Artículos

 

Enmiendas de estiércol solarizado en la estabilidad de agregados de un Aridisol cultivado de México*

 

Solarized manure amendments in aggregate stability of cultivated Aridisol from Mexico

 

Brenda Flores-Sánchez¹, Miguel Ángel Segura-Castruita^1§, Manuel Fortis-Hernández¹, Luime Martínez-Corral², Rogelio Armando Aldaco-Nuncio¹ y Jorge Arnaldo Orozco-Vidal¹

 

¹ Instituto Tecnológico de Torreón-DEPI. Carretera Torreón-San Pedro, km 7.5. Ejido Anna, Torreón, Coahuila, México. C. P. 27170. Tel: 871 750 7198. (ibq_brenda@hotmail.com; dmilys5@hotmail.com; fortismanuel@hotmail.com; ppreciador@yahoo.com.mx; joorvi66@hotmail.com).

² Instituto Tecnológico Superior de Lerdo-DEPI, Ciudad Lerdo, Durango, México. C. P. 31150. (luime_mc18@yahoo.com.mx). §Autor para correspondencia: dmilys5@hotmail.com.

 

* Recibido: marzo de 2015
Aceptado: julio de 2015

 

Resumen

Suelos de regiones áridas reciben enmiendas de estiércol solarizado, pero se desconoce el efecto de éstas sobre la estabilidad de los agregados del suelo. Los objetivos de este trabajo fueron: 1) caracterizar un Aridisol con ocho años de enmiendas de estiércol solarizado; y 2) identificar los factores físicos o químicos que influyen en la estabilidad de sus agregados. Dos sitios con suelos similares fueron seleccionados; uno con enmiendas y otro sin ellas. Pozos pedológicos fueron excavado y se describieron su sitio y perfil; asimismo, se colectaron muestras de sus horizontes para su análisis y caracterización. Análisis físicos y químicos con fines de clasificación fueron realizados a cada muestra. Aparte, muestras de estiércol fueron analizadas, así como, la estabilidad de los agregados del suelo de la capa superficial (0-30 cm) de cada suelo. Los datos de contenido de arcilla, materia orgánica y carbonatos de calcio, se relacionaron con la estabilidad de agregados para identificar los factores que influye en su estabilidad. Un análisis de varianza de los modelos que se obtuvieron fue realizado, así como una prueba de de medias con Tukey (p≤ 0.05). Los resultados muestran que la estabilidad de los agregados de un Fluventic Haplocambid son diferentes, ya que los suelos con enmiendas tuvieron una estabilidad de agregados (11.6%) mayor que aquellos suelos sin enmiendas (8.2%), de tal manera que en los primeros el contenido de materia orgánica influyó en la estabilidad y en los segundos el contenido de carbonato de calcio. No obstante, la estabilidad de los agregados del suelo fue baja, debido a las características del estiércol solarizado.

Palabras clave: agricultura orgánica, estructura del suelo, Fluventic Haplocambids, materia orgánica.

 

Abstract

Arid soil regions receive solarized manure amendments, but their effect on soil aggregate stability is unknown. The obj ectives of this study were: 1 ) characterize anAridisol with eight years of solarized manure amendments; and 2) identify the physical or chemical factors influencing aggregate stability. Two sites with similar soils were selected; one with amendments and one without them. Trial pits were dug describing place and profile; taking also samples from horizons for analysis and characterization. Physical and chemical analyses were made to each sample to classify them. Besides, manure samples were analyzed, thus soil aggregates stability of the surface layer (0-30 cm) of each soil sample. Data from clay content, organic matter and calcium carbonates, related to aggregate stability to identify factors influencing their stability. An analysis of variance from the models obtained was conducted, as well as Tukey (p≤ 0.05). The results show that aggregates stability of a Fluventic Haplocambids are different, as soils with amendment had an aggregate stability (11.6%) higher than those soils without amendment (8.2%), such that in the first, organic matter content influenced stability and in the second calcium carbonate content. However, soil aggregates stability was low due to the characteristics of solarized manure.

Keywords: Fluventic Haplocambids, organic farming, organic matter, soil structure.

