00_acumulacion de Carbono en El Suelo Reforestacion Pino

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Recibido: Noviembre, 2006. Aprobado: Agosto, 2007.Publicado como ARTCULO en Agrociencia 41: 711-721. 2007.

RESUMEN

La transferencia de carbono estabilizado de la vegetacin al

suelo es un proceso importante para abatir las concentraciones

elevadas de CO2 atmosfrico. El objetivo de este trabajo fue

calcular la masa de nuevo carbono orgnico del suelo (NCOS)

incorporada como resultado del establecimiento de reforesta-ciones con Pinus michoacana. Se estudiaron parcelas con culti-

vo de maz, en las cuales una porcin del rea se reforest con

pino. La cantidad de NCOSse calcul a partir de las diferen-

cias en composicin de istopos (13C) del suelo y tejido vege-

tal, en una cronosecuencia, con el modelo simple de mezclas.

Los resultados indicaron diferencias estadsticas (p0.001) en

13Centre el grupo de parcelas de maz y las reforestaciones.

La proporcin de NCOS fue 62 y 18%, en las profundidades

de 0-5 y 5-10 cm en reforestaciones de 20 aos. El ajuste de los

datos por densidad aparente y el uso de un modelo cuadrtico

indic que la masa promedio de incorporacin de NCOS es

11.2 y 2.30 Mg ha1 a los 20 aos, y tasas de acumulacin de

0.561 y 0.11 Mg ha1 ao1 en las mismas profundidades. No

se encontr NCOS desde pinos en profundidades mayores a

10 cm, lo que sugiere una dinmica de carbono ms alta en el

suelo superficial.

Palabras clave: 13C, cronosecuencias en andosoles, istopos esta-

bles, materia orgnica del suelo.

INTRODUCCIN

La acumulacin de carbono orgnico en el sue-lo (COS) es un proceso importante para mi-

tigar efectos del cambio climtico, ya que elsuelo, adems de ser un sumidero, es un reservoriode carbono estabilizado (Arnalds, 2004; Etchevers etal., 2006). Los aspectos del ciclo del carbono estu-diados en Mxico estn asociados principalmente ala biomasa area (Acosta-Mireles et al., 2002, Se-

ppnen, 2002; Garca-Oliva y Masera, 2004), peropoco se conoce sobre la dinmica de acumulacin de

ACUMULACIN DE CARBONO ORGNICO EN EL SUELOEN REFORESTACIONES DE Pinus michoacana

ACCUMULATION OF SOIL ORGANIC CARBON IN Pinus michoacana REFORESTATIONS

Salomn Luis-Meja1, Armando Gmez-Guerrero1, Jorge D. Etchevers-Barra2,

Gregorio ngeles-Prez1

, Miguel A. Lpez-Lpez1

y William R. Horwath3

1Forestal, 2Edafologa. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Carretera Mxico-Texcoco km. 36.5. Montecillo, Estado de Mxico. ([email protected]) ([email protected])([email protected]) ([email protected]) ([email protected]). 3Universidad de California.Campus Davis, EE.UU. ([email protected])

ABSTRACT

The transfer of stable carbon from vegetation to the soil is

an important process for reducing elevated concentrations

of atmospheric CO2. The objective of the present study was

to calculate the mass of new soil organic carbonic (NSOC)

incorporated as a result of the establishment of reforestationwith Pinus michoacana. Plots sown with corn were studied,

in which a portion of the area was reforested with pine.

The amount of NSOCwas calculated from the differences in

composition of isotopes (13C) from the soil and plant tissue,

in a chronosequence, with the simple mixture model. Results

indicated statistical differences (p0.001) in 13C between

the group of corn plots and the reforestations. The amount

ofNSOCwas 62 and 18%, in the depths of 0-5 and 5-10 cm

in reforestations of 20 years. The fit of the data by apparent

density and the use of a quadratic model indicated that the

average mass ofNSOCincorporation is 11.2 and 2.30 Mg ha1

at 20 years, and the accumulation rates are 0.561 and 0.11

Mg ha1 year1 at the same depths. No NSOCfrom pine was

found at depths of over 10 cm, which suggests a higher carbon

dynamic in the superficial soil.

Key words: 13C, chronosequences in andisols, stable isotopes, soil

organic matter.

INTRODUCTION

The accumulation of soil organic carbon (SOC)is an important process for mitigating theeffects of climatic change, given that the soil,in addition to being a sink, is a reservoir of stablecarbon (Arnalds, 2004; Etchevers et al., 2006). Theaspects of the carbon cycle that have been studiedin Mxico are mainly associated with abovegroundbiomass (Acosta-Mireles et al., 2002; Seppnen, 2002;Garca-Oliva and Masera, 2004), but little is knownof the dynamics ofSOCaccumulation (Garca-Olivaand Masera, 2004). Therefore the present study wasaimed toward to calculate the recently incorporatedSOC fraction as the result of the establishment of


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AGROCIENCIA, 1 de octubre - 15 de noviembre, 2007

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COS (Garca-Oliva y Masera, 2004). Por tanto, elpresente trabajo se orient a calcular la fraccin deCOS de reciente incorporacin como resultado delestablecimiento de reforestaciones de pino. Este co-nocimiento puede contribuir al mejor entendimientode la dinmica de carbono por cambios de uso desuelo de agrcola a forestal y de los impactos de unareforestacin como un servicio ambiental.

