Impacto del estiércol bovino en el suelo y producción de forraje de maíz*

Impact of cow manure in soil and corn forage production

Héctor Idilio Trejo-Escareño^1§, Enrique Salazar-Sosa^1†, José Dimas López-Martínez¹ y Cirilo Vázquez-Vázquez¹

¹ Universidad Juárez del Estado de Durango, Facultad de Agricultura y Zootecnia, División de Estudios de Postgrado. Alejandría 470, Torreón Residencial, C. P. 27250, Torreón, Coahuila, México. A. P. 142. C. P. 35000. Gómez Palacio, Durango, México, México. Tel (871) 2627246, (618) 1342486, (872) 1092467. (jose_dimaslopez@hotmail.com), (cirvaz60@hotmail.com). §Autor responsable: idilio72@yahoo.com.mx. ^†Autor de correspondencia: fazujed@yahoo.com.mx.

* Recibido: junio de 2012
Aceptado: enero de 2013

Resumen

La demanda de forrajes en la Comarca Lagunera ha obligado a que el maíz sea permanente en el padrón de cultivos, para sostener la producción de forraje es necesario manejar adecuadamente el suelo. El objetivo de este estudio fue determinar el impacto de la aplicación de estiércol bovino en el pH, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO), nitratos (NO₃) y amonio (NH₄) de un suelo arcilloso y su efecto en la producción de forraje de maíz. El trabajo se realizó en la Facultad de Agricultura y Zootecnia-UJED, en 1998 a 2007. Los tratamientos de estudio fueron 40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol bovino lechero, testigo absoluto y tratamiento químico 100-150 (kg ha^-1; N-P), bajo un diseño bloques al azar, tres repeticiones. La variable medida en planta fue forraje verde. Los tratamientos de 160 y 120 Mg ha^-1 de estiércol incrementaron 189 y 180% la MO del suelo, (4 y 3.8%). Para nitratos, los mejores tratamientos fueron 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol, con valores finales de 22.25 y 21.33 mg kg^-1. La CE se incrementó arriba de 4 dSm^-1 en cinco años en los tratamientos de estiércol; no aplicando estiércol en el sexto año bajaron estos valores hasta niveles normales para el desarrollo y producción de maíz con rendimientos arriba de la media regional (45 Mg ha^-1) en los tratamientos de estiércol. La aplicación del estiércol con monitoreo regular del suelo es una buena alternativa para el productor lechero, manteniendo buenos rendimientos de forraje y calidad del suelo.

Palabras clave: conductividad eléctrica, forraje verde, materia orgánica, nitrates.

Abstract

The demand for forage in the region known as Comarca Lagunera, has forced the growth of corn to become permanent in the crop pattern. Adequate soil management is necessary to sustain the production of forage crops. The objective of this study was to determine how the use of cow manure affected the pH, electric conductivity (EC), organic matter (OM), nitrates (NO₃), and ammonium (NH₄) of clayey soil, as well as its effect on the production of corn forage. The site of the research was the Faculty of Agriculture and Zootechnics-UJED, from 1998 through 2007. The treatments used for the study where dairy cow manure 40, 80, 120 and 160 MG ha^-1, absolute control plot, and chemical treatment 100-150 (kg ha^-1; N-P), using a random block design with three repeat doses. The measured variable in the plant was green forage crop. Treatment with manure, at 160 and 120 Mg ha^-1, increased OM contents in the soil (4 and 3.8%). Regarding nitrates, the best treatments were 120 and 160 Mg ha^-1 manure, with baseline values being 22.25 and 21.33 mg kg^-1. EC increased above 4 dSm^-1 within five years of manure treatment. Not applying manure during the sixth year caused the values to reduce to normal values for the development and production of corn, with yields above the regional mean (45 Mg ha^-1) in relation to manure treatments. Applying manure with continuous soil monitoring is a good choice for the dairy producer to maintain positive forage yield, and soil quality.

Introducción

El suelo no sólo es el sostén de las plantas, sino que es la fuente de nutrición de las mismas ya que es ahí donde se llevan a cabo las transformaciones de los elementos nutritivos a través de la biodegradación y mineralización de la materia orgánica. El nitrógeno (N) es uno de los elementos más importantes en la nutrición de las plantas, no sólo por su función dentro de ellas y la cantidad demandada, sino por su costo económico, ya que a pesar de su abundancia en la naturaleza las plantas lo absorben y aprovechan mayormente en forma de nitratos y amonio (Salisbury y Ross, 1994; Gallegos-Vázquez et al, 2000).

