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Efectos de los cambios de uso y manejo del suelo sobre la calidad y cantidad de
la materia orgánica edáfica
R. Mulas, F. Lafuente, M.B. Turrión, O. López y C. Ruipérez
Área de Edafología y Química Agrícola
E.T.S. Ingenierías Agrarias de Palencia
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
Proteção do Solo e Combate à Desertificação: oportunidade para as regiões transfronteiriças. Bragança, 29 de outubro de 2012
Presentación
• Introducción
• Efecto de cambios de uso
• Efecto del tiempo transcurrido desde un cambio de uso
• Efecto de algunos cambios de manejo
• Conclusión
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INTRODUCCIÓN: El suelo y su vulnerabilidad
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AIRE (25%)
AGUA (25%)
MATERIA MINERAL
(45%)
MATERIA ORGÁNICA
(5%)
PROCESOS EDÁFICOS
Reciclado de nutrientes
Formación de la estructura del suelo
Secuestro de C
Retención hídrica
Disminución de la toxicidad de químicos antropogénicos
Suministro de C y energía a los microorganismos del suelo
Composición en volumen de un suelo franco limoso ideal para el crecimiento de las plantas (Sparks, 2003)
FASE SÓLIDA (50%)
FASE LÍQUIDA O GASEOSA
(50%)
LA MATERIA ORGÁNICA EDÁFICA
INTRODUCCIÓN: Materia orgánica
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Principales reservorios de C
(Lal, 2004)
Ciclo del Carbono
INTRODUCCIÓN: Reservorios de Carbono
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PRINCIPALES AMENAZAS PARA EL SUELO EN LA UNIÓN EUROPEA (CEC, 2006)
Pérdida de materia orgánica
Erosión
Contaminación local y difusa
Sellado
Compactación
Reducción de la biodiversidad
Salinización
Inundaciones
Deslizamientos de tierras
DEGRADACIÓN DEL SUELO Y MATERIA ORGÁNICA
Contenido de C orgánico en el horizonte superficial de los suelos europeos (0-30 cm) (Van-Camp et al., 2004)
INTRODUCCIÓN: Degradación de suelos
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Unión Europea: 45 % de los suelos Corg < 2 % P. Ibérica: muchos suelos Corg < 1 %
MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO ANTE UN CAMBIO DE USO/MANEJO...
A: Acumulación de Materia Orgánica
D: Descomposición de Materia Orgánica
Modelo de Johnson, 1995
A/D 1 <1 1 Sistema
estable
Sistema estable
Pérdida
Tiempo
MO
S
CAMBIO DE USO
Reacumulación Nuevo sistema estable
A
B
C
Nuevo uso/manejo
>1 1
INTRODUCCIÓN
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INTRODUCCIÓN: Proyectos
Grupo de Investigación en Suelos: Calidad y Sostenibilidad
Diversos proyectos:
• “Secuestro de carbono asociado a los cambios de uso y de manejo en suelos de la provincia de Palencia” “Efectos del tipo de vegetación y cambio de uso del suelo en su capacidad para capturar carbono y en la dinámica de la materia orgánica edáfica” – Subvencionados por la Consejería de Educación de la Junta de Castilla y León. Años
2004-2006 y 2007-2009
• “Evolución de la materia orgánica en procesos de restauración mediante adición de enmiendas orgánicas a suelos forestales quemados”. – Subvencionado por Ministerio de Ciencia e Innovación. Años 2006-2009
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EFECTO DE LOS CAMBOS DE USO
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CAMBIOS DE USO: Objetivos generales
• Analizar los efectos del cambio de uso de un suelo sobre el C orgánico, la capacidad de almacenamiento de C y otras propiedades del suelo.
• Determinar qué usos de suelo o cubiertas vegetales suponen mejoras en la sostenibilidad en relación con la materia orgánica edáfica, con incrementos en la fertilidad y en la conservación de los suelos.
• Comprobar la idoneidad de distintos parámetros relacionados con la dinámica del C en el suelo como indicadores de su estabilidad.
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Montes
Torozos
PÁRAMOS DETRÍTICOS
PÁRAMOS CALIZOS TIERRA DE CAMPOS
MONTES TOROZOS
TIERRA DE PINARES
Bragança
Campiña Segoviana
Páramo Burgos
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USOS DE VEGETACIÓN SELECCIONADOS
– PÁRAMOS DETRÍTICOS: Cultivo, Pinar, Rebollar *, Matorral.