El objetivo del presente estudio fue calcular lafraccin de nuevo carbono del suelo y su tasa de in-corporacin en reforestaciones con Pinus michoacana

utilizando la fraccin de istopos de carbono 13C/12Cdel suelo. La metodologa se basa en las diferencias decomposicin de istopos de carbono (13C) de plantastipo C3 y C4 (Yoneyama et al., 2001; Resh et al., 2002;Bekele y Hudnall, 2003). El valor 13Cse refiere a laconcentracin de un istopo en un material (Petersony Fry, 1987; Ehleringer y Rundel 1989) y se definecomo: 13 1000C R R R= ( ) muestra standard standard / ,

donde 13C es la composicin isotpica de carbonoen partes por mil (),Rmuestra yRstandard son la pro-

porcin isotpica (13C/12C) en la muestra y el estn-dar (Balesdent et al., 1987; Balesdentet al., 1988;Boutton, 1991a). Los valores de 13C indican la di-ferencia en contenido de 13Cde una muestra, respec-to al estndar que es un fsil de carbonato de calcio(Belemnitella americana) de la formacin cretcicaPee Dee en Carolina del Sur (Boutton, 1991a); la frac-cin Rstandard es 0.0112372 (Craig, 1957). Un valorabsoluto de 13Cmayor indica ms enriquecimientode 13C.

El ingreso de carbono de una planta C3 donde habaun cultivo C4, se calcula con la fraccin de istopos (A)

expresada de la forma A C C C= +( ) 13 12 13/ . Estasdos fuentes de carbono en (A) con diferente fraccin deistopos sonA X A X A= ( ) + ( ) / / ,100 1 1001 0 donde A es la fraccin de carbono en un tiempo t;

X/100 representa la fraccin de carbono que provienede la vegetacin C3;A0 es la fraccin de tomos decarbono en el tiempo cero (carbono en el suelo delcultivo C4);A1 es la fraccin de tomos de carbonode la planta C3 (Balesdentet al., 1987). Por tanto:

X A A A A/ /100 0 1 0= ( ) ( ) (1)

Debido a que A y 13C tienen una relacin lineal(Balesdentet al., 1987), la Ecuacin 1 puede expresarseen trminos de:

13 0 1 0100C X/ /( ) ( ) ( ) (2)

Para realizar el trabajo se emple una secuenciacronolgica de parcelas agrcolas cultivadas con maz

pine reforestations. This knowledge can contribute toa better understanding of the carbon dynamics dueto changes in land use from agriculture to forest andof the impacts of a reforestation as an environmentalservice.

The objective of the present study was tocalculate the fraction of new soil carbon and itsincorporation rate in reforestations with Pinusmichoacana using the fraction of carbon isotopes13C/12C of the soil. The methodology is based onthe differences in composition of carbon isotopes(13C) of type C3 and C4 plants (Yoneyama etal., 2001; Resh et al., 2002; Bekele and Hudnall,2003). The value 13C refers to the concentrationof an isotope in a material (Peterson and Fry, 1987;Ehleringer and Rundel, 1989) and is defined as:13 1000C R R R= ( ) sample standard standard / , where13Cis the isotopic composition of carbon in parts perthousand (%),Rsample andRstandard are isotopic ratio

(13C/12C) in the sample and the standard (Balesdentet al., 1987; Balesdentet al., 1988; Boutton, 1991a).The values of 13C indicate the difference in 13Ccontent of a sample, with respect to the standardwhich is a calcium carbonate fossil (Belemnitellaamericana) of the Cretaceous Pee Dee formation inSouth Carolina (Boutton, 1991a); the fractionRstandardis 0.0112372 (Craig, 1957). A higher absolute valueof13Cindicates more enrichment of13C.

The input of carbon from a C3 plant wherethere had been a C4 crop, is calculated with thefraction of isotopes (A) expressed in the form

A C C C= +( ) 13 12 13

/ . These two sources ofcarbon in (A) with different fraction of isotopes areA X A X A= ( )+ ( ) / / ,100 1 1001 0 whereA isthe carbon fraction in a time t;X/100 represents thecarbon fraction from C3 vegetation;A0 is the fractionof carbon atoms in the zero time (carbon in the soil ofcrop C4);A1 is the fraction of carbon atoms of the C3

plant (Balesdentet al., 1987). Therefore:

X A A A A/ /100 0 1 0= ( ) ( ) (1)

Because A and 13C have a linear relationship(Balesdentet al., 1987), Equation 1 can be expressed

in terms of:

13 0 1 0100C X/ /( ) ( ) ( ) (2)

To carry out the work, a chronological sequencewas used of agricultural plots sown with corn (C4

plant) in which a portion of the area was reforestedwith P. michoacana (C3 plant). Corn and pine havetissue with different 13C (Trouve et al., 1994),and thus with the fraction of carbon isotopes, the


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ACUMULACIN DE CARBONO ORGNICO EN EL SUELO EN REFORESTACIONES DE Pinus michoacana

713LUIS-MEJA et al.

(planta C4) en las cuales una porcin del rea fuereforestada con P. michoacana (planta C3). El mazy el pino tienen tejido con diferente 13C(Trouve etal., 1994), y sto hace que con la fraccin de isto-

pos del carbono, se obtenga la diferencia en 13Cy elnuevo carbono aportado por el pino que entra al sue-lo. Este trabajo es el primer estudio desarrollado enMxico para conocer el potencial de captura de car-bono del suelo en reforestaciones de P. michoacana,y los resultados son relevantes para cuantificar losimpactos de las reforestaciones en los servicios am-bientales.

MATERIALESY MTODOS

Seleccin de sitios

Se identificaron parcelas reforestadas con P. michoacana de

5, 9, 10, 12, 15, 18 y 20 aos, con densidades de 625 a 1100

rboles ha1

. Se tom como condicin especial que fuese posibleidentificar la parcela donde se estableci la reforestacin y el rea

de la parcela de referencia, es decir aquella donde se cultiva maz.

Esta condicin particular era indispensable porque con las diferen-

cias de 13Cdel suelo entre la parcela reforestada y la de referen-

cia se calcula el aporte de nuevo carbono en el suelo proveniente

de pino.

Se entrevist a los dueos de las parcelas para conocer los

antecedentes de manejo y se seleccionaron aquellas que nunca re-

cibieron aportes de abono orgnico. Se realiz un pre-muestreo

con 5 repeticiones de suelo al azar a una profundidad de 15 cm, en

intervalos de 5 cm. Se prepar la muestra y se envi al laboratorio

para analizar 13C. El criterio para la seleccin de parcelas fue que

el historial de manejo fuera coherente con los anlisis de 13Cycontenido de materia orgnica del suelo.

