Estudio de la fertilidad y de los metales pesados en suelos de agroecosistemas tropicales de una zona transfronteriza de la República Dominicana-Haití

 

J. Pastor^1,4, S. Alexis^3,4, C. Vizcayno² & A. J. Hernández^3,4

¹ Dpto. de Ecología de Sistemas, IRN CCMA, CSIC, c/ Serrano, 115 duplicado. 28002 Madrid. e-mail: jpastor@ccma.csic.es.;

² Dpto. de Suelos, IRN CCMA, CSIC, 28002 Madrid. e-mail: cvizcayno@ccma.csic.es.;

³Dpto.d Ecología, Edificio Ciencias, Universidad de Alcalá, Alcalá de Henares, 28871 Madrid. e-mail: anaj.hernandez@uah.es;

⁴ INSE Instituto de Investigación Socioeducativa República Dominicana. e-mail: alexis.faeton@yahoo.es

 

RESUMEN

Se exponen los datos referidos a la cuanti­ficación de la fertilidad, MO. y metales pe­sados en la capa superficial de los suelos de 30 agroecosistemas tropicales en tres tipos de bosques (nublado, latifoliado y seco), co­rrespondientes a un territorio de marcada pobreza (suroeste de la República Domini­cana-Haití). El desarrollo de una agricultura sostenible en la zona requiere evaluar la fer­tilidad de los suelos; problema fundamental debido al cambio que sufren sus caracterís­ticas físicas y químicas cuando se talan y queman los bosques y luego se cultivan. La información respecto a los suelos del territo­rio es prácticamente nula, por lo que este trabajo constituye una aportación, especial­mente para la cuenca hidrográfica transfron­teriza del río Pedernales.

Los agroecosistemas estudiados se en­cuentran mayoritariamente comprendidos entre los 1200 m de altitud y el nivel del mar y constituyen las fuentes esenciales pa­ra la alimentación humana y animal: pastos y cultivos de habichuela, maíz, sorgo, café, plátano-guineo, frutales y tubérculos.

Palabras clave: aniones del suelo, fertilidad edáfica, metales litogénicos, tala y quema.

 

Fertility and heavy metal contents of soils in the tropical agroecosys­tems of the Dominican Republic-Haiti frontier zone

ABSTRACT

This paper reports fertility, organic matter and heavy metal data obtained in topsoil samples from 30 tropical agroecosystems in three types of forest (rain, latifoliated and dry) in an area of extreme poverty (SE Do­minican Republic-Haiti). For sustainable ag­ricultural practice in this zone, soil fertility needs to be first assessed since this factor has been severely compromised by changes in the physical and chemical properties of the soil induced by the felling and burning of trees to make way for crops. Information on the soils of the region is practically null. This study focuses mainly on the transfrontier basin of the Pedernales River.

The agroecosystems examined occur from an altitude of 1200 m to sea level and are the main food sources for human and animal consumption: bean, corn, sorghum, coffee, Guinea banana, fruit trees and tu­bers.

Key-words: soil anions, felling and burn­ing, soil fertility, lithogenic metals.

 

INTRODUCCIÓN

Entre los ocho objetivos que constitu­yen compromisos para alcanzar el desa­rrollo para las gentes más pobres de la tie­rra, está el de la sostenibilidad ambiental. En este aspecto, se ha llegado a la conclu­sión de que los principales problemas para un desarrollo humano sostenible, están re­lacionados con la reducción de la produc­tividad de los suelos causada por la de­gradación ambiental. En la actualidad existen iniciativas basadas en la incorpo­ración de estrategias de conservación de los suelos relacionadas con los procesos productivos/extractivos. Una de las solu­ciones propuestas en el Proyecto del Mi­lenio por Naciones Unidas, es el desarro­llo agrícola, optimizando la protección del suelo y su manejo sostenible (Sachs, 2005). Ello significa tener en cuenta sus funciones ecológicas y sus usos, pero también los peligros de la pérdida de ferti­lidad (Altieri, 2001) y de su posible con­taminación local o difusa, que pueden amplificar los problemas de erosión. Con el objetivo de ahondar en estas cuestiones, se presenta el estudio en un escenario idóneo como es la región de Pedernales, transfronteriza entre República Domini­cana y Haití. El conocimiento de sus agroecosistemas es totalmente necesario para determinar los sistemas eficaces en agricultura (Mäder et al., 2002), por lo que se aborda el estudio de las principales características químicas de sus suelos.

