Artículos

 

Propiedades físicas de un Andosol mólico bajo labranza de conservación*

 

Physical properties of a mollic Andosol under conservation tillage

 

Jesús Arcadio Muñoz Villalobos¹, Klaudia Oleschko Lutkova², Miguel Agustín Velásquez Valle¹, Jaime de Jesús Velázquez García¹, Mario Martínez Menes³ y Benjamín Figueroa Sandoval³

 

¹Centro Nacional de Investigación Disciplinaria en relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera. INIFAP. Margen derecha canal Sacramento, km 6.5. Gómez Palacio, Durango, México. Autor para correspondencia: villalobos.arcadio@inifap.gob.mx.

²Instituto de Geología, Ciencias de la Tierra. Universidad Autónoma de México. Juriquilla, Querétaro.

³Posgrado de Hidrociencias. Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km. 36.5. Montecillo, Texcoco, Estado de México, México.

 

* Recibido: abril de 2011
Aceptado: octubre de 2011

 

RESUMEN

Las propiedades físicas de los Andosoles mólicos están condicionadas por una textura fina, aunque su contenido en arcilla no suele pasar de 20 a 25 %, escasas en arenas y tanto más cuanto mayor es la evolución. El conocimiento de su estabilidad estructural permite a los Andosoles mantener una estructura muy porosa (porosidad entre el 71 y 7 8 %) con una densidad aparente muy baja, entre 0.5 y 0.8 kg m-³, y una permeabilidad muy elevada. Cuando se secan las partículas primarias (arcillas) en los agregados se contraen fuertemente y por esta razón la capacidad de retención de agua puede reducirse hasta en 60% de la inicial. El objetivo fue evaluar los efectos de la labranza de conservación, sobre la humedad gravimétrica, la resistencia mecánica y la densidad aparente, como indicadores de la calidad física del Andosol bajo el manejo de labranza de conservación y labranza convencional en dos fechas del muestreo. El área de estudio se ubicó en la cuenca del lago de Pátzcuaro, Michoacán. Se tomaron muestras a una profundidad de 0 a 10 y de 10 a 20 cm. Se hizo un análisis estadístico completamente al azar, pruebas de medias por el método de Tukey y análisis de correlaciones Pearson. En la labranza de conservación se documentó el contenido máximo de la humedad gravimétrica (60.8%) durante el primer muestreo, porcentaje que disminuyó hasta 56.41%, cuatro años después cuando se realizó el segundo muestreo. Cabe mencionar que las diferencias en humedad del Andosol, son altamente significativas entre labranza convencional con labranza de conservación, en el primer muestreo (R²= 0.804), mientras que en el segundo muestreo, esta diferencia no fue estadísticamente significativa. Con el análisis estadístico se observó que la resistencia mecánica se incrementó de un muestreo (2001) al otro (2004) y que sus valores abarcan un amplio rango desde 184.4 hasta 274.9 kPa en labranza convencional, que se incrementa aún más bajo la labranza cero, llegando a valores entre 152.8 y 285.4 kPa. La densidad aparente mostró diferencias significativas (p≤ 0.05) entre los tratamientos comparados. En general, entre muestreos, la densidad aparente se incrementó de 0.53 a 0.57 kg m-³ en la labaranza convencional, variando de 0.51 a 0.55 kg m-³ en el campo con labranza de conservación. Se encontró una alta correlación entre la resistencia mecánica, la humedad gravimétrica y la densidad aparente del suelo, concluyendo que estas propiedades del Andosol, son indicadores de naturaleza integral indicativa de la dinámica de sus propiedades físicas, como una medida del grado de su compactación por efecto del manejo, lo cual permite reconocerlas para un diagnostico instantáneo del deterioro de la calidad física del suelo.

Palabras clave: densidad aparente, humedad gravimétrica, resistencia mecánica.