Sin embargo, Henry y Boyd, (1988), Ortega y Mardonez (2005) señalan que la descomposición es inhibida en medios fuertemente ácidos. Tisdale et al. (1999) indican que la nitrificación depende, entre otros factores, del pH, disponibilidad del N-NH₄, humedad, temperatura, relación C:N, oxígeno y adecuada población microbiana en el suelo, la materia orgánica (MO) juega un papel protagónico en la mineralización y otros procesos biológicos. Ortega y Mardonez (2005), mencionan que la mineralización es llevada a cabo mejor bajo condiciones de conductividad eléctrica (CE) no mayor a 4 dS m^-1.

El mejorar y conservar las condiciones físicas, químicas y biológicas de un suelo constituye la base de su productividad agrícola, la cual depende en gran parte de la presencia o no de MO. La descomposición de la MO del suelo consiste en un proceso de digestión enzimática por parte de los microorganismos y de ésta MO se desprenden los nutrimentos fácilmente asimilables por los cultivos (Martínez et al., 2008).

Existen en la Comarca Lagunera cerca de 500 000 cabezas de ganado vacuno de las cuales 280 000 están en línea de ordeña con una producción de leche cerca a los seis millones de litros diarios (SAGARPA, 2011). En esta región se producen cerca de 1 200 000 de Mg de estiércol bovino anualmente (Salazar et al, 2007) lo cual permite plantear la posibilidad de su utilización en la agricultura, de ahí la importancia de utilizar este deshecho de la ganadería en la producción agrícola seria para; reducir la utilización de productos químicos y así abatir costos de producción e índices de contaminación.

En base a lo anterior se aumenta también la calidad del suelo, y este es indispensable para la nutrición vegetal, por lo que se deben de conocer sus características físicas, su contenido de nutrientes, su conductividad eléctrica y su capacidad de intercambio catiónico, ya que estos factores están relacionados con la capacidad del suelo para proveer a las plantas las condiciones necesarias para obtener los nutrientes que requieren para crecer y producir (Martínez et al., 2008). Estudios realizados por Castellanos (1986) indican que el contenido de MO promedio de los suelos es 1.2%, lo cual se considera bajo, por lo que hace necesario incrementar este contenido mediante la adicción de abonos orgánicos.

Tisdale y Nelson (1991), Guerrero (2000) y Fuentes (2000) reportan que los abonos orgánicos no solo mejoran las condiciones de acidez de los sustratos, sino que aportan una cantidad importante de nutrimentos y una reducción en los costos de producción de los lecheros. El objetivo de este estudio fue conocer el impacto de la aplicación de estiércol bovino en el pH, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO), nitratos (NO₃) y amonio (NH₄) de un suelo arcilloso y su efecto en la producción de forraje de maíz en 10 años de estudio.

El estudio se realizó de 1998 a 2007 en el campo agrícola experimental de la Facultad de Agricultura y Zootecnia localizado en el ejido Venecia, Municipio de Gómez Palacio, Durango, con una altitud de 1 139 m. Según la clasificación de Kóppen 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 °C como media máxima y 16.1 °C como media mínima.

La evaporación anual media aproximadamente es de 2 396 mm. La presencia de las heladas ocurren de noviembre a marzo y raras veces en octubre y abril; mientras que la presencia de granizo ocurre entre mayo y junio. Los suelos nativos son de aluvión, tipo aridosol, con un contenido pobre de materia orgánica (0.9%). El tipo de suelo en el que se trabajo es arcilloso; las características del estiércol que se utilizó fueron: pH de 7.6, CE de 0.63dS m^-1, MO de 5.47%, N total de 1.12%, amonio (NH₄) de 0.1135%, P de 0.3535%, calcio (Ca) de 3.38%, magnesio (Mg) de 0.71%, K de 3.27%, sodio (Na) de 0.97 ppm, molibdeno (Mo) de 560 ppm, fierro (Fe) de 12 300 ppm, zinc (Zn) de 198 ppm, cobre (Cu) de 45 ppm, y boro (Bo) de 410 ppm, el estiércol tenía 8% de humedad al momento de aplicarlo.

Los tratamientos fueron dosis de estiércol bovino (40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1), fertilizante químico 100-150 (N-P: kg ha^-1) y un testigo absoluto sin fertilizante ni estiércol. Estos tratamientos se eligieron para poder explorar la mayoría de las dosis utilizadas en la región, desde cero hasta 160 Mg ha^-1 de estiércol bovino que aplican los productores, dosis bajas los de establos pequeños y dosis altas los de establos grandes con hatos de más de 1 000 vacas en producción.