 

MATERIAL Y MÉTODOS

Geología y litología. La isla, también en su parte dominicana, forma parte del arco antillano, que va desde América del Norte a la del Sur. Del continente parten tres hileras de montañas, ahora sumergidas. La que vie-ne de América Central penetra en Santo Domingo, emerge en la península de Tibu­rón en Haití y se desvía un poco hacia el Sur al llegar a la Republica Dominicana, deno­minándose Sierra de Bahoruco.

La isla se formó hace aproximadamente 10 millones de años con la colisión de dos “paleo-islas”. La Paleo isla Sur incluye esta Sierra. Antes, durante el Mioceno tardío, el área completa estaba cubierta por un mar poco profundo. Es por ello que casi todo el Suroeste está cubierto por formaciones cali­zas de diferentes épocas.

La Sierra de Bahoruco es un sistema montañoso, resultado de fuerzas tectónicas, originadas por el desplazamiento de las pla­cas continentales de América del Norte so­bre la placa del Caribe. El procurrente cons­ta de calizas de origen arrecifal, que presen­tan amplias fracturas rellenadas por oxido férrico. Es un área abrupta, rica en minera­les. En la ladera norte existen grandes depó­sitos de sal y yeso, en la sur hay profundas capas de tierras rojas, ricas en alúmina de donde se extrae bauxita.

Las calizas son sedimentarias. La comple­jidad de la geología se debe al gran tecto­nismo presente, donde se localiza el más amplio sistema de fallas, dando origen a la formación de medianos y pequeños valles, cabalgamientos de calizas eocénicas sobre calizas oligocénicas y grandes hundimientos cársticos. Este tectonismo regional es el producto de los efectos compresionales pro­venientes de la parte occidental. Las rocas del complejo ígneo son de origen volcánico, principalmente basaltos, piroclastos y ga­bros.

Se pueden diferenciar diversos tipos de li­tología, desde sustrato lítico con coluviones de calizas, pasando por suelo de descalcifi­cación de calizas de color rojizo con alto contenido en hierro, hasta un suelo carbona­tado, formado sobre unas dolomías. En la zona baja predominan las calizas margosas del Oligoceno. En algunos lugares colindan­tes, se encuentran cantos sueltos rodados carbonatados con manchas de óxidos de unas calizas margosas, oquerosas con huella de disolución, lo que indica que en esa zona es abundante la arcilla. Por ello percibimos suelos carbonatado de color rojo y muy ri­cos en hierro. Mientras que en la parte del bosque seco hacia los manglares, se pueden observar unos abanicos aluviales y unas ca­lizas de arrecifes coralinos; de bolos con mezclas detríticas y restos de conchas.

En la parte media de la cuenca del río de Pedernales se aprecian unas calizas sobre al­teritas y limonita, mientras que en otra zona se pueden observar calizas margosas crista­linas y caliza silicificada de nódulos de si­lex, en un paquete carbonatado. Sin embar­go, en la parte alta se pueden apreciar suelos de coluviones de calizas y cantos rodados, con restos de arcillas rojizas por efectos de la laterización intensa y unos suelos carbo­natados de calcio, que apuntan a unas cali­zas dolomíticas, pero evidentemente con más carbonato cálcico

Las rocas sedimentarias calizas son la li­tología predominante, aunque podemos de­cir que los coluviones de calizas, son mayo­ritarios en el área del bosque de coníferas y del bosque nublado; las calizas cristalinas en el bosque latifoliado y las rocas detríticas y arrecifes del cuaternario (carbonatadas sobre alteritas) en el bosque seco. A partir de los 14 m sobre el nivel del mar, se inician las te­rrazas kársticas hasta alcanzar una elevación entre los 50-60 m. Se encuentran yacimien­tos de bauxita sobre los 365 m en Las Mer­cedes y a partir de 1.280 m hasta los 1.645 m. Todo este origen geológico puede cau­sar la presencia de metales en los suelos, ya Hernández et al. (1997) detectaron presen­cia frecuente de metales pesados en los sue­los agrícolas del área.

Área de estudio: Se trata de un paisaje ru­ral en el que se sitúa la cuenca del Pederna­les. Constituye una de las principales zonas transfronterizas entre estos países y, al ser el área de la isla más afectada por los huraca­nes y tormentas tropicales, posee un alto ni­vel de pobreza (en el país dominicano afecta a un 75% de las familias y no se tienen da­tos para la parte haitiana, aunque sabemos que es aún mayor).

