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Dinamica de la sombra de cordia alliodora en sistemas agroforestales con cafe en Tolima, Colombia.

Dynamic of Cordia alliodora's shade in agroforestry systems with coffee in Tolima, Colombia

INTRODUCCION

La caficultura en Colombia, es una de las actividades economicas mas importantes ya que ha contribuido con un 8,6 a 11,7% del PIB agricola entre el 2000 y 2010 y se estima la participacion de unas 560 000 familias cafeteras en el 2012 (SIC 2012). Para este estudio en particular, se considero el Municipio del Libano ya que es el segundo productor del Tolima, y a su vez es el tercer departamento con mayor produccion en el pais (FEDERACAFE 2016). Como antecedente se identifico que cerca del 50% de las 920 mil hectareas de cafetales en Colombia, se cultivan bajo algun tipo de sombrio (Farfan 2014), los cuales podrian aplicar al pago por servicios ecosistemicos o certificaciones de manera que esa condicion contribuya al incremento de ingresos de los productores (Segura y Andrade 2012).

Dentro de esos procesos ecositemicos, se consideran los sistemas agroforestales (SAF), que incorporan especies lenosas perennes a sus componentes tradicionales de produccion agropecuaria (Somarriba 1992, Nair 1993) que bien disenados son opciones de manejo sostenible en fincas agropecuarias. Estos sistemas pueden generar bienes y servicios que mejoran los medios de vida rurales (Beer et al. 2003). El manejo de la sombra es probablemente la interaccion biofisica mas importante en los SAF tropicales, principalmente en sitios sin epocas marcadas de deficit hidrico (Andrade et al. 2008). Por otra parte, el exito de sistemas mixtos tal como los agroforestales, dependen del balance entre interacciones negativas y positivas asi como la relacion cultivo-arboles, principalmente por la competencia de luz, agua y nutrientes (Jose et al. 2000).

En este particular, se ha considerado que la sombra para el cultivo de cafe genera beneficios productivos y ecologicos, tal como la conservacion de biodiversidad, mitigacion del cambio climatico y regulacion microclimatica (Perfecto et al. 1996, DaMatta y Rodriguez 2007, Andrade et al. 2014, Hager et al. 2014, Guzman et al. 2016) y adaptacion al cambio climatico (Perfecto et al. 2007, Tscharntke et al. 2011, Turbay et al. 2014). Otra razon importante para mantener arboles de sombra en plantaciones como los cafetales, es la produccion de frutas o madera, lo cual puede complementar los ingresos de los productores en epocas de precios bajos del cafe (Beer et al. 1998).

El entendimiento de la dinamica de la sombra es fundamental para su diseno y manejo (Somarriba 2002). El nivel optimo de sombra para los cultivos es multifactor ya que depende de la tolerancia a sombra y condiciones edaficas y climaticas (Muschler 1999). En Colombia, la FEDECAFE recomienda un 30% de sombra en cafetales, lo cual coincide con la maximizacion de la fijacion de carbono en biomasa en el Libano, Tolima, Colombia (Andrade et al. 2014). En contraste, la produccion de cafe puede reducirse un 39% al tenerse bajo una sombra del 60% de C. alliodora (Farfan y Urrego 2004). Igualmente la calidad de sombra expresado en terminos de area y densidad de copa (oclusion), que requiere de decisiones de manejo bien informadas (Tscharntke et al. 2011).

El objetivo del presente estudio fue evaluar la dinamica de la sombra de arboles individuales de nogal cafetero (Cordia alliodora) en el municipio del Libano, Tolima, Colombia. Adicionalmente, se presenta una herramienta practica para la estimacion, diseno y manejo de la sombra de esta especie arborea en los cafetales.