– PÁRAMOS CALIZOS: Cultivo, Pinar, Encinar **, Herbazal.
– TOROZOS: Cultivo, Pinar, Encinar**, Vegetación herbácea.
– TIERRA DE CAMPOS: Cultivo, Pinar, Vegetación herbácea.
– TIERRA DE PINARES: Pinar, Cultivo.
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*Q. pyrenaica **Q. ilex Proteção do Solo e Combate à Desertificação: oportunidade para as
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CAMBIOS DE USO DEL SUELO EN EL PÁRAMO CALIZO CASTELLANO-LEONÉS
Monte de Quercus ilex
Cultivo de Cereal
Plantación de Pinus halepensis
S. XIX ≈ 1960
P
R MO
S
A/D 1 <1 1 >1 1
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CAMBIOS DE USO: Diseño del muestreo
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ENCINAR
PINAR
CULTIVO
Camino
Profundidad: 0 - 10 cm
CAMBIOS DE USO: Parámetros estudiados
Entre otros:
• C orgánico (combustión, Leco CHN 2000)
• C fácilmente oxidable (Walkley y Black)
• C microbiano (Vance et al.)
• C respirado (Isermeyer)
• Cinética de mineralización
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Concentración de C orgánico por usos en cada zona
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Vegetación potencial
Usos
%
Corga
c
b
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Vegetación potencial
Usos
%
Corg
ab
b
a
Páramos calizos (Torozos)
Tierra de Campos
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Encinar Vegetación
potencialUsos
%
aab
c
b
Páramos calizos (Cerrato)
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Rebollar Vegetación
potencialUsos
%
a
ab
b
ab
Páramos detríticos
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Cantidades de C orgánico por usos en cada zona
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Cultivo Pinar Encinar Vegetación
potencialUsos
Mg
/ha
Cantidad 0-10 + mantillo
Cantidad 0-10
aa
c
b
b
a a
a
Páramos calizos (Cerrato)
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0
5
10
15
20
25
30
35
Cultivo Pinar Rebollar Vegetación
potencialUsos
Mg
/ha
Cantidad 0-10 + mantillo
Cantidad 0-10
aa
b
bab b
a
b
Páramos detríticos
Prof. P (1) R (2)
0-10 cm 67 % 71 %
0-30 cm 47 % 90 %
(1) P: Pérdida de C (sobre nivel inicial) (2) R: Recuperación de C (respecto a lo perdido P)
Páramo Prof. P (1) R (2) *
Cerrato 0-10 cm 20-40 %
~ 68 %
Detrit. ~ 40 %
* En unos 40 años. Considerando el mantillo.
Resultados de Llorente en Páramos Calizos:
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Concentración de C oxidable por usos en cada zona
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Encinar Vegetación
potencialUsos
%
Corg
Cfox
aab
c
b
b
a a
a
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Vegetación
potencial
Usos
%
Corg
Cfox
a
c
b
a
cb
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Páramos calizos (Cerrato)
0
1
2
3
4
5
Cultivo Pinar Rebollar Vegetación
potencialUsos
%
a
ab
b
aba
c
b bc
Páramos detríticos
Páramos calizos (Torozos)
Corg
Cfox
C de respiración por usos en cada zona
0
20
40
60
80
100
Cultivo Pinar Rebollar Vegetación
potencial
Usos
mg
C/k
g d
ia
C resp.a
bb
c
0
20
40
60
80
100
Cultivo Pinar Encinar Vegetación
potencial
Usos
mg
C/k
g d
ia
C resp.a a
b
aPáramos calizos (Cerrato) Páramos detríticos
0
20
40
60
80
100
Cultivo Pinar Vegetación
potencial
Usos
mg
C/k
g d
ia
C resp.
c
b
a
0
20
40
60
80
100
Cultivo Pinar Vegetación
potencial
Usos
mg
C/k
g d
ia
C resp.
c
b
a
Páramos calizos (Torozos) Tierra de Campos
CULTIVOS: 17-40 mgC kg-1 d-1
RESTO: 47-90 mgC kg-1 d-1
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Localización: Páramos Detríticos Profundidad: 2 – 5 cm
Cm = Co (1- e-kt)
R2= 0.94-0.98; p˂0.001
Cinética de mineralización de la materia orgánica
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Co : pool C mineralizable
k: tasa de mineralización Cok: tasa inicial de mineralización potencial
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98
mg
C/g
su
elo
Tiempo de incubación (días)
CAMBIOS DE USO: Conclusiones
• Se han encontrado diferencias significativas entre los distintos usos del suelo, tanto en concentración de Corg como en su contenido para los 10 cm superficiales + hojarasca.
