Vol 10 Número 2 del 2019
DOI: https://doi.org/10.22490/21456453.2725

Diversidad de Artrópodos en tres sistemas de manejo agronómico de café en el Municipio de Líbano, Tolima, Colombia

Diversity of Arthropods in three systems of agronomic management of coffee in the Municipality of Líbano, Tolima, in Colombia

Mauricio García Arboleda

PhD en Agroecología, Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira (Valle), Colombia. Docente T.C.O Universidad de Cundinamarca, Grupo de Investigación DOPyS Desarrollo Organizacional Prospectivo y Sostenible.
mauriciogarcia@ucundinamarca.edu.co

Resumen

El objetivo de esta investigación fue recolectar, codificar e identificar taxonómicamente los individuos artrópodos, hallados en 45 muestras de tres fincas, bajo el cultivo de café, sembradas en sistema orgánico, convencional o mixto, en el municipio del Líbano (Tolima, Colombia), durante el año 2014, en una investigación sobre la exergia.  Se obtuvo que los artrópodos de la muestra de suelo (incluyendo el mantillo y la hojarasca superficial) de la finca convencional (Tipo I) presentan mayor índice de diversidad que la finca orgánica y esta última mayor índice que la finca mixta.  A pesar de ello, la finca orgánica presenta una mayor población de artrópodos que duplica las poblaciones de la finca convencional y quintuplican las de la finca mixta.  Esto demuestra la alta interacción entre los artrópodos, y la dinámica de la materia orgánica, en el rol de transformación de macromoléculas lignoceluliticas y de residuo diversidad, hacia formas más mineralizadas y en busca de la relación C/N estándar de la naturaleza.

Palabras clave: Biomasa, Convencional, Diversidad, Índices, Mixta, Orgánico, Transecto.

Abstract

The purpose of this research was to collect, codify and taxonomically identify the arthropod individuals found in 45 samples of three farms, under coffee cultivation, planted in organic, conventional and mixed system, in the municipality of Líbano (Tolima, Colombia) during 2014, in an investigation on the exergy. It was obtained that soil arthropods (including mulch and surface leaf litter) of the conventional farm (Type I) had a higher index of diversity than the organic farm and the latter had a higher index than the mixed farm. In spite of this, the organic farm has a greater population of arthropods that double the populations of conventional farms and five times those of the mixed farm, which demonstrates the high interaction between arthropods and the dynamics of organic matter, in the role of transformation of lignocelulitic macromolecules and diversity residue, towards more mineralized forms and in search of the standard C / N ratio of nature.

Keywords: Biomass, Conventional, diversity, indexes, Mixed, organic, transect.

Resumen Grafico: Diversidad  de Artrópodos en  tres sistemas de manejo agronómico de café en el Municipio de Líbano – Colombia.

Introducción

Este artículo se fundamenta en la evaluación de la diversidad de artrópodos en la zona cafetera de Colombia, Municipio del Líbano (Tolima) en tres diseños de producción de café con manejos agronómicos diferentes, y diferente estructura de agrobiodiversidad,  en donde se realizó el cálculo de Índices de Diversidad aplicado a dichas poblaciones de Artrópodos (García A, 2016) en el marco de una herramienta de Termodinámica denominada Análisis Exergoecológico (Szargut, Valero, Stanek, & Valero, 2005)

En gran parte de las comunidades de pequeños campesinos cafeteros, la racionalidad de intervención del agroecosistema es inherente a su acervo cultural, por lo tanto, las tecnologías externas y la memoria biocultural convergen en la administración del territorio, generando diferentes matices y patrones de intervención que, dependiendo su grado de intensificación, pueden emerger en propuestas integrales de habitación armónica con el entorno cafetero (Garcia, 2011). La intensificación de prácticas culturales autóctonas les facilita a los pequeños agricultores fortalecer sus sistemas de producción mejorando así la sustentabilidad (Giraldo, Nieto, Quiceno & Sanclemente, 2018). Es decir, las tecnologías aplicadas en los sistemas productivos influyen notoriamente en la diversidad de los diferentes actores y composición de los agroecosistemas. Estas diferencias podrían deberse a la heterogeneidad heredada de la misma génesis del suelo, como a los cambios generados por el uso de diferentes tecnologías para la producción agrícola, en cada sistema de cultivo (Sanclemente , Yacumal, & Patiño, 2017). Desde otras perspectivas, el estudio de la variabilidad espacial es el principal insumo para el manejo específico por sitio, con el fin de optimizar los recursos, al reducir los costos de producción  de los cultivos y el impacto negativo sobre el ambiente (Lince & Sadeghian, 2016)