MATERIALES Y METODOS

El municipio se encuentra a 1565 m de altitud, 2235 mm de precipitacion anual y 19,1[grados]C de temperatura promedio. Los suelos de la zona de estudio son clasificados como Andisoles, con buenas caracteristicas fisicas, alta fertilidad y pendientes entre 25 y 60% (CIAT 2011). Libano contiene una alta variedad de sistemas de produccion que van desde el cafe en monocultivo y los SAF con musaceas, caucho (Hevea brasiliensis) y C. alliodora (Andrade et al. 2014).

Se seleccionaron 11 fincas sembradas de cafe con SAF de C. alliodora con una area minima de 1 ha, y arboles de 1 a 19 anos que presentaban diferente nivel de sombra. Dentro de estos, se escogieron aleatoriamente 50 individuos de la especie en estudio, los cuales eran tipicos y representativos de los encontrados en el sistema. La edad de cada individuo fue consultada a los productores. A cada individuo se le midio el diametro del tronco a la altura del pecho (dap) con cinta diametrica, 2 diametros de copa de la proyeccion vertical de la misma sobre el suelo (lineas verticales del borde de la copa hasta el suelo) y se tomaron 2 fotografias, hacia arriba completamente verticales, a la copa con una camara digital Canon EOS Rebel XS con un lente de 108[grados] de apertura. El area de copa se estimo como el circulo cuyo diametro es el promedio de los medidos.

Se estimo el area basal de cada arbol, a partir del area transversal del tronco a una altura de 1,3 m como un circulo, cuyo diametro es el dap. Las fotografias de la copa se analizaron con el software Gap Light Analyzer version 2.0 (GLA; Frazer et al. 1999), con la estimacion de la oclusion, la cual se define como la fraccion de suelo en el cual la copa intercepta los rayos solares (Bellow y Nair 2003). El area de analisis de cada fotografia incluyo solo la copa de ese individuo, sin tener traslapes con otras copas. El area de sombra por arbol se estimo como el producto del area de copa y el factor de oclusion.

Se probaron 14 modelos de regresion no lineal para encontrar la ecuacion de mejor ajuste que describiera el crecimiento de la sombra de los arboles en funcion de su edad. En la seleccion del modelo de mejor ajuste se considero aquel que tuviera el menor valor del cuadrado medio del error (CME) y los Criterios de Informacion de Akaike (AIC) y Bayesiano (BIC). De la misma forma, se graficaron los 3 mejores modelos con base en los criterios mencionados y se observo su logica biologica y se realizo el ajuste de los datos. Se estimo el indicador Ab/As, resultado del cociente entre area basal y area de sombra, que indica el potencial volumen de madera que produce por unidad de sombra que proporciona al cultivo. Entre mayor sea este indicador mayor es el potencial de produccion de madera en funcion del area de sombra generada al estrato inferior del sistema de produccion. Todos los analisis estadisticos fueron desarrollados en Infostat.

Adicionalmente, se desarrollo una herramienta basica y de facil empleo que facilita estimar la densidad de arboles de C. alliodora en funcion de su edad y la sombra deseada para el cafetal. La herramienta fue disenada con el modelo de mejor ajuste generado, que estima la sombra en funcion de la edad de los arboles. Esto permite que los productores puedan tomar decisiones sobre el manejo de la sombra con esta especie arborea en sus cafetales.

RESULTADOS Y DISCUSION

Se encontro que los arboles tenian un area de copa promedio de 60,4 [m.sup.2] (4,8 - 205,4 [m.sup.2]) con un factor de oclusion de la copa de 0,79. Es decir, la copa obstruye el 79% de la radiacion incidente sobre la copa, para dejar un 21% de claros. La oclusion encontrada en este estudio coindice con lo manifestado por productores de cafe en Costa Rica, quienes afirman que la copa de C. alliodora es abierta (Cerdan et al. 2012), lo cual se confirma con la estimacion de su coeficiente de extincion de radiacion solar de 0,63 (Castano et al. 2013). En promedio, se encontro que cada arbol incrementa anualmente su area de sombra en 4,1 [m.sup.2]. Esta informacion es clave para el manejo de la sombra ofertada por esta especie.

