Descripción del Sitio

Se estableció un experimento en tres localidades productoras de maíz en condiciones de temporal y humedad residual (Tapachula, Tuxtla Chico y Frontera Hidalgo) de El Soconusco, región subtropical Pacífico Sur del Estado de Chiapas, México; ubicado geográficamente entre los paralelos 14° 20' y 14° 55'' N y 92° 15' y 92° 45'' O; zona limítrofe con Guatemala. La precipitación histórica promedio anual en cada localidad es de 1850 mm (TAP), 1350 mm (TCH) y 1300 mm (FRA), distribuida de mayo a octubre. La temperatura promedio anual es de 27 ± 1 °C. Los suelos de cada sitio con base en su textura son: franco arenoso (TAP), franco arcilloso (TCH) y franco limoso (FRA); pH inicial fue de: 5.8 (TAP), 5.5 (TCH) y 5.9 (FRA), respectivamente.

Diseño Experimental y Características de los Sitios

El área del experimento fue de 1.5 ha y consistió de tres tratamientos de 0.5 ha cada uno (50 m × 100 m), así los tratamientos se distribuyeron mediante el diseño de franjas apareadas que, geográficamente de norte a sur se ubicó primero: el tratamiento de labranza cero (CL; solo siembra mecanizada), labranza mínima (LM; mediante un solo paso de rastra y siembra mecanizada), y labranza convencional (LC; mediante barbecho, dos pasos de rastra y siembra mecanizada). La siembra de maíz en los tres sitios experimentales se realizó con una misma variedad (DK-353). Las dosis de fertilización, con base en el análisis químico del suelo, se estimaron mediante el método racional únicamente para macro elementos; de esta manera cada dosis es el cociente de la diferencia: demanda nutrimental extraída por la cosecha menos el aporte del suelo, entre la eficiencia de absorción de los nutrimentos: 0.65, 0.25 y 0.80 para N, P y K, respectivamente; las dosis fueron variables entre sitios: 80, 80 y 90 kg ha^-1 de N; 20, 60 y 35 kg ha^-1 de P; 30, 35 y 50 kg ha^-1 de K; en los sitios TAP, TCH y FRA (Cuadro 1). Las fechas de siembra en condiciones de temporal se hicieron durante los días 20, 25 y 30 de agosto de 2007 en los sitios de Tapachula, Tuxtla Chico y Frontera Hidalgo, respectivamente. La cosecha de maíz en cada uno de los sitios experimentales fue variable y se realizó durante la segunda quincena de octubre de 2007 y primera quincena de enero de 2008 para uno y otro sistema, respectivamente.

Cuadro 1 Concentración de nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) de los sitios experimentales y demanda de estos nutrimentos 

Análisis Químico del Suelo

Materia orgánica (MO). En la etapa pre-experimental (abril, 2007) al interior de cada tratamiento se seleccionaron tres estaciones de muestreo y en cada una de éstas se tomaron cuatro muestras simples de suelo en las profundidades de 0 a 10, 10 a 20, 20 a 30 y 30 a 40 cm; a fin de conocer el contenido inicial de MO. Posteriormente, las muestras se tomaron cada seis meses (noviembre de 2007 y abril de 2008) para evaluar su comportamiento durante este periodo. Las muestras de suelo se les determinó la MO mediante el C orgánico por el método de ^{Walkley y Black (1934)}.

Análisis Físico e Hidráulico del Suelo

Densidad aparente del suelo. Durante la etapa pre-experimental (abril, 2007) en cada uno de los sitios experimentales se determinó la densidad aparente mediante el método del cilindro de volumen conocido, al interior de cada tratamiento se seleccionaron tres sitios de muestreo, en cada uno de éstos se extrajeron dos muestras individuales de suelo con el cilindro mencionado, el cual se insertó en el suelo y se extrajo cuidadosamente un monolito de suelo de cada una de las profundidades (10 a 20 y 20 a 40 cm); cada uno de las muestras se vació en un recipiente de aluminio y se llevaron al laboratorio, ahí se secaron en la estufa por 24 h a 110 °C; se sacaron y se pusieron en un desecador, después se pesaron para obtener la masa de suelo seco; ésta se dividió entre el volumen conocido (32 cm³) y se obtuvo la densidad aparente (ρb, g cm^-3) del suelo.