 

Introducción

La estructura del suelo es uno de los factores que condicionan la fertilidad y productividad de los suelos agrícolas (Bronick y Lal, 2004). En la naturaleza, diferentes tipos de estructura como la granular y migajosa, bloques angulares o subangulares, prismática, columnar y laminar, han sido identificadas. La estructura migajosa, granular y de bloques tienen importancia desde el punto de vista agrícola (Alagöz y Yilmaz, 2009). Uno de los parámetros que se utilizan para medir el grado de desarrollo de la estructura del suelo es la estabilidad de sus agregados. Esta estabilidad depende de factores como textura, materia orgánica, humedad, condiciones climáticas e impacto de las actividades del hombre (Zhang et al, 2013); así como de la cantidad y tipo de agentes cementantes que existan en el suelo, como materia orgánica, óxidos de hierro, carbonatos, arcilla y sílice e incluso microorganismos que pueden acelerar o retardar la descomposición de la materia orgánica (Prieto et al., 2013).

La estabilidad de agregados (EA) es un indicador del desarrollo de la estructura de suelo (Lobo y Pulido, 2006), a su vez indica la calidad y cantidad de materia orgánica que existe en el suelo (Lozano et al, 2011). Sin embargo, el tipo de clima dónde se encuentra un suelo, influye sobre estos agentes; por ejemplo, en un Aridisol de lugares con escasa precipitación, alta evaporación, pobres en materia orgánica, pH neutros y ricos en carbonatos, los contenidos mineralógicosjuegan un papel importante en la agregación del suelo (Bastida et al, 2012). La Región Lagunera, en la parte norte de México, tiene un clima árido. En este lugar, la aplicación de estiércol composteado o solarizado como una enmienda orgánica en los suelos, es una práctica que se ha hecho popular en la última década, pues al año se han aplicado de 80 a 120 t ha^-1 de estiércol solarizado (Fortis et al, 2009).

El estiércol solarizado recibe un tratamiento que se conoce como solarización, donde el calor que generan los rayos solares durante el proceso elimina microorganismos patógenos presentes en el material (Ruiz, 2011). Este tipo de enmienda representa una alternativa para los productores agrícolas ante la creciente demanda de alimentos orgánicos (García et al., 2009). Trejo et al. (2013) utilizaron este tipo de material y concluyeron que es una excelente opción para satisfacer la demanda nutrimental de cultivos. Por otra parte, el estiércol solarizado como enmienda orgánica se ha utilizado para la producción de algodón en altas densidades, donde se evaluó la calidad de la fibra y rendimiento, así como la temperatura del suelo (López et al., 2014). No obstante, el conocimiento del efecto del estiércol solarizado sobre las propiedades físicas del suelo como la formación de agregados y su estabilidad en los suelos de regiones áridas es escaso (Arroita et al., 2013).

Es probable que al determinar el efecto positivo de la aplicación del estiércol solarizado en la estabilidad de los agregados en suelos de regiones áridas, se establezca su utilización en estas regiones. Por lo anterior, los objetivos de esta investigación fueron 1) caracterizar un Aridisol del norte de México con ocho años de aplicaciones de enmiendas con estiércol solarizado; y 2) Identificar los factores físicos o químicos que influyen en la estabilidad de los agregados en este suelo.

 

Materiales y métodos

Área de estudio

El área de estudio se localizó en el "Ejido El Fresno del Norte", municipio de Francisco I. Madero, Coahuila; ubicado en la carretera Torreón-San Pedro km 37.5. Se localiza de los 25° 44.89' a 25° 44.9' latitud norte y de los 103° 17.7' a 103° 17.8' longitud oeste, a 1 120 msnm (Figura 1). Este sitio se seleccionó porque a sus suelos se han agregado enmiendas orgánicas con estiércol solarizado (80 t ha^-1) durante ocho años (Hernández et al., 2013). El clima es un Bw (h') hw (e), seco o estepario cálido, con un régimen de lluvias en verano e inviernos fríos. La precipitación total anual es de 238 mm; con una temperatura media anual de 21 °C, con rangos de 37 °C como máxima y mínima de 7.5 °C, la evaporación media total anual es de 2 000 mm (García, 1988).