Un total de 130 fincas han sido evaluadas para conocer estas características (Tabla 1). Sus sistemas de manejo corresponden a monocultivos, especialmente en la cuenca alta; policultivos en la cuenca media y baja, además de pastos y rotación de cultivos en la baja. Se utiliza indistintamente el labrar el suelo y añadir abono orgánico. Muy fre­cuentemente se deforesta, tala y quema para labrar, añadiendo frecuentemente herbici­das; en algunas fincas se añade abono orgá­nico proveniente de restos de cosechas. En la cuenca baja los cultivos mayoritarios son de regadío. Muchas de las fincas en la cuen­ca alta y media, están ubicadas en terrenos con pendientes acusadas y en buena parte son de naturaleza mixta, agricultura y pasto (ovino y caprino).

 

Tabla 1. Nº total de fincas estudiadas en cada una de las zonas de la cuenca (alta, media y baja).

 

Muestreo y análisis químico de suelos: Un total de 30 muestras de la capa superfi­cial, se recogieron al azar en cada sistema de uso, desde los 1300 hasta los 5 m. sobre el nivel del mar. Se ha considerado como cuenca alta al territorio comprendido entre 700 y 1.300 m; cuenca media, desde los 300 a los 700 m y cuenca baja, a menos de 300 m. Las muestras se recogieron en una de las estaciones secas del territorio (febrero­marzo). Tamizados los suelos, los análisis se realizaron en la fracción menor de 2 mm, mediante las técnicas analíticas que se exponen en Hernández y Pastor (1989). Se determinaron: pH, MO., N total, % de car­bonatos, nutrientes como P, K, Ca, Mg y Na, micronutrientes esenciales para las plantas (Fe, Cu, Zn y Mn). El exceso en el suelo, de algunos, puede provocar proble­mas de toxicidad. Los niveles pseudotota­les y disponibles de los metales se han de­terminado por espectroscopia de emisión de plasma, tras moler los suelos con morte­ro de ágata y someterlos a ataque ácido con HNO3 y HClO4 en proporción 4:1, en el caso de los contenidos pseudototales, y los contenidos disponibles de Al, Cd, Cr, Ni y Pb, se determinaron según Lakanen y Er­vio (1971).

Existe muy escasa información de estu­dios agrícolas publicados, tanto en Repú­blica Dominicana (Antonini et al., 1985; Peña, 2000) como en Haití, especialmente en lo referente al análisis de datos edáfi­cos, y no hemos encontrado ninguna para el área de estudio (Alexis, 2008). Por ello se aborda el análisis de características edáficas de importancia fundamental, si queremos encaminarnos hacia una agri­cultura sostenible en un área que goza de pertenecer a la única reserva de la biosfe­ra en el país.

Desde el punto de vista de las propieda­des químicas en los suelos de los agroeco­sistemas, los contenidos de MO., N y P son imprescindibles para evaluar su ferti­lidad (Tablas 2a y 2b), así como otros elementos que constituyen nutrientes bá­sicos para las plantas. Pero también se hace imprescindible el conocimiento del status de oligoelementos importantes (Cu y Zn), tanto para saber si existen deficien­cias o toxicidad, y ésto también sucede para otros metales (Tablas 3a y 3b). Los valores de pH de los suelos, fueron úni­camente muy ácidos en los suelos de cul­tivos de tubérculo localizados en el bos­que nublado (4, 6), osciló de 5,6 a 7,6 en los cultivos del bosque latifoliado, y entre 6,9 y 8,1 en los del bosque seco. Es decir, son suelos de pH más elevado que los de la mayoría de los suelos tropicales, como los evaluados por Templer et al. (2005) y Slocum et al. (2006) en dos áreas protegi­das del este y norte del país dominicano. Debido al pH, los niveles de los compues­tos inorgánicos en el suelo varían conside­rablemente.

 

Tabla 2a. Altitud, pendiente, MO., N total, COз, P2O5 y contenidos medios (mg/100g), y desviacio­nes típicas de cationes cambiables, en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosques latifoliado y nublado).

 

Tabla 2b.Altitud, pendiente, MO., N total, COз, P2O5 y contenidos medios (mg/100g) y desviaciones típicas de cationes cambiables, en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosque seco).

 

Tabla 3a. Contenidos medios (mg/kg) y d. típicas, de metales pseudototales en los suelos de los agro­sistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (B. latifoliado y nublado).