 

ABSTRACT

The physical properties of mollic andosols are conditioned by a fine texture, although the clay content does not usually overpass 20 to 25%, poor in sands and the more the higher the evolution. The knowledge of its structural stability allows the andosols to maintaining a quite porous structure (Porosity between 71 and 78%) with a very low bulk density, between 0.5 and 0.8 kg m-³, and a very high permeability. When the primary particles get dried (clays) in the aggregates, they contract themselves quite strongly and for this reason the water holding capacity can be reduced up to 60% from the initial. The objective was to evaluate the effects of conservation tillage on gravimetric moisture, the mechanical resistance and bulk density as indicators of the physical quality of andosol, under conservation tillage management and conventional tillage in two sampling dates. The study area was located in the basin of Lake Patzcuaro, Michoacán. Samples of gravimetric moisture, mechanical resistance and bulk density were taken at a depth of 0 to 10 and 10 to 20 cm. A completely randomized statistical analysis, means tests by the method of Tukey and Pearson correlation analysis were done. In the conservation tillage management treatment, the maximum gravimetric moisture got documented (60.8%) during the first sample, the percentage decreased up to 56.41%, four years later, when the second sampling was performed. It is noteworthy that differences in the andosol's gravimetric moisture, are highly significant between conventional tillage with conservation tillage in the first sampling (R= 0.804), whereas in the second one, this difference was not statistically significant. According to the statistical analysis, it was shown that the mechanical resistance increased from one sampling (2001) to another (2004) and their values span a wide range from 184.4 to 274.9 kPa for the conventional tillage treatment, which is further increased under zero tillage, reaching values between 152.8 and 285.4 kPa. The bulk density showed significant differences (p≤ 0.05) between the compared treatments. In general, during sampling, pb increased from 0.53 to 0.57 kg m-³ in the conventional tillage, ranging from 0.51 to 0.55 kg m-³ in the field with conservation tillage. A high correlation between the mechanical resistance, gravimetric moisture and bulk density was found, concluding that these properties are indicators of the andosol's integrated nature indicative of the dynamics of their physical properties, as a measurable degree of compaction as a result of its management, which allows instantaneous diagnosis recognition of the soil's physical quality deterioration.

Key words: bulk density, gravimetric moisture, mechanical resistance.

 

INTRODUCCIÓN

El suelo es un cuerpo heterogéneo con una alta variabilidad espacio-temporal, provocada principalmente por la dinámica de los procesos internos y su interacción con factores externos, como el clima y la topografía, los cuales modifican las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo de un punto a otro (Hillel, 1998). Un factor externo que favorece la variabilidad de las propiedades del suelo es la labranza continua, la cual provoca rompimiento de los agregados y degradación de la estructura en la zona de influencia del laboreo y aumenta la susceptibilidad a la disgregación superficial y en consecuencia, se aceleran los procesos erosivos (Chien et al., 1997).

Los andosoles, a diferencia de los vertisoles, tienen una microestructura bien desarrollada y estable al agua, además de tener una resistencia mecánica alta a las fuerzas externas, acompañada por una macroestructura inestable y pobremente desarrollada (Oleschko y Chapa, 1989; Salton y Mielniczuck, 1995). El análisis de la dinámica de las propiedades físicas del suelo, se utiliza como indicador de la calidad del suelo y de la magnitud de los procesos de degradación de la estructura y la compactación del mismo. Este método considera los cambios espaciales y temporales que pueden ocurrir en las propiedades del suelo y proporciona evidencias sobre su comportamiento e incrementa la certeza de los pronósticos acerca de la respuesta de estos atributos a diversos usos, bajo determinadas prácticas de manejo (Ovalles y Rey, 1995; Alperin et al., 2002).

Existen métodos de siembra alternativos que se puede combinar con los cultivos en agricultura de ladera, incrementando en gran medida la protección y conservación del suelo. Uno de ellos es la labranza de conservación. Actualmente se han logrado avances significativos en la aplicación de la labranza mínima o cero en combinación con una cubierta de residuos (labranza de conservación), para proteger el suelo contra el impacto de las gotas de lluvia y el arrastre, lo que disminuye de una manera efectiva la erosión. Existen numerosos reportes de estudios donde los residuos de cosecha se han utilizado para disminuir la erosión en sistemas de labranza de conservación (Richardson y King, 1995; Thierfelder et al., 2005).

