0.25 mm), además de un incremento significativo del COS (p<0.05). El tratamiento RPC presentó valores significativamente menores de Ks (0.76 cm h-1), Da y Rp, lo cual es favorable para la sostenibilidad del sistema estructural del suelo.]]>
0.25 mm), as well as a significant increase in SOC (p<0.05). The treatment RPC had significantly lower values of Ks (0.76 cm h-1), Da and Rp, which is favorable for sustainability of the soil structural system.]]>
Aporte de carbono orgánico de la labranza cero y su impacto en la estructura de un andisol de la Precordillera Andina Chilena
No–tillage organic carbon contribution and effects on an andisol structure from the Chilean Andean Foothills
Marco Sandoval–Estrada1, Neal Stolpe–Lau1, Erick Zagal–Venegas1, María Mardones–Flores2 y José Celis–Hidalgo3
1 Departamento de Suelos y Recursos Naturales. Facultad de Agronomía.
2 Centro EULA–Chile.
]]> 3 Facultad de Medicina Veterinaria. Universidad de Concepción, Chile, Casilla 537, Chillán, Chile (masandov@udec.cl).
Recibido: Junio, 2007.
Aprobado: Diciembre, 2007.
Resumen
El uso intensivo de los suelos derivados de cenizas volcánicas debido al aumento de las actividades agropecuarias, ha generado pérdidas por erosión hídrica creciente en estos suelos que se refleja en una menor producción y aumento en la demanda de insumos agrícolas. Por ello, el objetivo de esta investigación fue evaluar, después de tres años, el estado estructural de un suelo (Typic Haploxerand) sometido a cuatro técnicas de manejo de rastrojos con labranza cero en una rotación trigo–avena: 1) rastrojo quemado (T); 2) rastrojo hilerado (RH); 3) rastrojo parado (RP); y 4) rastrojo picado (RPC). Las variables evaluadas fueron: carbono orgánico del suelo (COS), estabilidad de los agregados mediante el diámetro peso medio (DPM), distribución de agregados estables al agua, conductividad hidráulica saturada (Ks), densidad aparente (Da) y resistencia a la penetración (Rp). El diseño experimental fue de bloques completos al azar y las medias se compararon con la prueba de Tukey (p<0.05). Los resultados mostraron un bajo DPM (0.20 a 0.28 mm) y un dominio de las fracciones estables al agua menores a 0.25 mm que superaron el 66%, en todos los tratamientos. Esto sugiere que el sistema estructural es susceptible a la degradación física; RP y RPC presentaron mejor estabilidad estructural y una mayor proporción (p<0.05) de macroagregados (>0.25 mm), además de un incremento significativo del COS (p<0.05). El tratamiento RPC presentó valores significativamente menores de Ks (0.76 cm h–1), Da y Rp, lo cual es favorable para la sostenibilidad del sistema estructural del suelo.
Palabras claves: Labranza de conservación, materia orgánica, estabilidad de agregados, suelo.
Abstract
]]> The intensive use of soils derived from volcanic ash, due to an increase in livestock and agricultural activities, has generated losses from increasing water erosion in the soils, which are reflected in lower production and an increase in the demand for agricultural inputs. Therefore, this study was conducted to evaluate, after three years, the structural state of a soil (Typic Haploxerand) subjected to four techniques for managing crop residues under zero tillage in wheat–oat rotation: 1) burned residues (T); 2) residues in rows (RH); 3) standing residues (RP); and 4) chopped residues (RPC). The evaluated variables were soil organic carbon (SOC), aggregates stability measured by mean weight diameter (MWD), distribution of water stable aggregates, saturated water conductivity (Ks), bulk density (Da), and resistance to penetration (Rp). The experimental design was complete random blocks and means were compared with the Tukey test (p<0.05). The results showed a low MWD (0.20 to 0.28 mm) and a dominance of water stable fractions smaller than 0.25 mm that was above 66% in all of the treatments. This suggests that the structural system is susceptible to physical degradation; RP and RPC had better structural stability and a higher proportion (p<0.05) of macroaggregates (> 0.25 mm), as well as a significant increase in SOC (p<0.05). The treatment RPC had significantly lower values of Ks (0.76 cm h–1), Da and Rp, which is favorable for sustainability of the soil structural system.Key words: Conservation tillage, organic matter, aggregate stability, soil.