 

Tabla 3b. Contenidos medios (mg/kg) y desviaciones típicas, de metales pseudototales en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosque seco).

 

Los contenidos de MO y N total son ade­cuados, excepto en el caso del cultivo del sorgo. Los valores más elevados se alcanzan en los suelos de frutales y los más bajos en el mencionado cultivo de sorgo. La evalua­ción de los contenidos de P del suelo suele se un tema controvertido. En este estudio, el contenido de P asimilable (P2O5) es bajo en los suelos donde se sembró sorgo y tubércu­los en el área del Bosque latifoliado-nublado y también en los suelos de cultivo del maíz en el Bosque seco, mientras que los conte­nidos fueron aceptables para el resto de los suelos.

Al estudiar además el contenido de P dis­ponible (Tabla 2), vemos que sus valores son bajos en los cultivos ubicados en los tres tipos de bosque, excepto en los de maíz, fru­tales y tubérculos en el caso del B. latifolia­do-nublado y en el del sorgo en el B. seco, probablemente porque fue abonado. Esta cuestión está íntimamente relacionada con la evolución del P en suelos ricos en óxidos e hidróxidos de Fe y Al, como parece ocu­rrir en este territorio, ya que son capaces de inmovilizar este elemento. Por otra parte, los contenidos medios de K cambiable van desde niveles medios a elevados en todos los agroecosistemas. Los de Ca y Mg cam­biables son igualmente elevados en todos los suelos, mientras que los del Na son del mismo orden en todos los casos. Para el comentario de los datos edáficos que aca­bamos de realizar, nos hemos basado en los estudios de diferentes autores, de los que destacamos los trabajos de Young, 1976; Martin, 1984; Buringh, 1986¸ Fasbender & Bornesmiza, 1987 y Sánchez, 2003.

En las Tablas 3a y 3b nos ha interesado especialmente poder ver si existen en los suelos de cultivo, niveles elevados de meta­les potencialmente dañinos, que puedan di­ficultar o impedir el empleo de los mismos con fines agrícolas. Destaca en primer lugar, un hecho muy preocupante, los valores me­dios de Cd de los suelos son en casi todos los grupos suficientemente elevados para excluir a muchos de ellos para su uso agrí­cola; y no sólo eso, los contenidos medios de Cu son también relativamente elevados, así como los de Ni. En algunos agroecosis­temas también son elevados ciertos conteni­dos de Zn y Cr, yen uncaso los de Pb. Los valores medios de Mn y Al son también no­tablemente elevados. Los niveles de refe­rencia de los metales en los suelos de Holanda han sido consultados en M.H.P.P. (Netherlands), 1991 y en los suelos de Bra­sil en Fadigas et al. (2006).

 

Tabla 4a. Contenidos medios (mg/kg) y desviaciones típicas, de Al, metales pesados disponibles, P y B (Método de Lakanen&Ervio), en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosques latifoliado y nublado).

 

Tabla 4b. Contenidos medios (mg/kg) y desviaciones típicas, de Al, metales pesados disponibles, P y B (Método de Lakanen&Ervio) en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosque seco).

 

Todos estos datos ponen claramente de manifiesto el origen claramente litogénico de procedencia de los mismos (Hernández et al., 2006).Comparando los resultados con otros de suelos tropicales latinoamericanos, diremos que los valores alcanzados para los metales pesados son superiores a los obser­vados por Davies et al. (1999) en 162 suelos estudiados alo largo de Venezuela. Otros autores (Wilcke et al., 1998), al estudiar el contenido de metales pesados en 16 suelos de Costa Rica con cultivo del café y con bosques naturales encontraron valores toda­vía menores a los hallados en Venezuela. La excepción fue el Cu, más elevado que el que se encontró en Venezuela y también en los suelos de Pedernales.

También se ha expuesto en Hernández et al. (2006) que, independientemente de la erosión y movimientos de tierras por la ac­ción de los huracanes, los dos procesos an­trópicos que más influyen en los procesos edáficos de los suelos de sus ecosistemas tropicales (agricultura y explotación de bauxita y caliza) se implican entre sí; los metales litogénicos se asocian con minerales primarios y pueden estar disponibles en el sistema suelo-planta, por lo que pensamos que la cuantificación de todos estos paráme­tros debe ser tenida muy en cuenta a escala local y regional.

