COMPOSICIÓN FLORÍSTICA, ESTRUCTURA Y SERVICIOS ECOSISTEMICOS EN SISTEMAS AGROFORESTALES CON Theobroma Cacao L
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COMPOSICIÓN FLORÍSTICA, ESTRUCTURA Y SERVICIOS ECOSISTEMICOS EN SISTEMAS AGROFORESTALES CON Theobroma cacao L. EN EL DEPARTAMENTO DEL HUILA. Claudia Mercedes Ordoñez Espinosa Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Posgrado en Biología Programa de doctorado en Ciencias Biológicas Bogotá, septiembre 2019 COMPOSICIÓN FLORÍSTICA, ESTRUCTURA Y SERVICIOS ECOSISTEMICOS EN SISTEMAS AGROFORESTALES CON Theobroma cacao L. EN EL DEPARTAMENTO DEL HUILA. Claudia Mercedes Ordoñez Espinosa Tesis presentada como requisito parcial para optar al título de: Doctor en Ciencias Biológicas Línea de Investigación en Biodiversidad y Conservación Director Dr. Jesús Orlando Rangel Churio Profesor Titular Instituto de Ciencias Naturales Universidad Nacional de Colombia Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Posgrado en Biología Programa de doctorado en Ciencias Biológicas Bogotá, septiembre 2019 A Dios, por todas las bendiciones que he re- cibido para mi crecimiento personal y profe- sional. A mi madre que desde el cielo me bendice, a mis hermanos por su apoyo. A Fredy por su paciencia y apoyo incondicional y a mis hijos José Camilo y Juan David por ser el motor de mi vida. Agradecimientos Este trabajo fue desarrollado con la colaboración financiera del Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA, Sistema de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación – SENNOVA, mediante convocatoria interna para proyectos de investigación ejecutados por el Centro de Formación Agroindustrial – Regional Huila 2015 - 2017. Los recursos para la Formación Doctoral fueron financiados por el Fondo de Ciencia, Tecnología e Innovación del Sistema General de Regalías FCTeI-SGR asignados al Departamento del Huila como apoyo a la formación de capital humano de alto nivel, mediante la convocato- ria 677 de 2014 Doctorado – Nacional. Los equipos usados para la presente investiga- ción fueron de la Universidad de la Amazonía en el marco del convenio de cooperación 003 de 2016 entre el SENA regional Huila y la Universidad de la Amazonia y a la colabo- ración de las siguientes personas y entidades: Al Dr. Cándido Herrera González (Subdi- rector del Centro de Formación Agroindustrial “La Angostura”), Los Coordinadores Aca- démico (Gloria Maritza Sánchez) y de Formación Profesional (Isaías Farfán Collazos). Al Dr. Jesús Orlando Rangel Churio, por la dirección y orientación de la tesis, Profesor Titu- lar y Emérito del Instituto de Ciencias Naturales, Facultad de Ciencias, Universidad Na- cional de Colombia, sede Bogotá. A Juan Carlos Suarez Salazar, por sus valiosas orien- taciones durante la tesis. Director Maestrías en Agroforestería y Sistemas sostenibles de Producción de la Universidad de la Amazonía. A Fernando Casanoves, por sus aportes en los análisis estadísticos. Director de la Unidad de Biometría del Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza CATIE. A Marie Ange Ngo Bieng, por sus aportes en el modelamiento de la distribución espacial de los árboles. Investigadora del CIRAD, Francia. A cada uno de los colegas que ayudaron al desarrollo del proyecto y colaboraron en la recopilación de información en campo en los municipios de Rivera, Campoalegre y Algeciras. Leidy Machado, David Saavedra, Laura Constanza Rojas; Gisela Artunduaga; Vladimir Minorta Cely; Valentín Murcia; Jacqueline Vargas y a los aprendices de los semi- lleros de investigación del Centro de Formación. Un agradecimiento muy especial a los presidentes de las asociaciones de cacaoteros (Orlando Escobar; Pablo Ríos y al Instruc- tor Ángel Antonio Cachaya) al productor Juan de Dios Durán por su inmenso apoyo y disposición, a cada uno de los productores de la asociación de productores de cacao de Rivera, Campoalegre y Algeciras que permitieron el desarrollo de la investigaciones en cada una de sus fincas. A todos ellos y a los que no he podido nombrar por espacio y tiempo, mi más sincero agradecimiento Resumen y Abstract V Resumen Se caracterizaron con base en la composición florística y aspectos de la estructura de la vegetación 47 parcelas (1000 m2 cada una) con sistemas agroforestales (SAF), luego mediante análisis estadísticos (análisis de componentes principales, de conglomerados y varianza univariado) se conformaron tipologías de SAF basadas en esos aspecto, la ri- queza, densidad de individuos y radiación incidente. Luego de definir los tipos de SAF se evaluó el rendimiento del cacao en cada uno de ellos y su relación con composición flo- rística, aspectos de la estructura, la riqueza, densidad de individuos que conforman el SAF, radiación incidente y se comparó con sistemas de producción de cacao a libre ex- posición TEL (14 parcelas de 1000 m2 cada una). El almacenamiento de carbono en biomasa aérea se comparó entre los sistemas de producción (SAF y TEL). Para conocer como se ve influenciado el flujo de savia y potencial hídrico de los árboles de cacao por la composición florística, aspectos de la estructura, radiación incidente y las condiciones microclimáticas de los tipos de SAF, se realizaron mediciones del