Diferentes procesos y mecanismos involucrados tanto en la génesis de estructura del suelo como en su degradación, operan dentro de un amplio rango de escalas, empezando desde la escala sub-microscópica donde se realizan los procesos de unión de las partículas sólidas elementales (PSE) del tamaño de arcillas, que se mantienen posteriormente unidas por las fuerzas tanto electromagnéticas como de otra naturaleza, formando microagregados del tamaño inferior a 0.25 mm. Los agregados de tamaño mayor a 0.25 mm (macroagregados), obtienen una gran parte de su estabilidad al efecto del agua a partir de la interacción con las raíces de plantas vivas o parcialmente descompuestas, más que nada con las hifas de hongos y residuos de la descomposición sucesiva de las plantas (Dexter, 2004).

El suelo sigue siendo uno de los principales recursos indispensables para el desarrollo de las actividades agrícolas; sin embargo, en muchas regiones del mundo su uso y manejo hasta la fecha, no son sustentables (Bruma et al., 1998). En los últimos años se ha puesto mayor énfasis en la optimización de las propiedades físicas del suelo, a través de un manejo sustentable que disminuye el riesgo de los efectos negativos que acompañan la labranza de conservación, y que ha sido ampliamente reconocido como un sistema de manejo, que asegura el desarrollo de una estructura estable y resistente a la degradación de los suelos sometidos al uso agrícola (Lal, 2000). Los principales retos del manejo de las propiedades físicas del suelo, están vinculados al incremento de la productividad agronómica, así como al mejoramiento de la calidad ambiental, vía la eficiencia de flujos de masa y energía (Slepetiene y Slepetys, 2005).

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Este estudio se realizó en la comunidad de Sta. Isabel de Ajuno, ubicada en la cuenca del lago de Pátzcuaro, en el estado de Michoacán, en un Andosol mólico de textura migajón arenoso (Cuadro 1).

En ambos tratamientos se sembró maíz criollo, entre la última semana de abril y la primera de mayo. La fertilización se dividió en dos etapas, en la primera se aplicó la mitad del nitrógeno con 180 kg de nitrato de amonio (60 unidades de N) y 130 kg de superfosfato de calcio triple (90 unidades de fósforo) en la siembra y en la segunda escarda se aplicó el resto del nitrógeno; la siembra y fertilización se realizó con maquinaria para labranza cero.

La parcela experimental se estableció en unas terrazas de base ancha, donde se evaluaron dos tratamientos de labranza: labranza convencional (LCv) y labranza cero (LCz). El tratamiento LCv consistió en un paso de arado, rastra y trazo de siembra; mientras que en el tratamiento LCz, el cultivo se sembró directamente sobre el suelo con presencia de residuos del cultivo anterior en un 30% de la superficie del terreno. Al final del ciclo se hicieron dos muestreos de suelo con una diferencia de cuatro años entre el primer muestreo y el segundo muestreo (2001 a 2004) para obtener información sobre resistencia a la penetración (γ), contenido de humedad (W_i) y densidad aparente (ρ_b).

Muestreo de propiedades físicas

Para el primer muestreo de las propiedades físicas del suelo, se trazaron cuadriculas de 15*55 m (para aproximar un rectángulo a las dimensiones de la terraza), en cada sistema de labranza con unidades de muestreo de 5 *5 m, orientadas de este a oeste, con el fin de ubicar los mismos puntos en el segundo muestreo. Los muestreos se realizaron en los puntos de intersección de la cuadrícula a una profundidad de 0 a 10 cm y 10 a 20 cm.

Resistencia mecánica (γ), humedad del suelo (W_i) y densidad aparente (ρ_b)

La densidad aparente (ρ_b) se determinó con el método del cilindro de volumen conocido, donde un cilindro de PVC se introduce en el suelo obteniendo una muestra de suelo inalterada que se seco a la estufa a 105 °C durante 24 h, para determinar la masa de suelo seco. Con estos datos se estimó ρ_b dividiendo la masa de suelo entre el volumen del cilindro. Simultáneamente se determinó el contenido gravimétrico de humedad (W_i). La resistencia mecánica se determinó con un penetrómetro de impacto que posee una punta cónica de área conocida, el método consiste en introducir la varilla de la herramienta directamente en el suelo.