La distribución de los tratamientos en campo se realizó bajo un diseño de bloques al azar con tres repeticiones (Martínez, 1996). Los datos se analizaron con el programa estadístico SAS (SAS Institute, 1996) a una probabilidad estadística de 0.05. Para el análisis estadístico del experimento se utilizó análisis de varianza y la prueba de separación de medias DMS.

El estiércol por tratamiento se aplicó en los meses de febrero y marzo de los años 1998 a 2003 y 2005 a 2007 con un descanso en 2004 porque la CE del suelo se incrementó hasta 8 dSm^-1.

Los parámetros evaluados fueron pH (en extracto de saturación) con potenciómetro, CE (en extracto de saturación) con conductímetro, MO con el método de Walkley y Black (Page et al, 1982), nitratos (NO₃ ) con colorímetro, método Kjendahl (Page et al, 1982) y amonio (NH₄) método de destilación (Page et al., 1982). El suelo se muestreo con barrena de caja a una profundidad de 20 cm, al final de cada ciclo de cultivo. El cultivo fue maíz forrajero variedad San Lorenzo.

Resultados y discusión

Materia Orgánica

En 2004 no se aplicó estiércol, debido a que al final del año anterior la CE estaba en 7.8 dS m^-1; pero fue en 2005 donde se reflejó la disminución 1.3% en la MO debido a que en 2004 no se aplicó estiércol; a partir de 2005 se volvió a aplicar estiércol y en el 2007 los niveles de MO en los suelos de los tratamientos de 40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol estaban en 2.39, 2.98, 3.4 y 3.08%, respectivamente.

En 1998 y 1999 los tratamientos de estiércol no muestran diferencia estadística en MO, pero fueron diferentes con el control (cero aplicación) y con el tratamiento químico; los años siguientes se encontró diferencia estadística en los tratamientos excepto en las dos más altas dosis (120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol) que no mostraron diferencia estadística, de acuerdo a la prueba de medias DMS. Los valores medios por tratamiento se muestran en la (Figura 1).

Los valores más altos de MO se presentaron en los tratamientos de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol en los años 2001, 2002 y 2004 con valores porcentuales de 5.1 y 5.7 respectivamente. Similares resultados encontraron Salazar et al. (2003). Los resultados indican incrementos de 2.5 puntos porcentuales de MO en cinco años de aplicación, lo cual es alto comparado con lo reportado por Hirzel et al. (2004) quien obtuvo incrementos de 0.5 puntos en dos años usando cama de pollos de engorda (viruta + pollinaza), con 1.2% de N. La adición al suelo de estiércol bovino incrementa la MO 1% en dos años de aplicación (Salazar-Sosa et al, 2004).

La adición de estiércol mejoró las características químicas del suelo, como lo reporta García-Cruz et al. (2008) y Ochoa et al. (2008), quienes concluyeron que la aplicación directa de residuos sólidos orgánicos es una opción para la recuperación de suelos de baja fertilidad. Salazar et al. (2003 y 2007) encontraron que la aplicación continua, de cuatro a seis años, al suelo de estiércol en dosis que varían de 40 a 160 Mg ha^-1 incrementa la MO hasta alcanzar 5%.

En este experimento cabe destacar que en los mismos años y tratamientos también se incrementó la CE en los suelos hasta 8 dSm^-1, lo cual es perjudicial para el desarrollo de los cultivos, por lo que se debe tener un manejo cuidadoso del estiércol monitoreando el suelo al menos cada año.

Nitratos

Los nitratos en cada año fueron estadísticamente diferentes en los tratamientos siendo más alto el tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol en los años 1998, 1999, 2002 y 2005, con medias de 17.1, 38.75, 100 y 34 mg kg^-1, respectivamente. En 2001 y 2006 el valor más alto lo obtuvo el tratamiento de 80 Mg ha^-1 con valores de 42.5 y 22 mg kg^-1. En los años 2000 y 2003 los tratamientos de 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol fueron estadísticamente superiores a los demás tratamientos pero iguales entre si, con medias de 32 y 96 mg kg^-1 en cada año, en 2004 los tratamientos que fueron iguales entre si, pero diferentes de los demás fueron los de 80 y 120 Mg ha^-1 de estiércol, con valores medios de 53 y 54 mg kg^-1 y en 2007 algo similar ocurrió pero con los tratamientos de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol con 21.33 y 22.25 mg kg^-1, Figura 2. Ortega y Mardonez, (2005) encontraron una media de 19.3 mg kg^-1 en una evaluación de mineralización in situ de nitrógeno con dosis desde 40 hasta 240 kg de nitrógeno de origen urea.