 

Métodos

El estudio se dividió en cuatro etapas, 1) caracterización del suelo del área de estudio y su clasificación; 2) análisis físico y químico del estiércol solarizado que se ha agregado al suelo; 3) evaluación de la estabilidad de agregados; y 4) análisis de los resultados. A continuación se describe la metodología:

Caracterización del suelo del área de estudio y su clasificación. Dos sitios con el mismo suelo en el área de estudio fueron seleccionados; un suelo con enmiendas (Se) y otro sin enmiendas (Ss). Los suelos fueron caracterizados mediante la excavación de un pozo pedológico en cada uno de los sitios para determinar sus propiedades y características con el fin de establecer la igualdad de los suelos. El perfil de cada pozo fue descrito siguiendo el Manual de la Soil Survey Field and Laboratory Methods Manual (SSI, 2009). Muestras de suelo de los horizontes de cada perfil fueron colectadas (dos kg, aproximadamente) y trasladadas a laboratorio para llevar a cabo diferentes análisis físicos y químicos. Las muestras fueron secadas a temperatura ambiente y a la sombra.

Una vez secas las muestras de suelo, fueron molidas y tamizadas en una malla de dos milímetros de diámetro, entonces se procedió a la determinación de las propiedades físicas y químicas siguientes: color en seco y en húmedo (tabla de colores de Munsell), densidad aparente (Da, método de la parafina), reacción del suelo (pH en agua relación 2:1), materia orgánica (MO, método de Walkley y Black), análisis del tamaño de partículas (método de la pipeta), capacidad de intercambio catiónico y cationes intercambiables (CIC, método del acetato de amonio pH 7 1N), conductividad eléctrica (CE) y cationes solubles (extracto de la pasta de saturación), pentóxido de fósforo (método del ácido cítrico), determinaciones que se especifican en el Manual de Van Reeuwijk (2006), con fines de clasificación. Las determinaciones se realizaron por triplicado. Cuando se tuvieron los datos de laboratorio y con la información de campo, se procedió a realizar la clasificación de los suelos mediante el sistema de clasificación Taxonomía de Suelos (SSS, 2014).

Análisis físico y químico del estiércol solarizado. Cinco submuestras de estiércol solarizado del establo Fresno del Norte fueron colectadas; este material se utiliza como enmienda orgánica en las parcelas de los campesinos del ejido. Las muestras fueron llevadas al laboratorio, donde se tomó una pequeña muestra para obtener la humedad gravimétrica al momento del muestreo, posteriormente se sometieron a secado a la sombra durante 48 h. Una vez que las muestras estuvieron secas, se mezclaron para generar una muestra compuesta, la cual se sometió a diferentes análisis de laboratorio. Los análisis físicos y químicos consistieron en determinar la Da, humedad, nitrógeno total (N, método de Kjeldhal); así como el porcentaje de MO para obtener el porcentaje de carbono total (C, método de combustión húmeda Walkley y Black), como se indica en el Manual de Van Reeuwijk (2006), con el fin de conocer el modo cómo influyen estas características en la estabilidad de los agregados. Además se estimó la relación C/N, como se establece en el Manual del CTNNPAP (2007).

Evaluación de la estabilidad de agregados. En un muestreo aparte, se colectaron cinco muestras de suelo de la capa superficial (0-30 cm de profundidad), que estuvieron distribuidas aleatoriamente en una hectárea, de cada uno de los sitios de los suelos en estudio (Se y Ss), teniendo especial cuidado en no destruir los agregados de los suelos. Las muestras se sometieron a secado a temperatura ambiente y a la sombra. Cuando las muestras de suelo estuvieron secas, la determinación de la estabilidad de los agregados se llevó a cabo, con la ecuación 1(SSI, 2009).

Donde: AE_m>0.25 = agregados estables al agua a un diámetro menor que 0.25 mm; WAs= peso de los agregados secos; WSd= peso del suelo seco; α= peso de las arenas.