Conductividad hidráulica a saturación. Durante el ciclo experimental (mayo 2007-abril 2008) en cada uno de los sitios experimentales, al interior de cada tratamiento se seleccionaron tres estaciones de muestreo y en cada una de éstas se instaló un juego de cilindros infiltrómetros y se midió por un tiempo de 10 h continuas la infiltración de agua en el suelo. Posteriormente cada una de las series de valores de la infiltración en función del tiempo [I (t); cm h^-1)] se ajustaron por la ecuación de Phillip (1957) de tres términos, y a partir de sus coeficientes de ajuste se estimaron cada uno de los valores de conductividad hidráulica a saturación (Ks; cm h^-1) con la función de ^{Kutilek et al. (1988)}.

Análisis Estadístico

Los valores promedio de MO por tratamiento y cuatro profundidades (CL × PFi, LM × PFi y LC × PFi; i = 10, 20, 30 y 40 cm de profundidad) de los tres sitios, se pusieron en una matriz de tratamientos de sistemas de labranza (parcela grande) y dentro de cada uno de éstos se anidaron cuatro profundidades por tratamiento (parcela chica), donde las repeticiones (tres) fueron las fecha de su cuantificación (abril, 2007; noviembre, 2007 y abril, 2008) y mediante esta estructura se aplicó el análisis de varianza con base en el diseño experimental de parcelas divididas (DPD). Para precisar en esta respuesta, también se utilizó la misma estructura de valores promedio de MO (tres fechas de su cuantificación) con el mismo arreglo de sistemas de labranza por profundidad, donde las repeticiones fueron los tres sitios experimentales y se aplicó el análisis de varianza mediante el diseño experimental de parcelas divididas. Con relación a la densidad aparente, debido a que sólo se tuvieron dos valores promedio (de tres valores) por sistema de labranza en dos profundidades (0-20 y 20-40 cm) correspondientes a uno y otro año de observación (2007 y 2008), dichos valores se analizaron mediante una prueba de t (P < 0.05); asimismo, la Ks sobre la base de valores promedio (de tres valores) por tratamiento en cada sitio experimental, también se analizó mediante una prueba de t (P < 0.05); por último el rendimiento acumulado de los ciclos de producción mencionados por cada uno de los sitios experimentales. Los valores de rendimiento se integraron en una matriz de cinco muestras independientes (repeticiones) obtenidas al interior de cada tratamiento (tres) y de esta forma se conformó una arreglo tres tratamientos de sistemas de labranza por cinco repeticiones, de esta forma se realizó el análisis de varianza mediante el diseño de bloques completos al azar. Los análisis estadísticos se realizaron con el programa estadístico SAS versión 9.0.

Concentración de la Materia Orgánica

En relación con el impacto de los sistemas de labranza de conservación (CL y LM) en el corto plazo para retener e incrementar la MO en comparación con la LC, en el Cuadro 2 se presentan los resultados reportados por el análisis de varianza correspondiente.

Cuadro 2 Impacto de los sistemas de labranza de conservación y convencional por profundidad sobre el comportamiento promedio de la materia orgánica en función del tiempo (fechas de su cuantificación: abril, 2007; noviembre, 2007 y abril, 2008). 

†Valor promedio agrupado por Tukey (P ≤ 0.05): sistemas de labranza por sitios a través de fechas de observación. ‡ en dirección horizontal se observan los promedios agrupados por Tukey (P ≤ 0.05).

