Introducción

Los ecosistemas forestales proveen servicios ecosistémicos como: provisión de alimentos, materiales maderables y no maderables, recursos genéticos, regulación del clima, calidad de aire, agua y recreación (^{Monárrez-Gonzáles et al., 2018}). Cumplen un papel importante en la captación de agua, conservación de la biodiversidad, fertilidad del suelo y regulación del clima (^{Gaspar-Santos et al., 2015}). En estos, la materia orgánica y los elementos minerales se ven influenciados por las relaciones suelo-vegetación-ambiente, los cuales juegan un papel importante en el ciclaje de los bioelementos (^{Prause et al., 2012}).

Los bosques, presentan bienes intangibles como: beneficios espirituales, recreación y herencia cultural. Para algunas sociedades la conservación de los bosques es un valor fundamental, mientras que para otras lo consideran un obstáculo para el desarrollo económico. Si bien los bosques nativos se consideran como una fuente de recursos, también tienen un importante valor cultural para las comunidades indígenas y campesinas (^{Aguilar-Correa et al., 2019}).

En Ecuador, los bosques representan el 75 % del territorio. La región amazónica ecuatoriana contiene una considerable extensión de bosques con respecto al territorio nacional, el bosque montano oriental con 31 555 km², bosque piemontano oriental con 13 133 km² y bosque húmedo amazónico con 73 909 km² (^{Pontificia Universidad Católica (PUCE) del Ecuador, 2020}). Los bosques tropicales, ubicados en la zona ecuatorial, principalmente en la Amazonía alta, presentan una gran diversidad vegetal, en estrato arbóreo y sotobosque (^{Jiménez et al., 2017}), en estos suelos, los ciclos biogeoquímicos se ven favorecidos por la presencia de hojarasca y el desarrollo de raíces, las cuales incorporan materia orgánica sobre y debajo de la superficie del suelo (^{Bravo et al., 2017}).

La introducción de especies leguminosas de rápido crecimiento, puede enriquecer el contenido de biomasa en veintiún meses, lo que en un bosque primario se realizaría en seis años. Plantas del género Inga, pueden presentarse como parte de la regeneración natural en bosques secundarios, donde la presencia de árboles y arbustos influyen en una relación carbono y nitrógeno alta y altos contenidos de nitrógeno en el estrato arbóreo y arbustivo (^{Verçoza da Silva et al., 2015}). Los restos de material vegetal pueden contener 24,9 g kg^-1 de nitrógeno, 6,99 g kg^-1 de calcio, 6,49 g kg^-1 de potasio y una relación de 19,4 entre carbono y nitrógeno (^{Rodrígues da Silva et al., 2021}), que aportan nutrientes a los suelos.

El presente estudio tuvo como objetivo determinar el efecto durante dos años de la cobertura del suelo sobre la concentración de nutrientes en el agroecosistema del Centro Experimental de Investigación y Producción Amazónica.

Materiales y métodos

Este trabajo se desarrolló en el Centro Experimental de Investigación y Producción Amazónica (CEIPA), de la Universidad Estatal Amazónica, en el cantón Arosemena Tola, provincia de Napo, Ecuador, en los años 2019 y 2021. Las características de las zonas en estudio se pueden observar en el Cuadro 1. El ecosistema se encuentra clasificado como bosque siempreverde piemontano del Norte de la Cordillera Oriental de los Andes (BsPn03) (^{Galeas & Guevara, 2012}). Este centro tiene una extensión de 2848,20 ha, en la que hay diferentes tipos de usos de suelo como: pastos (300 ha), infraestructura (aprox. 25 ha) y bosque primario (aprox. 2000 ha) (^{Universidad Estatal Amazónica, s.f.}).

Con los registros de termómetros con Data Loader modelo R5, colocados en las zonas de ensayo, se determinó durante el periodo 2019 - 2020 en el bosque primario, una temperatura del aire promedio de 22,1 °C, con una mínima de 17,6 °C y una máxima de 32,3 °C, humedad relativa promedio del 92 %. En la zona intervenida, se reportó una temperatura del aire de 22,4 °C con un mínimo de 17,7 °C y un máximo de 34,6 °C y humedad relativa del 90,8 %. Registros tomados cada mes entre el 2019 y 2020, con el uso de un termómetro con punzón, que se introdujo a una profundidad de 15 cm, se reportó una temperatura del suelo promedio de 22,4 °C en el bosque primario y de 23,5 °C en la zona intervenida. Debido a la pandemia por el COVID-19, se realizó una última medición de las temperaturas de suelo y se retiraron de las parcelas los termómetros con data Loader en marzo 2020, previo al aislamiento de la población a nivel de todo el país.