En el Cuadro 1 se detallan los modelos de regresion no lineal que fueron probados para encontrar el de mejor ajuste. El modelo hiperbolico resulto ser el que mejor se ajusto a los datos colectados, ya que presento los menores valores de cuadrado medio del error y de los Criterios de Informacion de Akaike y Bayesiano (Cuadro 1; Figura 1). De la misma forma, dentro del rango de edades estudiado (1 a 19 anos), la curva trazada por este modelo sigue una logica biologica. Este modelo describe la dinamica del area de sombra de arboles individuales, y muestra que el mayor incremento en la sombra se alcanza en arboles menores de 5 anos (5,1 a 5,8 [m.sup.2].[individuo.sup.-1]. [ano.sup.-1]; Figura 1). Este valor se disminuye conforme el arbol crece, hasta llegar cerca de 3,0 [m.sup.2].[individuo.sup.-1].[ano.sup.-1] en arboles de 20 anos.

En general, el comportamiento del area basal en funcion del area de sombra, dado por la relacion Ab/As, es constante en los arboles jovenes ([menor que o igual a]14 anos): 20 [cm.sup.2]/[m.sup.2] (Figura 2). En contraste, los arboles mayores tienden a tener relaciones Ab/As mas variables: 62,715,3 [+ o -] [cm.sup.2]/[m.sup.2] (Figura 2). Esta tendencia general coincide con los planteamientos de Hemery et al. (2005), quienes afirman que la relacion entre el diametro de copa y el del tronco son altos en arboles jovenes y se reduce al aumentar el tamano de tronco. En contraste, en plantaciones de C. alliodora en Costa Rica no se encontro un efecto de la densidad (> 100 arboles.[ha.sup.-1]) en la relacion entre el diametro de copa y dap pero si con la edad (Hummel 2000), similares supuestos fueron empleados por Canadas et al. (2012).

Los resultados de este estudio indican que para el mismo nivel de sombra, es preferible tener menos arboles de tamano grande (16 o mas anos) que arboles pequenos. Con los arboles grandes se puede obtener una mayor area basal al mismo nivel de sombra, lo que implica un mayor potencial de volumen de madera y almacenamiento de carbono en biomasa. Andrade et al. (2012) reportan valores similares a los encontrados en este estudio para las especies maderables en bosques secundarios del Caqueta, Colombia: Capirona sp. Vitex sp. Sapium glandulosum, Cecropia putumayonis, Grias neuberthii y Xanthosoma sagittifolium con un Ab/As de 81, 79, 77, 76, 69 y 69 [cm.sup.2]/[m.sup.2], respectivamente.

Se observa una alta variabilidad del indicador Ab/As en aquellos arboles con 18 anos (Figura 2). Esta diferencia en la tendencia para esta edad puede obedecer a que estos arboles se encontraban en un SAF de alta densidad arborea, lo cual reduce el area de copa por competencia de espacio con los arboles vecinos (Seidel et al. 2016). Verman et al. (2014) argumentan que las relaciones entre las dimensiones de la copa y del tronco se afectan en relacion con la densidad arborea. Sin embargo, esto resulta contradictorio con lo manifestado por Hummel (2000), quien afirma que la relacion entre los diametros de copa y del tronco no se afectan por la densidad arborea.

La Figura 3 es el elemento central de la herramienta para el diseno y manejo de la sombra de C. alliodora en cafetales del Libano. Dicha herramienta permite estimar la densidad de los arboles de esta especie en una edad especifica. Cabe senalar que el primer paso para su utilizacion se sustenta en determinar el area de sombra que se planea ofrecer al cafetal; previamente se deben conocer las caracteristicas del sitio, el material genetico y estado fenologico de los cafetos (Somarriba 2002). Posteriormente, se busca la edad de los arboles en el eje X y se recorre la vertical hasta encontrar la sombra en las curvas, la cual arroja en el eje de las Y la densidad necesaria de C. Alliodora, es decir, debe encontrarse la curva en la cual, la edad y la sombra necesaria se interceptan.

