Muestreo, Medidas y Cálculos

Para la caracterización del suelo de las unidades de muestreo, se tomaron muestras compuestas (25 submuestras) del horizonte A de 0 a 20 cm de profundidad y, para la medida del carbono orgánico (CO) se tomaron muestras compuestas (25 submuestras) de 0-5 cm y 5-15 cm de profundidad del mismo horizonte. Las muestras fueron secadas, molidas y tamizadas con malla de 2 mm.

El CO se midió por la técnica de Walkley y Black (^{Nelson y Sommer, 1982}), nitrógeno total (NT) por el método de Kjeldahl; pH 1:2.5 por potenciometría, conductividad eléctrica en pasta saturada (CE); fósforo extractable (PE) por el método de ^{Bray y Kurtz 1 (1945)} y la distribución del tamaño de partículas (arcilla < 2 [μm, limo 2-50 [μm, y arenas > 50 mm) mediante el método de la pipeta (^{Soil Conservation Service, 1972}). Todas las determinaciones se llevaron a cabo por triplicado.

Para la medida de la densidad aparente (Dap), en diez puntos al azar se tomaron bloques de suelo sin disturbar (^{Blake y Hartge, 1986}) por medio de un cilindro de volumen conocido (7 cm diámetro x 7 cm altura) de 0 a 7 cm (Prof.1) y 7 a 14 cm (Prof.2).

Las muestras de suelo se secaron a 105 °C y se masaron para el cálculo de la relación masa/volumen luego de lo cual se molieron y tamizaron para la medida de la densidad real (Dr) por picnometría.

Se calculó el porcentaje de poros (P) a través de la Ecuación 1:

(1)

Simultáneamente, respetando puntos georreferenciados (WP) del muestreo de Dap, se extrajeron en cada una de las UM diez muestras no disturbadas con cilindros de 5 cm de diámetro y 15 cm de altura para la medida en laboratorio de la conductividad hidráulica a saturación (K_sat), siguiendo el procedimiento descripto por ^{Soracco et al. (2008)}. Se condujeron ensayos de percolación con Ca Cl₂ 0.01 M durante el tiempo necesario para alcanzar flujo de agua en estado estacionario.

El valor de K _sat se obtuvo de acuerdo a la Ecuación 2:

(2)

donde: q = volumen percolado por unidad de tiempo y área (flujo), h = carga hidráulica aplicada, y z = espesor de la columna de suelo.

Análisis Estadístico

Los datos fueron sometidos al análisis de varianza (ANOVA) y las medias fueron comparadas mediante la prueba LSD-Fisher (P < 0.01). Todos los cálculos estadísticos se llevaron a cabo utilizando el programa INFOSTAT (^{Di Rienzo et al, 2013}).

Efecto del Contenido de Limo sobre el Comportamiento Físico

Porcentualmente la fracción dominante fue la de limo entre 53 y 56%, con 18 al 28% de arcilla y una variación porcentual de arena (fina y muy fina) entre 19 y 27% (Cuadro 2).

Cuadro 2 Distribución del tamaño de partículas y clase textural de cada unidad de muestreo (UM), porcentaje de arcilla < 2 mm, limo 2-50 mm, y arenas > 50 mm, de 0 a 20 cm de profundidad. Letras distintas indican diferencias significativas, Test de LSD-Fisher (P < 0.01). 

El alto contenido de partículas minerales de limo no favorecen una agregación estable, y tal como lo señalan ^{Chan and Heenan (1996)}, ^{Cosentino et al. (2002)} y ^{Ferreras et al. (2007)} es un factor que contribuye a la inestabilidad de los agregados. Por otra parte, el reducido porcentaje de arcilla y la baja proporción de CO (< 20 g kg^-1) no contribuyen a una elevada cohesión de los agregados.

^{Guérif et al. (2001)} señalan que estos suelos, franco limosos, se caracterizan por una deficiente formación de grietas, bioporos o macro estructura como resultado del manejo, es decir manifiestan una reducida proporción de macroporos de diferente origen, por lo que tienen características de pobre calidad física. Así lo demuestran ^{Ferreras et al. (2007)} y ^{Campitelli et al. (2010)} al evaluar indicadores de calidad física en suelos de la Región Pampeana Norte de Argentina bajo siembra directa, en lotes cuya historia agrícola asciende a más de 20 años, se observa que presentan una baja estabilidad estructural, acompañada de una elevada resistencia mecánica.

