Homogeneidad múltiple de los suelos las cruces agronomía tropical 1999

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Agronomía Tropical 49(4):413-433. 1999.

HOMOGENEIDAD MÚLTIPLE DE LOS SUELOS DE LA REGIÓN DE LAS CRUCES - SANTA ELENA DE ARENALES, MÉRIDA, VENEZUELA Jajaira Oballos*, Guido Ochoa* y Edgar Jaimes** * Profesores Universidad de los andes (ULA) Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales Centro de Estudios Forestales y Ambientales de Postgrado e Instituto de Geografía Laboratorio de Suelos, respectivamente Vía Chorros de Milla. Mérida, Venezuela. ** Profesor. Universidad de los Andes Núcleo Universitario Rafael Rangel. Departamento de Ciencias Agrarias Trujillo. Venezuela.

RECIBIDO: diciembre 12, 1998

RESUMEN El objetivo de este trabajo es establecer diferencias entre los suelos de Las Cruces Santa Elena de Arenales ubicados desde la cota 100 hasta la 2 500 m.s.n.m. Los suelos a estudiar fueron clasificados como Inceptisoles y Ultisoles según Soil Survey Staff. Ambos órdenes de suelos presentan una gran homogeneidad en sus características físicas, químicas y mineralógicas, independientemente de su clasificación taxonómica. La metodología se basó en el Índice de Homogeneidad Múltiple, el cual permite evaluar el estado termodinámica de los suelos y por consiguiente hacer inferencias acerca del grado de desarrollo de los mismos. Del resultado del análisis se obtuvo que los Ultisoles son más homogéneos que los Inceptisoles, cuando se comparan por perfiles completos y cuando se hace por epipedones y endopedones, lo que concuerda con la teoría pedogenética, señalando que los suelos son más homogéneos en sus propiedades en la medida que son más evolucionados. Las comparaciones a nivel de grandes grupos y en función de las condiciones pedoclimáticas no mostraron diferencias significativas entre los suelos.

Este estudio permitió establecer diferencias entre los dos grupos de suelos seleccionados y el grupo de inicial de los Ultisoles aparece efectivamente como un poco más evolucionado que el de los Inceptisoles.

Palabras Clave: Homogeneidad múltiple; pedogénesis; Inceptisoles; Ultisoles.

SUMMARY The objective of this study is to establish the differences between the soils in the Las Cruces-Santa Elena de Arenales region at an altitude of between 100 and 2,500 m above sea level. The soils to be studied were classified as Inceptisols and Ultisols in accordance with the Soil Survey Staff. Both types of soils showed great homogeneity in their physical, chemical and mineralogical characteristics, independent of their taxonomic classification. Methodology was based on the Multiple Homogeneity Index

for the evaluation of the thermodynamic condition of soils, which allows subsequent inferences concerning the degree of soil development. The results of the analysis showed that Ultisols were more homogeneous than Inceptisols when compared to complete profiles and when compared to epipedons and endopedons. This is in accordance with the pedogenetic theory, according to which soil properties are more homogeneous to the extent that they are more developed. Comparisons on the level of Great Groups and in relation to pedoclimatic conditions did not show significant differences between the soils. This study allowed differences to be established between the two soil groups selected; the initial Ultisol group, in effect, appeared to be slightly more developed than the Inceptisol group.

Key Words: Multiple homogeneity; pedogenesis; Inceptisols; Ultisols.

INTRODUCCIÓN Los suelos de la región de Las Cruces-Santa Elena de Arenales desarrollados sobre lutitas silíceas, en un medio bioclimático de montaña tropical húmeda (100-2 500 m.s.n.m.) presentan, independientemente de la altitud, una gran homogeneidad en sus propiedades físico-químicas y mineralógicas. La sola diferencia observada entre los suelos (Inceptisoles y Ultisoles) es el desarrollo morfológico de los perfiles.