• La capacidad de acumular carbono es diferente para los suelos de las distintas comarcas naturales estudiadas.
• Resulta de interés considerar otros parámetros puesto que aportan información complementaria para conocer la estabilidad de distintos reservorios de carbono edáfico.
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CAMBIOS DE USO: Conclusiones
• Es importante para el mantenimiento de niveles de MO apropiados para la protección del suelo, el mantenimiento de sus funciones y la mitigación del cambio climático, la reforestación de tierras agrícolas poco productivas o cuyo cultivo se abandone.
• Es conveniente realizar estudios en cada zona de interés dada la clara dependencia de las pérdidas de C y de sus posibles recuperaciones de características climáticas y edáficas locales
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Efecto del tiempo transcurrido tras la
reforestación en el secuestro de C edáfico y
en su calidad.
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Material y métodos
LOCALIZACIÓN
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Material y métodos
CLIMA Y SUELOS DE LA ZONA
P anual: 450mm
Tm anual: 12ºC
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Material y métodos
SELECCIÓN DE LAS PARCELAS
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Material y métodos
Suelo:
•Profundidad 0-10 y 10-20
•Alterada
•Inalterada
MUESTREO
Hojarasca:
•Marco de 25 x 25 cm
•Fresca + fragmentada
•Humificada
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Material y Métodos
• Textura
• pH (con pHmetro en suspensión 1:2.5)
• C y N total (combustión seca LECO2000)
• C y N de la biomasa microbiana (Vance et al.,1987)
• C mineralizable (Alef, 1995)
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Resultados y discusión
CARBONO ORGÁNICO DEL SUELO
Prof
0_10
Prof
10_20
Uso: Agrícola
Rango:
0
Jov en
Adulto
Viejo3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Co
rg (
Mg
/ha)
Uso: Forestal
Rango:
0
Jov en
Adulto
Viejo
a
b
a
a
a
b
b
b
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Resultados y discusión
INCREMENTO DE CARBONO ORGÁNICO EDÁFICO RESPECTO AL CULTIVO
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Resultados y discusión
Las barras verticales indican intervalos
de confianza del 95%
copa
Bajo
copa
Fuera
Estado: Humif icado
Rango:
Jov en
Adulto
Viejo
-5
0
5
10
15
20
25
30
CT (
Mg
/ha)
Estado: Inalterada
Rango:
Jov en
Adulto
Viejo
CARBONO TOTAL DE LA HOJARASCA
aB
aA
aA
bA
aA
bA aB
aA
aA
aA
bA bA
Las barras verticales indican intervalos
de confianza del 95%
Joven Adulto Viejo
Rango
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
CT (
Mg/h
a)
B
A
A
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Resultados y discusión
CARBONO SUELO MÁS HOJARASCA
Edad Rango
Cs+h
Bajo copa
(Mg/ha)
Cs+h
Fuera copa
(Mg/ha)
1 Joven 20,76 22,65
8 Joven 23,42 27,13
10 Joven 20,18 16,70
14 Joven 27,39 21,49
15 Joven 23,38 17,15
18 Joven 46,05 21,28
22 Joven 23,98 19,97
35 Adulto 46,88 24,03
35 Adulto 45,31 16,40
45 Adulto 44,83 19,62
47 Adulto 69,22 16,12
60 Viejo 65,52 19,04
70 Viejo 34,54 19,46
70 Viejo 59,19 20,28
75 Viejo 67,80 24,09
Las barras verticales indican intervalos
de confianza del 95,00%
Joven Adulto Viejo
Rango
10
20
30
40
50
60
70
80
Carb
ono B
ajo
copa (
Mg/h
a)
B
A A
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Resultados y discusión
INDICADORES BIOQUÍMICOS
C microbiano
Respiración
pH
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Conclusiones
La reforestación dio lugar a un incremento de Corg (ΔCorg) entre parcelas forestales y sus correspondientes agrícolas adyacentes, siendo mayor este incremento cuanto mayor es la edad de la repoblación.
