INTRODUCCIÓN

El suelo es un sistema dinámico en el que se producen diversas interacciones entre la microbiota y los nutrientes. En este contexto, la presencia de carbono orgánico (CO) y nitrógeno total (N total) constituye un factor clave para el desarrollo y la productividad de las plantas (^{Xue & An, 2018}), ya que, al interactuar con otros nutrientes, crea un entorno propicio para su crecimiento cuando se encuentran en cantidades óptimas. Además, su presencia influye en la salud del suelo al mejorar sus propiedades físicas, químicas y biológicas (^{Purwanto & Alam, 2020}).

La relación C/N representa la calidad del sustrato orgánico del suelo y la tasa de N disponible para las plantas. Altos valores indican una descomposición lenta de la MO, ya que los microorganismos inmovilizan el N, mientras que valores entre 10 y 14 indican una rápida descomposición y aprovechamiento de la MO (^{Gamarra et al. 2018}).

En el crecimiento de las plantas, es importante que las relaciones entre los nutrientes estén en equilibrio. Este proceso se ve afectado cuando algunos nutrientes están en exceso o cuando se forman precipitados o complejos entre varios nutrientes, que impiden su absorción por parte de la planta (^{Fageria et al. 1997}; ^{Fageria, 2006}). Específicamente, en los sistemas ganaderos del departamento de Antioquia, se presenta un deterioro de los suelos, debido a la pérdida de la biodiversidad y a la degradación de los recursos naturales (^{MADR, 1999}), lo que conlleva a una disminución de los nutrientes y a una nutrición poco eficaz para las pasturas. Debido a lo anterior, es importante conocer las características del suelo en cada una de las producciones bovinas para evitar desequilibrios nutricionales y alteraciones en la estructura y cambios biológicos, procurando mantener las condiciones edáficas óptimas (^{Jiménez-Heredia et al. 2010}).

Por otro lado, la distribución espacial de los nutrientes puede reflejar el estado actual de los suelos del departamento en las producciones bovinas, las cuales se caracterizan por extraer grandes cantidades de nutrientes para satisfacer los requerimientos nutricionales de los pastos. Conocer cómo se distribuyen el carbono orgánico (CO) y el N total en el suelo constituye también un instrumento útil para la toma de decisiones en el manejo del pastoreo en producciones ganaderas, ya que, a partir de la gestión de la carga animal y del aporte de excretas, es posible modificar las concentraciones de CO y N en los suelos (^{Vendramini et al. 2014}).

El conocimiento sobre la distribución y gestión de estos nutrientes permite conservar y recuperar su contenido en el suelo, lo que constituye un paso importante para mitigar el cambio climático (^{Purwanto & Alam, 2020}). El suelo y las pasturas bien gestionados aumentan las reservas de CO en los sistemas ganaderos (^{Braz et al. 2013}). ^{Zhou et al. (2023)} concluyen que conocer el contenido y la variación de minerales en el suelo puede promover prácticas de mitigación y de manejo del suelo, que contribuyan a mejorar el secuestro de CO en el suelo. Además, el conocimiento sobre la relación y la distribución de los nutrientes en suelos ganaderos permite adoptar estrategias de intensificación sostenible ajustando la carga animal, según las condiciones del suelo, cuantificando las dosis de enmiendas necesarias y modificando el tiempo de pastoreo de los animales (^{Da Silva-Cardoso et al. 2020}).

Por lo tanto, el objetivo de esta investigación es conocer la relación entre el carbono orgánico y el nitrógeno total con otras variables del suelo en ganaderías del departamento de Antioquia, Colombia.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio. El muestreo se realizó en el departamento de Antioquia, Colombia, en las subregiones Norte, Oriente, Suroeste, Occidente, Nordeste, Urabá, Magdalena Medio, Bajo Cauca y Valle de Aburrá, en fincas dedicadas al cultivo de pastos para ganado de carne, leche y doble propósito. Se recolectaron datos de longitud y latitud de cada uno de los lugares de muestreo para ubicarlos, posteriormente, en los mapas de calor.