Los Ultisoles presentan en general un perfil de alteración más profundo que los Inceptisoles, lo cual está relacionado con la posición que ocupan en el relieve. Los Ultisoles se desarrollan en las posiciones cóncavas con pendiente más débil, mientras que los Inceptisoles tienden a manifestarse más en las posiciones convexas y planoconvexas con pendientes moderadas y fuertes.

El análisis micromorfológico muestra, igualmente, una mejor organización morfológica en los Ultisoles, a diferencia de los Inceptisoles que tienden a ser morfológicamente más desorganizados (Oballos, 1995).

El medio de formación esta dominado por una fuerte acidez, la cual está estrechamente relacionada con la naturaleza del material parental y las condiciones microambientales del mismo. El aluminio constituye el ión dominante del complejo absorbente que conjuntamente con la materia orgánica juegan un papel fundamental en la pedogénesis. La materia orgánica presenta una buena mineralización, el porcentaje de saturación de bases es bajo, el humus formado es de tipo MULL ácido oligotrofo. La braunificación en sus etapas iniciales es el mecanismo fundamental de la pedogénesis (débil a moderada migración de arcilla y baja movilización de hierro).

Los complejos arcillosos están representados por caolinita bien cristalizada y dominante, vermiculita aluminosa, ilitas y diversos interestratificados (10-14A en particular), producto principalmente de la herencia del material parental, el cual ha pasado por varios ciclos de transformación y presenta una baja proporción de minerales fácilmente alterables (Oballos, 1995).

Los cambios que sufren los suelos durante su alteración están en función de las pérdidas, de las ganancias y de las transformaciones de la materia y la energía dentro y fuera del sistema. Puede decirse que un suelo evolucionado posee un balance de intercambio energético cercano al estado de equilibrio, razón por la cual sus

posibilidades de transformación son reducidas.

En un medio estable, del punto de vista de la termodinámica, la evolución del suelo comienza por una auto-organización acompañada por una baja pérdida de los minerales alterables. Ella pasa seguidamente por un estadio estacionario de máxima organización y de diferenciación morfológica, hasta alcanzar la condición de equilibrio, en el cual el sistema ha consumido la casi totalidad de las reservas minerales. En esta etapa las condiciones del medio no ejercen más influencia sobre la pedogénesis. Así cuando la reserva mineral alterable es consumida, y en ausencia de un nuevo flujo de materia menos alterada, las posibilidades de evolución pedogenética son reducidas. El estado de equilibrio implica entonces un aumento en la entropía del sistema (Ibañez et al., 1990).

Tomando en cuenta el funcionamiento termodinámico del sistema suelo y evaluando la entropía del mismo puede determinarse los grados de homogeneidad pedológica según el estado evolutivo de los suelos. Según Jaimes (1988) el Índice de Homogeneidad Múltiple (IHM) es una función proporcional al valor de la entropía propia del sistema, sea este un suelo o un ecosistema más complejo.

Este índice ha sido utilizado con fines cartográficos, específicamente en el establecimiento de áreas homogéneas para el cultivo de la uva en la Estación Experimental de La Uva, ubicada en El Tocuyo, Venezuela (Gómez Toro, 1990) y en otros sectores (Elizalde, 1995). Igualmente, Jaimes et al. (1992) lo aplicaron demostrando su bondad de ajuste en el estudio de la génesis de los suelos evolucionados o no.

Además, Jaimes y Arellano (1998) comprobaron que existe una relación directa y consistente entre la producción de biomasa aérea seca con la homogeneidad edáfica, asociada con las características físicas y químicas del epipedón, utilizando como método de estudio y análisis el Sistema Automatizado de Homogeneidad de Tierra (SIAHT), propuesto por Daza y Elizalde (1988), con base en el IHM por Jaimes (1988).

El presente trabajo tiene como objetivo fundamental estudiar el grado de homogeneidad de los suelos de la región de Las Cruces-Santa Elena de Arenales a partir de dos poblaciones de suelos (Inceptisoles y Ultisoles) distribuidos entre los 100 y 2 500 m.s.n.m. Analizando para cada caso, sus afectaciones en función del grado de evolución de los mismos.

