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Revista de Ciências Agrárias

versão impressa ISSN 0871-018Xversão On-line ISSN 2183-041X

Rev. de Ciências Agrárias vol.45 no.4 Lisboa dez. 2022  Epub 01-Dez-2022

https://doi.org/10.19084/rca.28680 

Artigo

Predicción de la densidad aparente en horizontes orgánicos de suelos de bosque dominados por Quercus robur en Galicia

Prediction of the bulk density of organic horizons in forest soils dominated by Quercus robur in Galicia

Juan Carlos Nóvoa-Muñoz1 

Antía Gómez-Armesto1 

Noemi Calvo-Portela1 

Melissa Méndez-López1 

Andrea Parente-Sendín1 

David Fernández-Calviño1 

Flora Alonso-Vega1 

1Área de Edafoloxía e Química Agrícola, Departamento de Bioloxía Vexetal e Ciencias do Solo, Facultade de Ciencias, Universidade de Vigo, As Lagoas s/n 32004 Ourense, España


Resumen

Este estudio busca un modelo predictivo de la densidad aparente (ρb) en horizontes orgánicos (O) de suelos de bosque de Quercus robur, la principal especie nativa caducifolia del NO de la Península Ibérica. Se toman muestras de horizontes O (OL y OF+OH; n=96) en 16 parcelas localizadas en Ordes (Galicia). Además de la ρb, en las muestras se determinan los niveles de C y N totales, el pH y los cationes básicos intercambiables (CBI). Los horizontes O son ácidos (pH en agua <5,0), con niveles medios de C orgánico >360 g kg-1 y una relación C/N que varía entre 21 y 26. La concentración de CBI sigue la secuencia Ca>Mg>>K>Na. El análisis de regresión múltiple resulta en un modelo que explica el 54% de la varianza de la ρb siendo la suma de CBI y el C orgánico total las variables predictoras. El error cuadrático medio (RMSE) fue 0,036 g cm-3 y el coeficiente de regresión (R2) entre valores observados y valores predichos fue de 0,65. Este modelo predictivo sugiere que la calidad de la materia orgánica es más determinante que la cantidad en la estimación de la ρb de los horizontes O de suelos de bosque de Q. robur.

Palabras clave: carbono orgánico; relación C/N; pedotransferencia; nutrientes; humificación

Abstract

This study searchs for a predictive model for bulk density (ρb) of organic horizons (O) of forest soils dominated by Quercus robur, the main deciduous native specie in the NW of the Iberian Peninsula. Samples of the O horizons (OL and OF+OH; n=96) of 16 stands located in Ordes (Galicia) were collected. In addition to ρb, pH, total contents of organic C and N as well as exchangeable base cations (CBI) were analysed in the samples. Organic horizons were acid (water pH <5,0), with an average organic C >360 g kg-1 and a C/N ratio in the range 21 to 26. The concentration of CBI follows the sequence Ca>Mg>>K>Na. The stepwise multiple linear regression resulted in a model that explains 54% of the ρb variance, being the sum of EBC and total organic C the predictor variables. The Root Mean Squared Error (RMSE) was 0,036 g cm-3 and the coefficient of regresión (R2) between observed and predicted values was 0.65. This predictive model suggests that organic matter quality, rather than its quantity, was more determinant in the estimation of the ρb of organic horizons of forest soils dominated by Q. robur.

Keywords: organic carbon; C/N relationship; pedotransference; nutrients; humification

INTRODUCCIÓN

La densidad aparente del suelo (ρb) permite transformar valores basados en masa a resultados relativos al área o volumen que ocupa, siendo muy útil para el cálculo de reservorios de C, nutrientes y contaminantes en los suelos (Tamminen & Starr, 1994). La determinación en campo de la ρb del suelo demanda mucho tiempo y trabajo, por lo que muchos estudios utilizan funciones de pedotransferencia (FPT) para su estimación a partir de propiedades generales del suelo (Reidy et al., 2016). Esta aproximación, si bien está muy extendida para horizontes minerales (De Vos et al., 2005; Rodríguez-Lado et al., 2015), apenas se ha evaluado en el caso de los horizontes orgánicos (Hollis et al., 2012).