Datos químicos del suelo. Se realizaron análisis de química húmeda en las muestras de suelo para determinar la cantidad de nutrientes en cada punto de muestreo. Estos datos fueron necesarios para ejecutar los modelos estadísticos y determinar las relaciones entre las variables de interés con los demás nutrientes del suelo y la ubicación de los sitios de muestreo.

Modelos para determinar la relación entre los nutrientes. Se establecieron diferentes relaciones para las variables CO y N total en las tres producciones, incluyendo todas las combinaciones posibles entre las variables químicas de pH, CO, K, capacidad de intercambio catiónico (CIC), Zn, N y Mn, las variables físicas de densidad aparente y porcentaje de arcilla y la ubicación geográfica (latitud y longitud). Se utilizaron modelos aditivos generalizados (GAM), con distribuciones Gaussiana y de Poisson. Los criterios de evaluación para seleccionar el mejor modelo fueron la Devianza y el R². Adicionalmente, se analizó la relación C/N de cada agrocadena. Se utilizó el software estadístico R-Project (^{R core Team, 2020}) y la librería mgcv (^{Wood, 2017}) para la ejecución de los modelos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Carbono orgánico. En la tabla 1, se presentan los modelos seleccionados para cada una de las producciones bovinas. Estos modelos se destacaron por su excelente ajuste a los datos. Se pueden identificar las variables que más impactaron en la concentración del CO y es evidente que el N total se encontró presente en los tres modelos, lo que indica una fuerte relación entre ellos. Autores, como ^{Leghari et al. (2016)} y ^{Mahmood et al. (2017)}, aseguran que estos nutrientes están estrechamente relacionados con la productividad, la infiltración del agua y la capacidad del suelo, así como con el desarrollo de la estructura y el crecimiento de las pasturas.

Tabla 1 Valores de Devianza y R² para los modelos aditivos generalizados (GAM) de la variable carbono orgánico (CO) en agrocadenas de leche, carne y doble propósito del departamento de Antioquia. 

Dev = devianza, R²=Coeficiente de determinación.

Relación entre el carbono orgánico y otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de leche. Las producciones de leche de Antioquia se concentran principalmente en las zonas Norte (^{Zapata-Salas et al. 2024}), Oriente y Suroeste (^{UPRA, 2020}). En la Figura 1 se observa que, en las regiones donde las temperaturas ambientales son más bajas, existe una mayor concentración de CO en el suelo. En contraste, en el Urabá y el Magdalena Medio, donde las temperaturas son más elevadas, los valores de CO son menores. Autores como ^{Huamán-Carrión et al. (2021)} encontraron que la cantidad de CO en suelos de clima frío, caracterizados por una mayor cobertura vegetal y una menor radiación solar, se puede acumular con mayor facilidad.

Según el ^{ICA (1992)}, los contenidos de CO en suelos de clima frío superan el 10 %. Otro factor influyente en los valores de CO en estas zonas es el tipo de pasturas, donde los más comunes en las producciones lecheras son el kikuyo y el ryegrass. Estos pastos se caracterizan por poseer sistemas radiculares profundos y presentar altos porcentajes de defoliación, lo que favorece un mayor almacenamiento de CO (^{Humphreys et al. 2003}; ^{Kell, 2011}). ^{Pérez et al. (2019)} encontraron en un estudio realizado en la región del Norte, que las raíces del pasto kikuyo son la parte de la planta que tarda más tiempo en descomponerse e incorporan CO al suelo durante, aproximadamente, 12,2 años.

Las relaciones C/N se deben analizar dependiendo de las características climáticas de la zona, ya que en las zonas estudiadas en esta investigación, las producciones de leche se encuentran distribuidas en diferentes climas, lo que puede afectar la interpretación de dicha relación.