Trabajos realizados por ^{Richard et al. (2001)} y ^{Dexter (2004a)} sobre suelos de texturas franca y franco-limosa, demostraron que cuando los poros de mayor tamaño son destruidos por prácticas de manejo se produce un incremento de los poros de menor tamaño con lo cual se ve afectada la calidad física de los suelos. La tendencia de los suelos franco-limosos a presentar este comportamiento puede deberse al efecto de la fracción limo sobre los cambios en el medio físico inducidos por la SD continua.

En los últimos años numerosos trabajos, alertan sobre la presencia de estructura laminar (con agregados alargados orientados paralelamente a la superficie del suelo) dentro de los primeros centímetros del horizonte superficial en los suelos con más de 50% de limo en condiciones de SD continua, ^{Sasal et al. (2006)}, ^{Álvarez et al. (2009)}, ^{Soracco et al. (2010)}, ^{Álvarez (2013)}, ^{Rollán y Bachmeier (2013)}, ^{Costa et al. (2014)} entre otros. En el presente estudio de campo se observó en la UM1 este tipo de estructura laminar (EL) en los primeros centímetros de profundidad asociada a un valor promedio de Dap 1.38 Mg m^-3 (Cuadro 3). Esta presencia estructural puede explicarse teniendo en cuenta la baja cohesión que producen las partículas de limo y arena, que en esta UM constituyen más del 70% de los sólidos minerales presentes, de modo que resultan agregados de alta separabilidad (^{Chan and Heenan, 1996}; ^{Cosentino y Pecorari, 2002}; ^{Dexter, 2004a}; ^{Denoia et al., 2009}). Estas características granulométricas, en sistemas deteriorados como éste (>50AAC) promueven el desarrollo de condiciones estructurales desfavorables (^{Ferreras et al., 2007}). Sin embargo, este tipo de EL no se observó en los restantes lotes por lo que, a diferencia de lo citado por ^{Álvarez (2013)} y ^{Lars et al. (2013)} en los suelos franco limosos estudiados el tipo de EL no se observa en forma generalizada como consecuencia de la SD continua. Aun así es importante destacar que muchos procesos vinculados a la degradación de los suelos, tienen su origen y a la vez se manifiestan principalmente en los primeros centímetros del perfil, en un espesor menor al evaluado. ^{Drees et al. (1994)} al determinar los efectos de la SD en las características estructurales de un suelo franco limoso observaron EL fuerte de 1 a 3 cm de profundidad, lo que hace necesario centrar el análisis del deterioro de las propiedades edáficas en esta porción del horizonte superficial.

Cuadro 3 Valores promedios de densidad aparente (Dap), densidad real (Dr), porosidad total (P), conductividad hidráulica a saturación (Ksat) y carbono orgánico (CO) de las distintas unidades de muestreo: UM 1-3, con mayor intensidad de uso agrícola (> 50 AAC) y UM 4-6, con menor intensidad de uso agrícola. Prof. 1 (0 a 7 cm) y Prof. 2 (7 a 14 cm) hacen referencias a las profundidades estudiadas. Letras distintas indican diferencias significativas, Test de LSD-Fisher (P < 0.01). 

Estado Físico - Estructural: Densidad Aparente, Porosidad y Compactación

Los valores promedios de densidad aparente (Dap), densidad real (Dr), porcentaje de poros (P) y conductividad hidráulica a saturación (K_sat) de 0 a 7 cm (Prof.1) y 7 a 14 cm (Prof.2) se encuentran en el Cuadro 3.