Caractersticas de los sitios

Las siete reforestaciones estudiadas se localizan en las regiones

de Ptzcuaro, Salvador Escalante y Tzurumtaro, en Michoacn,

Mxico. La topografa es moderada con pendientes de 5% a 25%.

Los suelos son Andosoles y se caracterizan por su alta erosionabi-

lidad, baja densidad aparente, alta retencin de fsforo y humedad,

y un desarrollo incipiente de estructura (Etchevers et al., 2006). El

clima de la zona es C(W), templado subhmedo con lluvias en ve-

rano. La temperatura promedio anual es 15.7 C y la precipitacin

anual 1200 mm (INEGI, 2005).

Muestreo

En las siete parcelas (referencia y reforestadas) se estableci un

transecto de muestreo con cinco estaciones. El transecto se orient

en forma diagonal dentro del polgono de la parcela, sin que las

estaciones estuvieran dentro de la primera fila de rboles para evitar

el efecto de orilla. En cada estacin se obtuvieron tres submuestras,

difference in 13C and the new carbon supplied bythe pine that enters the soil is obtained. This workis the first study developed in Mxico to learn the

potential of soil carbon sequestration in reforestationsof P. michoacana, and the results are relevant forquantifying the impacts of the reforestations on the

environmental services.MATERIALSAND METHODS

Site selection

Plots reforested with P. michoacana were identified of 5, 9, 10,

12, 15, 18 and 20 years, with densities of 625 to 1100 trees ha1.

It was taken as a special condition that it be possible to identify

the plot where the reforestation was established and the area of the

reference plot, that is, the one where corn is grown. This particular

condition was indispensable, because with the differences of 13C

of the soil between the reforested plot and the reference plot, the

addition of new carbon in the soil from pine is calculated.The owners of the plots were interviewed to know the

management antecedents, and a selection was made of those that had

never received organic carbon. A random pre-sampling was made

with 5 replicates of soil at a depth of 15 cm, in intervals of 5 cm. The

sample was prepared and sent to be analyzed for 13C. The selection

criterion of plots was that the management history was coherent with

the analyses of13Cand content of organic matter of the soil.

Site characteristics

The seven reforestations under study are located in the regions

of Ptzcuaro, Salvador Escalante and Tzurumtaro, in Michoacn,

Mxico. The topography is moderate with slopes from 5% to 25%.The soils are Andisoles and are characterized by high erosionability,

low apparent density, high retention of phosphorus and moisture,

and an incipient development of structure (Etchevers et al., 2006).

The climate of the zone is C(W), sub-humid temperate with rains in

summer. The average annual temperature is 15.7 C and the annual

precipitation is 1200 mm (INEGI, 2005).

Sampling

In the seven plots (reference and reforested) a sampling transect

was established with five stations. The transect was oriented

diagonally within the polygon of the plot, without having the stations

be in the first row of trees to avoid the edge effect. In each station,

three subsamples were obtained, within a radius of 3 m, which were

mixed in a container, placed in labeled plastic bags and a compound

sample was obtained; that is, the total number of subsamples per

transect was 15. The sampling depth was at intervals of 5 cm, up

to 10 cm. Greater depths were not considered because the results

of the pre-sampling for the plot selection indicated that that the

reforestations under study have had no impact on the soil carbon

deeper than 10 cm.


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The samples obtained for 13C and apparent density were

obtained with a sampler of soil nuclei with an AMS sliding

hammer, with three stainless steel cylinders of 55 cm diameter

and height. Random samples were taken in the sampling stations of

branches, leaves, bark and wood from four pine trees and then were

placed in labeled paper bags to determine an average value of13C

in the pine biomass.

As an indicator of the presence of carbonates (inorganic carbon)

in the soil, the reactivity to hydrochloric acid (HCl, 5%) was tested,

and the pH was measured. None of the samples reacted to the HCl,

nor had values of pH higher than 7, which suggested scant or null

presence of carbonates, and therefore, washing the soil with HCl

was not justified (Yoneyama et al., 2001).

Analysis of vegetable samples

The collected vegetable samples were dried at 70 C in an

oven with forced air circulation, ground in a conventional mill,

grouped per reforested plot, mixed and sieved with a 1 mm mesh.

For greater homogenization, the samples were pulverized in a ballmill at 120 rpm during 36 h and were sieved with a 0.05 mm mesh.

Then, 1.5 mg of pulverized sample was weighed and placed in a

tin capsule. The capsules were manually sealed using forceps, and

contamination among samples was avoided. The capsules were sent

to the Isotope Laboratory of the University of California, Davis,

U.S.A., to determine 13Cand carbon content.

Analysis of soil samples

The soil analyses included: 1) determination of 13C; 2)

determination of total carbon; 3) apparent density. To analyze 13C,

the samples were dried at 70 C during 72 h, were sieved in a

mesh of 2 mm, and the fine roots that passed through this meshwere removed using forceps. The sample was pulverized in a ball

mill at 120 rpm during 20 h. A previous analysis was carried out

to determine the percentage of total organic carbon in order to

prepare samples in tin capsules that contained approximately 800

g of carbon. The above was carried out given the specifications of

optimum functioning of the spectrophotometry equipment.

The soil nuclei collected in the field were dried at 105 C for

24 h. The relationship mass/volume was determined with the dry

weight of the soil and the volume of cylinders of 55 cm. No

stones appeared in any of the samples.