En cuanto a la relación entre el CO y la DA del suelo, los resultados concuerdan con los descritos por ^{Leifeld et al. (2005)}, quienes indicaron que la DA del suelo es inversamente proporcional al contenido de CO. Los suelos ricos en materia orgánica (MO) tienden a ser más porosos y químicamente activos, lo que contribuye a reducir su DA (^{Athira et al. 2019}); sin embargo, prácticas de manejo, como una alta carga animal pueden generar el efecto contrario en la relación entre el CO y la DA (^{Martínez et al. 2008}). Los suelos más densos reducen el aire del suelo, lo que disminuye la actividad de los microorganismos que participan en los procesos de descomposición (^{Monsalve-C et al. 2017}).

Relación del carbono orgánico con otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de carne. En la figura 1, se observa que los predios se concentran en numerosas subregiones, principalmente en el Suroeste, Nordeste, Occidente, Magdalena Medio, Bajo Cauca y Urabá. Las zonas con altas temperaturas ambientales presentan niveles bajos de CO. Según ^{Casas & Cruzate (2021)}, el contenido de CO disminuye a valores promedio de 3,2 % cuando los suelos se exponen a producciones ganaderas extensivas de más de 20 años. ^{Lavelle (1997)} afirmó que, en climas cálidos, como lo es la zona del Magdalena Medio, hay gran variedad de fauna en el suelo, que favorece la descomposición de la MO y, por ende, del CO del suelo.

Dado que la mayoría de los suelos destinados a la producción de carne se ubican en zonas de clima cálido, los contenidos de CO en el suelo son moderados, debido a la rápida descomposición, lo que provoca una rápida liberación y aprovechamiento de nutrientes y, en consecuencia, bajas relaciones C/N (ICA, 1992).

^{Abbona et al. (2016)} identificaron impactos más pronunciados en la extracción de nutrientes en las explotaciones de ganado de carne, atribuyéndolos a la falta de programas de fertilización adecuados. Según ^{Silveira & Kohmann (2020)} , ^{Hagedorn et al. (2010)}, ^{Harrison et al. (2008)} y ^{Neff & Hooper (2002)} las altas temperaturas aceleran la descomposición de la MO, debido a que la mineralización del CO es sensible a los cambios de temperatura.

La relación obtenida entre la cantidad de CO y el contenido de CIC del suelo se debe a que la presencia de CO aumenta la concentración de CIC, en la que se reservan nutrientes y aniones de bajo peso molecular (^{Soares & Ferracciú Alleoni, 2008}).

Relación del carbono orgánico con otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de doble propósito. Con relación a las producciones de doble propósito, se observa una menor cantidad de fincas en comparación con las agrocadenas de carne y leche. Hay una presencia más significativa de esta producción en las regiones del Bajo Cauca, Occidente, Suroeste y Magdalena Medio (Figura 1). Regiones como el Suroeste y el Oriente presentan mayores niveles de CO. Esto se puede atribuir a la presencia de una carga animal adecuada y a la adición de materia orgánica (MO) proveniente de las heces de los animales, lo que favorece el reciclaje de nutrientes. Según ^{Da Silveira Nicoloso et al. (2008)} y ³⁹, los suelos con mayores contenidos de CO suelen ser los andisoles, los cuales, representan el 13,3 % de los suelos del departamento (^{IGAC, 2007}; ^{Jaramillo, 2009}). Estos suelos prevalecen en climas fríos y favorecen la acumulación de dicho componente, debido a la formación de complejos estables con materiales inorgánicos que dificultan su descomposición. Por otro lado, suelos, como los aridisoles, encontrados en zonas áridas y con temperaturas cálidas, tienden a acumular cantidades más reducidas de CO (^{Jaramillo, 2002}).

Figura 1 Distribución espacial del carbono orgánico en suelos dedicados a diferentes tipo de producción bovina: a) producción de leche, b) producción de carne, c) producción doble propósito. 

