Distribución de nitrógeno disponible en suelo abonado con estiércol bovino en maíz forrajero

Distribution of Available Nitrogen in the Soil Profile After Appliying Bovine Manure in Corn Forage

Enrique Salazar-Sosa¹*, Héctor Idilio Trejo-Escareño¹, Cirilo Vázquez-Vázquez¹**, José Dimas López-Martínez¹, Manuel Fortis-Hernández², Rafael Zuñiga-Tarango¹ y Jesús P. Amado-Álvarez³

¹ Facultad de Agricultura y Zootecnia de la Universidad Juárez del Estado de Durango. 35110 Ejido Venecia, Gómez Palacio, Durango, México. ^*Autor responsable (enmageel1@yahoo.es). ^**Autor para correspondencia (cirvaz60@hotmail.com).

² Instituto Tecnológico de Torreón. Km 7.5 Carretera Torreón-San Pedro. Apartado Postal 42, 27070 Torreón, Coah., México.

Recibido: abril 2009.
Aceptado: octubre de 2009.

RESUMEN

El presente trabajo se realizó en la Región Lagunera, la cual se localiza en la parte central de la porción norte de México. Se encuentra ubicada en los meridianos 102° 22' y 104° 47' O, y los paralelos 24° 22' y 26° 23' N; la altitud es de 1139 m. Los trabajos se realizaron en el campo agrícola experimental de la Facultad de Agricultura y Zootecnia, División de Estudios de Posgrado de la Universidad Juárez del estado de Durango. El objetivo fue determinar la mejor dosis de estiércol para la producción de maíz (Zea mays L.) y maíz asociado con soya (Glycine max L.), así como medir la lixiviación de los nitratos a través del perfil del suelo. Los tratamientos de estiércol probados en el estudio fueron 0, 40, 80, 120 y 160 Mg ha¹ de estiércol y un testigo químico de 100-150-00 (N-P₂O₅-K₂O) kg ha^-1 aplicados durante cinco años en forma consecutiva. Los resultados indican que hubo mejor respuesta en el tratamiento de 120 seguido del de 160 Mg ha^-1, con una producción superior a los 100 Mg ha^-1 de forraje verde. Las concentraciones de nitratos en el perfil del suelo muestran diferentes cantidades en cada tratamiento de estiércol, sin embargo, en todos se aprecia una tendencia a la baja en las profundidades de 180 y 210 cm con valores desde 330 mg kg^-1 en el primer estrato de 0 a 30 cm hasta menos de 100 mg kg^-1 a una profundidad de 150 cm. El amonio tiene su máxima concentración en los primeros 30 cm de profundidad con 20 mg kg¹ luego baja hasta 10 en el resto del perfil. La materia orgánica (MO) alcanzó hasta 6% en los primeros 30 cm de profundidad para luego decrecer a 1.5 en el siguiente estrato (30-60) y continuó bajando conforme se incrementó la profundidad. La conductividad eléctrica también siguió esta tendencia solo que los valores más altos llegan hasta 13 dS m^-1 en el estrato 0-15 cm de profundidad, luego bajó a dos conforme aumentó la profundidad.

Palabras clave: estiércol, perfil de suelo, nitratos, amonio.

ABSTRACT

Keywords: manure, ground layer, soil profile, nitrates, ammonium.

INTRODUCCIÓN

En la agricultura la tendencia a una mayor intensificación y una productividad más alta, durante los últimos años, ha ido acompañada por un aumento significativo del empleo de fertilizantes, especialmente nitrógeno (N) inorgánico. El estiércol, los residuos de cosecha, los microorganismos y animales muertos en descomposición, entre otros, son importantes fuentes de N orgánico; aunque la mayor parte de este N es insoluble y no está disponible en ese momento para plantas y microorganismos, ya que debe realizarse un proceso de biodegradación de la MO y el N debe pasar a formas inorgánicas donde es absorbido (Salazar et al., 2003b; Castellanos et al., 1996). Particularmente, el estiércol tiene gran importancia como fuente de N debido a que puede aportar amonio (NH⁺₄) y nitrato (NO^-₃) en grandes cantidades (Salazar-Sosa et al., 2003a).

Como cualquier otro cultivo, el maíz requiere de una cantidad suficiente de nutrientes adecuados para satisfacer sus necesidades; misma cantidad es absorbida del suelo, la cual varía en tiempo y disponibilidad por la fertilidad natural del mismo. Los principales nutrientes que demanda este forraje se presentan con regularidad deficiente en el suelo, los cuales pueden ser aportados aplicando diferentes fertilizantes ya sea, químicos, estiércoles y residuos de cosecha. Es importante mencionar que el uso de fertilizantes químicos ha incrementado el costo de producción de los cultivos y puede contaminar el suelo y el agua principalmente con nitratos por lo que las fuentes orgánicas son una opción que debe ser investigada (Flores-López et al., 2009).