En las Tablas 5a y 5b podemos observar los medias y desviaciones típicas de los contenidos de metales solubles, aquellos que son más facilmente disponibles para las plantas. Finalmente, al estudiar los aniones (Tablas 6a y 6b) y carbonatos (Tabla 2a y 2b), son de destacar los contenidos medios de sulfatos, así como los contenidos medio-bajos, muy bajos o indetectables de fosfatos. Los contenidos más destacables de nitratos se encuentran en los suelos de habi­chuela (lo que no es de extrañar), así como en los de sorgo, frutales y tubérculos del área del B. latifoliado-nublado, mientras que los niveles medios más bajos se presentan en los suelos del B. seco, aunque parece existir un abonado nitrogenado en suelos con sorgo y frutales, igual sucede con estos mismos cultivos en la zona del B. latifolia­do, así como en los suelos de cultivo de tu­bérculos.

 

Tabla 5a. Contenidos medios de metales solubles (mg/kg) y d. típicas en los suelos de los agroecosis­temas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (B. latifoliado y nublado).

 

Tabla 5b. Contenidos medios de metales solubles (mg/kg) y desviaciones típicas en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bosque seco).

 

Tabla 6a. Conductividad eléctrica, contenidos medios de aniones solubles (mg/kg) y desviaciones tí­picas, en los suelos de los agroecosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (Bos­ques latifoliado y nublado).

 

Tabla 6b. Conductividad eléctrica, contenidos medios (mg/kg) y d. típicas de aniones solubles, en los suelos de los agrosistemas de la provincia, agrupados por unidades de paisaje (B. seco).

 

Llama la atención los valores bajos de nitratos de los suelos de plátano-guineo tanto en el B. latifoliado como en el seco. Los contenidos de carbonatos oscilan mu­cho, desde indetectables en los suelos de frutales y tubérculos del B. latifoliado­nublado, a bajos en los del café, habichue­la, maíz y tubérculos, y son elevados en los suelos de pastos y agroecosistemas del bosque seco.

De los resultados expuestos son eviden­tes las deficiencias de P, con la dificultad de la presencia importante del Al y Fe en los suelos, así como el hecho de enorme trascendencia de niveles preocupantes de metales pesados peligrosos. Por ello es ne­cesario investigar cómo gestionar estos suelos y acertar con cultivos que no acu­mulen metales pesados, no solo en las se­millas y frutos comestibles, sino también en hojas y tallos que se utilicen como abo­no orgánico y forraje.

 

CONCLUSIONES

Se ha realizado una cuantificación de los principales parámetros químicos de los sue­los de agroecosistemas, representativos de los usos más frecuentes en los bosques de la provincia de Pedernales. Destacan los pre­ocupantes valores de Cd, suficientemente elevados para excluir a muchos suelos del uso agrícola. Además, los contenidos de Cu, Ni, Mn y Al son también destacables o no­tablemente elevados. En cuanto al Fe dispo­nible, es en general elevado, aunque es bajo en los suelos de maíz y frutales. Los conte­nidos de Mn disponible son elevados o me­dios, y los de Zn son medios. Los de B son todos elevados. En relación a los aniones, destacan los contenidos medios de sulfatos y los contenidos bajos o indetectables de fosfatos. Los niveles de nitratos de los sue­los agrícolas del bosque seco, son los más bajos.

La tala y quema de los bosques, que se realiza para una agricultura y ganadería in­tensiva, implica que los suelos deban ser manejados atendiendo a la dinámica de los importantes contenidos de metales pesados, atrapados en su materia orgánica. La agri­cultura intensiva, generalmente con regadío, y la deposición de basuras en las áreas ocu­padas por el bosque tropical seco, alteran también los suelos.

De estos resultados se deduce la necesi­dad de capacitar a los agricultores de cono­cimientos más ecológicos, que eleven la productividad de sus tierras, sin dañar la ca­lidad de los productos que ofrecen los agroecosistemas y lograr con ello un mante­nimiento sostenible de la cuenca, tan impor­tante para la subsistencia de la zona.

 

AGRADECIMIENTOS

A los Proyectos CTM2008-04827/TECNO del MCeI, al Programa EIADES de la CAM y al Proyecto “Promoción de la calidad edu­cativa y el desarrollo local en la provincia de Pedernales, R. Dominicana” financiado por la CAM y llevado a cabo por el Centro Cul­tural Poveda de Sto. Domingo (R. Domini­cana).

 

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