MATERIALES Y MÉTODOS Selección de los suelos Los suelos utilizados para este estudio (28 perfiles), provienen de la caracterización de los suelos de la región de Las Cruces-Santa Elena de Arenales (Oballos, 1995). Las dos categorías de suelos: Inceptisoles (suelos poco desarrollados a perfil A-Bw-C) y los Ultisoles (Suelos más desarrollados a perfil A-Bt-C), cubren todo el rango altitudinal entre los 100 y 2 500 metros.

El criterio fundamental utilizado para la clasificación de los suelos en uno u otro orden de la clasificación norteamericana (SSS, 1994) fue la identificación macroscópica de

atributos morfológicos (argilanes) e incremento de arcilla en el horizonte B para el grupo de los Ultisoles y para el caso de los Inceptisoles el desarrollo de color y de estructura del mismo horizonte (Oballos, 1995).

Definición del Índice de Homogeneidad Múltiple (IHM) Jaimes (1988), con base en el Análisis de Componentes Principales (ACP), definió el IHM como el producto de los valores propios mayores o iguales a la unidad.

Algebraicamente se representa mediante la siguiente ecuación: I.H.M = donde: I.H.M.= Índice de Homogeneidad Múltiple (global) Π = "Producto acumulado de ...." λj = Valor propio del j-ιésimo componente principal > 1 m = Número de componentes principales cuyos valores propios son > Preparación de la matriz general de datos Para trabajar con el IHM fue necesario utilizar el programa IH, lenguaje Turbo-Basic creado por Daza y Elizalde (1988). Se tomaron en consideración para la construcción de la matriz de datos, las variables físico-químicas de 28 perfiles de suelos (Cuadro 1), 14 suelos poco evolucionados (Inceptisoles) y 14 suelos con mayor grado de evolución (Ultisoles), quedando la matriz constituida por 30 columnas (las variables) y 76 filas (las observaciones).

Las características físicas seleccionadas fueron las siguientes: altitud; espesor de cada horizonte; color (value y chroma); presencia de argilanes; densidad aparente; retención de humedad a pF 2,5 y 4,2; agua útil; proporciones de arena gruesa, media y fina; proporciones de limo grueso y fino; proporción de arcilla. Entre las características químicas se consideraron: pH agua, pH KCl y su diferencia (∆pH); aluminio e hidrógeno intercambiables; bases intercambiables; carbono orgánico; nitrógeno y relación C/N. Las características (variables) fueron ordenadas de izquierda a derecha.

Para cada perfil se tomaron los valores promedios de las observaciones por tipo de horizonte A, B y C, ordenándose de arriba a abajo según el grado de desarrollo de los perfiles, aquellas correspondientes a los suelos menos evolucionados fueron localizadas en las primeras 41 filas y las otras en las filas restantes. Dicho ordenamiento de las variables y las observaciones permitió la manipulación de la matriz según las combinaciones o grupos de observaciones y variables necesarias para este trabajo.

Los valores de las observaciones para cada horizonte se calcularon con las unidades aceptadas internacionalmente, salvo para los valores del pH. La medida del pH fue transformada a concentración de iones hidrónio (H +1). En cuanto a la variable argilanes y sus observaciones, su presencia en los suelos fue evaluada por medio de una escala

numérica, creada con valores del mismo rango que los de las otras observaciones.

Cálculo del Índice de Homogeneidad Para determinar el comportamiento de los valores del IHM se realizó un ensayo iterativo por combinación de varios conjuntos de variables y observaciones, es decir, con diferentes tamaños de matrices a partir de la matriz general de datos. Los conjuntos de matrices fueron constituidos por un número fijo de variables (columnas) y un número cambiante de observaciones (filas).

CUADRO 1a. Principales características físico - químicas de los suelos estudiados.