Los resultados de este análisis sólo detectaron diferencia significativa de impacto de los sistemas de labranza sobre la escasa variabilidad de la MO en un año de observación; no hubo efecto de interacción entre sistemas de labranza por la profundidad (PF), y sólo se detectó diferencia altamente significativa del contenido de MO en la profundidad. Estos resultados desde un punto de vista estadístico (Tukey, P ≤ 0.05) confirman igual comportamiento de la MO en ambos sistemas de labranza (labranza de conservación y convencional). En relación con estos resultados la literatura especializada reporta una amplia variedad de valores similares cuando se analizó el comportamiento del C en el corto plazo (^{Omode et al., 2006}); sin embargo, aún cuando dichos resultados desde un punto de vista de sus valores promedio absolutos no mostraron en el corto plazo un incremento sustantivo, los beneficios que proporciona la MO, principalmente en la región tropical, contribuye en la conservación el suelo en su lugar de origen; asimismo dada la mayor estabilidad del suelo debido a su MO fortalece la ley de resistencia al flujo libre del agua sobre la superficie y otros atributos que se le otorgan a la MO dentro de los ecosistemas de producción agrícola en general.

El comportamiento de la MO en la profundidad, con excepción del sitio de Tuxtla Chico, en el resto de los sitios experimentales se observó una acumulación importante de MO en la profundidad de 0-10 cm y a partir de aquí hasta la profundidad de 40 cm su comportamiento fue variable; así la tendencia observada fue hacia su disminución con la profundidad, esta relación se explica mediante la Ecuación 1.

Donde PF es profundidad (cm). Al respecto, ^{Omode et al. (2006)} reportaron resultados similares cuando analizó el impacto de sistemas de labranza en el corto plazo sobre la acumulación de C y N en el perfil del suelo, y determinó que dichos sistemas alteraron el contenido y distribución de C y N a través de todo perfil analizado, pero, en el corto plazo la práctica continua de CL en la profundidad de 0-5 cm, la acumulación de C y N superó a los sistemas de cero labranza temporal, tales como el rayado del suelo con arado de cincel e inversión del suelo con arado por varios órdenes de magnitud que fueron desde 11%, 15 y 28%, respectivamente (^{Rasse et al., 2006}).

En el Cuadro 3 se presentan los resultados de la concentración promedio de la MO por sistemas de labranza (LM, CL y LC) por profundidad a través de los sitios. Al respecto, el análisis de varianza no detectó diferencia estadística significativa e indica que en el corto plazo a través de los sitios, no ocurrieron cambios en la concentración de MO. No hubo diferencia estadística significativa de interacción entre sistemas de labranza y profundidad, y sí hubo diferencia estadística altamente significativa de concentración MO en la profundidad, donde se observó desde un punto de vista estadístico, acumulación importante de MO en el estrato de 0-10 cm de profundidad durante el periodo en que ésta fue cuantificada.

Cuadro 3 Concentración promedio de la materia orgánica (MO) en el corto plazo (2007-2008) en función del tipo de labranza y profundidad a través de los sitios de observación: Tapachula, Tuxtla Chico y Frontera Hidalgo. 

† Tukey, P ≤ 0.05.

Resultados similares en relación con esta investigación muestran que en el corto plazo (< 10 años) el efecto de la labranza sobre la dinámica del C es variable y compleja (^{Al-Kaisi et al., 2005}); sin embargo, los resultados indican que después de tres años consecutivos con cero labranza más la permanencia de los residuos de cosecha, se incrementó la concentración de C orgánico en los estratos de 0-5 cm y de 5-10 cm de profundidad con relación a la práctica del rayado profundo del suelo para la siembra de maíz; es probable que dicha acumulación de C no se debió a los residuos de cosecha, sino a la disminución de las tasas de mineralización con cero labranza. La práctica continua de cero labranza más el manejo de cultivos que proporcionen altas cantidades de residuos de cosecha y su permanencia in situ como el maíz, promueve la recuperación sucesiva de la MO, su fertilidad natural y protege el ambiente mediante la reducción sustantiva de emisiones de CO₂ (^{Bayer et al., 2000}; ^{Machado et al., 2003}).