Por ejemplo, si un productor desea suministrar a un cafetal una sombra del 25% con arboles de 12 anos, entonces tendria que tener cerca de 42 arboles.[ha.sup.-1] (Figura 3), en cambio otro productor, en un sitio marginal bajo, por ejemplo necesita 35% de sombra con arboles de 15 anos, en este caso, se establecerian 54 arboles. [ha.sup.-1] (Figura 3). Cabe senalar que esta herramienta en su forma actual, funciona para SAF con rodales de C. alliodora coetaneos, es decir, de la misma edad.

Diversos investigadores han estudiado la sombra de C. alliodora en cafetales; Andrade et al. (2014) han encontrado un 40% de sombra en el Libano, Tolima, Colombia. Bellow y Nair (2003) encontraron resultados identicos con arboles de 3 a 9 anos en Costa Rica.

Righi et al. (2008) afirman que las plantas de cafe toleran una reduccion de la radiacion del 50% sin una caida en el crecimiento e indice de area foliar.

Varios autores han encontrado que la sombra de C. alliodora reduce entre 22 y 50% la produccion de cafe (Glover 1981, Beer et al. 1985, Detlefsen 1988, Farfan y Urrego 2004). En contraste, Soto-Pinto et al. (2000) no encontraron efecto de la sombra en la produccion de cafe en Chiapas, Mexico; mientras que Beer et al. (1985) detectaron que la produccion de cafe bajo nogal (278 arboles.[ha.sup.-1]) se redujo 28% respecto a bajo sombra de Erythrina sp. (555 arboles.[ha.sup.-1]). Staver et al. (2001) afirman que la produccion de cafe se maximiza con sombras entre 35 y 65%. A pesar de estos hallazgos, muchos productores consideran que la sombra que genera C. alliodora es alta y dificil de manejar (Cerdan et al. 2012).

Ademas de encontrar una diversidad de sombra de C. alliodora en cafetales, se han reportado diversos efectos de esta en el desarrollo y produccion de cafe mientras que el efecto sobre la calidad no es tan claro pues resultados contrastantes se observan segun las condiciones del cafetal y del sitio (Bosselmann et al. 2009).

CONCLUSIONES

La copa de los arboles de C. alliodora presento una oclusion del 0,79, lo cual indica que el sol deja pasar el 21% de la radiacion al estrato herbaceo. Esta informacion es clave para el diseno y manejo de la sombra en sistemas forestales y agroforestales que incluyan esta especie. El modelo de regresion no lineal hiperbolico fue el que mejor ajusto los datos recabados, y ademas explica de mejor manera, la dinamica de la sombra de esta especie a lo largo de su ciclo de vida.

Se plantea una relacion entre el area basal y el area de sombra de los arboles de esta especie, la cual indica el volumen potencial de madera que puede producir un arbol por unidad de area de sombra que proyecta al estrato bajo. Los arboles grandes parecen ser mas eficientes por su mayor relacion, es decir, producirian mas volumen de madera al ofrecer la misma sombra. Finalmente, este estudio desarrollo una herramienta simple y de facil utilizacion dirigida a productores cafeteros del area de estudio.

Recibido: 29/03/16

Aceptado: 01/08/16

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su agradecimiento al Comite Central de Investigaciones de la Universidad del Tolima por financiar el Proyecto de Investigacion No. 260210, en el marco del cual se desarrollo el presente estudio. A la Federacion Nacional de Cafeteros, Sede Libano, Tolima y principalmente a los caficultores de la zona de estudio. Se expresan los mas sinceros agradecimientos a Laura Melo y Daniel Machado, quienes apoyaron en la colecta parcial de datos en campo.