Determination of soil organic carbon

The fraction of new soil carbon (NSC) was calculated with

Equation 2, which represents a simple mixture model (Trouve et

al., 1994; Yoneyama et al., 2001; Bernoux et al., 1998). The

formula is: NSC= ( ) ( ) 0 1 0/ , where: NSC = fraction

corresponding to the new carbon in the soil; =13Cof the soil at

the time of evaluation; 0= 13Cof the soil in zero time (reference

plot); 1=13Cof the source that transfers new carbon to the soil

(pine biomass).

dentro de un radio de 3 m, las cuales se mezclaron en un recipiente,

se colocaron en bolsas de plstico identificadas y se obtuvo una

muestra compuesta; es decir, el nmero total de submuestras por

transecto fue 15. La profundidad de muestreo fue a intervalos de

5 cm, hasta 10 cm. No se consideraron profundidades mayores

porque los resultados del premuestreo para la seleccin de parcelas

indicaron que las reforestaciones estudiadas no han tenido impacto

en el carbono del suelo a ms de 10 cm.

Las muestras obtenidas para 13Cy densidad aparente se ob-

tuvieron con un muestreador de ncleos de suelo con martillo

deslizable AMS, con tres cilindros de acero inoxidable de 55

cm de dimetro y altura. En las estaciones de muestreo se tomaron

muestras aleatorias de ramas, hojas, corteza y madera de cuatro

rboles de pino y se colocaron en bolsas de papel identificadas

para determinar un valor promedio de 13C en la biomasa de

pino.

Como un indicador de la presencia de carbonatos (carbono in-

orgnico) en el suelo, se prob la reactividad al cido clorhdrico

(HCl, 5%) y se midi el pH. Ninguna muestra reaccion al HCl,

ni tuvo valores de pH mayores que 7, lo que sugiri escasa o nulapresencia de carbonatos y, por tanto, no se justific el lavado del

suelo con HCl (Yoneyama et al., 2001).

Anlisis de muestras vegetales

Las muestras vegetales recolectadas se secaron a 70 C en una

estufa con circulacin forzada de aire, se molieron en un molino

convencional, se agruparon por parcela reforestada, se mezclaron

y se tamizaron con una malla de 1 mm. Para mayor homogeneiza-

cin, las muestras se pulverizaron en un molino de balines a 120

rpm durante 36 h y se tamizaron con una malla de 0.05 mm. Se

pes 1.5 mg de muestra pulverizada y se coloc en una cpsula de

estao. Las cpsulas se sellaron manualmente usando frceps, seevit la contaminacin entre muestras y se enviaron al Laboratorio

de Istopos de la Universidad de California, Davis, EE.UU., para

determinar 13Cy contenido de carbono.

Anlisis de muestras de suelos

Los anlisis de suelo incluyeron: 1) determinacin de 13C; 2)

determinacin de carbono total; 3) densidad aparente. Para anali-

zar 13C, las muestras se secaron a 70 C por 72 h, se tamizaron

en una malla de 2 mm y las races finas que pasaron esta malla

se removieron con frceps. La muestra se pulveriz en un molino

de balines a 120 rpm por 20 h para obtener el paso por una ma-

lla de 0.05 mm. Se realiz un anlisis previo para determinar el

porcentaje de carbono orgnico total a fin de preparar muestras en

cpsulas de estao que contuvieran aproximadamente 800 g de

carbono. Lo anterior, dadas las especificaciones de funcionamien-

to ptimo del equipo de espectrofotometra.

Los ncleos de suelo recolectados en campo se secaron a 105

C por 24 h. La relacin masa/volumen se determin con el peso

en seco del suelo y el volumen de cilindros de 55 cm. En ningn

caso se presentaron piedras dentro de las muestras.


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715LUIS-MEJA et al.

Figura 1. Valor promedio de la 13Cdel carbono orgnico delsuelo en las parcelas de referencia y reforestadas a 10cm de profundidad. Las barras verticales muestran ladesviacin estndar.

Figure 1. Average value of the 13Cof the organic soil carbon inthe reference plots and reforestations at 10 cm depth.Vertical bars show the standard deviation.

The mass of soil organic carbon (SOC) at a determined

depth was calculated with the following equation:

SOC Fsc Da Fp= ( ) ( ) ( )( )Pr 1 10 000 , where SOC =organic carbon in Mg ha1;Fsc= fraction of soil organic carbon

(adimensional);Da= apparent soil density in Mg m3; Pr= soil

depth in m (0.05 m per layer);Fp= stone fraction (adimensional);

10 000 = conversion factor from m2 to ha1.

The mass of new carbon from the pine reforestation (NSOC)

was calculated with the following formula:NCOS= COSNCS.

RESULTSAND DISCUSSION

Dynamics of13C

The average value of13Cof the reference plotswas 21.27 and21.00, at the depths of 0-5 and5-10 cm, and22.97 and21.71 in the reforested

plots at the same depths. The t test indicated that thevalues of 13C of the group of reference plots and

of the reforestation plot were statistically different atboth depths (p0.0001; p0.001). The differenceswere 1.7, and 0.70 (Figure 1).

As the reference plots presented values of 13Cin the interval of20.9 to 21.64 and20.71 to21.29 at the depths of 0.5 and 5-10 cm; a meanvalue was taken as reference because it is a location

parameter and there is greater frequency of the dataaround the mean. The change of 13C among plotswas considered to know the exact dilution suppliedby the new source of less enriched carbon. The meanvalue (zero time) was 21.27 and21.00 at thedepths 0-5 and 5-10 cm (Figure 2). The model of

Determinacin del carbono orgnico del suelo

La fraccin de nuevo carbono del suelo (NCS) se determin con

la Ecuacin 2 que representa un modelo simple de mezclas (Trouve

et al., 1994; Yoneyama et al., 2001; Bernoux et al., 1998). La

frmula es: NCS= ( ) ( ) 0 1 0/ , donde: NCS= fraccin

correspondiente al nuevo carbono en el suelo; =13Cdel suelo

al tiempo de la evaluacin; 0= 13Cdel suelo en tiempo cero

(parcela de referencia); 1=13Cde la fuente que transfiere nuevo

carbono al suelo (biomasa de pino).