La especie arbórea dominante influye notablemente en la ρb de los horizontes orgánicos (O) del suelo, por efecto de la cantidad de biomasa senescente generada y su tasa de descomposición (Osei et al., 2021), así como de las comunidades microbianas presentes (Prescott & Grayston, 2013). De este modo, las FPT destinadas a estimar de forma precisa la ρb en los horizontes O deberían considerar el tipo de especie arbórea dominante.

Quercus robur es la especie dominante en los bosques caducifolios de Galicia ocupando 246.000 ha (IV IFN Galicia) en 2011, donde forma masas puras o mixtas con otras especies caducifolias. Estos bosques suponen el 17% del total de la superficie arbolada de Galicia.

El objetivo de este trabajo es dar el primer paso hacia el desarrollo de un modelo predictivo de la ρb en horizontes orgánicos de suelos de bosque dominados por Q. robur utilizando para ello algunas de sus principales propiedades químicas. Los resultados servirán, tras su posterior validación, para conseguir una FPT que permita estimar de forma más precisa los reservorios de nutrientes (incluido C) y contaminantes en los suelos de bosques, en cuyo cálculo se suele prescindir de la contribución de los horizontes orgánicos.

MATERIAL Y MÉTODOS

Área de estudio, toma y caracterización de las muestras

Para este estudio se seleccionaron 16 parcelas boscosas, dominadas por Q. robur, situadas en la comarca de Ordes (A Coruña, NW Galicia). En cada parcela se delimitaron trés subparcelas, en las que se recogió el horizonte O separándolo entre el subhorizonte OL y una mezcla de los subhorizontes OF+OH. Para ello, en cada subparcela se dispuso sobre la superficie del suelo un cuadrado de 0,25 m2 de superficie y el espesor de cada subhorizonte se promedió a partir de cinco medidas (en cada esquina y centro del cuadrado de muestreo). El material recogido, tras su secado al aire, se pesó para expresar su masa por unidad de superficie (g m-2). Posteriormente, la totalidad de la muestra se trituró hasta un tamaño < 4 mm. Una alícuota de la muestra triturada se secó a peso constante (105ºC) para calcular empíricamente la densidad aparente, a partir de la masa por unidad de superficie y el espesor del horizonte. Una segunda alícuota fue finalmente molida para determinar los contenidos totales de C y N. La muestra <4 mm se empleó para analizar el pH en agua (pHw) y KCl 1 M (pHk) y los cationes básicos intercambiables (Na, K, Ca y Mg) empleando NH4Cl 1 M, siguiendo los métodos empleados por Méndez-López et al. (2022).

Modelo predictivo de la densidad aparente (ρ b )

Para la predicción de la ρb se realiza un análisis de regresión múltiple por pasos, considerando la densidad aparente como variable dependiente y C y N totales, pH en agua (pHw) y KCl (pHk), y cationes básicos intercambiables y su suma (SB) como variables independientes. Se buscarán modelos predictivos para los subhorizontes OL, para la mezcla de OF+OH y para el conjunto del horizonte O. Para todos los análisis estadísticos se empleó SPSS.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Características generales de los horizontes orgánicos

La Tabla 1 presenta las características generales de los horizontes. La densidad aparente (ρb) es menor en los horizontes OL que en los OF+OH (0,02 vs 0,1 g cm-3, respectivamente). En general, se trata de horizontes moderadamente ácidos, con el pHw en un rango 4,7-4,9. Los horizontes OL, más ricos en C orgánico y N total que los OF+OH, muestran valores del mismo orden que los observados por Gartzia-Bengoetxea et al. (2009) en horizontes O de suelos dominados por especies caducifolias similares.