Los datos de precipitación, se obtuvieron a través de isoyetas con los registros de la estación meteorológica Puyo, ubicada a 30 km del sitio de ensayo, la cual presenta registros hasta el año 2020, y la estación de Zatzayacu, ubicada a 6 km de los sitios de ensayo, esta presenta registros hasta el año 2013. Con los registros de ambas estaciones, se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,75, para un período de dieciocho años. Los datos de precipitación de la estación Zatzayacu, se proyectaron en función de los datos de la estación Puyo, con la ecuación y = 290,8157949 + 0,00000218868x 3, obtenida como la de mejor ajuste en el coeficiente de correlación a través del programa Table Curve 2D (^{SYSTAT Software Inc., 2002}), teniéndose una precipitación acumulada para el año 2019 de 4911 mm y de 5790 mm para el año 2020.

En el bosque primario, se delimitaron dos parcelas: una zona con presencia de plantaciones de Inga sp. con una edad de seis años (año 2019) y la otra con melastomatáceas con una edad de diez años (año 2019). En ambas parcelas se establecieron hileras en sentido transversal a la pendiente. Se realizaron dos muestreos, donde se colectaron cuatro y seis muestras combinadas en cada una de las parcelas en el año 2019 y 2021, respectivamente.

Con ayuda de una pala, se llevó a cabo un muestreo en cruz a 15 cm de profundidad, las muestras fueron tomadas al azar en cada una de las parcelas. Las muestras obtenidas se identificaron y se llevaron al laboratorio de suelos de la Universidad Estatal Amazónica. Se estimó la concentración de carbono y materia orgánica mediante calcinación (^{Schulte & Hopkins, 1996}), pH con el uso de un pHmetro, la textura de suelo mediante el método de Bouyoucos, nitrógeno total por método de Kjeldahl y con el método Olsen se obtuvo el contenido de fósforo. El contenido de los elementos potasio, calcio y magnesio, se obtuvo por colorimetría (^{Bravo et al., 2017}) y mediante la estimación de la absorbancia a una longitud de onda de 680 nm, se delimitaron dos parcelas con el uso del espectrofotómetro Modelo Genesys 10UV.

Las concentraciones de materia orgánica y nitrógeno, expresadas en porcentaje, fueron transformadas mediante la función raíz cuadrada, para que cumplan los supuestos de normalidad y homogeneidad (^{Herrera Villafranca, 2012}). Se aplicó un factor de conversión de 0,58 para determinar la concentración de carbono en función de la concentración de materia orgánica (^{Rimski-Korsakov & Álvarez 2016}), para ser utilizada después en la relación carbono-nitrógeno. Se realizó una prueba de homogeneidad de la varianza, para identificar si las muestras cumplían las condiciones de normalidad y homogeneidad, con el programa SPSS (^{International Business Machine Corp., 2020}).

Se realizó un análisis de varianza con el programa INFOSTAT (^{Di Rienzo et al., 2020}), para determinar si existió diferencias significativas, tanto entre los años de monitoreo, como entre las diferentes coberturas para p≤ 0,05. Se llevó a cabo una prueba de comparación de medias de Tukey para las coberturas y de T student para el año de muestreo. Además, se realizó un análisis de correlación de Pearson, a través del programa SPSS, para determinar la interacción entre las concentraciones de nutrientes y las temperaturas promedio de aire y suelo.

Resultados

Las muestras obtenidas en bosque primario presentaron texturas franco y franco arcilloso arenoso. En bosque primario 1 el pH fue de 4,3 y en bosque primario 2 fue de 4,4. En la zona intervenida se reportaron texturas franco arcilloso y franco arcilloso arenoso. En la zona intervenida 1 el pH fue de 5,2 y en la zona intervenida 2 fue de 5,3.