En todas la UM existieron diferencias significativas (P < 0.01) entre los valores de Dap medidos en las Prof.1 y Prof.2. Los mayores valores de Dap se registraron de 7 a 14 cm de profundidad donde el aumento de la Dap fue de 9 a 15 % en los lotes con 10 AAC y de 6 a 20% en los lotes de 50 AAC (Cuadro 3). Este comportamiento difiere de lo observado por ^{Parra et al. (2011)} quienes al evaluar el efecto de los sistemas de labranza no registran diferencias significativas entre los valores de Dap superficial (0-10) y sub superficial (10-20) en los lotes bajo SD.

Los menores valores de Dap superficial (Prof.1) correspondieron a las UM con menor intensidad de uso agrícola (10 AAC) (Cuadro 3), lo que coincide con lo observado por ^{Dardanelli et al. (1997)} y ^{Ferreras et al. (2000)}, quienes después de 10 años del empleo de siembra directa, encontraron menores valores de densidad aparente en el suelo bajo SD en los primeros centímetros de profundidad en comparación con el sistema de labranza convencional.

Se observó un comportamiento diferencial entre las UM de >50 AAC y las UM con menor intensidad de uso, con diferencias significativas en relación a los valores de Dap (Cuadro 3). ^{Soracco et al. (2008)} indican que la textura es un factor determinante de este comportamiento diferencial; sin embargo, al ser los suelos evaluados de la misma clase textural, este comportamiento diferencial es atribuible al deterioro causado por los años de agricultura continua que registra cada unidad. Así, las UM con más de 50 años de AAC registran valores de Dap próximos o superiores a los valores de Dap crítica entre 1.36 y 1.40 Mg m^-3 citados por ^{Rollán y Bachmeier (2014)} como valores límites para los Molisoles franco-limosos de la región.

^{Manso et al. (2012)} explican este aumento como resultado de la agricultura continua indicando que la intensidad de uso del suelo, independientemente del sistema de labranza, es la causa de la compactación observada por debajo de los 10 cm de profundidad en los molisoles de la región pampeana Argentina. ^{Álvarez et al. (2009)}, ^{Manso et al. (2012)} y ^{Dal Ferro et al. (2014)} señalan que esta compactación es un comportamiento generalizado de los suelos limosos y franco-limosos sometidos a SD continua. Distinto es lo que sucede en los suelos franco arcillosos, los que pueden ver compensados el bajo porcentaje de porosidad estructural que genera la condición de SD con los macroporos resultantes de los procesos de fisuración debidos a la alternancia de ciclos de humectación - desecación (^{Cerisola et al.,2005}).

A nivel superficial el mayor valor de Dap fue de 1.38 Mg m^-3 en la UM1 (>50 AAC).Valores similares fueron reportados por ^{Parra et al. (2011)} en lotes provenientes de sistemas agrícolas mixtos bajo SD. Los autores concluyen que el aumento de la Dap en los lotes con estos sistemas de producción (mixtos) se debe a que adicionan al estrés del tránsito de las máquinas el efecto compactador del pisoteo del ganado. Para las condiciones bajo estudio la situación fue inversa: el efecto del pisoteo del ganado ocurrió en años anteriores (originalmente las UM tenían un sistema de producción mixto) de modo que en este lote (UM1) el deterioro generado por el manejo mixto se sumó a los cambios inducidos por la SD.

Las características mineralógicas de este suelo, rico en limo (Cuadro 2), impiden la regeneración de estructuras degradadas (^{Sasal y Andriulo, 2005}; ^{Sasal et al. , 2006}; ^{Taboada et al, 2008}). Las arcillas del grupo de las illitas predominante en los suelos de la región (^{Cosentino y Pecorari, 2002}) le confieren muy baja capacidad de auto-mullido (^{Sasal et al., 2006}). Todos estos factores promueven a la densificación potenciada por el estrés que genera el tránsito de máquinas.

En síntesis, el alto contenido de limo, la baja concentración de arcilla y la presencia de minerales de illita como tipo dominante de arcilla, conducen a que ni los medios abióticos (expansión-contracción) ni los biológicos (lombrices, raíces) sean efectivos para revertir los procesos de degradación física, tal como lo plantean ^{Domínguez et al. (2009)}.