flujo de savia (Vs), potencial hídrico, humedad relativa del aire (RHa), temperatura media del día (Ta), la radiación fotosintéticamente activa (PAR), déficit presión de vapor (VPD), temperatura del suelo, contenido volumétrico del agua en los sistemas de producción (SAF y TEL) en dos momentos (época húmeda - máxima precipitación y época seca mínima precipita- ción). La vegetación se clasificó en siete grupos con base en las especies característi- cas- dominantes o diferenciales: SAF dominados por Guarea guidonia y Pseudosamanea guachapele, Erythrina poeppigiana y Matisia cordata, Musa paradisiaca, Gliricidia sepium y Cordia alliadora, Gmelina arborea, Psidium guajava y SAF dominados por Manguifera indica. Se discriminaron dos tipologías de SAF: complejo múltiple con alta sombra diver- sificada (CMAD) y complejo simple con baja sombra especializada (EDB) diferentes estadisticamente por la riqueza de especies arbóreas, los Índice de Shannon y Simpson, densidad total de individuos, densidad de musáceas, área de copa, área de copa de mu- sáceas, área basal, promedio horas sombra año, índice de área foliar (radiación transmi- tida) y la varianza del mismo en la mañana, medio día y tarde. El análisis de correlacio- nes permitió explicar los efectos directos e indirectos entre las variables radiación, es- tructura (inciden en un 78% en la variabilidad total del rendimiento del cacao en un sis- tema agroforestal). Se encontró que el componente de radiación (variables horas sombra e Índice de Área Foliar) fue el factor más importante que influyo sobre la variabilidad del rendimiento. El rendimiento del grano de cacao presentó un mayor valor en TEL (71 Resumen y Abstract VI Kg/parcela y 719 Kg/ha), aunque no se presentaron diferencias significativas con el SAF tipo EDB (63 kg/parcela y 703 Kg/ha). El SAF tipo CMAD registró el menor valor (36 kg/parcela y 338 Kg/ha). Los mayores valores de carbono total almacenado en biomasa aérea se registraron en Ficus dendrocida, Sapium cuatrecasii, Enterolobium cyclocar- pum, Erythrina poeppigiana, Ficus pallida, Guazuma ulmifolia, Cedrela montana, Ficus hartwegii, Erythrina fusca y Jacaranda caucana (entre 5,9 y 1,2 Mg de carbono en 0.1 ha). En el carbono almacenado en tallo las especies con mayor contenido fueron Sapium cuatrecasii (45,29%) y Enterolobium cyclocarpum (44,74%) y especies como Casearia corymbosa (40,72%), Pseudosamanea guachapele (44,33%), Anacardium excelsum (33,48%) y Maclura tinctoria (32%) son propias de ecosistemas de Bosque Seco. El SAF CMAD almacenó la mayor cantidad de carbono en biomasa aérea (4,43 Mg C/0.1 ha), seguido del SAF EDB (1.7 Mg C/0.1 ha) y el menor valor en el sistema a libre exposición TEL (0,3 Mg C/0.1 ha). Durante el periodo de monitoreo los valores de flujo de savia de cacao en los sistemas productivos variaron entre 0.25 L h-1 y 0.18 L h-1 con el menor valor registrado en el SAF – CMAD y el mayor valor en la parcela TEL. El potencial hídri- co más alejado de cero (-1.49 Mpa) se observó en la parcela TEL y el más cercano a cero (-0,47 Mpa) se registró en CMAD. El comportamiento observado en el flujo de savia y el potencial hídrico en plantas de cacao depende de las condiciones meteorológicas RHa (%), Ta (ºC), PAR (μmol m-2 s-1) y VPD (kPa) y varía según la época del año, la hora del día y el sistema de producción de cacao (SAF o de libre exposición). Palabras clave: Composición florística, estructura, rendimiento, sistemas agroforestales; Bosque tropical seco, variables ambientales, Flujo de savia. Contenido X Abstract 47 plots (1000 m2 each) with agroforestry systems (AFS) were characterized based on the floristic composition and aspects of the vegetation structure. Statistical analyses (analysis of main components, conglomerates and univariate variance) were used to form AFS typologies based on these aspects, richness, density of individuals and incident ra- diation. After defining the types of PBS, the yield of cocoa in each of them was evaluated, as well as its relationship with floristic composition, aspects of structure, richness, density of individuals that make up the AFS, incident radiation, and it was compared with cocoa production systems with free TEL exposure (14 plots of 1000 m2 each). Carbon storage in aboveground biomass was compared between production systems (PBS and TEL). In order to know how the flow of sap and water potential of cocoa trees is influenced by the floristic composition, aspects of structure, incident radiation and microclimatic conditions of PBS types, measurements were made of sap flow (Vs), water potential, relative air humidity (RHa), average day temperature (Ta), photosynthetically active radiation (PAR), vapour pressure deficit (VPD), soil temperature, volumetric water content in the produc- tion systems (PAS and TEL) at two times (wet season - maximum precipitation and mini- mum dry season precipitation). Vegetation was classified into seven groups based on characteristic species - dominant or differential: PBS dominated by Guarea guidonia and Pseudosamanea guachapele, Erythrina poeppigiana and Matisia cordata, Musa paradi- siaca, Gliricidia sepium and Cordia alliadora, Gmelina arborea, Psidium guajava and PBS dominated by Manguifera indica.