Los valores medios de nitratos en los suelos con los tratamientos de estiércol después de diez años de aplicación de estiércol fueron de 23.4, 37.8, 39.8 y 43.3 mg kg^-1, en los suelos con los tratamientos de 40, 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol, destacando que los años intermedios (2002 y 2003) los valores llegaron hasta 95 mg kg^-1, lo cual refleja la bondad del estiércol. Hirzel et al., (2004) utilizaron cama de pollo de engorda (pollinaza+viruta) con 2% de nitrógeno y obtuvo 49 mg kg^-1 en dos años de estudio.

Los primeros años de aplicación de estiércol la mineralización no ocurre con tanta eficiencia ya que la relación C:N del estiércol fluctúa alrededor de 30 a 38 y su impacto en disponibilidad de N depende además de esta relación del tipo de suelo y manejo del mismo (tipo de riego, labranza etc.), lo que propicia una inmovilización del nitrógeno (Tisdale et al., 1999; Uratani et al., 2004).

La mineralizan total sólo se da con más eficiencia en abonos con relación C:N no mayor a 20 (Hernández-Mendoza et al., 2007), el nitrato es un receptor de electrones en la desnitrificación, según lo reporta Saleh-Lakha et al. (2009) y aun así los abonos de origen animal sólo se mineralizan en menos de 70%, el primer año, según Probert et al., (2005), 62% es mineralizado bajo condiciones de laboratorio (Uri et al, 2003) por otra parte Castellanos (1982 a), menciona que 50% del estiércol es mineralizado en el primer año, por lo anterior los primeros años de aplicación el tratamiento con poco estiércol (40 Mg ha^-1).

Amonio

El amonio solo se midió en 1998, 1999, 2001 y 2002 para conocer el aporte de nitrógeno amoniacal proveniente de la mineralización del estiércol. En los años 1998 y 1999 la concentración de amonio no rebasó 13.7 mg kg^-1, la mayor concentración se presentó en 2002 en todos los tratamientos a excepción del tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol, que presentó un valor de 25 mg kg^-1, en 2003 (Figura 3), la uniformidad de las concentraciones de amonio pueden explicarse con lo concluido por Frank et al. (1992) quienes reportaron que bajo condiciones de temperatura ambiente cálida, las bacterias nitrificantes son más eficientes que las bacterias heterotróficas de amonio, mientras que en condiciones frías el comportamiento es inverso. El promedio de temperatura en los ciclos agrícolas (15 abril- 30 julio) de estudio fue de 23.6 °C (CNA, 2007).

Conductividad eléctrica y pH

La Figura 4 muestra la conductividad eléctrica por tratamiento de estiércol de 1998 a 2007, en ella se observa que para el primer año (1998) los resultados son lo comúnmente encontrados en los suelos de la región; es decir, conductividades eléctricas no mayores a 2 dS m^-1; sin embargo, desde 1999 se incrementó la concentración, mostrando su máximo valor en 2003 con 8 dS m^-1, sobre todo en el tratamiento de 160 Mg ha^-1 de estiércol aplicado, lo anterior es debido a la mineralización del estiércol, el cual libera altas cantidades de aniones y cationes y dan como resultado un incremento de la salinidad del suelo.

Castellanos (1986) encontró que por cada tonelada de estiércol aplicado al suelo, éste recibe de 15 a 50 kg de sales, dependiendo de la calidad del estiércol debido a la variación de la dieta que recibe el animal en sus deferentes etapas; es decir, vacas en desarrollo y secas tienen una dieta de muy baja calidad, comparada con las de producción y esto hace variar la concentración de sales en el estiércol.

De 2004 en adelante la conductividad eléctrica bajó debido a que no se aplicó estiércol este año y se aplicaron riegos pesados para lavar sales solubles. Jiménez et al. (2004) concluyeron que en suelos ácidos la CE se incrementa 0.3 d Sm^-1 año^-1 en los tratamientos estercolados. Álvarez-Sánchez et al. (2006) concluyeron que en los suelos con tratamientos de abonos orgánicos la CE se incrementa desde 0.5 hasta 1.6 d Sm^-1 por año.

Esto ocurre debido a las dietas tan ricas en nutrientes y minerales que consume el ganado bovino lechero la cual se basa para vacas secas y en desarrollo, en ensilados de maíz y sorgo; pero en vacas en producción a la dieta se le agrega alfalfa, triticale, concentrados, aditivos, minerales y algo de melaza para mantener una producción de leche alta, de más de 29 litros día^-1.