Otros estudios relacionados con esta investigación reportan que se conoce muy poco acerca de la acumulación sustantiva de MO en el corto plazo a partir de que se inicia la reconversión de la labranza convencional por labranza de conservación, en particular cero labranza (^{Vanden Bygaart y Kay, 2004}); sin embargo, su manejo continuo por periodos cortos (6 y 7 años) reporta alta acumulación de C en el suelo en relación con la labranza convencional (^{Wander et al., 1998}; ^{Duiker y Lal, 1999}; ^{McConkey et al., 2003}). También ^{Franzluebbers y Arshad (1996)} en el mismo ámbito de estudio determinaron que en un periodo comprendido entre 2 y 5 años después de realizar esta reconversión, el tiempo fue muy corto y no se observó un incremente sustantivo de C en el suelo; pero, después de 5 hasta 10 años se ha observado alta concentración de C orgánico total. Con relación a lo anterior, ^{Duiker y Lal (1999)} en un estudio similar después de siete años de la reconversión, determinaron una relación lineal positiva entre el C orgánico total y la incorporación consecutiva de los residuos de cosecha.

Efectos de la Labranza de Conservación sobre la Densidad Aparente del Suelo

En el Cuadro 4 se presentan los resultados de impacto en el corto plazo (2007-2008) de los sistemas de labranza (labranza de conservación y convencional) por profundidad sobre el comportamiento de la densidad aparente del suelo (ρ_b, g cm^-3) por sitios, correspondiente a uno y otro año de observación. Con base en los análisis estadísticos (t; P ≤ 0.05) las diferencias significativas fueron variables: sólo significativas para los estratos 20-40 cm y 0-20 cm con LC en TCH y TAP; en el sitio de FRA hubo diferencia significativa en ambos estratos con CL y el mismo efecto para los estratos 0-20 cm y 20-40 cm en LM y LC, respectivamente.

Cuadro 4 Concentración de la densidad aparente del suelo (ρ_b; g cm^-3) en dos profundidades después de un año de observación (2007-2008) a través de sitios en función de los sistemas de labranza de conservación y convencional. 

* Diferencia significativa; ns = no significativa [t (P < 0.05)].

La inconsistencia del efecto de sistemas de labranza en el corto plazo sobre la densidad aparente del suelo ya ha sido reportada ampliamente en la literatura. ^{Wander et al. (1998)} reportó valores mayores de densidad aparente bajo cero labranza sobre la labranza convencional; ^{Díaz-Zorita et al. (2004)} no encontró diferencia significativa de su comportamiento entre los sistemas cero labranza y labranza convencional. ^{Yang y Kay (2001)} en un estudio similar no encontró diferencias entre la labranza reducida, rayado profundo (cincelado) e inversión del suelo y, dicha variación fue muy ligera entre tratamientos. ^{Yoo y Wander (2006)} determinaron que con labranza cero la densidad aparente se incrementó en todos los suelos de tipo franco-limosos y arcillo-limosos.

Últimamente ^{Lampurlanéz y Cantero-Martínez (2003)} mediante una amplia revisión de literatura acerca del impacto de los sistemas de labranza sobre la densidad aparente del suelo reportan diferentes resultados: incremento de este valor en los primeros 5 cm y 10 cm de profundidad con cero labranza sobre la labranza convencional (^{Radcliffe et al., 1988}; ^{Hammel, 1989}; Hill, 1990; ^{Grant y Lafond, 1993}); otros resultados no reportan diferencias bajo ningún sistema de labranza utilizados (^{Blevins et al., 1983}; ^{Taboada et al., 1998}; ^{Arshad et al., 1999}; ^{Logsdon y Cambardella, 2000}) y otro grupo reportó que la densidad aparente disminuyó bajo cero labranza, debido a un incremento progresivo de la MO en la primera capa de suelo (^{Crovetto, 1998}).

Efecto de la Labranza de Conservación sobre la Conductividad Hidráulica a Saturación

En el Cuadro 5 se presentan los resultados del comportamiento de la conductividad hidráulica a saturación (Ks), proceso ocurrido en el corto plazo en los sitios mencionados. Con base en el análisis estadístico [Prueba de t (P ≤ 0.05)] se obtuvieron diferentes resultados: en CL sólo hubo diferencia significativa en los sitios de Frontera Hidalgo y Tuxtla Chico; no hubo diferencia estadística en ninguno de sitios bajo labranza mínima y sí se detectó diferencia estadística en el sistema de labranza convencional de un año y otro en los sitios de Frontera Hidalgo y Tapachula.