En todas las UM se observó una marcada estratificación del CO, los contenidos de la Prof. 1 difirieron significativamente (P < 0.01) de los medidos en la Prof. 2 (Cuadro 3). En la mayoría de los casos el CO superficial (0 a 5 cm) duplicó los valores medidos de 5 a 15 cm de profundidad. ^{Rollán y Bachmeier (2013)} plantean que la estratificación de la materia orgánica no compensa la densificación generada por la SD, ^{Álvarez (2013)} concluye que el rol estabilizador del carbono orgánico está relacionado con el contenido de limo, de modo que a medida que la fracción limo aumenta, se requieren mayores contenidos de carbono orgánico para mantener la estabilidad estructural. Otro es el planteo de ^{Romero et al. (2014)}, quienes señalan al ambiente y la intensidad de uso como factores condicionantes del efecto que el contenido de CO puede ejercer en condiciones de SD. Los autores concluyen que en los suelos de ambientes semiáridos sometidos a un largo historial agrícola, el sistema de labranza convencional ha afectado de manera significativa la resiliencia del proceso de humificación, de modo que la adopción de prácticas de recuperación como la no remoción del suelo o la SD no logra revertir el curso del proceso de degradación. Esto coincide con ^{Campitelli et al. (2010)} quienes concluyen que bajo condiciones de semiaridez la siembra directa no logra mejorar significativamente las características físicas.

De modo que, para las condiciones bajo estudio, aún con un aumento significativo en el contenido de CO, la SD continua no generó condiciones físicas favorables (menor Dap y mayor % P) en las UM. El grado de deterioro previo y la naturaleza mineralógica (dominancia de la fracción limo y arcillas illíticas) actúan como condicionantes del proceso.

La porosidad total (P) del suelo varió entre 36 y 54%, asociada a los valores de Dap máximos y mínimos, respectivamente. Los valores de P de 0 a 7 cm de profundidad estuvieron comprendidos en el rango informado por ^{Soracco et al. (2008)} y ^{Sasal et al. (2006)} entre el 52 y 54%. No hubo diferencias significativas en los valores P entre UM pero sí entre las profundidades 1 y 2 (P < 0.01) dentro de un mismo lote.

Los menores valores de P a nivel sub-superficial (Prof.2) coinciden con los medidos por ^{Sasal et al., (2006)}, en lotes bajo SD continua, con valores de Dap similares a los de este ensayo.

La mayor compactación del suelo en SD se ha observado en otros experimentos a largo plazo (^{Sasal y Andriulo, 2005}; ^{Liepiec et al, 2006}; ^{Hubert et al, 2007}; ^{Álvarez, 2013}; ^{Lars et al, 2013}). Este hecho se asocia comúnmente a la consolidación gradual de la matriz del suelo con el tiempo, debido a las precipitaciones y la ausencia de aflojamiento anual inducido por la labranza. Los efectos de la compactación del suelo sobre el movimiento y redistribución del agua en el perfil son estudiados principalmente a través de los cambios en sus propiedades hidráulicas.

^{Vieira Cavalieri et al. (2009)} determinan la evolución negativa de parámetros físico-mecánicos de los suelos bajo SD, tales como: aumento de la densidad aparente y de la compactación. No obstante, en trabajos de largo plazo, estos autores no encuentran el potencial de efecto negativo esperable sobre propiedades fundamentales tales como: la permeabilidad intrínseca al aire (Ka) y la conductividad hidráulica saturada (K_sat). Concluyen, entonces, que el sistema de SD es sustentable en el tiempo, porque el suelo continuó siendo dinámicamente funcional respecto al sistema poroso y su continuidad espacial.

Un comportamiento similar al planteado se observó en este estudio donde los mayores valores de densidad aparente no coinciden con los menores valores de K_sat^, probablemente como resultado de un aumento de la conducción del agua por mesoporos, a pesar de una disminución en el diámetro de dichos mesoporos, estimado por efecto de la compactación, como lo plantean ^{Moret y Arru'e (2007)}.