La masa de carbono orgnico del suelo (COS) a una

profundidad determinada se calcul con la ecuacin:

COS Fcs Da Fp= ( ) ( ) ( )( )Pr 1 10 000 , donde COS =carbono orgnico en Mg ha1;Fcs= fraccin de carbono orgnico

del suelo (adimensional);Da= densidad aparente del suelo en Mg

m3; Pr= profundidad del suelo en m (0.05 m por capa); Fp=

fraccin de pedregosidad (adimensional); 10 000 = factor de con-

versin de m2 ha1.

La masa de nuevo carbono proveniente de la reforestacin de pino

(NCOS) se calcul de la siguiente forma:NCOS= COSNCS.

RESULTADOSY DISCUSIN

Dinmica de 13C

El valor promedio de 13Cde las parcelas de refe-rencia fue 21.27 y 21.00, en las profundidades0-5 y 5-10 cm, y 22.97 y 21.71 en las par-celas reforestadas en las mismas profundidades. La

prueba de tindic que los valores de 13Cdel grupode parcelas de referencia y el de las reforestacionesfueron estadsticamente diferentes en ambas profundi-

dades (p0.0001; p0.001). Las diferencias fueron1.7, y 0.70 (Figura 1).

Como las parcelas de referencia presentaron valo-res de 13Cen el intervalo de 20.9 a 21.64 y20.71 a 21.29 en las profundidades de 0-5 y 5-10cm; se tom un valor medio como referencia porquees un parmetro de localizacin y hay mayor frecuen-cia de los datos alrededor de la media. Se considerel cambio de 13Centre parcelas para conocer la di-lucin exacta aportada por la nueva fuente de carbonomenos enriquecida. El valor medio (tiempo cero) fue21.27 y 21.00 en las profundidades 0-5 y 5-10 cm (Figura 2). El modelo de la Figura 2 involucrala transformacin logartmica de los valores, y parafines de representacin se grafic el valor de la par-cela de referencia en el ao uno. Se hubiera esperadovalores menos negativos debido al continuo cultivo demaz, ya que su 13Cde 12 a 13; sin embargo,es probable que la prctica comn de los productoresde retirar los residuos de cosecha en vez de incorpo-rarlos al suelo, y la presencia de malezas de tipo C3no controladas, influyeran en estos valores.


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La tendencia del enriquecimiento de 13Ca dismi-nuir con el tiempo en los dos niveles de profundidad(0-5, 5-10 cm) fue evidente. El cambio calculado conel modelo obtenido en la Figura 2 fue 2.3 en 20aos en la capa 0-5 cm de profundidad y la tasa de0.11 ao1. El cambio de 13C a valores msnegativos es el esperado y se explica por un efectode dilucin que resulta al entrar al suelo una fuentemenos enriquecida en 13C, como la materia orgnicade P. michoacana. Trouve et al. (1994) calcularon enesta profundidad un cambio de 12 en reforestacio-nes de P. caribaea de 28 aos de establecidas, con

un tasa de 0.48 ao1 que es cuatro veces mayora la de este estudio. Los mismos autores reportaron

un cambio de 12 a una profundidad de 0-5 cm enplantaciones de un hbrido de eucalipto (EucalyptusurophiylavsE. saligna) de 19 aos. Las diferenciasde 13Cen el presente estudio son bajas comparadascon las de estos autores; sin embargo, la significancia

estadstica encontrada en nuestro estudio sugiere quelas parcelas de referencia han alcanzado valores deequilibrio de 13Cque permiten detectar el ingreso denuevo carbono.

En la profundidad 5-10 cm, el modelo indica uncambio de 1.0 en 20 aos (Figura 2), que corres-

ponde a una tasa 0.04 ao1. Esta diferencia en13Ces casi tres veces menor que la encontrada en la

profundidad 0-5 cm. Este resultado se debe a que lainteraccin del suelo con el material orgnico adicio-nado en la superficie disminuye con la profundidad(Balesdentet al., 1987; Trouve et al., 1994).

Dinmica del nuevo COScapturado,expresado en concentracin

La incorporacin de nuevo carbono (Figura 3) seatribuye a los aportes al suelo que hace la reforesta-cin a travs de la hojarasca. El modelo indica que alos 20 aos, el porcentaje de carbono proveniente de

pino fue 61.8% y 17.6% en los estratos 0-5 y 5-10cm. Garten Jr. (2002) encontr que en una plantacinPinus taeda el nuevo carbono en la profundidad 0-40 cm, a cinco y ocho aos fue de 7.5% y 54%. En

plantaciones de once aos de Platanus occidentalis yLiquidambar styraciflua, la ganancia de carbono org-nico en la misma profundidad fue 11 y 26% (GartenJr., 2002). En cultivos con maz el porcentaje de nue-vo carbono en el suelo en la profundidad de 0-30 cma los 23 aos fue aproximadamente 27% (Balesdentetal., 1987). Aunque el maz y el pino difieren en sustasas de aporte de carbono al suelo, estos datos indi-can que el porcentaje de nuevo carbono encontrado eneste estudio es comparativamente similar al de otrostrabajos.

Figure 2 involves the logarithmic transformation ofthe values, and for purposes of representation, thevalue of the reference plot was graphed in year one.Less negative values would have been expected dueto the continuous cultivation of corn, given that its13Cis 12 to 13; however, it is likely that thecommon practice of the producers of removing theharvest residues instead of incorporating them into thesoil, and the presence of uncontrolled type C3 weeds,influenced these values.