Asimismo, a cada muestra se le determinó el contenido de MO por el método de combustión húmeda (Walkley y Black), arcilla (r) mediante el método de la pipeta y carbonatos de calcio (CaCO₃) por el desplazamiento de gas, como se especifica en el Manual de Van Reeuwijk (2006), con el fin de determinar cuál de estas características influyen en la estabilidad de los agregados de estos suelos.

Análisis de los resultados. Los resultados de estabilidad de agregados del suelo con y sin enmienda, se analizaron estadísticamente mediante una comparación de medias de Tukey (p≤ 0.05); aparte los datos de estabilidad se relacionaron con los parámetros porcentaje de arcilla, contenido de materia orgánica y carbonatos de calcio equivalentes, para determinar el efecto de éstos agentes aglutinantes en la estabilidad de los agregados. El análisis se realizó en el programa Minitab 16 (Minitab, 2013).

 

Resultados y discusión

Características de los suelos en estudio

Los suelos están formados por seis o siete horizontes de suelo mineral (Cuadro 1), cuya transición es horizontal y marcada, debido a los cambios en textura y estructura. No se detectaron indicios de procesos pedogenéticos; lo que es, de acuerdo con Hernández et al. (2013), indicativo de un escaso o nulo desarrollo del suelo. En términos generales, la capa superficial de estos suelos presenta colores pardos 10YR 6/3 en seco y de pardo amarillentos 10YR 4/4 a pardo grisáceo oscuro 10YR 4/2 en húmedo. El color puede ser influenciado por el material parental y las condiciones de aridez que prevalecen en la zona de estudio.

Estos suelos presentan texturas medias, cuentan con macroporos y microporos, por lo que tienen un buen drenaje y se mantienen aireados (Verdonk y Demeyer, 2004). La ausencia de manganeso y motas de hierro en todo el espesor de los perfiles confirma lo anterior. Algunos horizontes tuvieron una reacción fuerte y rápida, después de adicionar HCl en cada uno de ellos. Asimismo, la presencia de raíces hasta una profundidad mayor que 100 cm de profundidad, es indicativo de las buenas condiciones de porosidad y aireación de estos suelos; lo que favorece el desarrollo radicular de las plantas (Huang et al., 2011). Una secuencia de horizontes (Ap, A, C, C2, 2C, 3C) fue identificada en estos suelos, lo que refleja las continuidades y discontinuidades litológicas de los mismos; es decir, se formó de diferentes eventos de sedimentación. Los suelos, a pesar de haberse descrito en dos puntos diferentes del ejido (área de parcelas), pueden ser considerados morfológicamente similares. La Da de estos suelos varía en un rango de 1.21 a 1.53 g cm^-3, valores que se encuentran dentro del intervalo de suelos no compactados; que corresponden a suelos con textura franca finas y arenosas (Porta et al., 2010).

Los contenidos de MO fueron bajos (0.54 - 1.98%) y decrecen irregularmente con la profundidad. De acuerdo con los contenidos establecidos por Huang et al. (2011) para MO en el suelo, los valores que se encontraron en esta investigación son pobres, lo cual refleja la escasa o nula aplicación de este material en forma de estiércol o abonos; resultado que no corresponde a lo esperado al considerar que a estos suelos se les ha agregado estiércol solarizado durante ocho años . La capacidad de intercambio catiónico (CIC) promedio fue de 20 meq 100 g^-1, que se puede considerar como media de acuerdo con Porta et al. (2010). El catión más abundante en estos suelos fue el calcio (11.82 a 20.17 meq 100 g^-1), mientras que, el magnesio (1.01 a 1.83 meq 100 g^-1), el potasio (0.84 a 2.18 meq 100 g^-1) y el sodio (0.96 a 2.25 meq 100 g^-1) se encontraron en cantidades bajas.