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Hernan Jair Andrade (1) *, Milena Andrea Segura **

(1) Autor para correspondencia. Correo electronico: hjandrade@ut.edu.co

* Universidad del Tolima, Facultad de Ingenieria Agronomica, Colombia.

** Universidad del Tolima, Facultad de Ingenieria Forestal, Colombia.

Leyenda: Fig. 1. Comportamiento del area de sombra de arboles individuales de C. alliodora en funcion de la edad en cafetales del Libano, Tolima, Colombia.

Leyenda: Fig. 2. Dinamica del indicador Ab/As en arboles individuales de C. alliodora en funcion de la edad en cafetales del Libano, Tolima, Colombia.

Leyenda: Fig. 3. Herramienta para la estimacion de la densidad de arboles de C. alliodora (individuos.[ha.sup.-1]), demarcados con las curvas en el cuerpo de la figura, de cada edad necesarios para lograr cierto nivel de sombra en cafetales del Libano, Tolima, Colombia. Las curvas de 10 a 120 se refieren a la densidad de arboles de cada edad necesarios para alcanzar el nivel de sombra.
Cuadro 1. Ajuste de los modelos de regresion no lineal probados
para encontrar el de mejor ajuste que describa el area de sombra
en funcion de la edad de Cordia alliodora en cafetales
del Libano, Tolima, Colombia.

Modelo            Ecuacion                      CME      AIC     BIC

Hiperbolico       E As = 280,0 *               670,5    471,3   477,0
                    E/(47,6 + E)
Monomolecular     As = 187,8 * (1 - 0,99       684,7    473,2   480,9
                    * [e.sup.(-0,03*E)]
Gompertz          [EXPRESION MATEMATICA        686,2    473,4   481,0
                    IRREPRODUCIBLE EN ASCII]
Logistico         As = 79,8/(1 + 8,38          688,6    473,5   481,2
                    * [e.sup.(-0,14*E)])
Dos tramos        As = 3,23 + (4,52*E) *       695,0    474,9   484,5
                    (E < 14,0) + (4,5 * 14,0
                    + 2,15 * (E - 14,0))
                    * (E [mayor que o
                    igual a] 14,0)
4 P-L             As = 171,0 + -166,9/         699,6    475,2   484,8
                    [1+[(E/22,2).sup.1,26]]
Richards          [EXPRESION MATEMATICA        699,7    475,3   484,8
                    IRREPRODUCIBLE EN ASCII]
Gompertz con      [EXPRESION MATEMATICA        699,7    475,3   484,8
  corrimiento       IRREPRODUCIBLE EN ASCII]
Logistico con     [EXPRESION MATEMATICA        699,9    475,3   484,8
  corrimiento       IRREPRODUCIBLE EN ASCII]
Exponencial       As = 19,87 *                 703,7    473,7   479,4
                    [e.sup.(0,08*E)]
Exponencial       As = 20,2 *                  703,7    473,7   479,4
  derivada          [e.sup.(0,08*E)]
5P-L              [EXPRESION MATEMATICA        715,2    477,3   488,7
                    IRREPRODUCIBLE EN ASCII]
Doble logistico   As = 2,5 + 169,8/(1 + 1,08   766,3    483,2   500,5
                    * [e.sup.(-0,03*
                    (E - 6,02))])
                    - 169,8/(1 + 4,5
                    [e.sup.(0,09
                    *(E - 14,0)])
Monomolecular     [EXPRESION MATEMATICA        1134,5   497,6   503,3
  derivada          IRREPRODUCIBLE EN ASCII]

As: area de sombra ([m.sup.2]/arbol); E: edad (anos);
CME: cuadrado medio del error;
AIC: Criterio de Informacion de Akaike;
BIC: Criterio Bayesiano de Informacion.
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Author:Jair Andrade, Hernan; Segura, Milena Andrea
Publication:Agronomia Costarricense
Date:Jul 1, 2016
Words:4551
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