Los fertilizantes nitrogenados son los más importantes en el mundo y han jugado un papel de suma importancia en el incremento de los rendimientos de los cultivos, el informe de la FAO estima que el suministro mundial de fertilizantes (N, fósforo y potasio), se incrementará en 34 millones de toneladas, con un crecimiento anual desde 3% en 2007/08 y 2011/12, lo que permite cubrir sobradamente el aumento previsto de la demanda del 1.9% anual. El total de la producción pasará de 206.5 millones de toneladas en 2007/08 a 241millones de toneladas en 2011/12. La demanda de los fertilizantes subirá desde los 197 millones de toneladas a 216 millones ese mismo periodo (FAO, 2008).

Respecto a la aplicación de diferentes tipos de abonos orgánicos estos generan cambios distintos sobre las propiedades del suelo, ya que tienen características propias; estas deben tenerse en cuenta dentro de las estrategias para un manejo integral de la materia orgánica del suelo. Los estiércoles incorporan una mezcla rica en nutrientes por cuanto generalmente las heces van mezcladas con la orina y son de fácil mineralización por los microorganismos (Vigil y Kissel, 1995; Giulietti et al., 2008).

Romero et al. (2000) mencionan que los abonos orgánicos se han usado desde tiempos remotos y han sido muy efectivos, sin embargo, hay que considerar la variación en cuanto a su composición química y el aporte de nutrimentos que proporciona al cultivo ya que depende esta depende de su procedencia, edad, manejo y humedad.

En este sentido cuando se dispone de algún desecho orgánico es necesario el buscar la manera más adecuada de aprovecharlo, dosificarlo e incorporarlo al suelo adecuadamente para satisfacer las necesidades nutricionales de los cultivos para su mejor desarrollo e incrementar su productividad, cuidando siempre de no contaminar el ambiente (Salazar-Sosa et al., 2003a).

Salazar et al. (2004) recomiendan el uso de estiércol en la producción de maíz a una dosis inicial de 120 Mg ha^-1 y previo análisis de suelo, ésta puede reducirse a 80 Mg ha^-1 en años posteriores, a condición de que el estiércol se aplique un mes antes de la siembra, se haga una buena distribución del mismo, además se le de un seguimiento mediante análisis de suelo con el fin de evitar la salinización del mismo y posible exceso de nitratos, esto debido a la variación climática y a la heterogeneidad del suelo, sobre todo en cuanto a sus horizontes y a las características físicas, químicas y biológicas, lo cual viene a repercutir en un alto grado de la descomposición de la materia orgánica en cada localidad.

Encontrar la dosis más adecuada de aplicación de estiércol es importante para llevar a cabo una buena producción agrícola a largo plazo ya que no todo el estiércol aplicado al suelo en un año se aprovecha debido a la resistencia a la degradación de algunos materiales como la lignina, ya que estos resisten la actividad enzimática de algunos microorganismos como las bacterias y los actinomicetos (Salazar-Sosa et al., 1998a, b).

En experimentos realizados por Salazar et al. (2004), al aplicar estiércol con dosis de 0, 40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1, y fertilizante químico, se obtuvieron rendimientos de 28, 62, 74, 72, 66 y 61 Mg ha^-1 de forraje verde respectivamente, pudiendo observar que los tratamientos con 80 y 120 Mg ha^-1, se obtuvieron los mejores rendimientos de maíz forrajero.

Los residuos orgánicos tales como estiércoles y residuos de cosecha, en cuanto a la fracción de N orgánico mineralizable, varían de un 30 a un 90%. No obstante que existen grandes cantidades de N orgánico en el suelo, solamente una pequeña fracción se encuentra disponible para los microorganismos, misma que se conoce como N orgánico potencialmente mineralizable, el cual constituye menos del 10% del N orgánico total del suelo, sin embargo, el aporte por mineralización no es tenido muy en cuenta en el diagnóstico de deficiencia de N, aunque su estimación permitiría ajustar las recomendaciones de fertilización (Salazar et al., 2007).