La resistencia a la penetración (γ) se calculó considerando el número de golpes necesarios (N) para alcanzar una profundidad de penetración de 10 y 20 cm (DP), la masa del golpe (3.85 kg), la aceleración de la gravedad (9.81 m s-²), la distancia del golpeo (DG) y el área del cono (A= 0.002001 m²).

Análisis estadísticos

Para evaluar el efecto de los tratamientos de labranza sobre las propiedades físicas estudiadas, se realizó el análisis de varianza y prueba de medias por el método de Tukey para un diseño completamente al azar. Se hizo también un análisis de correlaciones Pearson.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resistencia mecánica

En el Cuadro 2 se muestran los valores de las propiedades físicas estudiadas (γ, W_i y ρ_b) del Andosol para tratamientos de labranza en los dos muestreos realizados. Los datos muestran que la y presentó diferencias significativas entre tratamientos y fechas de muestreo. La resistencia mecánica se incrementó de un muestreo a otro. La variación fue de 184.4 a 274.9 kPa en el tratamiento de LCv y de 152.8 a 285.4 kPa en la labranza cero. Los cambios más evidentes se presentan en el tratamiento de labranza cero al tener una diferencia de 132.6 kPa entre un muestreo y otro, lo que permite apreciar un claro aumento en la compactación en la capa superficial del suelo, atribuida a la falta de movimiento de la capa por el laboreo y la existencia de procesos continuos de empaquetamiento de las partículas del suelo, mayor continuidad en el espacio poroso y mejoramiento de la estructura.

Sin embargo, a pesar de estas diferencias, existe menor variabilidad de la γ en el tratamiento de LCz, al presentar coeficientes de variación más bajos. Así mismo Sharma, et al., (2005) reportan que la densidad aparente y la densidad real son buenos indicadores para establecer el estado actual de la distribución de la porosidad, y que la resistencia mecánica no registra diferencias entre los sistemas de manejo de los cultivos (Mulholland et al., 1999; Hussain et al., 2000).

Densidad aparente

La densidad aparente (ρ_b) mostró diferencias significativas (p≤ 0.05) entre tratamientos, la p_b en el tratamiento de LCv fue mayor que la registrada en la LCz en los dos muestreos. En general la p_b se incrementó entre muestreos de 0.53 a 0.57 kg m-³ en la LCv, mientras que para el tratamiento de LCz varió de 0.51 a 0.55 kg m-³. En un estudio sobre la dinámica estructural del Andosol mólico bajo sistemas de labranza, Oleschko y Chapa (1989) reportan que el tratamiento de cero labranza mostró valores de ρ_b menores de 0.63 kg m-³. La ρ_b refleja un ligero aumento de la masa del suelo y en consecuencia, una disminución del espacio poroso, atribuible al efecto de compactación ejercida por fuerzas externas, como el tráfico de maquinaria, lo anterior se confirma con una mayor y, variable que se incrementa con el tiempo, como la ρ_b.

En el mismo sentido Kuht y Reintam (2001) observaron una mayor estabilidad estructural en los suelos cultivados bajo labranza cero. Este efecto, se observa cuando la p_b aumenta al manejar el suelo con un sistema de cultivo convencional, a uno donde el suelo se maneja bajo labranza cero (Lipiec y Hakansson, 2000). El incremento de la ρ_b en el tiempo sugiere una degradación mínima del suelo por compactación; sin embargo, estos cambios no son tan drásticos para afectar la calidad física del perfil.

Al respecto, Quiroga et al. (1999) y Álvarez y Barranco (2005), reportan que en suelos manejados bajo labranza cero, la densidad aparente y la resistencia a la penetración son mayores de 1.35 kg m-³, mientras que la macroporosidad y la conductividad hidráulica son menores en el estrato de 0 a 10 cm y en la capa sub-superficial registraron un comportamiento similar. La densidad aparente (ρ_b) puede ser incluida dentro del grupo mínimo de propiedades físicas a medir para evaluar la calidad física de un suelo, como indicador de la estructura, la resistencia mecánica y la cohesión del mismo. Con un incremento de la densidad aparente, la resistencia mecánica tiende a aumentar y la porosidad del suelo tiende a disminuir, con estos cambios limitan el crecimiento de las raíces a valores críticos (Cuadro 2).