Cuadro 5 Impacto de los sistemas de labranza entre sitios sobre el comportamiento de la conductividad hidraúlica a saturación (Ks) en un año de observación (2007-2008). 

* Diferencia significativa; ns = no significativa [t (P ≤ 0.05)].

En relación con esta variable, muchos estudios reportan resultados similares en diferentes sistemas de labranza. ^{Buczko et al. (2006)} observó valores más altos de Ks en labranza de conservación sobre la labranza convencional; asimismo ^{Longsdon et al. (1993)} determinó en un suelo de textura franca cultivado con maíz que la tasa de infiltración en labranza de conservación fue superior comparada con la labranza convencional.

En relación con estos resultados, investigaciones realizadas en suelos similares o de textura franco limoso y arcilloso cultivados con maíz mostraron valores más altos de Ks en labranza de conservación sobre labranza convencional (^{Cameira et al., 2003}). Así también, otros estudios sobre el comportamiento de Ks en el corto plazo, detectaron poca variación en diferentes sistemas de labranza y lo anterior, lo atribuyen a que esta variable está fuertemente influenciado por la estructura del suelo y la actividad de los micro y macro organismos que forman galerías por donde fluye el agua y así la Ks se incrementa (^{Buczko et al., 2006}). También, la Ks es muy variable y puede mayor, igual o menor en labranza convencional comparado con labranza cero (^{Gantzer y Blake, 1978}; ^{Karlen et al., 1994}). La amplia variedad de la Ks bajo los diferentes sistemas de labranza indica que la infiltración y la conductividad hidráulica están directamente relacionados con la estabilidad del suelo y su porosidad; es decir, su diámetro, continuidad, conectividad y densidad aparente (^{Patel y Singh, 1981}; ^{Tisdall y Adem, 1986}). Sin embargo, en el largo plazo las prácticas de labranza de conservación fundamentalmente cero labranza, debido a que el suelo no se perturba, su matriz mantiene mayor porosidad y continuidad que permite mayores tasas de infiltración y de su conductividad hidráulica (^{Azzoz y Arshad, 1996})

Impacto de los Sistemas de Labranza de Conservación sobre el Rendimiento de Maíz

En el Cuadro 6 se presentan los resultados de impacto de los sistemas de labranza sobre el rendimiento de grano de maíz. Desde un punto de vista estadístico se determinó que ninguno de los sistemas de labranza influyó significativamente sobre esta variable; pero se observó que la tendencia observada del rendimiento absoluto en todos los sitios es ligeramente superior en condiciones de labranza de conservación sobre labranza convencional.

Cuadro 6 Impacto de los sistemas de labranza sobre el rendimiento acumulado de maíz en condiciones de temporal y humedad residual por sitios. 

Letras iguales, en cada columna, indican diferencias no significativas según Tukey (P ≤ 0.05).

Estudios similares realizados por tres años consecutivos durante dos ciclos sucesivos de producción de maíz (primavera y otoño) reportan mayor rendimiento con labranza de conservación sobre labranza convencional por dos razones básicas, a saber: mayor rendimiento durante los años en que ocurrió sequía y menores costos de producción todos los años (^{Smart y Bradford, 1999}). En relación con el manejo de los residuos de cosecha, algunos estudios indican que la adición o remoción de éstos sobre el rendimiento de maíz tiene un efecto variable (^{Blanco-Canqui y Lal, 2008}); por ejemplo, en las regiones templadas se determinó que grandes cantidades de residuos sobre el suelo mantienen baja la temperatura para la germinación, menor pH de la superficie y se tuvo mayor incidencia de maleza y plagas que se mantienen permanentemente debajo de esta cobertura. Por otra parte, un estudio realizado en el corto plazo (1996-1997) mostró que los diferentes sistemas de labranza (convencional, reducida y cero labranza) con dos niveles de residuos de cosecha no afectaron el rendimiento de biomasa y grano de maíz (^{Mehdi et al., 1999}).