Tabla 1 Valor medio y desviación estándar de algunas características generales de los horizontes orgánicos 

Hor OL Hor OF+OH
Parámetro Unidad (n=48) (n=48)
ρb g cm-3 0,021 ± 0,008 0,100 ± 0,008
pHw 4,9 ± 0,3 4,7 ± 0,5
pHk 4,4 ± 0,3 3,9 ± 0,5
Corg g kg-1 527 ± 49 360 ± 83
N total g kg-1 21,0 ± 3,7 17,1 ± 3,5
C/N 26 ± 4 21 ± 4
Naex* cmolc kg-1 1,5 ± 0,4 1,2 ± 0,3
Kex cmolc kg-1 4,8 ± 1,8 1,6 ± 0,5
Caex cmolc kg-1 24,3 ± 7,0 13,8 ± 8,4
Mgex cmolc kg-1 16,8 ± 4,0 8,4 ± 4,2
SB cmolc kg-1 1,5 ± 0,4 1,5 ± 0,4

* el subíndice “ex” indica cationes intercambiables. SB: suma de cationes básicos intercambiables

La relación C/N (21-26) es semejante al valor medio de 23 dado por Cools et al. (2014) para horizontes O de bosques de Q. robur en Europa, disminuyendo con la descomposición de la materia orgánica (de OL a OF+OH). Los niveles de los cationes básicos intercambiables (Ca > Mg > K > Na) son semejantes a los de horizontes O de suelos dominados por especies caducifolias (Cremer & Prietzel, 2017).

Prediccion de la densidad aparente en horizontes orgánicos

El resultado del análisis de regresión múltiple (ARM) presenta una pobre capacidad predictiva de la ρb para los subhorizontes OL, explicando el 16% de su varianza a partir de Mg intercambiable y el contenido de C orgánico total como variables predictoras. En el caso de los subhorizontes OF+OH, el modelo obtenido explicó hasta el 36% de la varianza de la ρb, siendo Ca y K intercambiables las variables predictoras.

Cuando se evalúa el horizonte O en su conjunto (OL+OF+OH), el ARM da lugar a un modelo predictivo mucho más satisfactorio, explicando hasta el 54% de la varianza de ρb (Eq. 1):

ρb = 0,148 - 0,0020*SB - 0,0001*C (Eq. 1)

La suma de cationes básicos intercambiables (SB) contribuye a explicar el 49% de la varianza de la ρb, mientras que sólo el 5% se atribuye al C orgánico total. Esta menor relevancia del C orgánico en la predicción de la ρb en los horizontes O contrasta con estudios previos en los que el C orgánico es la principal variable predictora de la ρb (Hollis et al., 2012; Reidy et al., 2016; Beutler et al., 2017). El porcentaje de varianza de la ρb explicada por la ecuación 1 supera el de otras FPT (29 y 52%) obtenidas para horizontes orgánicos en estudios previos (Hollis et al., 2012; Beutler et al., 2017). El error cuadrático medio (RMSE) del modelo obtenido es bastante satisfactorio (0,036), mucho menor que los valores de 0,193 y 0,139 obtenidos cuando se aplican las FPT de los estudios anteriomente citados. Esto también se evidencia cuando se representan los valores predichos por el modelo de la Eq. 1 frente a los valores observados (Figura 1), ya que el coeficiente de determinación obtenido (0,65) supera notablemente los valores de 0,30 y 0,33 resultantes de la aplicación de las FPT de Hollis et al. (2012) y Beutler et al. (2017) a nuestros valores observados.

La diferencia entre valores observados y predichos de la ρb se correlaciona negativamente con los contenidos totales de C (r = -0,388; p = 0,000), N (r = -0,265; p = 0,009), el K intercambiable (r = -0,342; p = 0,001) y la relación C/N r = -0,226; p = 0,027).

Figura 1 Relación entre valores observados y esperado de la densidad aparente en el conjunto de muestras de los subhorizontes orgánicos. Las líneas de puntos marcan los intervalos de confianza al 99%. 

CONCLUSIONES

El modelo predictivo de la densidad aparente de horizontes O de suelos dominados por Q. robur sugiere que el papel de la calidad de la materia orgánica, reflejada en la suma de cationes básicos intercambiables como principal variable predictora, se impone al papel de la cantidad representada por el contenido total de C orgánico.

Aunque la varianza de la densidad aparente explicada por el modelo (54%) y su RMSE (0,036) son prometedores, es preciso complementar este estudio con una fase de validación que confirme estos resultados.

Agradecimientos

M. Méndez-López agradece al Ministerio de Educación y Formación Profesional el contrato FPU17/05484. A la Consellería de Cultura, Educación e Universidade (Xunta de Galicia) por la financiación a través de los contratos ED431C 2021/46-GRC y ED431F2018/06-EXCELENCIA.

Referencias bibliográficas

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