CUADRO 1b. Principales características físico- químicas de los suelos estudiados

Para cada tamaño de matriz se realizaron 25 repeticiones del cálculo del IHM, variando cada vez en forma aleatoria las observaciones, esto con el fin de mantener las exigencias de la validación estadística para los valores promedios de los IHM obtenidos, es decir desviación típica y límites de confianza (probabilidad 99%).

El procedimiento descrito fue realizado para la población total de suelos, así como para las dos clases de suelos seleccionados, separadamente (Inceptisoles y Ultisoles). Los 25 valores del IHM obtenidos para cada tamaño de matriz considerados siguen una distribución normal (T de Student).

Dicho procedimiento mostró que la amplitud del valor del IHM variaba de acuerdo con el tamaño de la matriz de datos. El IHM aumenta cuando el tamaño de la matriz disminuye, es decir, cuando el número de observaciones disminuye (menor variabilidad en las observaciones, mayor homogeneidad en el sistema). Igualmente, el número de variables considerado para cada conjunto de matrices afecta la magnitud del valor del IHM. Así la desviación típica correspondiente a las 25 repeticiones del cálculo del IHM para cada matriz es más grande cuanto mayor es el número de variables.

De acuerdo con la teoría del muestreo, el mejor comportamiento tendencial del IHM se observa para las matrices con 30 variables y un número de observaciones alrededor de 40. Cuando se trabaja con matrices con 20 y 30 variables, el número de observaciones necesarias se reduce a 30. No es recomendable hacer interpretaciones sobre la homogeneidad en los casos de sistemas de variables inferiores a 20, porque los límites de confianza se hacen erráticos (Figura 1).

La decisión final de utilizar e interpretar los resultados provenientes de los diferentes tamaños de matrices corresponde al investigador y a su conocimiento del sistema, de sus hipótesis y de los objetivos de la investigación. Kaiser, citado por Pla (1986), recomienda trabajar con el método de los ACP, utilizando sistemas caracterizados por más de 20 variables (Figura 1).

La comparación entre los diferentes valores de los IHM obtenidos para cada tamaño de

matriz (poblaciรณn total, Inceptisoles, Ultisoles) se realizรณ por intermedio de un test de comparaciรณn de medias (T de student). Los niveles de significaciรณn adoptados son: alta significaciรณn para los valores de probabilidad < 0,01 y significativo para los valores de probabilidad < 0,10.

FIGURA 1. Variación del Índice de homogeneidad múltiple en función del tamaño de las observaciones para la población global de suelos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Homogeneidad y evolución La comparación de los valores promedios de los IHM de la población total de suelos y los de los órdenes de suelos en estudio (Inceptisoles y Ultisoles), muestra, con un alto grado de significación, que los valores del IHM de los Ultisoles con respecto a la población total son muy diferentes cuando la matriz de datos esta constituida por más de 20 variables y un número de observaciones fluctuando entre 10 y 30. Ello indica que las mayores diferencias significativas se presentan cuando se trabaja con matrices de más de 20 variables. El mismo comportamiento es observado en el grupo de los Inceptisoles (Figura 2).

Los valores promedios del IHM de los Ultisoles son más elevados que los de la población total de suelos. Ello quiere decir, que los Ultisoles presentan una mayor homogeneidad que la población total (Inceptisoles y Ultisoles), lo cual es un resultado lógico, ya que la homogeneidad de la población total de suelos debe ser inferior a una o todas sus partes constituyentes. No obstante, los valores del IHM de los Inceptisoles son inferiores a los de la población total, lo cual también es un resultado lógico y remarca el peso más importante de los Ultisoles con respecto a los Inceptisoles, reflejando este hecho la gran heterogeneidad pedológica expresada por los Inceptisoles, traduciéndose de esta manera que los Ultisoles son significativamente más homogéneos que los Inceptisoles.

Estos resultados están de acuerdo con la teoría pedogenética, la cual señala que cuando los suelos alcanzan estados evolutivos elevados (Ultisoles y Oxisoles), sus perfiles presentan una tendencia a ser más homogéneos en sus características físico químicas, biológicas, mineralógicas y morfológicas.