Salazar et al. (2002) mencionan que la mayor cantidad de nitratos se encuentre en la profundidad de 0-7.5 cm debido a que los microorganismos que participan en su transformación son aerobios. En lo que respecta a la temperatura, ésta es inversamente proporcional a la profundidad del suelo, lo que indica que las bacterias encargadas de la transformación del N a nitratos son mesófilas y se desarrollan mejor en temperaturas que oscilan entre 25 a 35 °C, para su óptimo metabolismo.

Es importante tomar en cuenta que la fertilidad natural del suelo es afectada por la aplicación excesiva de estiércoles, debido a sus diferentes concentraciones de sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg), entre otros elementos lo cual incrementa el contenido de sales en el suelo; por lo que se debe de tener cuidado en su manejo así como evitar la sobre producción de N mineral al incrementar la aplicación de materia orgánica (MO) que puede afectar la calidad del suelo (Christensen et al., 1994). En este sentido, el objetivo de esta investigación fue determinar la mejor dosis de estiércol, la disponibilidad de nitrógeno y su impacto en la producción de maíz forrajero y en la asociación maíz-soya.

MATERIALES Y MÉTODOS

Localización geográfica del sitio experimental

Características ecológicas del sitio

Clima. Según la clasificación de Köppen, modificado por García (1981), el clima es seco desértico o estepario cálido con lluvias en el verano e inviernos frescos. La precipitación pluvial es de 258 mm y la temperatura media anual es de 22.1 °C, con rangos de 38.5 como media máxima y 16.1 como media mínima. La presencia de las heladas ocurren de noviembre a marzo y raras veces en octubre y abril; mientras que la presencia de granizadas se da entre mayo y junio. La evaporación anual media aproximadamente es de 2396 mm.

Características del suelo. Las principales características del suelo analizadas en el laboratorio de la FAZ, se presentan en el Cuadro 1.

Espacio de exploración. Los factores en estudio se cultivaron con maíz y la asociación maíz-soya y estiércol bovino (0, 40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1) y un control 100-150-00 (N- P₂O₅-K₂O; kg ha^-1); las variedades utilizadas fueron San Lorenzo para maíz y Cajeme para soya; el estiércol se ha aplicado en este sitio desde 1998, fecha en la cual se inició la investigación. Sin embargo, los resultados aquí presentados corresponden al año 2006.

Características del estiércol. El estiércol utilizado fue estrictamente de bovino con una humedad al 10%, aplicado una sola vez al inicio del ciclo agrícola. Las características químicas se presentan en el Cuadro 2. La aplicación del estiércol se realizó un mes antes de la siembra con la finalidad de que el estiércol se mezclara con el suelo y así tener una profundidad de 20 cm de cama de siembra con el estiércol incorporado. La distribución de los tratamientos en campo se realizó bajo un diseño de bloques al azar y un arreglo en franjas con tres repeticiones (Martínez, 1996), teniendo un total de doce tratamientos en unidades experimentales de 72 m². Antes de la siembra se realizó un muestreo del suelo en cada sitio experimental, con una barrena de caja extrayendo un kg de suelo, a profundidades de: 0-15, 15-30, 30-60 cm y así sucesivamente hasta 1.20 m, al finalizar el ciclo se realizó un muestreo de suelo, para determinar nitratos, amonio, CE, MO y pH, hasta una profundidad de 210 cm para determinar el movimiento de estos iones en el suelo, sobre todo por haber utilizado el sistema de riego subsuperfcial. Las variables medidas en la planta fueron rendimiento de forraje verde y materia seca.

Las características químicas del suelo fueron pH, CE, MO, NO₃^-1 y NH₄^-1 y se determinaron por los siguientes métodos: pH = 1:2 p/v, en agua; MO = método de Walkley-Black (Etchevers et al., 1971); CE = por pasta de saturación; N inorgánico = (NI); nitratos y amonio por el métodos de ácido fenoldisulfónico y Kjeldahl.

El análisis estadístico para las variables medidas se llevó acabo mediante un diseño de bloques al azar con arreglo en franjas y en los casos en que hubo diferencias estadísticas significativas se utilizó una prueba de diferencias mínimas significativas para determinar cual fue el mejor tratamiento.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Sin embargo, al realizar la comparación de medias para las aplicaciones de estiércol se observó que el mejor tratamiento fue el de 120 Mg ha^-1 de estiércol aplicado con 101.0 Mg ha^-1 de forraje verde y 20.2 Mg ha^-1 de forraje seco, para maíz y para maíz-soya los dos mejores tratamientos fueron el de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol aplicado en suelo con 117.4 y 107.5 Mg ha^-1 de forraje verde y 23.5 y 21.5 de Mg ha^-1 de forraje seco, respectivamente. El tratamiento de menor rendimiento fue el testigo sin estiércol, con 33.2 Mg ha^-1 de forraje verde y 6.6 Mg ha^-1 de forraje seco para maíz solo y en asociación maíz-soya el rendimiento fue de 26.3 Mg ha^-1 y 5.3 Mg ha^-1 de forraje verde y seco respectivamente.

