Fijación biológica de nitrógeno y almacenamiento de carbon en agrosistemas de producción de carbono en agrosistemas de producción de café (Coffea arábica L.) en Puerto Rico

Abstract

Coffee agroforestry systems have been promoted because they have smaller environmental impact than sun grown coffee. The majority of shade grown coffee systems use leguminous trees capable of fixing N2 from the atmosphere, which can reduce the use of chemical fertilizer. In this study, biological nitrogen fixation was evaluated in leaf litter, lichens, epiphylls and in soil of three ecosystems, sun grown coffee, shade coffee and secondary forest at Jayuya, Lares and Las Marías. The acetylene reduction assay (ARA) was used to measure biological nitrogen fixation for a period of six months. N2 fixation in leaf litter at the three sites was significantly higher in the forest ecosystem, 71.8 mg N ha-1 period-1 , than in the coffee agrosystems (34.3 mg N ha-1 period-1 ). At Jayuya there was significantly higher N2 fixation in August and September in the forest ecosystem. Coffee phyllosphere N2 fixation was similar throughout the six month period and through the agrosystems at the three sites. Average N2 fixation by lichens was 2.75 µg N g dry weight-1 period-1 , similar throughout the six month period and throughout the ecosystems at all sites. N2 fixation in soil 0.5 m from Inga vera tree at Jayuya and Las Marías was 1.3 times higher than N2 fixation in soil 1.2 m from I. vera. Soil N2 fixation at shade coffee system was two times higher than sun grown coffee soil. At Lares, no significant differences were found between ecosystems. N2 fixation in all components studied was lower than other studies. These results suggest that agricultural systems have less capacity of asymbiotic N2 fixation than other natural ecosystems. Carbon pools of the different coffee agrosystems were evaluated. Aboveground biomass was calculated with regression equations for these life zones and C stored in biomass was determined. Coffee plants can store nearly 3.74 ton C ha-1 , while shade trees can store approximately 21.20 ton C ha-1 . Soil can store the largest amount of C in an ecosystem. Soil Carbon pools in sun grown coffee and shade grown coffee were 32.1 and 35.2 ton C ha-1 respectively; in the forest ecosystem C pool in soil was 50.8 ton C ha-1 . These results suggest that shade coffee agroforestry systems (59.65 ton C ha-1 ) are capable of storing more C on their biomass than sun grown coffee (36.42 ton C ha-1 ).

Los sistemas agroforestales de café se han estado evaluando por su menor impacto al ambiente que el cultivo de café a pleno sol. En la mayoría de los sistemas agroforestales de café con sombra se utilizan árboles de leguminosas, capaces de fijar N2 de la atmósfera, por lo que se puede reducir el uso de fertilizantes. En este estudio se midió la entrada de N por medio de la fijación biológica en la hojarasca, epífilos, por líquenes y en el suelo de tres ecosistemas, café a pleno sol, café con árboles de sombra y bosque secundario en los municipios de Jayuya, Lares y Las Marías. Se utilizó la técnica de reducción de acetileno (ARA) para medir la fijación de nitrógeno por un periodo de seis meses. La fijación de N2 en la hojarasca de las tres localidades fue significativamente mayor en el bosque, 71.8 mg de N ha-1 periodo-1 , que en los agrosistemas de café (34.3 mg de N ha-1 periodo-1 ). En Jayuya hubo significativamente mayor fijación de N2 en los meses de agosto y septiembre en el ecosistema de bosque. En la filósfera de las plantas de café no se encontraron diferencias significativas en fijación de N2 entre los meses ni entre los agrosistemas. La fijación de N2 en líquenes promedio fue 2.75 µgramos de N g de peso seco-1 periodo-1 , similar a través de los meses y los agrosistemas en todas las localidades. En Jayuya y Las Marías la fijación de N2 en el suelo a 0.5 m del árbol de Inga vera fue 1.3 veces mayor que la fijación a 1.2 m de la I. vera. A su vez, la fijación de N2 en el suelo del café con sombra fue dos veces mayor que en el suelo de café a pleno sol. En la Lares no se encontraron diferencias significativas entre los agrosistemas. La fijación de N2 en todos los componentes estudiados fue más baja de lo reportado en otros estudios. Los resultados obtenidos sugieren que los sistemas agrícolas tienen menor capacidad de fijar N2 asimbióticamente que otros sistemas naturales. Se evaluó la capacidad de los diferentes agrosistemas de café de almacenar carbono. Se calculó la biomasa aérea con ecuaciones de regresión para estas zonas de vida y se determinó la cantidad de C almacenado en la biomasa. Se encontró que las plantas de café pueden almacenar cerca de 3.74 ton de C ha-1 mientras que los árboles de sombra pueden almacenar aproximadamente 21.20 ton de C ha-1 . En el café a sol y con sombra el almacenamiento de C en el suelo fue de 32.1 y 35.2 ton de C ha-1 respectivamente y en el bosque el fue de 50.8 ton de C ha-1 . Estos resultados sugieren que los sistemas agroforestales de café con sombra tienen la capacidad de almacenar más C en su biomasa (59.65 ton de C ha-1 ) que los sistemas de café a pleno sol (36.42 ton de C ha-1 ).