Comportamiento Funcional: Conductividad Hidráulica

Las propiedades hidráulicas de suelos con la misma textura dependen de la densidad aparente y la estructura. El incremento en la densidad aparente no sólo induce cambios en la distribución de la porosidad sino que también afecta la capacidad de contracción del suelo y de conducir agua (^{Dec et al, 2008}). La estructura actúa como factor determinante de las características del sistema poroso. La anisotropía de los poros bajo SD está relacionada a la presencia de EL, lo que fue corroborado experimentalmente por ^{Soracco et al. (2010)}, quienes encontraron valores de K_sat vertical cinco veces menor que los valores de K_sat horizontal en un suelo de textura franco-limosa con presencia de fuerte EL a nivel superficial.

Para las condiciones de este estudio, con excepción de la UM1, las restantes UM no presentaron estructura laminar por lo que la ausencia de EL en la mayoría de las UM y la homogeneidad en la composición granulométrica de las muestras de suelo, reducen la anisotropía del sistema poroso.

En los suelos franco-limosos estudiados la K_sat promedio fue de 24.2 mm h^-1 en la Prof. 1 y 14.8 mm h^-1 en la Prof. 2 con promedios de Dap de 1.2 y 1.4 Mg m^-3, respectivamente. ^{Filgueira et al. (2006)}, para un suelo franco arcilloso con distinta historia de uso, informan valores de K_sat de 65.8±12.6 y 33.3 ±10.2 mm h^-1 y Dap entre 0.77 y 1.43 Mg m^-3, respectivamente. Los autores señalan que la compactación no afecta la porosidad textural (es decir, porosidad de la matriz), pero crea poros estructurales como relictos accesibles sólo a través de los microporos de la matriz. Estos poros estructurales relictos podrían ser la razón del cambio en las propiedades hidráulicas al compactarse el suelo.

Trabajos realizados por ^{Richard et al. (2001)} y ^{Dexter (2004b)} sobre suelos de texturas franca y franco-limosa, demostraron que cuando los poros de mayor tamaño son destruidos por prácticas de manejo se produce un incremento de los poros de menor tamaño, con lo cual se ve afectada la calidad física de los suelos. La disminución de los flujos estacionarios en los sitios compactados, sugieren que los poros que participaban en la conducción del agua eran más pequeños, y que, probablemente, hubo menor conectividad en el sistema poroso, lo que muestra el grado en que los procesos de compactación afectan el movimiento del agua en el suelo.

Se observaron diferencias significativas (P < 0.01) en los valores de K_sat entre UM según su historial agrícola. En los lotes con menor intensidad de uso agrícola (10 AAC) UM 4, 5 y 6 los mayores valores de K_sat en Prof.1 (Cuadro 3) se corresponden con bajos valores de Dap (entre 1.1 y 1.2 Mg cm^-3) lo que podría indicar la dominancia en estos ambientes de los macroporos durante el flujo saturado (^{Dec et al., 2008}). En contraste, las UM con >50AAC presentaron en la Prof. 1 altos valores de K_sat asociados a valores de Dap mayores a los registrados en las UM de menor intensidad de uso. En las UM (>50 AAC) los mayores valores de Dap se deberían a la pérdida de porosidad estructural. Sin embargo, la estratificación del contenido de CO habría contribuido a la continuidad del espacio poroso, tal como lo plantean ^{Fuentes et al. (2004)}, quienes al estudiar las propiedades hidráulicas de un suelo franco limoso sometido a distintas condiciones de manejo observaron que el principal factor responsable de la variación de la K_sat fue la expansión de los poros del suelo causada por condiciones de mayor capacidad de retención debido al mayor contenido de materia orgánica. Otro es el análisis que realizan ^{Hubert et al. (2007)}, quienes explican este comportamiento señalando que, por falta de remoción, el suelo sólo se somete a la fragmentación biológica, por lo que no se observa ninguna evolución cuantitativa ni morfológica de la macroporosidad de modo que mantiene la condición de mayor Dap, pero después de un largo período en SD, la configuración del sistema poroso del suelo y la conductividad hidráulica a saturación pueden alcanzar un estado de equilibrio favorable. En contraste es posible inferir que dado el comportamiento dinámico del suelo la configuración de los poros del suelo y sus propiedades hidráulicas no se estabilizan aún luego de un largo periodo bajo SD, lo que indicaría que el concepto de estabilización de propiedades físicas en SD sería relativo.