Asimismo, las medias de producción de forraje verde y seco para maíz y maíz-soya en diferentes tratamientos de estiércol fueron de 71.279 y 82.47 en peso verde, mientras que en peso seco las medias fueron de 14.254 y 16.495 Mg ha^-1 respectivamente (Figura 1). Salazar et al. (2003 a, b) demostraron que el maíz requiere de nutrientes en forma adecuada para satisfacer sus necesidades nutrimentales lo cual y después de cinco años de aplicación del estiércol, en este estudio queda constatado, considerando que se tiene un tratamiento testigo, con la fórmula de fertilizante químico recomendada, que con estiércol aplicado al suelo se libera suficiente N para satisfacer las necesidades del maíz e inclusive los tratamientos de estiércol superaron la producción del fertilizante químico.

Concentración de nitratos en el suelo

Las concentraciones de nitratos en el perfil del suelo muestraron cantidades muy diferentes en cada tratamiento de estiércol, sin embargo, en todos se apreció una tendencia a la baja en las profundidades de 180 y 210 cm (Figura 2). Para el tratamiento testigo (0 Mg ha^-1 de estiércol) la concentración más alta de nitratos se encontró en la profundidad de 60 cm con 72.4 mg kg^-1.

Sin embargo, a partir de la profundidad de 90 cm, los nitratos tienden a disminuir. Para el tratamiento de 40 Mg ha^-1 de estiércol aplicado al suelo la máxima concentración se obtuvo a una profundidad de 30 cm con 239 mg kg^-1, a mayor profundidad la tendencia es a la baja, con una mínima concentración a los 180 cm con 36.5 mg kg^-1 (Figura 2). El tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol muestra su máxima concentración a una profundidad de 30 cm con 320.9 mg kg^-1, la máxima profundidad exhibe en 210 cm con 37.2 mg kg^-1; mientras que la mínima concentración se encontró en 150 cm de profundidad con 17 mg kg^-1 (Figura 2). En el tratamiento de 120 Mg ha^-1 de estiércol la máxima concentración se obtuvo a los 7.5 cm de profundidad con 325.8 mg kg^-1, la mínima en 120 cm con 19.9 mg kg^-1. Resultados parecidos reportan Van Kessel et al. (2002) los cuales encontraron concentraciones de hasta 60 kg ha^-1 a 180 cm de profundidad en un suelo arcilloso-limoso. Por otra parte Figueroa (2002) en un experimento de alfalfa encontró concentraciones de hasta 140 kg ha^-1.

Teasdale y Abdul Baki (1995) y Salazar et al. (2003 a) coinciden en que la temperatura óptima para la actividad enzimática de los microorganismos se encontró en los estratos superiores 0-15 cm de profundidad. En el tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol se manifiesta un pico de más de 150 mg kg^-1 de nitrato a una profundidad de 180 cm; en el tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol a una profundidad de 90 cm, se observa un pico de 250 mg kg^-1 de nitrato, estos picos se deben posiblemente a la lixiviación del ion nitrato con las lluvias, debido a que a esta profundidad no existen las condiciones mínimas necesarias para la degradación, pero lo más probable es que dada la heterogeneidad de los perfiles de suelo, es que solo en este tratamiento se observó este efecto porque si el suelo fuera homogéneo seria igual en todos los tratamientos (Ludwick et al., 1976). En cuanto al testigo (cero aplicaciones) se observó que presentó las más bajas concentraciones prácticamente en todas las profundidades lo que explica los bajos rendimientos del maíz en este tratamiento.