Los valores críticos de la densidad aparente para el crecimiento de las raíces, varían según la textura que presenta el suelo y de la especie de que se trate. Por ejemplo, para suelos arenosos una densidad aparente de 1.76 kg m-³ limita el crecimiento de las raíces de girasol, mientras que en suelos arcillosos, ese valor crítico es 1.46 a 1.63 kg m-³, para la misma especie (Doran, et al., 1994; Cunha et al., 1997).

Esta afirmación, está basada en que los primeros 10 cm de la capa superficial, no se ha removido con maquinaria agrícola en un periodo de cuatro años (Cunha et al., 1997; Dorel et al., 2000). En el mismo sentido, la compactación se puede definir como el aumento en la densidad (valores mayores de 1.3 kg m-³), a niveles que limiten los procesos básicos en el suelo como el movimiento de agua y nutrientes, la aireación y el crecimiento de raíces (o la disminución de la porosidad) (Comia et al., 1994; Arvidsson, 1998). La susceptibilidad de los suelos agrícolas a la compactación conduce, en muchos casos, a bajos rendimientos agrícolas como resultado de sus efectos sobre el crecimiento de la planta y el movimiento del agua en el suelo (Arvidsson, 1998; Quiroga et al., 1999).

En suelos con diferente textura los valores de densidad aparente adecuados, críticos y limitantes, pueden variar de acuerdo con el material parental a partir del cual ellos se han desarrollado; por ejemplo, en suelos con textura de fina a media los valores adecuados de la densidad aparente están por debajo de 1.3 kg m-³, con un valor crítico de 1.4 kg m-³, por arriba del cual la densidad aparente comienza a ser un factor limitante para el desarrollo del cultivo. Para suelos de texturas medias, los valores críticos de la densidad aparente se ubican en el rango entre 1.3 y 1.55 kg m-³, mientras que para suelos de textura gruesa, entre el rango más amplio, abarcando los valores entre 1.3 y 1.8 kg m-³, a partir del último valor la densidad empieza a ser limitante para el desarrollo de las raíces de las plantas (Panayiotopoulos et al., 1994; Ferreras et al., 2000).

Humedad gravimétrica

La humedad gravimétrica (W_i) mostró diferencias significativas entre tratamientos, los valores de las medias indican un mayor porcentaje de humedad en el tratamiento de LCz (Cuadro 2), al alcanzar un máximo 60.8% en el primer muestreo después del primer ciclo de cultivo, porcentaje que disminuyó hasta 5 6.41 % en el segundo muestreo cuatro años después. La variación de la p_b y la y en el tiempo, el incremento sugiere una disminución del espacio poroso en el suelo por compactación lo cual pudiera afectar la capacidad de almacenaje de agua; sin embargo, estos cambios no fueron muy fuertes si se considera que el valor de W_i entre muestreos bajó de 58.1 a 50.64 en el tratamiento de LCv, mientras que en la LCz la diferencia fue de 4.39% entre un muestreo y otro como lo consideran algunos autores que han hecho trabajos similares (Cabria y Culot, 2001).

En el Cuadro 2 se muestra que los porcentajes de Wi en el tratamiento de LCz fueron mayores que en el tratamiento de LCv, en ambos muestreos, al tomar en cuenta las lluvias de cada año. Las precipitaciones en el área donde se realizó el estudio fueron de 472 mm en el año 2001 y de 963 mm en el año de 2004. Cabe aclarar que en el tiempo en que se muestreo fue el tiempo de secas para esta región, y los productores aprovechan la humedad residual para sembrar el maíz.

Esto sugiere que debería haberse registrado más humedad en el segundo muestreo; sin embargo, la variación del contenido de humedad en el tiempo, se pueden atribuir en parte al manejo del suelo con maquinaria, antes de la siembra, lo cual está relacionado con la pérdida de humedad por evaporación directa en el caso del tratamiento de LCv, debido que se sembró mas tarde en el segundo muestreo que en el primero, de tal manera, que el suelo duró más tiempo expuesto.