Se obtuvieron diferencias significativas entre coberturas (p<0,05) en las concentraciones de potasio, relación carbono nitrógeno y altamente significativas (p<0,0001) para nitrógeno y la materia orgánica. También se observaron diferencias significativas en los diferentes años para las concentraciones de fósforo (p<0,01) y potasio (p<0,001), y en las interacciones cobertura x año para nitrógeno (p<0,05) y el fósforo (p<0,01) (Cuadro 2).

La prueba de comparación de medias en función de la cobertura, mostró que el bosque primario tuvo los menores valores de nitrógeno y relación nitrógeno - fósforo, mientras que las coberturas guabas y melastomatáceas, presentaron las mayores concentraciones de potasio y materia orgánica (Cuadro 3). Para el fósforo y potasio, existió una disminución de la concentración de nutrientes entre los años 2019 y 2021. Las concentraciones de calcio no mostraron diferencias entre las coberturas y el año de monitoreo, con una media de concentración de 1,28 Cmol kg^-1 en el bosque primario, 1,33 Cmol kg^-1 en la parcela con melastomatáceas y 1,54 Cmol kg^-1 en la parcela con guabas.

La prueba de Tukey para la comparación de medias para el análisis del efecto del año en la concentración de nitrógeno, fósforo y materia orgánica (Cuadro 4), mostró que, en el bosque primario, hubo disminución en las concentraciones de fósforo, nitrógeno y materia orgánica entre los dos años de evaluación, al contrario, la cobertura guabas mostró un incremento en todas las concentraciones, y en melastomatáceas hubo un incremento en la concentración de nitrógeno. La mayor pérdida de nutrientes se registró en la cobertura melastomatáceas en la concentración de fósforo.

El coeficiente de determinación (R²) de Pearson para la concentración de nutrientes y temperatura del aire y suelo, mostró correlaciones al 0,01 de probabilidad entre el potasio con las concentraciones de materia orgánica y nitrógeno. Además, correlaciones (0,05) entre el nitrógeno y la materia orgánica. La temperatura del aire mostró correlaciones significativas para todos los nutrientes a excepción del calcio, mientras que la del suelo reportó correlaciones significativas para potasio, materia orgánica y nitrógeno (Cuadro 5).

Discusión

Valores superiores a 0,25 % en el contenido de nitrógeno son considerados altos y valores inferiores al 15 % en fósforo y 10 % en potasio, son considerados como muy bajos (^{Crespo et al., 2006}), por lo cual los suelos de las parcelas estudiadas tuvieron alto valor en nitrógeno, pero con déficit de fósforo y potasio. Estudios realizados en la amazonia ecuatoriana, reportaron concentraciones de nitrógeno entre 0,35 % y 1,34 %, mientras que en suelos con cobertura de bosque se obtuvieron 0,74 % de nitrógeno, 8,74 mg kg^-1 de fósforo y 0,15 meq 100 mL^-1 de potasio (^{Bravo et al., 2017}), los valores reportados en las parcelas estuvieron dentro de estos rangos.

En las capas arables de diversos suelos comprendidas entre 0 a 25 cm, el contenido de nitrógeno depende del contenido de materia orgánica del suelo y la mayor cantidad se encuentra en suelos ricos en humus, el fósforo se encuentra en la materia orgánica del suelo pero no está en función acumulativa con respecto a esta (^{Crespo et al., 2006}). Esto concuerda con los resultados obtenidos en el presente trabajo, donde se reportaron correlaciones significativas de la concentración de materia orgánica con las concentraciones de fósforo y nitrógeno.

En bosques pluviales colombianos, se obtuvieron concentraciones de nitrógeno entre 0,1 % y 1,68 %, fósforo entre 0,49 y 3,5 ppm, materia orgánica entre 1,95 % y 24,74 %, potasio entre 0,06 y 0,48 meq 100 g^-1, relación carbono nitrógeno entre 2,49 y 11,9 y relación nitrógeno fósforo entre 0,03 y 2 (^{Quinto Mosquera et al., 2016}). Sin embargo, en el bosque húmedo subtropical las concentraciones de nutrientes fueron menores con respecto a otras coberturas de suelo, ya que los nutrientes en su mayoría provienen de la hojarasca, con un retorno potencial de estos nutrientes al suelo de 40,46 kg/ha/año de nitrógeno y 2,45 kg/ha/año de fósforo (^{Fuentes Molina & Rodríguez Barrios, 2012}). Lo antes expuesto, indica amplia variabilidad en las concentraciones de nutrientes dentro de los bosques tropicales y muestra que los datos obtenidos en el presente estudio se encuentran dentro de esos rangos, además concuerda con las menores concentraciones de nutrientes en el bosque primario.