La saturación de bases de estos suelos fue mayor que 50%. Lo anterior está relacionado con el bajo número de cargas que estos suelos presentaron y que se saturan rápidamente con los pocos cationes presentes. Al analizar los datos obtenidos y al considerar que el régimen de humedad de estos suelos fue arídico y con régimen de temperatura hipertérmico, los suelos se clasificaron como un Fluventic haplocambids; nombre que indica que se tratan de un suelos de climas áridos (Aridisol) que tiene una secuencia normal de horizontes, con características de diagnóstico que sugieren el desarrollo de color o estructura y que se parecen a Entisols o suelos que no muestran evidencias de horizontes de diagnóstico, formados por corrientes de ríos o diferentes eventos de sedimentación de materiales edáficos (SSS, 2014). El modo de formación del suelo y el clima son factores importantes, que no permiten la acumulación de materia orgánica de manera natural; de tal manera que la fracción arcilla (silicatada y carbonatos de calcio) de la capa superficial podrían jugar un papel importante en la estabilidad del suelo.

 

Características del estiércol solarizado

El estiércol solarizado tuvo una Da menor que 1 g cm^-3, lo que refleja que el volumen que ocupa su espacio de vacío es mayor que su masa, mientras que por su pH (alcalino) y CE (Cuadro 2); puede considerase como salino (CNNPAP, 2007).

Este material presentó una relación C/N de 20.3, resultado mayor que el valor 18, que ha sido reportado para el estiércol bovino fresco (CNNPAP, 2007). Mientras que el nitrógeno total fue 0.83%, dato menor que 1.70% que se ha reportado para el estiércol (Domínguez, 2009). El estiércol solarizado es el estiércol que se ha sometido a calentamiento con ayuda de una cubierta plástica, con el fin de eliminar patógenos; sin embargo, no se inicia ninguna etapa de compostaje ni maduración (Lazcano et al., 2008). En otras palabras, al suelo se le agregó un estiércol sin patógenos y seco, en el que el proceso de mineralización y humificación no se había iniciado.

 

Estabilidad de agregados

La estabilidad de agregados de los dos suelos tuvo diferencias significativas (p≤ 0.05). Estas diferencias se deben a los distintos contenidos de agentes cementantes que los suelos tuvieron (Cuadro 3), como en el porcentaje de MO en los suelo con y sin enmiendas (1.77 y 0.68%, respectivamente) y carbonatos de calcio de 11.6 a 7.6%, aunque la arcilla fue estadísticamente similar en los suelos. De acuerdo con Saleh et al. (2005), la presencia de MO, así como de otros factores minerales como las arcillas silicatadas o carbonatos, pueden influir en la agregación del suelo y su estabilidad. Al respecto, bajo condiciones ambientales de aridez, como en la Región Lagunera, la estabilidad de los agregados depende de la cantidad y tipo de agentes cementantes minerales que existen en el suelo (Bronick y Lal, 2004). Lo que se pudo constatar cuando se relacionó la estabilidad de los agregados del Ss con los diferentes agentes cementantes, donde se obtuvo el siguiente modelo lineal multivariado

Este modelo tiene una R²= 0.920, que indica que las variable (r, MO y CaCO₃) explican en 92% la variación de la EA en este suelo sin enmiendas. Por otra parte, la probabilidad de rechazo de cada uno de los coeficientes son menores que la propuesta en el análisis (p≤ 0.05), siendo más significativo para el CaCO₃ (0.001); lo cual muestra que los carbonatos tendrían mayor influencia que el resto de los agentes.

Al relacionar el contenido de carbonatos con la estabilidad de agregados se encontró que existe una tendencia positiva (Figura 2) lo que significa que si el contenido de carbonato se incrementa una unidad, la estabilidad de agregados en condiciones naturales se incrementara a razón de 0.5117, aunque esta relación sólo explica 77.67% del proceso o fenómeno. Resultados similares fueron reportados por Virto et al. (2011) y Gargiulo et al. (2013), quienes reportaron que el CaCO3 tiene mayor influencia en la estabilidad de agregados en suelos de regiones áridas y semiáridas.

En cambio, la estabilidad de agregados (11.6%) en el suelo que recibió enmiendas orgánicas en forma de estiércol solarizado, fue estadísticamente diferente (p≤ 0.05) y mayor que en los suelos dónde no se aplicó estiércol (Cuadro 3), de tal manera que su estabilidad se incrementó 41.4%. El modelo de la relación entre la estabilidad y las variables en este suelo fue el siguiente.