Para Zhang (2011), según un informe estadístico, los artrópodos representan el 90 % de las especies mundiales, citando a Pimental et al. (1992). En las praderas templadas, los artrópodos poseen una enorme biomasa (1.000  kg/ha), seguido de las plantas (20.000 kg/ha) y los microorganismos (7.000  kg/ha), los cuales son mucho más altos que la de los mamíferos (1,2  kg/ha), las aves (0,3  kg/ha), y los nematodos (120  kg/ha), (Pimental et al., 1992; Chen y Ma, 2001).  Los artrópodos gobiernan las estructuras y funciones de los ecosistemas naturales, pero siempre son ignorados por los investigadores, (Wilson, 1987,). (Zhang, 2011).

Ahora como considera Nicholls (2008), citando a Altieri (2004):

La diversidad de artrópodos se correlaciona con la diversidad vegetal en agroecosistemas. En general una mayor diversidad de plantas implica una mayor diversidad de herbívoros, y esto a su vez determina una mayor diversidad de depredadores y parásitos, lo que resulta en cadenas tróficas complejas. Una biodiversidad total mayor puede asegurar la optimización de procesos ecológicos claves y el funcionamiento de los agroecosistemas (Nicholls, 2008, pág. 180).

Un gran número de estudios, se han dedicado a encontrar la relación entre la diversidad de artrópodos y la composición de las plantas.  Se ha concluido que las arvenses influyen en la diversidad de insectos dentro de un sistema cultivo – arvenses – insectos, (Altieri y Letourmeau, 1984), Altieri (1994), Altieri (1995).

Según Szentriralyi y Kozar (1991), Sheng et al, (1997) (en Zhang, 2011, pág. 38), una comunidad con la más compleja composición de especies de plantas contendrá la mayor diversidad de insectos.  Algunos estudios forestales describen como significativa la relación entre la comunidad de plantas y la comunidad de insectos, según Dong et al (2005), Jia et al (2006), (en Zhang, 2011, pág. 38).

Sin embargo, existe una correlación positiva entre la comunidad de plantas y la de insectos depredadores y parásitos, y, por el contrario, una correlación negativa entre la comunidad de plantas frente a la comunidad de insectos defoliadores, según Dong et al (2005). La población de artrópodos dominantes en las tierras cultivadas está regulada negativamente por la diversidad de la vegetación, pero una regulación positiva pudiera ocurrir en algunos casos, según Andow (1991), (en Zhang, 2011, pág. 38).

Muchas evidencias han revelado, que las relaciones entre los artrópodos y la composición vegetal son más complejas que significativas; los mecanismos que producen estas relaciones, no pueden ser explicados claramente, y estas son, generalmente, relaciones de forma no lineal, según Schultz y Wieland (1997) y Pastor - Bárcenas et al.(2005), (en Zhang, 2011, pág. 38).

Para lo anterior, Zhang (2011), ha propuesto evaluar el modelo de redes neuronales artificiales (ANN) frente al modelo análisis multivariado (MAM) y al modelo de respuesta de superficie (RSM), en búsqueda de explicar la función no lineal de las relaciones entre la abundancia de artrópodos y la composición vegetal en las praderas.

Zhang (2011), explica que las ANN, son funciones de aproximadores universales de relaciones no lineales, según Acharya et al (2006), Bianconi et al,(2010), Nour et al (2006), Zhang y Barrion (2006), y Zhang et al, (2007), (en Zhang, 2011, pág. 38); las ANN, podrían ofrecer ventajas como modelos más simplificados y automatizados, respecto a  modelos de síntesis y analíticos, tipo insumo – producto (input-output), según Abdel – Aal (2004) y Tan et al (2006); este modelo ANN, es considerado ser más eficaz en predicción de series de tiempo, que procedimientos previos basados ​​en la teoría de los sistemas dinámicos, según Ballester et al.(2002), (en Zhang, 2011, pág. 38).

En su estudio, el autor concluyó que la abundancia de artrópodos en las praderas, está gobernada por el tipo de familias de plantas y por sus grados de cobertura (composición de la planta); el modelo de redes neuronales artificiales, fue superior al modelo multivariado de regresión y al modelo de respuesta de superficie, en el modelado de la abundancia de artrópodos y de la composición vegetal. (Zhang, 2011, pág. 45).

