katherin jessica izquierdo sarao dr. gilberto...
TRANSCRIPT
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
2018 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% ................................................................................................................ 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
estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al
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
literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.
.................................................................................................................................. 39
Figura 22. Humedad 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 distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al
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
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
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
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 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
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 30. Densidad aparente 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. ....... 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
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. .......................................................................................................................... 48
Figura 34. Contenido de arcilla 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.
.................................................................................................................................. 49
Figura 35. Contenido de limo 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.
.................................................................................................................................. 49
Figura 36. Contenido de arena 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.
.................................................................................................................................. 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
acuerdo a tukey al 5% de error. ................................................................................ 51
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
Medias (± error estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de
acuerdo a tukey al 5% de error. ................................................................................ 52
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
Cuadro 2. Tiempos y horarios de medición de óxido nitroso con cámaras de flujo
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
Cuadro 1. Tiempos y horarios de medición de óxido nitroso con cámaras de flujo
cerrado en pastura mejorada.
Cuadro 2. Tiempos y horarios de medición de óxido nitroso con cámaras de flujo
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
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.
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
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
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
2018 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%
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
estándar) con literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al
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
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 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
literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.
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
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.
5.3 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
sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con
literales distintas indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.
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
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 27. Contenido de materia orgánica 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.
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
ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales
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
sistema ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con
literales diferentes indican diferencias significativas de acuerdo a tukey al 5% de error.
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
ganadero del trópico húmedo de Tabasco. Medias (± error estándar) con literales
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
Profundidad del suelo (cm)
0-10 11-20 21-30
Mate
ria
org
án
ica (
%)
0
2
4
6
8
10
a a a
Profundidad del suelo (cm)
0-10 11-20 21-30
Nit
ró
gen
o in
org
án
ico
(%
)
0
2
4
6
8
10
a
a
a
Profundidad del suelo (cm)
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
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.
Profundidad del suelo (cm)
0-10 11-20 21-30
Hu
med
ad
del
su
elo
(%
)
0
5
10
15
20
25
30
b
a
b
Profundidad del suelo (cm)
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
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 35. Contenido de limo 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.
Profundidad del suelo (cm)
0-10 11-20 21-30
Arc
illa
(%
)
0
10
20
30
40
50
b
a
b
Profundidad del suelo (cm)
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
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.
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
Profundidad del suelo (cm)
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.
Medias (± error estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de
acuerdo a tukey al 5% de error.
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.
Medias (± error estándar) con literales diferentes indican diferencias significativas de
acuerdo a tukey al 5% de error.
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