En el caso del tratamiento de LCz donde no hay un control mecánico de malezas, las pérdidas de agua se debieron, aparte de la evaporación directa, a la extracción de agua que toma la maleza que permanece sobre el terreno después de que el maíz se cosechó; además, en estos tratamientos no se movía el suelo hasta el siguiente ciclo de cultivo. Por otra parte, se debe considerar la posibilidad de la reducción de los espacios de almacenamiento de agua en la estructura del suelo si se incrementaron los valores de p_b y la y. La evolución de la resistencia mecánica a través del tiempo, se observó un aumento de este índice, del primer al segundo muestreo; tanto en el incremento en la densidad aparente como en la disminución del contenido de humedad de suelo en el mismo año de muestreo (Chagas et al., 1995; Arvidsson y Håkansson, 1996; Díaz-Zorita, 1999).

Las diferencias en las propiedades (γ, ρ_b y W_i) que se encontraron entre los muestreos para un mismo tratamiento, también mostraron diferencias entre los tratamientos, incrementado o disminuyendo sus valores de las propiedades físicas evaluadas, por ejemplo la Wi se incrementó 58.1%, en el tratamiento de LCv, a 60.8%, mientras que en Lcz el incremento fue de 5.8% de humedad, con respecto al tratamiento de LCv. Lay aumentó en la capa superficial, con una diferencia de 132.5 kPa para LCz y de 32.3 kPa en LCv, mientras que la p_b se mantuvo entre 0.51 a 0.5 7 kg m-³. La Wi en LCz se redujo en 4.39 % y para la LCv la reducción fue de 7.46 %. Por lo tanto, al comparar los tratamientos en el mismo muestreo, el contenido de humedad se conservó por más tiempo en el sistema de labranza cero, lo que se puede atribuir a la falta de laboreo y al efecto de la cobertura de residuos sobre la superficie del suelo (Navarro et al., 2000).

Análisis de correlación entre variables

De acuerdo con los resultados de las correlaciones Pearson (Cuadro 3), la resistencia mecánica tiene una relación directa con la densidad aparente y una relación inversa con la humedad gravimétrica. Esto significa que cuando la resistencia mecánica del suelo se incrementó la ρ_b sufrió un incremento en las dos profundidades con probabilidad de 0.67 y 0.82 a las dos profundidades. La humedad gravimétrica se correlacionó inversamente proporcional con lay hasta en -0.74% de probabilidad de que la humedad retenida en el suelo sea menor cuando la y se incremente.

Es evidente la alta correlación de la densidad aparente con la humedad gravimétrica al mostrar una relación inversa (R² de -0.82 hasta -0.99). Este comportamiento demuestra la hipótesis que dice, que cuando hay un incremento de la ρ_b la capacidad de retención de humedad del suelo se reduce es cierta, ya que los valores de probabilidad son negativos.

En el Cuadro 3 se presentan las correlaciones entre las propiedades físicas muestreadas con los métodos tradicionales, y se observa una alta correlación (R² entre 0.7 y 0.9) para las variables de densidad aparente y resistencia mecánica con una menor coincidencia de las áreas degradadas y por ende de las correlaciones encontradas para el contenido de humedad. En este último caso los datos presentan una mayor variabilidad sin llegar a una tendencia de comportamiento clara, ya que entre las variables de interés se observan tanto correlaciones positivas como negativas, fluctuando la R² entre 0.42 y 0.99. Las variaciones que aquí se interpretan como efecto del muestreo destructivo para las técnicas tradicionales, donde se espera un mayor número de errores al momento de medir la variable de interés.

 

CONCLUSIONES

La labranza de conservación (cero con una capa de rastrojo), no modificó significativamente las propiedades físicas del Andosol, aún cuando este manejo se aplicó durante cuatro años, mostrando una menor variabilidad espacial y temporal que la observada en la labranza convencional.

Los resultados de este estudio indican que los métodos tradicionales de muestreo son una buena opción para el monitoreo preciso y exacto, y un rápido y acertado pronóstico de la calidad física del suelo y de su comportamiento bajo diferentes sistemas del manejo.

Los métodos tradicionales son precisos en comparación con otros métodos actuales, son más fáciles y rápidos de usar para crear los bancos de datos de la dinámica de las propiedades físicas del Andosol, por lo que se concluye que son aptos para el monitoreo de la calidad física del suelo bajo los diferentes sistemas de manejo estudiados.

 

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