El método utilizado en esta investigación consistió en el diseño de transectos para cada finca Tipo en donde se realizó la colecta de muestras, captura de individuos de artrópodos (mediante la metodología del embudo Berlesse) y la posterior caracterización, conteo y cálculo de índices de diversidad.

Como resultado de esta investigación se evidencia el efecto que tienen los tres tipos de manejo agronómico sobre la diversidad y poblaciones de los artrópodos, encontrando que la finca Tipo I (Convencional) presenta los mejores índices de diversidad de artrópodos, seguida de la Finca Tipo II (Orgánica) y por último la Finca Tipo III (Mixta), las poblaciones de artrópodos en la Finca Orgánica duplican la Finca Convencional y quintuplican la Finca Mixta.

Materiales y métodos

Dentro de la evaluación de la exergia para tres sistemas de producción de café (Convencional Tipo I, Orgánica Tipo II y Mixto Tipo III), en tres fincas de la vereda la Marcada del municipio del Líbano (Tolima- Colombia), en 2014, la toma de individuos de artrópodos, se realizó mediante cuadrante de madera de un metro cuadrado, el cual fue aleatoriamente lanzado tres veces dentro de cada uno de los cinco transectos correspondientes a cada finca evaluada, denominada finca Tipo (Alvarez, y otros, 2006). Los individuos fueron colectados, clasificados, codificados e identificados taxonómicamente en el Laboratorio de entomología de la Universidad del Tolima, mediante la metodología del embudo Berlesse.

La selección de las fincas se basó en los siguientes criterios: Finca Convencional, para el caso del estudio es denominada Finca Tipo I, y está caracterizada por estar diseñada en Monocultivo de café, el manejo convencional del sistema productivo, la aplicación de fertilizantes y plaguicidas químicos de síntesis y no tiene en el diseño, especies vegetales asociadas al  cultivo; Finca Orgánica, para el caso del estudio es denominada Finca Tipo II, y está caracterizada por estar diseñada en Policultivo y/o Asociaciones de café, el manejo ecológico del sistema productivo, la aplicación de Abonos Orgánicos, caldos minerales, Inoculantes microbiales, Hongos antagonistas, control biológicos y arreglos alelopáticos y simbióticos. Por lo anterior este sistema en su diseño tiene varias especies vegetales asociadas al cultivo del café; y Finca Mixta, para el caso del estudio es denominada Finca Tipo III, y está caracterizada por estar diseñada en arreglos Plátano – Café, o Café – Aguacate, el manejo limpio del sistema productivo, la aplicación racional de fertilizantes y plaguicidas químicos de síntesis y este sistema en su diseño tiene una o dos especies vegetales asociadas al cultivo del café.

Figura 1. Esquema de transecto para las fincas tipo.
Fuente: Autor

Para este componente de la biomasa de los sistemas evaluados, se recurrió también a los indicadores de diversidad, por transectos: 1) Clasificación de especies en el transecto; y, 2) índices de diversidad de especies:

 
Donde ni= número de individuos en el sistema o muestra que pertenecen a la especie “i” y N= número de individuos.

Donde ni= número de individuos en el sistema o muestra que pertenecen a la especie “i” y N= número de individuos.

Resultados y Discusión

En las siguientes tablas se puede observar los datos de taxonomía y conteo en campo, así como los índices de Shannon y Simpson, que estuvieron para el índice de Shannon cercano a dos (2) y para Simpson por encima del 0,5.

Calculo de Índice de Shannon y Simpson.
Índice Finca Tipo I – Convencional:

Tabla 1.  Listado de especies y cálculos índices Shannon y Simpson, Finca Tipo I (Convencional).

Índice Finca Tipo II – Orgánica:
Tabla 2 .  Listado de especies y cálculos índices Shannon y Simpson, Finca Tipo II (Orgánica).

Índice Finca Tipo III – Mixta:
Tabla 3 . Listado de especies y cálculos índices Shannon y Simpson, Finca Tipo III (Mixta).