The tendency of the enrichment of 13C todecrease with time in both levels of depth (0-5, 5-10 cm) was evident. The change calculated with themodel obtained in Figure 2 was of 2.3 in 20 yearsin the layer 0-5 cm of depth and the rate of 0.11year1. The change of13Cto more negative values isexpected and is explained by an effect of dilution thatresults when a source that is less enriched in 13C isincorporated into the soil, such as the organic material

of P. michoacana. Trouve et al. (1994) calculatedat this depth a change of 12 in reforestations ofP. caribaea of 28 years establishment, with a rateof 0.48 year1, which is four times higher thanthat of the present study. The same authors reporteda change of 12 at a depth of 0-5 cm in plantationsof a eucalyptus hybrid (Eucalyptus urophiyla vsE.saligna) of 19 years. The differences of 13Cin ourstudy are low compared with those of these authors.However, the statistical significance found in ourstudy suggests that the reference plots have reached

13C

()

13C0-5 = 0.7683 Ln(x) 19.345 R2 =0.66

13C5-10 = 0.2731 Ln(x) 19.603 R2 =0.77

Figura 2. Dinmica de la 13Cdel carbono orgnico del suelo enel estrato de 0-5 cm ( ) y 5-10 cm ( ) por reforesta-ciones de Pinus michoacana. La parcela de referenciaest en el ao uno y las barras indican el error estn-dar.

Figure 2. Dynamics of the 13C of the soil organic carbon inthe stratum 0-5 cm ( ) and 5-10 cm ( ) throughreforestations ofPinus michoacana. The reference plotis in year one and the bars indicate the standard error.


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Dinmica del COStotal y NCOScapturado,expresado en masa

El contenido de carbono total ajustado por den-sidad aparente, y el porcentaje de nuevo carbono notuvieron relacin directa por el intervalo amplio de ladensidad aparente (0.48-1.14 Mg m3) (Cuadro 1).

Los datos del Cuadro 1 se graficaron, se ajustarona un modelo polinomial o exponencial segn la tenden-cia, y se obtuvo la tendencia de acumulacin del COScon respecto al tiempo (Figura 4). En la primera pro-

fundidad, los valores observados de masa de carbonoindican que en las reforestaciones con P. michoacanaexiste prdidas entre nueve y diez aos despus desu establecimiento (Figura 4). Estas prdidas de COS

por el cambio de uso agrcola a forestal han sido re-portadas por Trouve et al. (1994), Markewitz et al.(2002) y Guo y Gifford (2002); y se atribuyen a lamayor descomposicin de materia orgnica (Boutton,1991b).

En las parcelas de referencia, el contenido prome-dio de COSen los estratos 0-5 y 5-10 cm fue 10.25Mg ha1 y 10.4 Mg ha1. Este resultado coincide conel estudio de Salinas-Garca et al. (2001) quienes de-terminaron 10.9 Mg ha1 de COSen parcelas de mazen la profundidad 0-5 cm en la misma regin.

Cuando el cultivo de maz, sin incorporacin deresiduos de cosecha, se sustituy por una reforestacinde P. michoacana, el almacenamiento de COSen la

profundidad 0-5 cm fue 10.25 Mg ha1, y el carbonoadicionado por la reforestacin aument en 9.47 Mgha1 en 20 aos de acuerdo con el modelo exponen-cial (Figura 4). Es decir, aunque al inicio los valores

equilibrium values of13Cthat permit the detection ofthe introduction of new carbon.

At the depth of 5-10 cm, the model indicates achange of 1.0 in 20 years (Figure 2), whichcorresponds to a rate of 0.04 year1. This differencein 13C is nearly three times less than that found at

depths of 0-5 cm. This result is due to the fact that theinteraction of the soil with the organic material addedto the surface decreases with depth (Balesdentet al.,1987; Trouve et al., 1994).

Dynamics of the new sequestered SOC,expressed in concentration

The incorporation of new carbon (Figure 3) isattributed to the contributions to the soil from thereforestation through the litter. The model indicatesthat at 20 years, the percentage of carbon from pinewas 61.8% and 17.6% in the strata 0-5 and 5-10

cm. Garten Jr. (2002) found that in a Pinus taedaplantation, the new carbon at the depth 0-40 cm, at fiveand eight years was of 7.5% and 54%. In plantationsof 11 years ofPlatanus occidentalis andLiquidambarstyraciflua, the gain of organic carbon at the samedepth was 11 and 26% (Garten Jr., 2002). In corncrops the percentage of new carbon in the soil at thedepth of 0-30 cm at 23 years was approximately 27%(Balesdentet al., 1987). Although corn and pine differin their rates of soil carbon contribution, these dataindicate that the percentage of new carbon found in thisstudy is comparatively similar to that of other works.

Dynamics of total SOCand sequestered NSOC,expressed in mass

The content of total carbon adjusted by apparentdensity, and the percentage of new carbon did nothave a direct relationship due to the wide interval ofthe apparent density (0.48-1.14 Mg m3) (Table 1).

The data of Table 1 were graphed, a polynomialor exponential model was adjusted according to thetendency, and the accumulation tendency was obtainedof the SOCwith respect to time (Figure 4). At the firstdepth, the values observed of carbon mass indicatethat in the reforestations with P. michoacana there arelosses between nine and ten years after its establishment(Figure 4). These losses ofSOCdue to the changefrom agricultural to forest use have been reported byTrouve et al. (1994), Markewitz et al. (2002) and Guoand Gifford (2002) and are attributed to the greaterdecomposition of organic material (Boutton, 1991b).

In the reference plots, the average content ofSOCin the depths 0-5 and 5-10 cm was 10.25 Mg ha1 and10.4 Mg ha1. This result coincides with the study of

Figura 3. Concentracin de carbono orgnico capturado en elsuelo por Pinus michoacana. Las barras indican elerror estndar.

Figure 3. Concentrations of organic carbon sequestered in thesoil by Pinus michoacana. Bars are for standarderror.

y0-5 = 0.141x2+ 0.269x R2 =0.70

y5-10 = 0.008x2+ 0.709x R2 =0.72


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Cuadro 1. Carbono acumulado en parcelas con cultivo de maz y con nuevo uso de suelo a reforestacin con Pinus michoacana.Table 1. Accumulated carbon in plots planted with corn and with new land use to reforestation with Pinus michoacana.