Igualmente, se señala que los procesos pedogeomorfológicos actúan de forma diferente en las dos clases de suelos. De esta manera el balance de los procesos de formación (transformaciones, ganancias y pérdidas de materia y energía) determina el origen, la estructura, el funcionamiento y las tendencias evolutivas en los sistemas pedogeomorfológicos (Elizalde y Jaimes, 1989).

Para el caso de los Ultisoles, está dominado por las transformaciones que favorecen un grado elevado de uniformidad en la mayor parte de las características del perfil del suelo. Por otro lado, los Inceptisoles por ser sistemas en transformación o en vías de estructuración, muestran una mayor heterogeneidad pedológica. Las pérdidas y las ganancias constituyen los procesos dominantes en sus balances pedogeomorfológicos.

FIGURA 2. Relación entre el Índice de homogeneidad promedio, el tamaño de las matrices para la

población global y las dos subpoblaciones (Utisoles e Inceptisoles).

La importancia de los procesos de transformación sobre el comportamiento de la homogeneidad de los suelos en estudio se manifiesta con la presencia de los revestimientos arcillosos sobre las caras de los agregados (argilanes), característico de los Ultisoles. Esta característica morfológica es indicadora de las transferencias de materia y de energía en los perfiles, generalmente ausente en los Inceptisoles (al menos a nivel macroscópico).

En tal sentido, se observa que los valores del IHM calculados para los Ultisoles, tomando o no en consideración los argilanes son muy diferentes, a tal punto que la magnitud del IHM es más elevada cuando esta variable (argilanes) interviene en los cálculos (IHM con argilanes = 7229, - matriz de 30 variables y 10 observaciones vs.

IHM sin argilanes = 5086, -matriz de 29 variables y 30 observaciones ), tal como se aprecia en la Figura 2.

Homogeneidad y taxonomía de suelos La comparación entre los IHM correspondientes a los suelos clasificados como Ultisoles e Inceptisoles a nivel del orden confirman las hipótesis formuladas al inicio de este trabajo, basada en el criterio de que la mayor homogeneidad está relacionada con los suelos pertenecientes al orden de los Ultisoles, es decir, mientras más evolucionados son los suelos, más homogéneos son (Cuadro 2).

Este comportamiento es mantenido cuando se compararon las observaciones correspondientes a los epipedones y a los endopedones por órdenes de suelos. Los valores del IHM para los epipedones y endopedones son más altos en los Ultisoles con relación a los Inceptisoles (Cuadro 2).

La comparación a nivel de Grandes Grupos muestra que el Gran Grupo Humitropepts manifiesta una tendencia a presentar una mayor homogeneidad que los Grandes Grupos Dystropepts y Haplohumults (Cuadro 3). Estos resultados no presentan ninguna relación con los obtenidos en función de la evolución de los suelos.

CUADRO 2. Prueba de consistencia y de significación del IHM promedio entre los Inceptisoles (I) y los Ultisoles (U) por: a. perfiles completos (horizontes A/B/C); b. horizontes: epipedones (A) y endopedones (B) a. Perfiles completos (horizontes A/B/C) Orden

No. No. No. IHM Variables Observ. Repet. Promedio

Ultisol (U)

30

10

25

4 091

Inceptisol (I)

30

10

25

2 090

Ultisol (U)

30

15

25

4 041

Inceptisol (I)

30

15

25

2 049

Ultisol (U)

30

20

25

2 975

Inceptisol (I)

30

20

25

1 863

Probabilidad

Nivel de Significación

< 0,001

**

< 0,001

**

< 0,001

**

b. Horizontes: epipedones (A) y endopedones (B) No. Variables

No. Observ.

No. Repel.

Epipedones (U)

30

10

25

7 576

Epipedones (1)

30

10

25

5 794

Endopedones (U)

30

10

25

7 925

Endopedones (1)

30

10

25

4 938

Grupos

IHM Nivel de Probabilidad Promedio Significación < 0,001

**

< 0,001

**

(**) Altamente significativo

CUADRO 3. Prueba de consistencia y significación del IHM promedio de los suelos clasificados a nivel de Grandes Grupos Grandes Grupos

No. Variables

No. Observ.