En los sistemas agrícolas,  la biodiversidad realiza servicios que van más allá de la producción de alimentos, fibras, combustibles e ingresos (Altieri, 2010). Es así como los servicios ecosistémicos se configuran a partir de beneficios potenciales asociados a las funciones de los ecosistemas, que se concretan en servicios reales una vez son demandados, usados o disfrutados; es decir, cuando la sociedad les asigna valores instrumentales (Corredor, Fonseca, & Páez , 2012).  En este sentido, de acuerdo a lo citado por Ruiz, Lavelle y Jiménez (2008), la macro fauna es un grupo Funcional debido a que se constituye en un grupo de organismos que cumplen la misma función y tienen impacto similar dentro del suelo, citando a Gitay y Noble (1997) (Ruiz, Lavelle, & Jiménez, 2008, pág. 35).  No existe, un único sistema de clasificación, debido a que los criterios usados para clasificar los organismos del suelo y el grado de subdivisión aplicados son una función de quine orienta la investigación (Ruiz, Lavelle, & Jiménez, 2008, pág. 36).  De otra parte, se argumenta que, dentro de un suelo, existe un balance complejo y dinámico entre los diferentes grupos de organismos y los diferentes habitas de alimentación.  La Predación y la Competencia, son los principales factores que controlan dicho equilibrio, como se vio en la clasificación anterior de la biomasa encontrada (Ruiz, Lavelle, & Jiménez, 2008, pág. 23).

Se considera que la Predación tiene un importante papel debido a que establece un balance entre el número de individuos y la cantidad de recursos disponibles.  La competencia es otra forma de mantener las poblaciones de fauna del suelo, en balance con los recursos del suelo (Ruiz, Lavelle, & Jiménez, 2008, pág. 23). Se resalta que otro efecto biológico de la macro fauna del suelo, es la eliminación del material muerto (Jiménez, Lavelle y Ruiz, 2008).  Este trabajo es realizado por los Necrófagos (alimento de animales muertos o muriéndose) y los Coprófagos (alimento del excremento), tales como las larvas Dípteras y Coleóptera, y las larvas y los adultos de Lepidóptera.  Ellos limpian la superficie del suelo e incorporan material orgánico.  Además la macro fauna del suelo disemina bacterias y esporas a través de la dispersión de excremento (Ruiz, Lavelle, & Jiménez, 2008, pág. 24). En este sentido, en cuanto a la incorporación de materia orgánica tanto por los artrópodos así como los microorganismos,   la alta relación Carbono/Nitrógeno es un aspecto que influye notoriamente en la dinámica de descomposición de un residuo  (Sanclemente Reyes, Garcia Arboleda, & Valencia Trujillo, 2011).

Los Artrópodos del suelo de la finca convencional (Tipo I) presenta mayor índice de diversidad que la finca orgánica y esta última mayor índice que la finca mixta.  A pesar de ello, la finca orgánica presenta una mayor población de artrópodos (1982 Individuos) que supera en 2,6 veces las poblaciones de finca mixta (748 Individuos) y en 4,1 veces la población de la finca convencional (483 Individuos).  Los cual demuestra la alta interacción entre los artrópodos y la dinámica de la materia orgánica, en el rol de transformación de macromoléculas lignoceluliticas y de residuo diversidad, hacia formas más mineralizadas y en busca de la relación C/N estándar de la naturaleza.

Como se anotó al inicio, debería buscarse en trabajos de este tipo con los mismos parámetros y variables, un mayor número de transectos para evitar yerros en el conteo por cuadrantes; dado que, a diferencia de las otras muestras tomadas en esta investigación, la ubicación, identificación y conteo de poblaciones de artrópodos requiere cierta especificidad de tiempo y espacio para su colección en campo. 

Es importante desarrollar investigaciones similares en otros sistemas productivos y en otras matrices territoriales, con el fin de validar y seguir refinando la metodología en el sector agropecuario, evaluando su inserción como elemento de evaluación de gradientes de sustentabilidad en el desarrollo del sector y específicamente en la agroecología.

La metodología implica el conocimiento transdisciplinario o la integración de equipos de trabajo de varias disciplinas, debido a la complejidad del proceso en donde están involucrados aspectos de Agroecología, Termodinámica, Biología, Agronomía, Estadística, Economía y Administración.

Conclusiones

La estructura agroecosistemica de la Finca Orgánica establece una alta funcionalidad en la generación de biomasa in situ, lo cual influye enormemente en la intensa dinámica poblacional de artrópodos en sus diferentes roles de gestión de macromoléculas de celulosa, hemicelulosa y lignina para ser incorporadas en el componente suelo del agroecosistema.

Los patrones de manejo antrópico de cada una de las fincas Tipo, influye en las poblaciones de artrópodos producto de la naturaleza de los insumos utilizados en la producción.