Donde las variables (r, MO y CaCO₃) intervienen en el comportamiento de esta estabilidad en 91.4%. No obstante, al analizar la probabilidad de rechazo de cada una de las variables (Cuadro 4), la MO_e fue la única que tuvo una probabilidad de rechazo (0.010) menor que p. Esto indica que si solo se considera a la MO_e como variable independiente en el comportamiento de la AS_e, sería más conveniente.

Al relacionar el contenido de MO_e con la estabilidad de agregados en el suelo con enmiendas, se tuvo una tendencia positiva (Figura 3) lo que significa que al incrementarse en una unidad el contenido de MO, la estabilidad se incrementaría 8.4715 veces. Lo anterior es consistente con lo que mencionan Lazcano et al. (2008), ya que ellos indican que la acumulación de MO en los primeros centímetros de suelo, promueve la estabilidad de los agregados y por ende la agregación de los suelos.

No obstante, la estabilidad de los suelos (con y sin enmiendas) es muy baja (< 30%), de acuerdo a lo que establecieron Lobo y Pulido (2006); asimismo, la calidad de la estructura de estos suelos es pobre, al considerar los criterios propuestos por Alvear et al. (2007). Resultados similares fueron reportados por Pagliai et al. (2004), quienes indican que la degradación física del suelo está relacionada a la actividad humana o el manejo que tenga el suelo. Asimismo, Mikha y Rice (2004) al analizar la estructura del suelo después de agregar MO, encontraron que la labranza convencional provocaba la pérdida de MO y por ende una pobre estructura del suelo. Por lo anterior, es probable que el comportamiento que se encontró en este estudio, haya sido consecuencia de la dosis y el número de aplicaciones que se dieron al suelo; de tal manera que si se aumentara la dosis y el número de aplicaciones, la estabilidad se incrementaría.

Alagöz y Yilmaz (2009) indican que la efectividad de las enmiendas orgánicas depende del número y la frecuencia de sus aplicaciones; así como del manejo de los suelos que reciben estos materiales, puesto que se incrementa la estabilidad de los agregados y se mantienen las reservas de carbono en el suelo (Yang et al. 2007). Aunque, el uso indebido del suelo por la labranza, puede provocar una disminución en el contenido de MO en el suelo (Weil y Magdoff, 2004). Al considerar los resultados que se obtuvieron en este estudio, se observa que la estabilidad de agregados no fue la esperada, aunque se presentó un ligero incremento en la estabilidad del suelo que recibió enmiendas, comportamiento que se puede explicar por tres situaciones, la primera es la calidad del estiércol solarizado que es menor que la de otros estiércoles, por otra parte está el tipo de suelo de la región (condiciones climáticas) y por la actividad a la que se dedican estos suelos.

 

Conclusiones

Uno de los suelos agrícolas que se encuentran en la Región Lagunera de Coahuila México se clasificó como Fluventic haplocambids con Taxonomía de Suelos. Estos suelos se caracterizan por sus bajos contenidos de MO (0.68%) y porque se utilizan en un sistema de producción agrícola extensivo. Aun cuando en este suelo se han aplicado enmiendas orgánicas de estiércol solarizado por más de ocho años, el contenido de materia orgánica sólo llega a ser de 1.77%. Por otra parte, la estabilidad de los agregados en los suelos de este estudio es baja o mala. Aunque, la estabilidad depende del manejo que se le haya dado al suelo; es decir, el suelo donde se aplicó estiércol solarizado tuvo un ligero incremento en la estabilidad de sus agregados (11.6%); en cambio, cuando el suelo no recibe enmiendas orgánicas la estabilidad está determinada por los carbonatos de calcio. Es probable que acciones encaminadas a mejorar la calidad del estiércol solarizado, como el compostaje o la mezcla de diferentes materiales orgánicos con éste, contribuyan en su efecto en las condiciones físicas de los suelos. Sin embargo, se requiere de mayor investigación donde se involucren la calidad del material orgánico y las características del laboreo constante.

 

Literatura citada

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