No. Repel.

IHM Nivel de Probabilidad Promedio Significación

Dystropept

30

10

25

3 460

Humitropept

30

10

25

3 541

Haplohumult

30

10

25

3180

Dystropept

30

15

25

2 672

Humitropept

30

15

25

2 945

Haplohumult

30

15

25

2 978

Dystropept

30

20

25

2190

Humitropept

30

20

25

2 344

Haplohumult

30

20

25

2 013

< 0,001

**

< 0,001

**

< 0,001

**

(**) Altamente significativo

Homogeneidad y pedoclima En sus trabajos Jaimes et al. (1992) determinaron la relación entre el IHM y el régimen de humedad de los suelos, observaron que los valores del IHM muestran una tendencia a ser más elevados en los suelos con un régimen de humedad ústico que en aquellos con régimen de humedad údico, independiente del orden taxonómico al cual pertenecían los suelos. En el caso de los suelos de la región estudiada, el régimen de humedad es údico.

Con el fin de estudiar la relación entre el clima y la homogeneidad del sistema, se agruparon los suelos por piso altitudinal, seleccionando de manera arbitraria dos pisos altitudinales: uno inferior a 1 400 m y el otro superior a 1 400 m. Esta discriminación tuvo como objetivo el de equilibrar el número de observaciones por piso. Los resultados muestran que la separación por pisos altitudinales no es suficiente para diferenciar significativamente el IHM entre los epipedones y endopedones (a pesar que

el IHM para los endopedones es netamente más elevado en el piso superior, (Cuadro 4).

CUADRO 4. Prueba de consistencia y de significación del IHM promedio entre los epipedones y los endopedones del conjunto de suelos por pisos altitudinales (inferior a 1400 m.s.n.m., "B", superior a 1 400 m.s.n.m. "A").

Grupos

No. No. No. HIM Nivel de Probabilidad Variables Observ. Repet. Promedio Significación

Epipedones (A)

30

10

25

5 785

Epipedones(B)

30

10

25

5 967

Endopedones (A)

30

10

25

6 623

Endopedones(B)

30

10

25

4 895

> 0,10

N.S.

> 0,10

N.S.

N.S. = No significativo

CONCLUSIONES - El análisis de consistencia y significación del IHM permitió confirmar la adaptación y la validación estadística del IHM propuesto por Jaimes (1988). Su aplicación mostró diferencias a nivel del grado de homogeneidad entre los dos grupos de suelos considerados en este ensayo (Inceptisoles y Ultisoles).

- Las comparaciones entre los valores del IHM de los dos grupos de suelos y los de su totalidad, muestra que el grupo de los suelos menos evolucionados (Inceptisoles) presenta una gran heterogeneidad pedogenética. Este resultado se mantiene al realizar las comparaciones entre los dos grupos de suelos, considerando tres situaciones distintas: a. los perfiles completos (horizontes A-B-C); b. las características de los epipedones (horizontes A) y c. las de los endopedones (horizontes B). Esos resultados se corresponden con el grado de desarrollo pedogenético atribuido a cada grupo. Los suelos "menos evolucionados" muestran una homogeneidad menor y en consecuencia un menor grado de evolución en relación con los suelos "más evolucionados".

- En el grupo de los suelos evolucionados (Ultisoles), el IHM permitió poner en evidencia el peso de la presencia de revestimientos arcillosos (argilanes). Los valores del IHM son más altos cuando esta variable es tomada en consideración en el análisis.

- La comparación de los valores del IHM en los suelos (epipedones y endopedones, separadamente y de acuerdo con el piso bioclimático, no mostró diferencias significativas. Ello esta de acuerdo con la débil diferenciación encontrada en los dos zonas bioclimáticas por Oballos (1995).

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