Concentración de amonio en el suelo a diferentes profundidades

Para el tratamiento control, la máxima concentración se localizó a 7.5 cm con 16.95 mg kg^-1 y la mínima se presentó a 90 cm con 3.69 mg kg^-1. Para el tratamiento de 40 Mg ha^-1 de estiércol la máxima concentración se presentó a 7.5 cm con 19.63 mg kg^-1 y la mínima a 90 cm de profundidad con 3.35 mg kg^-1. En el tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol la concentración más alta fue a 7.5 cm con 18.91 mg kg^-1 y la mínima concentración se encontró a 150 cm de profundidad con 2.87 mg kg^-1. En el tratamiento de 120 Mg ha^-1 de estiércol la más alta concentración apareció a 60 cm con 21.31 mg kg^-1 y la mínima a 90 cm con 4.45 mg kg^-1. El tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol mostró la máxima concentración a los 7.5 cm con 17.72 mg kg^-1 y la mínima a 120 cm de profundidad con 2.87 mg kg^-1. Para la fertilización recomendada (100-150-00: N-P₂O₅-K₂O) en maíz la máxima concentración se registró a 7.5 cm de profundidad con 14.46 mg kg^-1 y la mínima a 180 cm con 3.83 mg kg^-1 (Figura 3). En general, la concentración del amonio tiende a bajar después de los 30 cm de profundidad. Esto debido a que la mayor actividad microbiológica se presenta precisamente en ese estrato, ya que la mineralización decrece conforme aumenta la profundidad en el suelo, principalmente porque las condiciones de desarrollo bacteriológico son más limitadas.

Concentración de materia orgánica en el suelo

En todos los tratamientos de estiércol los porcentajes más altos se observaron en el estrato de 0 a 30 cm de profundidad (Figura 4). Teniendo los valores más altos en los tratamientos de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol a una profundidad de 7.5 cm con 5.65 y 5.52% respectivamente, mientras que el testigo (sin estiércol) solo contiene el 2.07% a 7.5 cm y 2.21% a 15 cm de profundidad respectivamente. Esto refleja el efecto del estiércol sobre el incremento de MO en el suelo, debido principalmente a su alta concentración. Esto explica, el por qué, en los tratamiento con estiércol se observó un incremento de la MO después de 4 años de estar aplicando las mismas dosis en el mismo sitio, debido a la biodegradación del estiércol, ya que éste contiene más del 5% de MO. La aplicación apropiada de abonos orgánicos en suelos agrícolas aumenta como medio de disposición, reciclaje de nutrientes y conservación del agua (López et al., 2001). La descomposición de MO depende de los microorganismos presentes y es un concepto general de una secuencia completa de procesos muy detallados en los cuales los organismos utilizan los compuestos orgánicos como fuente de alimento (Cabrera et al., 2005; Lamm y Schlegel, 2000).

Conductividad eléctrica

En los tratamientos de 0 y 40 Mg ha^-1 de estiércol aplicado, así como en el de fertilizante químico, se presentan las más bajas CE con valores de entre 3.65 dS m^-1 en el testigo y 7.16 dS m^-1 máximo en el tratamiento donde se aplicó estiércol con 80 Mg ha^-1 (Figura 5). Los tratamientos 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol presentan CE en el estrato de 0-15 cm mayores a los límites permisibles que son de 4 dS m^-1 (Figura 5). Castellanos et al. (1996) encontró que el estiércol a medida que se incrementaba la cantidad aplicada al suelo, la CE aumentaba debido a que una tonelada de estiércol contiene alrededor de 50 kg de sales. Los valores para el tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol aplicado en el mismo estrato ya mencionado van de 12.8 a 13.1 dS m^-1. Para el tratamiento de 120 Mg ha^-1 de estiércol los valores son de 9.62 a 13.5 dS m^-1. En el tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol los valores van del 12.22 a 12.85 dS m^-1. Estos valores sugieren que el uso y manejo del estiércol se realice con extremo cuidado para no contaminar el suelo con sales comerciales e inclusive después de dos años de aplicar el estiércol monitorear el suelo mínimo tres meses antes de la siembra y bajar la dosis de estiércol a aplicar e inclusive no aplicarlo sino hasta el siguiente año.

CONCLUSIONES

- Con respecto al cultivo de maíz solo o asociado no existió diferencia estadística en producción pero, si en tratamientos de estiércol bovino.

- Los mejores resultados se obtuvieron en los tratamientos de 120 y 80 Mg ha^-1 de estiércol aplicado. Las concentraciones de nitratos y amonio, a través del perfil de suelo, fueron más altas en los estratos superiores (0-30 cm); mientras que a 210 cm de profundidad la tendencia es al cero, lo que confirma una más alta mineralización a las profundidades más cercanas a la superficie del suelo.

- Para los tratamientos de estiércol y en el estrato de 0-30 cm de profundidad la conductividad eléctrica superó los límites permisibles (4 dS m^-1); mientras que en los estratos de 30 a 210 los valores se conservan por debajo del límite permisible.

- El mejor tratamiento de estiércol fue el de 120 Mg ha^-1 con 101.0 Mg ha^-1 de forraje verde y 20.2 Mg ha^-1 de forraje seco.

LITERATURA CITADA

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