EdadUso de suelo

Da 0 a 5 cm Nuevo COS Da 5 a 10 cm Nuevo COS

(aos) (Mg m3) COS Mg ha1 capturado (%) (Mg m3) COS Mg ha1 capturado (%)

Maz 0.65 9.49 0.68 10.545 Pino 0.53 10.17 18.30 0.63 10.08 4.70

Maz 0.55 14.28 0.57 14.219 Pino 0.60 14.79 8.30 0.60 13.50 3.00

Maz 0.54 11.34 0.56 11.7010 Pino 0.48 13.20 12.00 0.50 12.75 5.20

Maz 0.55 13.47 0.57 13.6812 Pino 0.58 12.18 15.90 0.59 12.09 15.40

Maz 0.87 5.22 0.95 5.7015 Pino 1.04 7.80 35.19 1.14 5.70 13.34

Maz 0.58 13.05 0.58 13.0518 Pino 0.49 17.15 72.70 0.61 13.42 15.50

Maz 0.69 4.83 0.69 4.0820 Pino 1.05 16.80 48.39 0.97 7.27 16.50

Densidad aparente; Carbono orgnico del suelo.

observados muestran una tendencia a perder carbono,este reservorio casi se duplica a los 20 aos en la pro-fundidad 0-5 cm. El NCOSse grafic con los datosdel Cuadro 1 y se ajust una ecuacin con respectoal tiempo (Figura 4). Los modelos se calcularon paraobtener una tendencia, pero no son extrapolables.

ElNCOSmedido directamente en la reforestacinde 5 aos, fue mayor al calculado en las de 9, 10

y 12 aos y esta disminucin la describe el modeloajustado (Figura 4). La mayor cantidad de carbonoen la reforestacin de 5 aos puede deberse a que enlas reforestaciones jvenes, antes del cierre de copas,el estrato herbceo, que incluye varias especies C3,es ms abundante debido a un mayor acceso a la luz.Woods et al. (1992) documentaron que en reforesta-ciones de Pinus radiata de 2 a 3 aos con abundanteestrato herbceo en la profundidad 0-15 cm se aportanhasta 3.90 Mg ha1 de COS.

La tasa de acumulacin deNCOSpor el cambio deuso de suelo de maz a P. michoacana en las profundi-dades 0-5 y 5-10 cm fue 0.561 y 0.115 Mg ha1 ao1.

Estas tasas de acumulacin se determinaron con los cl-culos deNCOSa 20 aos. Los resultados indican que seincorporaron 0.676 Mg ha1 ao1 a una profundidadde 0 a 10 cm. Markewitz et al. (2002) reportaron datosdeNCOSen una plantacin de Pinus palustris de 14aos en la profundidad 0-10 cm, con los que se calcu-l una tasa de 0.78 Mg ha1 ao1; esta tasa es 15%superior a la calculada para P. michoacana. Las tasasreportadas por Paul et al. (2003) concuerdan con las re-

portadas en este estudio, alcanzando un valor deNCOS

Salinas-Garca et al. (2001), who determined 10.9 Mgha1 ofSOCin corn plots at the depth of 0-5 cm in thesame region.

When the corn crop, without the incorporation ofharvest residue, was substituted by a reforestation ofP. michoacana, the storage ofSOCat the depth 0-5cm was 10.25 Mg ha1, and the carbon added bythe reforestation increased by 9.47 Mg ha1 in 20

years according to the exponential model (Figure 4).That is, although at the beginning the observed valuesshow a tendency to lose carbon, this reservoir wasnearly doubled at 20 years at the depth of 0-5 cm. The

NSOCwas graphed with the data of Table 2 and anequation was adjusted with respect to time (Figure 4).The models were calculated to obtain a tendency, butthey cannot be extrapolated.

TheNSOCmeasured directly in the reforestationat 5 years, was greater than that calculated in thoseof 9, 10 and 12 years, and this reduction is describedby the adjusted model (Figure 4). The higher amountof carbon in the reforestation of 5 years may be due

to the fact that in the young reforestations, before theclosing of crowns, the herbaceous stratum, whichincludes various C3 species, is more abundant becauseof a greater access to the light. Woods et al. (1992)documented that in reforestations ofPinus radiate of2 to 3 years with abundant herbaceous stratum at thedepth of 0-15 cm, as much as 3.90 Mg ha1 ofSOCare supplied.

The accumulation rate ofNSOCdue to the changeof soil use from corn to P. michoacana at the depths of


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Figura 4. Carbono orgnico del suelo (COS) y nuevo carbono

orgnico del suelo (NCOS) en las profundidades de0-5 y 5-10 cm en reforestaciones de Pinus michoacana.Las barras indican el error estndar. La barra delerror estndar no se muestra cuando es menor que eltamao del smbolo.

Figure 4. Soil organic carbon (SOC) and new soil organiccarbon (NSOC) at depths of 0-5 and 5-10 cm inreforestations of Pinus michoacana. Bars indicatethe standard error. The bar of the standard erroris not shown when it is smaller than the size of thesymbol.

COS0-5 = 0.057x2 0.77x + 12.09 R2 =0.79

COS5-10 = 0.021x2 0.33x + 11.01 R2 =0.56

NCOS0-5 = 0.0054x3+ 0.28x23.46x R2 =0.96

NCOS5-10 = 0.1874e0.125x R2 =0.96

en la profundidad 0-41 cm de 0.56 Mg ha1 ao1 enPinus resinosa despus de 32 aos. Garten Jr. (2002)calcul una tasa deNCOSen la profundidad 0-40 cm en

el intervalo de 0.4-1.7 Mg ha1 ao1 en P. taeda des-pus de 10 aos. Las tasas de acumulacin encontradasen este trabajo estn en el intervalo reportado para otrostrabajos. Nosetto et al. (2006) no encontraron diferen-cias en carbono del suelo 15 aos despus de reforestarcon Pinus ponderosa, aunque el reservorio de biomasade raz aument el carbono subterrneo en 0.5 Mg ha1ao1. En una revisin de 43 estudios con 204 sitiosPaul et al. (2002) calcularon tasas de cambio de COSde 0.005 a 0.322 Mg ha1 ao1 en reforestacionesmayores a 31 aos, dependiendo de si los clculos serealizaban para una profundidad de 10 o 30 cm de suelosuperficial. Las tendencias indican que la acumulacinde COSes influenciada por la edad de los rboles yque, en general, las reforestaciones menores de 5 aostienen cambios negativos de COSde 0.601 a 0.178Mg ha1 ao1.