La alta dinámica de la materia orgánica mejora la estabilidad de la humedad del suelo aspecto importante en los artrópodos del orden collembola, razón por la cual sus poblaciones son mucho más altas en la finca Orgánica, seguidas por la finca Mixta y por último la finca convencional

Literatura citada

1. Altieri, M. (2010). El estado del arte de la Agroecología: revisando avances y desafios. En T. León Sicard, & M. A. Altieri, Vertientes del pensamiento agroecológico (págs. 77 - 104). Bogotá D.C: Opciones Gráficos Editores Ltda.
   
2. Alvarez, M., Cordoba, S., Escobar, F., Fagua, G., Gast, F., Mendoza, H., . . . Villarreal, H. (2006). Manual de Metodos para el Desarrollo de Inventarios de Biodiversidad. Programa Inventarios de Biodiversidad.Instituto de Investigación de Recursos Biológicos. Bogotá D.C: Ramos López Editorial.
3. Corredor, E. S., Fonseca, J. A., & Páez , E. M. (2012). Los servicios ecosistémicos de regulación: tendencias e impacto en el bienestar humano. Revista de Investigación Agraria y Ambiental - RIAA, 77 - 83.
4. García A, M. (2016). Análisis exergético a sistemas de producción de café y su realción con la sustentabilidad (Tesis de Doctorado). Universidad Nacional, Palmira, Colombia.
5. Garcia, A. M. (2011). Alternativas para el diagnostico de contexto como elementos para la formulación de proyectos agropecuarios. En J. Mora Delgado, & V. Holguin, Medios de vida y materiales orgánicos en fincas campesinas (págs. 77 - 88). Ibague - Tolima.
6. Giraldo, R., Nieto, L.E., Quiceno, A. y Sanclemente, O.E. (2018). Evaluación de sustentabilidad en agroecosistemas campesinos del corregimiento de San Isidro, Pradera, Valle del Cauca, Colombia. En E. Arnés y M. Astier (Ed.), Sostenibilidad en sistemas de manejo de recursos naturales en países andinos. Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura. Quito, Ecuador. ISBN UNESCO: 978-92-3- 300101-5. Pp.125- 150. https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000366841
7. Gruner, D. S. (2003). Regressions of Length and Width to Predict Arthropod Biomass in the Hawaiian Islands. Pacific Science, 57(3), 325-336. Obtenido de http://scholarspace.manoa.hawaii.edu/bitstream/handle/10125/2681/vol57n3-325-336.pdf?sequence=1
8. Lince, L. A., & Sadeghian, S. (2016). Producción de café (Coffea arabica L.) en respuesta al manejo específico por sitio de la fertilidad del suelo. Revista de Investigación Agraria y Ambiental - RIAA, 25 - 37.
9. Nicholls, C. I. (2008). Control Biologico de Insectos: un enfoque agroecologico. Medellin: Universidad de Antioquia.
   Pedersen et al, u. (2 de enero de 2013). http://bios.au.dk/en. (A. University, Ed.) Obtenido de http://bios.au.dk/fileadmin/dmu.dk/en/animalsplants/almass/landscape/Relationships_between_insect_biomass_and_plant_biomass_and_height_in_ALMaSS_2_Jan_2013.pdf.
10. Ruiz, N., Lavelle, P., & Jiménez, J. (2008). SOIL MACROFAUNA FIELD MANUAL. Roma: FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS. Recuperado el 25 de agosto de 2015
11. Sanclemente , O. E., Yacumal, V., & Patiño, C. (julio - Diciembre de 2017). Solubilización de fosfatos por bacterias nativas aisladas en tres Agroecosistemas del Valle del Cauca (Colombia). Temas Agrarios, 61 - 69. doi:https://doi.org/10.21897/rta.v2212.945
12. Sanclemente Reyes, O. E., Garcia Arboleda, M., & Valencia Trujillo, F. L. (2011). Efecto del uso de melaza y microorganismos eficientes sobre la tasa de descomposición de la hoja de caña (Sacharum officinarum). Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 13 -19.
13. Szargut, J., Valero, A., Stanek, W., & Valero, A. (2005). www.exergoecology.com. (CIRCE, Ed.) Recuperado el enero de 2013, de http://www.exergoecology.com/papers/towards_int_re.pdf
14. Zhang, W. (january de 2011). Simulation of arthropod abundance from plant composition. (I. A. Sciences, Ed.) Computational Ecology and Software, 1(1), 37-48. Recuperado el 15 de enero de 2014, de http://www.iaees.org/publications/journals/ces/articles/2011-1%281%29/Simulation-of-arthropod-abundance-from-plant-composition.pdf