Respecto a la relación entre el CO y el pH, ^{Aciego Pietri & Brookes (2008)} observaron que la cantidad de CO en el suelo alcanzaba su punto máximo cuando el pH del suelo se situaba en un rango de 5 a 6. Esto se debe a que dicho pH favorece la actividad microbiana y, en consecuencia, la acumulación de CO en el suelo. Por otra parte, se considera que los rangos de pH ideales para el cultivo de pasturas, como las Urochloas, comúnmente empleadas en sistemas de doble propósito, se sitúan entre 4,8 y 5,5, según las recomendaciones del ^{ICA (1992)}.

Nitrógeno total. En la tabla 2, se presentan los modelos estadísticos seleccionados para cada una de las categorías de producción bovina con relación al contenido de N total en el suelo. Estos modelos se destacaron por su excelente ajuste a los datos. Al analizar los modelos de cada agrocadena, se mostró que el CO y la Arcilla (Ar) fueron las variables que más se relacionaron en la concentración de este nutriente en los diferentes modelos.

Tabla 2 Valores de Devianza y R² para los modelos aditivos generalizados (GAM) de la variable nitrógeno (N) total en agrocadenas de leche, carne y doble propósito del departamento de Antioquia. 

Relación del nitrógeno total con otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de leche. En cuanto a la distribución del N total en las zonas productoras de leche del departamento, en la figura 2 se observan valores entre 0,2 y 0,6 %, siendo las subregiones del Norte, Oriente y Valle de Aburrá las que registraron los niveles más bajos; sin embargo, estos se consideran adecuados, según el ^{ICA (1992)}.

Figura 2 Distribución espacial del nitrógeno total en suelos dedicados a diferentes tipos de producción bovina: a) producción de leche, b) producción de carne, c) producción doble propósito. 

Entre el N total y la Ar del suelo existe una relación estable. Esto se debe a que en suelos más finos las tasas de mineralización del N son más bajas, debido a la capacidad de la Ar para proteger los compuestos de la MO de la descomposición (^{Voltr et al. 2021}; ^{Castellano et al. 2012}). Las fracciones de Ar en el suelo desempeñan un papel importante en la conservación de los nutrientes del suelo, lo que puede limitar el proceso de secuestro de CO en suelos que albergan mayores cantidades de residuos orgánicos (^{Soussana & Lemaire, 2014}). Cuando los valores de Ar aumentan en el suelo, suele ocurrir una degradación física y cambios en la velocidad de infiltración del agua, lo que genera una disminución de su fertilidad (^{Jiménez-Heredia et al. 2010}).

Relación del nitrógeno total con otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de carne. En los valores estimados de N total se observó que únicamente las zonas del Urabá, el Magdalena Medio y algunos municipios del Suroeste registraron valores superiores al 0,4 %. En contraste, las subregiones del Oriente, Valle de Aburrá y Norte presentaron los valores más bajos de N total (< 2 %) (Figura 2).

En general, las relaciones C/N obtenidas se consideran, ya que la mayoría de los predios se ubican en zonas de trópico bajo, donde la temperatura favorece una mayor descomposición y mineralización de los nutrientes y componentes del suelo.

Las relaciones entre el N total, el CO y la Ar son similares a las observadas en los suelos de las producciones lecheras. ^{Soinne et al. (2021)} reportan que existe una estrecha relación entre estas tres características en suelos con altos contenidos de arcilla, lo que genera un efecto protector sobre el N. Por su parte, ^{Matus et al. (2000)} señalan que la relación C/N está estrechamente vinculada con las partículas de Ar presentes en el CO.

Relación del nitrógeno total con otros nutrientes en suelos dedicados a la ganadería de doble propósito. En cuanto al contenido de N total, se observó que las cantidades más bajas se registran en las zonas Oriente, Norte y Valle de Aburrá, lo que concuerda con los hallazgos de los modelos anteriores. En la mayoría de los suelos del departamento destinados a esta producción, predominan los valores de N total entre 0,2 y 0,4 % (Figura 2). En el modelo correspondiente a esta agrocadena, la variable más relacionada con la cantidad de N total fue el CO.