En la profundidad de 5-10 cm el COSen la parcelade referencia fue 10.4 Mg ha1; sin embargo, P. mi-choacana an no ha acumulado esta cantidad en nuevocarbono porque la tasa de incorporacin de carbonoorgnico al suelo por esta especie es un proceso ms

0-5 and 5-10 cm was 0.561 and 0.115 Mg ha1 year1.These accumulation rates were determined with thecalculations ofNSOCat 20 years. Results indicate that0.676 Mg ha1 year1 were incorporated at a depth of0 to 10 cm. Markewitz et al. (2002) reported data of

NSOCin a plantation ofPinus palustris of 14 years atthe depth 0-10 cm, with which a rate of 0.78 Mg ha1year1 was calculated; this rate is 15% higher thanthat calculated for P. michoacana. The rates reportedby Paul et al. (2003) concur with those reported in the

present study, reaching a value ofNSOCat the depth0-41 cm of 0.56 Mg ha1 year1 in Pinus resinosaafter 32 years. Garten Jr. (2002) calculated a rate of

NSOC at the depth 0-40 cm in the interval of 0.4-1.7 Mg ha1 year1 in P. taeda after 10 years. Theaccumulation rates found in this work are within theinterval reported in other works. Nosetto et al. (2006)found no differences in the soil carbon 15 years afterreforesting with Pinus ponderosa, although the root

biomass reservoir increased the below ground carbonin 0.5 Mg ha1 year1. In a revision of 43 studieswith 204 sites, Paul et al. (2002) calculated rates ofexchange ofSOCof0.005 to 0.322 Mg ha1 year1in reforestations of over 31 years, depending whetherthe calculations were made for a depth of 10 or 30cm of surface soil. The tendencies indicate that theaccumulation ofSOCis influenced by the age of thetrees, and that in general, the reforestations of under5 years have negative changes ofSOCof0.601 to0.178 Mg ha1 year1.

At the depth of 5.10 cm, the SOCin the referenceplot was 10.4 Mg ha1; however, P. michoacana

has still not accumulated this amount in new carbonbecause the incorporation rate of organic carbon tothe soil by this species is a slower process at thisdepth (Figure 4). The average accumulation rateofNSOC at the depth 0-10 cm is 0.676 Mg ha1year1 according to the exponential model (Figure4). Some factors that increase the accumulation ofSOCwhen the land use is changed are the changes inthe content of organic material, decomposition rate,labile carbon fraction, physical protection throughother intra-aggregates or mineral organ complexes(Post and Kwon, 2000).

The results of this study are consistent with thetendencies observed in other studies where the balanceof carbon at the start of the reforestations can benegative, but the recuperation to original levels occursafter 20 years. Although the amounts of carbon that aregained are relatively small compared with the carbongains in the aboveground biomass, it is important to

point out that the carbon gained in the soil will bereflected in the soil quality and the services that aforest system can provide.


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VOLUMEN 41, NMERO 7

lento en esta profundidad (Figura 4). La tasa promediode acumulacin deNCOSen la profundidad 0-10 cmes 0.676 Mg ha1 ao1 de acuerdo con el modelo ex-

ponencial (Figura 4). Algunos factores que aumentanla acumulacin de COSal cambiar el uso del sueloson los cambios en el contenido de materia orgni-ca, tasa de descomposicin; fraccin lbil de carbono,

proteccin fsica a travs de otros intra-agregados ocomplejos rgano minerales (Post y Kwon, 2000).

Los resultados de este trabajo son consistentes conlas tendencias observadas en otros estudios donde elbalance de carbono al inicio de las reforestaciones

puede ser negativo pero la recuperacin a niveles ori-ginales ocurre despus de 20 aos. Aunque las canti-dades ganadas de carbono son relativamente pequeascomparadas con las ganancias de carbono en biomasaarea, es importante resaltar que el carbono ganadoen el suelo se reflejar en la calidad del suelo y losservicios que un sistema forestal pueda proveer.

CONCLUSIONES

Los valores de 13Cdel grupo de parcelas de refe-rencia y el de reforestaciones con Pinus michoacanafueron estadsticamente diferentes en las profundidades0-5 y 5-10 cm. La fraccin de nuevo carbono en estas

profundidades fue 61.8 y 17.6% y la tasa de acumu-lacin de nuevo carbono orgnico en la profundidad0-10 cm fue 0.588 Mg ha1 ao1. La tendencia delmodelo ajustado en los primeros 5 cm de suelo indicque las reforestaciones con P. michoacana reducen laganancia de carbono del suelo en los primeros cinco

aos de establecidas, pero stas se duplican a los 20aos.

AGRADECIMIENTOS

Al fondo sectorial CONACYT-CONAFOR a travs del proyec-

to 10711 por el financiamiento otorgado.

LITERATURA CITADA

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CONCLUSIONS

The values of13Cof the group of reference plotsand that of the reforestations with Pinus michoacanawere statistically different at the depths of 0-5 and5-10 cm. The fraction of new carbon at these depths

was 61.8 and 17.6%, and the accumulation rate ofnew organic carbon at the depth 0-10 cm was 0.588Mg ha1 year1. The tendency of the adjusted modelin the first 5 cm of soil indicated that the reforestationswith P. michoacana reduce the carbon gain of thesoil in the first five years of establishment, but this isdoubled at 20 years.

End of the English version

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