Carbon distribution in newly formed aggregates in tepetates conditioned for agriculture

Abstract

{ENG}Tepetate is a vernacular Mexican term referring to a hardened layers derived mainly from tuff that can be found in the soil profile or in the surface. The latter are the consequence of erosion of the topsoil that exposes the hardened layer to the surface. The tepetates present various degrees of infertility. The name tepetate has been reserved in the scientific environment to name a hard layer formed from pyroclastic materials (tuff). They are commonly found in the piedmont of the Trans-Volcanic Belt in Central Mexico (near 30 000 km2). Tepetates are materials almost completed devoid of carbon in its natural conditions but after habilitation by physical (breaking up), chemical (fertilization) and biological (rotations) means they developed certain potential for carbon sequestration. Answering to the question of where the carbon is being accumulated in the ameliorated tepetates is the main objective of this paper. Simultaneously, the stability in dry and wet conditions was determined. The tepetates selected for this study were obtained from 93 sites (located near Mexico City) showing a wide range of time elapsed between the incorporation to the production and the present (less than 1 to 100 years) and a wide range of managements. Breaking down the hardened layers of tepetates produces a substratum dominated by fragments of different sizes; practically no aggregates were found in samples corresponding to the very beginning of the process of amelioration. Fragments were 2 to 3 times harder than aggregates situation used for differentiating them under the microscope. In samples corresponding to tepetates having near 100 years of cultivation the aggregates made almost 80% of the soil structures. Carbon accumulation in the tepetate fragments was small and did not increase with the cultivation time. The opposite occurred in the aggregates formed along the time. Carbon accumulation was higher in the smaller size aggregates. The variation of carbon accumulation with aggregate size followed logarithmic or power model. In a different controlled experiment it was calculated that carbon accumulation after 16 years of the habilitation process and traditional management (mainly maize, low fertilizer inputs, little crop residue left in the field) the total carbon accumulated in the first 20 cm of the soil profile was. 5.56 Mg C ha-1, that is a carbon accumulation rate of approximately 0.35 Mg C ha-1 yr-1. In contrast, the carbon accumulated in 4-year old recovered tepetate, but under "organic" management (farm yard manure addition,

Nota: Este trabajo es una condensación de trabajos realizados por los autores sobre del tema que ya se encuentran publicados o han sido presentados en diversos foros. residues left on the field, without inorganic fertilizer addition) reached a carbon accumulation rate of 0.63 Mg C ha-1 yr-1 in the first 20 cm of the soil profile. We concluded that the tepetates have a relative high potential to store carbon, but "organic" management yielded higher accumulation than the traditional management. Carbon accumulation begins as soon as the tepetate is broken up and a crop established and continues for a period of near 20 years after which the carbon accumulation rate seems to decline.

{ESP}Tepetate es un término vernáculo mexicano que se refiere a un tipo de suelo que contiene capas endurecidas en su perfil o en la superficie con diferentes grados de fertilidad. Estas últimas son consecuencia de la remoción del suelo superficial por la erosión hídrica. En el ámbito científico el nombre tepetate se reserva exclusivamente a las capas duras derivadas de material piroclásticos (tobas). Estas capas se encuentran en muchos lugares de México, y son particularmente abundantes en el piedemonte del Eje Neovolcánico Transversal (aproximadamente 30 000 km2). Los tepetates en su condición natural son materiales con casi nada de carbono. Sin embargo, después de que son habilitados para ser incorporados a la producción. La habilitación consiste en la roturación de la capa dura, para mejorar las propiedades físicas; en la adición de fertilizantes orgánicos e inorgánicos para mejorar la fertilidad química; y una adecuada selección de rotaciones de cultivos, que contribuya a mejorar la fertilidad biológica de la capa roturada. El objetivo de este trabajo es responder a la pregunta ¿dónde se acumula el carbono en los tepetates habilitados? y conocer más acerca de la estabilidad del material rehabilitado tanto en húmedo como en seco. El diseño experimental consistió en muestrear 93 sitios (localizados cerca de la Cuidad de México) los que habían sido identificados en un trabajo previo por haber sido habilitados para uso agrícola en un periodo comprendido entre menos de 1 año y hasta cerca de 100 años, y que habían sido sometidos a diversos manejos. La roturación de la capa dura de tepetate genera un sustrato conformado por fragmentos de diferentes tamaños, donde la presencia de agregados es escasa o nula. Los fragmentos fueron diferenciados por su dureza bajo un microscopio. Ésta resultó ser de 2 a 3 veces mayor en los fragmentos que en los agregados. En las muestras correspondientes a tepetates con cerca de 100 años de cultivo, cerca del 80% de las unidades estructurales fueron agregados, en contraste con el caso anterior. El carbono presente en los fragmentos fue más bajo que el presente en los agregados y no aumentó con el tiempo dedicado al cultivo. Lo contrario a esto último se observó en los agregados. La acumulación de carbono en los agregados fue mayor en los de menor tamaño. En un experimento distinto al anterior se midió la cantidad de carbono que se acumuló en un tepetate habilitado después de 16 años de cultivo, cuando fue manejado con el sistema tradicional de los productores (principalmente maíz, con baja adición de fertilizantes y prácticamente sin dejar residuos aéreos en la superficie). Esta alcanzó a 5.56 Mg C ha-1 en los primeros 20 cm del perfil, es decir una tasa de acumulación de carbono de aproximadamente 0.35 Mg C ha-1 año-1. En contraste, el carbono acumulado en parcelas que habían sido habilitadas y cultivadas por sólo 4 años pero con un manejo llamado "orgánico" (adición de estiércol vacuno, con residuos del cultivo anterior que permanecieron en la superficie, sin adición de ningún fertilizante inorgánico) tuvo una tasa de acumulación de 0.63 Mg C ha-1 año-1 en la capa de los primeros 20 cm del perfil. En los tepetates cultivados de la cuenca del río Texcoco, la clase IX, donde se encontró la mayor acumulación de C, éste elemento alcanzó hasta 88 Mg C ha-1 año-1. Se concluyó que los tepetates tiene un potencial, relativamente alto para secuestrar carbono y que el manejo "orgánico" resulta en mayores tasas de acumulación que el manejo tradicional. La acumulación de carbono comienza inmediatamente después de la habilitación y cultivo y continúa a tasas elevadas por cerca de 20 años, pero después de ese periodo comienza una declinación de esas.