La reforestación con Pinus pinea provocó una acidificación del suelo que fue mayor en los suelos bajo masas de mayor edad y repercutió en la actividad y biomasa microbiana edáfica.
El C acumulado en la hojarasca fue mayor a medida que las parcelas reforestadas tuvieron más edad, produciéndose una estabilización de la acumulación de carbono total existente en suelo más hojarasca (Csuelo+hojarasca) a partir de los 20-30 años de edad.
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Influencia del tipo de laboreo sobre la concentración de C orgánico
Corg
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Laboreo Tradicional Siembra Directa
Tipo de Laboreo
a
b
%
MONTES TOROZOS CAMPIÑA SEGOVIA
Corg
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Laboreo Tradicional Siembra Directa
Tipo de Laboreo
a
b
%
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LABOREO
Ca
cu
mu
lado
0 5
Parcela
A
B
C
D
E
0
200
400
600
800
1000
1200
L NL
LABOREO
Ca
cu
mu
lado
10
20
Parcela
A
B
C
D
E
0
100
200
300
400
500
600
L NL
LABOREO
Ca
cu
mu
lado
5 1
0
Parcela
A
B
C
D
E
270
370
470
570
670
L NL
Tipo de laboreo y contenido de C
orgánico
CAMPIÑA SEGOVIA
(g/m2), profundidad 0-5 cm.
(g/m2), profundidad 5-10 cm.
(g/m2), profundidad 10-20 cm.
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LABOREO
Ca
cu
mu
lado
0 5
Parcela
A
B
C
D
E
0
200
400
600
800
1000
1200
L NL
LABOREO
Ca
cu
mu
lado
10
20
Parcela
A
B
C
D
E
0
100
200
300
400
500
600
L NL
LABOREO
Ca
cu
mu
lado
5 1
0
Parcela
A
B
C
D
E
270
370
470
570
670
L NL
(g/m2), profundidad 0-5 cm.
(g/m2), profundidad 5-10 cm.
(g/m2), profundidad 10-20 cm.
Gráfico de Interacción
LABOREO
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
log1
0(O
lsen
prof
1020
)L NL
ParcelaABCDE
Gráfico de interación
LABOREO
Ols
enpro
f510
ParcelaABCDE
17
27
37
47
57
67
L NL
Gráfico de interacción
LABOREO
Ols
enpro
f05
ParcelaABCDE
20
30
40
50
60
L NL
P (mg/kg), profundidad 0-5 cm.
P (mg/kg), profundidad 5-10 cm.
Log P (mg/kg), prof. 10-20 cm.
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BURGOS
Influencia del Aporte de compost sobre la concentración de C orgánico
Parcela de muestreo en
zona quemada
Parcela de muestreo en zona
no quemada
Area de Pinus pinaster quemada, reforestada con Pinus Pinea
y aporte de compost en hoyo de plantación.
Incendio en Septiembre de 2004.
Muestreo de suelo en Abril 2007.