Los valores de pH fluctuaron entre 6.5 y 8.5 a través del tiempo (Figura 5). Álvarez-Sánchez et al. (2006) encontraron que en los suelos con tratamientos de abonos orgánicos el pH se incrementó. Jiménez et al. (2004) concluyeron que el pH se incrementa en los tratamientos estercolados, en este trabajo la tendencia es así, pero el suelo no mostró diferencia estadística entre tratamientos cada año pero si hubo diferencias entre años.

El primer año de aplicación (1998) los valores de pH fueron de 8 en el testigo a 8.3 en el tratamiento más alto de estiércol, sin embargo los dos años siguientes la tendencia fue a la baja con valores de 7.7 y 7.1 para los tratamientos de estiércol en 1999 y 2000 respectivamente, en 2001 el pH volvió a subir con valores de 8.2 a 8.35, los siguientes dos años los valores bajaron y 2004 el pH subió nuevamente, en los años posteriores los valores se mantuvieron altos como se observa en la (Figura 5).

Producción de forraje

El Cuadro 1 muestra las producciones obtenidas del año 2000 al 2007, en los años 2000 y 2001 los tratamientos de 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol fueron iguales al tratamiento de fertilizante químico, lo cual indica que compiten con él desde los primeros años, sobresalen los tratamientos de 160 y 120 Mg ha^-1 en los años 2000 y 2001 respectivamente con 85.7 y 89.8 Mg ha^-1 de forraje verde cada año.

Para los años 2002 y 2003 los tratamientos de estiércol fueron superiores al testigo sin estiércol y al tratamiento químico, en ambos años el tratamiento que sobresalió fue el de 120 Mg ha^-1 estiércol con 84.3 y 67.2 Mg ha^-1 de forraje verde.

De 2004 a 2006 las más altas producciones se presentaron en el tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol con 85m 72.8 y 56.4 Mg ha^-1 de forraje verde, respectivamente; en 2004 los tratamientos de estiércol son iguales entre si y superiores al testigo y al tratamiento químico, en 2005 los tratamientos de 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol se comportaron estadísticamente iguales entre si pero superiores al resto de los tratamientos. En 2006 las producciones fueron bajas, el tratamiento de 120 Mg ha^-1 fue estadísticamente inferior al resto de los tratamientos de estiércol y el tratamiento químico.

En 2007 los tratamientos de estiércol fueron iguales entre si y superiores a los demás, siendo el de 180 Mg ha^-1 de estiércol el tratamiento de mayor producción con 73.5 Mg ha^-1 de forraje verde. De acuerdo al comportamiento en el periodo de estudio la Figura 6 muestra que el mejor tratamiento fue el de 120 seguido del tratamiento de 80 Mg ha^-1 de estiércol. Esto coincide con los resultados encontrados por Salazar et al. (2007).

A través de los años la MO se incrementó en todos los tratamientos de estiércol y en promedio de los diez años los tratamientos de 160 y 120 Mg ha^-1 de estiércol aplicado incrementaron 189 y 180% la MO en el suelo, terminaron con 4 y 3.8% de MO. Similar a la concentración de MO en el suelo, los nitratos también se incrementaron en todos los tratamientos donde se aplicó estiércol, siendo los mejores tratamientos los de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol, con valores finales de 22.25 y 21.33 mg kg^-1.

La conductividad eléctrica después del segundo año de aplicación (1999) se incrementó considerablemente (arriba de 4 dS m^-1) debido a la alta concentración de sales en el estiércol, siendo los tratamientos de 80, 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol los más altos con valores de 8 dS m^-1 o más en el sexto año de estudio (2003), y a través de descanso, es decir, suspensión de la aplicación en el 2004 se logró disminuir éstos, a niveles inferiores a 4 ds m^-1, lo cual indica que el monitoreo del suelo es necesario cuando se aplica estiércol, para mantener un nivel de sales que no afecte al cultivo. El pH del suelo presentó bajas y altas alternadas en los valores terminando con los valores que inició, de 8.0 a 8.3, siendo más altos los valores de los tratamientos de 120 y 160 Mg ha^-1 de estiércol aplicado respectivamente.

Es importante resaltar que con 80 Mg ha^-1 o más, desde el año 2000 hasta 2007, los tratamientos de estiércol fueron superiores en rendimiento al testigo e iguales o superiores al tratamiento químico (años 2003, 2004, 2005 y 2009); esto demuestra la bondad del estiércol convirtiéndose en una excelente alternativa para satisfacer la demanda nutrimental del cultivo.

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