad de especies (23) correspondientes a las familias Fabaceae, Malvaceae,

Poaceae, Apocynaceae, Lythraceae, Rubiaceae, Solanaceae, Cyperaceae, Pteridaceae,

Asteraceae y Myrtaceae.

Por lo anteriormente explicado, se recomienda introducir pasturas mejoradas con la

finalidad de mejorar las propiedades físicas y químicas del suelo, y a la vez, a disminuir

las emisiones de óxido nitroso al ambiente y contribuir a reducir el calentamiento

global, Finalmente, se recomienda continuar con las evaluaciones de óxido nitroso en

las épocas de secas y de lluvias para determinar los flujos anuales. Además, de

realizar investigaciones en sistemas ganaderos más intensivos.

57

Capítulo VII

Referencias

Baéz et al, L. A. (2007). Emisiones de óxido nitroso en pastoreo rotacional. La multifuncionalidad de

los pastos: produccion ganadera sostenible y gestion de los ecosistemas, 163-170.

Bartels, J., & Series, S. B. (1996). Methods of Soil Analysis Part 3 Chemical Methods. (S. D.L., Ed.)

Madison, Wiscounsin, Wisconsin, USA: Soil Science Society Of Aerica Book Series.

Becoña, G. (Mayo de 2011). Obtenido de

https://www.planagropecuario.org.uy/publicaciones/revista/R138/R_138_52.pdf

Chávez, C. (2002). Emisiones Atmosféricas de las Centrales Electricas en America del Norte.

Ciancaglini, N. I. (S, f.). Guía para la determinación de textura de suelos por método organoléptico.

Cuadra, R. L. (2013). mncn.csic.es. Obtenido de

http://www.mncn.csic.es/docs/repositorio/es_ES/investigacion/cromatografia/cromatografi

a_de_gases.pdf

Eckard, R. C. (2003). Gaseous nitrogen loss from temperate grass and clover dairy pastures in south

eastern Australia.

Emisiones Atmosféricas de las Centrales Electricas de America del Norte. (s.f.). Recuperado el 04 de

Octubre de 2017, de http://www2.cec.org/site/PPE/es/emisiones-de-contaminantes/gases-

de-efecto-invernadero-0

FAO, G. P. (2013). Enfrentando el cambio climático a tráves de la ganadería- Una evaluación global de

las emisiones y oportunidades de mitigación.

Filippi, D. R. (2013). Praderas y Pasturas. Obtenido de http://praderasypasturas.com/new/

Garduño, R. (1998). El veleidoso clima. México: La Ciencia para Todos.

Gómez B, F. Z. (2015). Emisiones de gases de efecto invernadero y contenidos de carbono y nitrogeno

del suelo en un agroecosistema ganadero altoandino en Tenerife, Valle de Cauca.

Hernández et al, P. R. (2000). Obtenido de

http://www.inafed.gob.mx/work/enciclopedia/EMM27tabasco/municipios/27015a.html

INEGI. (2018). Google Maps. Obtenido de

https://www.google.com.mx/maps/place/Tacotalpa,+Tab./@17.5160606,-

93.0093533,10z/data=!3m1!4b1!4m5!3m4!1s0x85edbefae7a9bbf7:0xf7d4114988c78fc9!8m

2!3d17.5919887!4d-92.8264201

IPCC. (2001). Intervernmental Panel On Climate Change.

IPCC. (2007). Intervernmental Panel On Climate Change. Obtenido de http://www.ipcc-

nggip.iges.or.jp/

58

Jakab, Z. W. (2003). Health Aspects of AirbPollution with Particulate Matter, Ozone and Nitrogen

Dioxide. Bonn, Alemania: WHO Working Group.

Kuschel, C. H. (s.f.). Instituto de Investigaciones Agropecuarias. Obtenido de

http://www.inia.cl/investigacion-y-desarrollo/programas-nacionales-de-

investigacion/sistemas-ganaderos/

Louro, A. B. (2008). Emisiones de óxido nitroso en un suelo cultivado con maíz tras el aporte de

distintos tipos de fertilizantes. Centro de Investigaciones Agrarias de Mabegondo (CIAM)

INGACAL.

Messa, A. H. (2009). Balance de gases de efecto invernadero en un modelo de producción de

ganadería doble propósito con alternativas silvopastoriles en Yaracuy, Venezuela. Tesis Mag.

Sc.

Miyares, L. S. (1998). Mejora de las praderas naturales. Obtenido de www.serida.org/pdfs/2034.pdf

PCCH, G. D. (2011). Plan Acción ante el Cambio Climático en Chiapas.

Proyecto de Educación Ambiental. (2008). Climántica. Obtenido de

http://unidades.climantica.org/es/unidades/02/consecuencias-dos-combustibles-fosiles/a-

choiva-acida-e-o-smog-fotoquimico/2

Quereda, S. M. (2001). Nuestro porvenir climático: ¿Un escenario de aridez? Athenea.

Rochette, P. E.-H. (2008). Chamber measurements of soil nitrous oxide flux: are absolute values

reliable? Soil Science Society of America Journal.

Sánchez, H. (2007). Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentacion y Medio Ambiente PRTR España.

Obtenido de http://www.prtr-es.es/NOx-oxidos-de-nitrogeno,15595,11,2007.html

Silva A, G. A. (2013). Evaluaciones de gases de fecto invernadero (GEI) en sistemas ganaderos

asociados con pasto kikuyo. Revista Colombiana de ciencia animal, 6, 36-43.

Toledo, V. M. (1989). Universida Autonoma Metropolitana. Obtenido de

sgpwe.izt.uam.mx/pages/cbs/hcg/231236/material_adicional/SistemaGanadero.ppt

Urrutia, P. (2017). Estimacion de flujos de gases de efecto invernadero en suelos de bosque y una

turbera antropogénica en la comunidad de Ancud, Chiloé.

Zenker, A. (2006). Agilent. Obtenido de

https://www.agilent.com/cs/library/slidepresentation/public/5991-

5422ES_Agilent_GC_Theory_Spanish.pptx

KATHERIN JESSICA IZQUIERDO SARAO DR. GILBERTO...

Documents

Transcript of KATHERIN JESSICA IZQUIERDO SARAO DR. GILBERTO...