Situación antes del incendio
BURGOS
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COMPOSICIÓN
pH 7,55
Humedad 7,56 % (s.m. fresca)
Materia orgánica 52,26 % (s.m.seca)
Nitrógeno total 1,99 % (s.m.seca)
Nitrógeno amoniacal 0,30%(s.m.seca)
Fósforo asimilable 0,55 % (s.m.seca)
Potasio asimilable 0,95 % (s.m.seca)
Calcio en C.I.C 5,91 % (s.m.seca)
Magnesio en C.I.C. 0,55 % (s.m.seca)
Sodio en C.I.C. 0,66 % (s.m.seca)
Cobre 228,9 ppm (s.m.seca)
Zinc 612 ppm (s.m.seca)
Hierro 22.754 ppm (s.m.seca)
Manganeso 200 ppm (s.m.seca)
Cadmio no detectable
Cromo 46 ppm (s.m.seca)
Plomo 187 ppm (s.m.seca)
Níquel 46 ppm (s.m.seca)
HORIZONTES A Bw
Profundidad (cm) 0-20 20-40
Arena gruesa (%) 44,0 14,7
Arena fina (%) 18,2 12,1
Limo (%) 11,4 16,1
Arcilla (%) 26,4 57,2
Elementos gruesos (%) 8,7 12,8
Tierra fina (%) 91,3 87,2
Densidad aparente (g/cm3) 1,26 1,50
Densidad real (g/cm3) 3,29 2,41
Porosidad (%) 62 38
pH en H2O 7,6 7,9
pH en KCl 7,2 7,1
C.E. (µS/cm) 323 333
Corg (g/kg) 25,09 13,25
N (g/kg) 1,53 1,13
C/N 16,4 11,7
MOfox (%) 2,54 1,23
CaCO3 (%) 2,70 2,04
SB 100 100
Pasim (mg/kg) 5,2 1,2
CIC 16,8 26
K+ (cmolc/kg suelo) 0,38 1
Ca+2 (cmolc/kg suelo) 24 33
Mg+2 (cmolc/kg suelo) 0,71 1,53
HORIZONTES A Bw
Profundidad (cm) 0-20 20-40
Arena gruesa (%) 44,0 14,7
Arena fina (%) 18,2 12,1
Limo (%) 11,4 16,1
Arcilla (%) 26,4 57,2
Elementos gruesos (%) 8,7 12,8
Tierra fina (%) 91,3 87,2
Densidad aparente (g/cm3) 1,26 1,50
Densidad real (g/cm3) 3,29 2,41
Porosidad (%) 62 38
pH en H2O 7,6 7,9
pH en KCl 7,2 7,1
C.E. (µS/cm) 323 333
Corg (g/kg) 25,09 13,25
N (g/kg) 1,53 1,13
C/N 16,4 11,7
MOfox (%) 2,54 1,23
CaCO3 (%) 2,70 2,04
SB 100 100
Pasim (mg/kg) 5,2 1,2
CIC 16,8 26
K+ (cmolc/kg suelo) 0,38 1
Ca+2 (cmolc/kg suelo) 24 33
Mg+2 (cmolc/kg suelo) 0,71 1,53
SUELO
COMPOST
DISEÑO EXPERIMENTAL
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Influencia del Aporte de compost sobre la concentración de C orgánico
SUPERFICIAL (0-20cm) PROFUNDO (20-40cm)
b b
b
a a
a
b
ab a
b
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Influencia del Aporte de compost sobre la concentración de N orgánico
APLICACIÓN DOSIS PROFUNDIDADAG
(g/kg)AF
(g/kg)LIMO (g/kg)
ARCILLA (g/kg)
Testigo 0 Sup 1,13 1,00 1,39 2,43
Mezclado 3 Sup 1,00 1,58 1,51 2,30
Fondo 3 Sup 0,89 1,31 1,80 2,31
Testigo 0 Prof 0,68 0,89 1,11 2,08
Mezclado 3 Prof 1,16 1,17 1,13 2,04
Fondo 3 Prof 0,93 1,26 1,87 2,16
SUELO FRACCIONADO
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Proporción de C extraible con agua caliente por
tamaño de partícula
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Q Q-C4% NQ NQ-C4% C
Proporción de C extraible con NaOH-pirofosfato por tamaño de partícula
100%
Arcilla
Limo
MOP
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
Q Q-C4% NQ NQ-C4% C
Influencia del Aporte de compost sobre la concentración de C orgánico
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BIOMASA VEGETACIÓN ACOMPAÑANTE
APLICACIÓN DOSIS BIOMASA (g/m2) %
COBERTURA BIOMASA/SUP CUB
(g/m2)
Testigo 0 178,82 80 227,7
Mezclado 1,5 399,92 93,6 432,85
Fondo 1,5 304,44 94,2 320,77
Mezclado 3 350,15 95 367,98
Fondo 3 362,59 92,6 385,71
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CONCLUSIONES
La reforestación de suelos agrícolas permite recuperar en un plazo similar al de su uso los niveles originales de materia orgánica. El empleo de técnicas de laboreo de conservación provoca un efecto similar.
La reforestación de suelos degradados sin cobertura arbórea favorece la acumulación de materia orgánica en el suelo. El aporte de materia orgánica residual estabilizada podría acelerar la recuperación de estos suelos.
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