Los cambios de uso de suelo afectan el contenido de materia orgánica e influyen sobre las reservas y la disponibilidad del fósforo inorgánico, pero no afectan al contenido de fósforo orgánico a corto y mediano plazo (^{Gianini et al., 2022}). La mayor cantidad de nutrientes que adquieren los árboles se encuentra en la capa superficial del suelo y depende de la capacidad de descomposición de la hojarasca, considerada como todos los detritos vegetales (hojas, flores, frutos semillas, cortezas y ramas), la cual se mezcla con el primer horizonte mineral del suelo (^{Mantero-García et al., 2019}). A esto se puede asociar, que en el bosque primario, hay una menor caída de hojas, además de que al ser sus detritos de madera más dura, demoran mayor tiempo en descomponerse, por lo cual la materia orgánica y nutrientes, también tardan mas tiempo en incorporarse al suelo.

La disminución de nutrientes en el suelo, con el paso del tiempo, es reportado en parcelas desarrolladas en Arosemena Tola, donde mostraron disminuciones de concentraciones en nitrógeno (23 %) y potasio (36 %) en períodos de cuatro meses, con precipitaciones entre 400 y 486 mm; en el mismo sitio también se determinó que existió correlación entre la cobertura de dosel y el arrastre de sedimentos por escorrentía (^{Abril Saltos et al., 2017}). Los resultados del presente trabajo coinciden en la disminución de la concentración de fósforo, sin embargo, para el caso del nitrógeno, se obtuvo una interacción de cobertura x años de muestreo.

La plantación de Inga, mostró la mayor caída de ramas, hojas y frutos, con mayor aporte de materia orgánica al suelo de 40,46 kg/ha/año de nitrógeno y 2,45 kg/ha/año de fósforo, donde se incrementaron las concentraciones de nitrógeno, fósforo y materia orgánica, en el período de dos años, por lo que podría decirse que este material proporcionó un retorno de nitrógeno y fósforo (^{Fuentes Molina & Rodríguez Barrios, 2012}). Además, la presencia de Fabáceas, genera fijación biológica de estos nutrientes por fijación biológica, asimilados a través de cepas de Rhizobium sp., ubicadas en los nódulos de fijación de sus raíces, lo cual, en suelos de uso agrícola, con el uso de Clitoria ternatea, Phaseolus vulgaris y Canavalia ensiformis, genera aportes entre 14,7 y 79,1 kg ha^-1 de nitrógeno, y de fósforo entre 3 y 26,9 kg ha^-1 (^{Díaz-Prieto et al., 2017}).

Las mayores concentraciones de nutrientes en la parcela con plantación de guabas, pudieron deberse a que sus residuos permiten hasta un 23 % de mineralización de nitrógeno en períodos de 294 días, lo cual es incorporado en el suelo. Esto fue reportado por ^{Verçoza da Silva et al. (2015}), quienes, en bosques secundarios, enriquecidos con Inga péndula en Brasil, reportaron 6,9 g kg^-1 de materia orgánica, lo cual se encuentra dentro del rango obtenido en el presente trabajo, y 1,47 mg dm-3 de fósforo, el cual está por debajo de los valores obtenidos en las parcelas de muestreo; estos autores, también reportaron concentraciones de 0,10 Cmol dm^-3 de potasio y 1,8 Cmol dm^-3 de calcio en los bosques que estudiaron.

Conclusiones

Las condiciones de cobertura de suelo influyeron en la concentración de los nutrientes, donde la parcela con melastomatácea mostró mayores concentraciones de materia orgánica y potasio, y la parcela con árboles de guaba, tuvo mayor cantidad de nitrógeno y relación nitrógeno/fósforo.

Hubo variación en la concentración de nutrientes entre el año 2019 y 2021, donde el bosque primario reportó la mayor pérdida de nutrientes y la cobertura de Inga tuvo un incremento en la concentración de estos.

La concentración de potasio mostró correlaciones significativas con el resto de nutrientes y las temperaturas, lo cual muestra que este elemento presentó una dinámica con el resto de nutrientes y las condiciones de temperatura.