INTRODUCCIÓN
Los modelos productivos dominantes en la agricultura chilena son los principales responsables de la degradación del recurso suelo. La quema de los rastrojos, el uso del arado, sumado a las pendientes naturales de los terrenos de cultivo favorecen el deterioro de estos sistemas edáficos. La erosión acelerada en Chile comenzó hace más de un siglo, como consecuencia de la producción de cereales. Hoy afecta a una superficie de 47 300 000 ha, lo que equivale a 60% del territorio nacional, y se concentra principalmente en las zonas áridas y semiáridas entre las regiones I y VIII y en las zonas subhúmedas secas de las regiones XI y XII (Pérez y González, 2001). El resultado de la degradación del suelo se manifiesta en la pérdida de las propiedades físicas, químicas y biológicas necesarias para la sostenibilidad de los ecosistemas terrestres (Ellies, 2000; Lupwayi et al., 2001).
La estructura del suelo es un factor clave en el sistema edáfico y en la habilidad del suelo para sostener la biota (Bronick y Lal, 2005). La estabilidad de los agregados en un indicador de la estructura del suelo (Six et al., 2000) y es el resultado del arreglo de las partículas, floculación y cementación (Duiker et al., 2003). La agregación se mide a través del carbono orgánico del suelo (COS), la biota, los puentes iónicos, arcilla y carbonatos (Bronick y Lal, 2005). La COS actúa como un núcleo central en la formación de los agregados del suelo; la biota y sus productos orgánicos contribuyen al desarrollo de la estructura del suelo (Chan et al., 2003). La formación de carbonatos secundarios es importante en la dinámica de la agregación en suelos áridos y semi–áridos, pero la estructura es fundamental para la mayoría de los suelos y se puede cuantificar mediante la estabilidad de los agregados del suelo (Bronick y Lal, 2005). La estabilidad estructural del sistema suelo varía con los cambios de contenido de MO y prácticas de manejo (Six et al., 2000).
Oades y Waters (1991) establecieron un orden jerárquico en la estructura de los suelos la cual presenta macroagregados (>0.25 mm) y microagregados (<0.25 mm). La estabilidad de los primeros varía con los cambios de contenido de MO y por las prácticas de manejo, debido a que los agregados son estabilizados transitoriamente por agentes como raíces, hifas y polisacáridos derivados de plantas y microorganismos (Bronick y Lal, 2005). El aumento en las operaciones de labranza de los suelos disminuye el C en los macroagregados (Six et al., 2000). Además, la MO joven y más lábil es contenida principalmente en los macroagregados y menos en los microagregados (Jastrow et al., 1996). En cambio, la estabilidad de los microagregados es menos sensible a las prácticas de manejo y al contenido de MO (Tisdall y Oades, 1982). Esto sugiere que el manejo de los suelos puede favorecer o disminuir la formación de distintos tamaños de agregados, afectando negativa o positivamente la estabilidad estructural del suelo, y por tanto la sostenibilidad general del sistema (Carter et al., 2003). La reducción de los macroagregados contribuye al aumento de los gases efecto invernadero por la mineralización de C orgánico y favorece los procesos erosivos de los suelos (Gupta y Germida, 1988; Sandoval et al., 2003).
En Chile hay mayores ventajas de la labranza cero sobre la labranza tradicional en suelos derivados de cenizas volcánicas (Peña et al., 1994; Rodríguez et al., 2000). Los agricultores chilenos han incorporado la labranza cero en sus actuales sistemas productivos en suelos Andisols de la precordillera andina, pero con quema de rastrojos como una práctica habitual. Por tanto, la hipótesis de este trabajo es que la degradación del suelo tiene relación directa con la pérdida de su estructura y si se utiliza la labranza cero en combinación con ciclaje de los rastrojos, aumenta la incorporación de C al suelo y mejora su estructura. El objetivo de este estudio fue evaluar el estado estructural de un suelo derivado de cenizas volcánicas, después de tres años con distintos manejos de rastrojos agrícolas con labranza cero.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Ubicación del ensayo y tratamientosEl ensayo se hizo en un suelo de origen volcánico (Typic Ha–ploxerand) en la comuna de El Carmen (36° 53' S y 71° 56' O) en un sector de la Precordillera Andina de la Región del Biobío, Chile. Estos suelos se han desarrollado en un régimen de temperatura térmico y de humedad xérico, con más de 100 d de déficit hídrico, y corresponden a la serie Santa Barbara. Son suelos poco evolucionados, formados sobre cenizas volcánicas recientes depositadas sobre substrato fluvioglaciales, profundos a muy profundos, bien drenados, de texturas medias (franco limosas), y una topografía de lomajes con pendientes de 8 a 15% (Stolpe, 2006). Su mineralogía está dominada por minerales de ordenamiento de rango corto y son parte de la secuencia de meteorización que va desde materiales de suelo téfrico, pasando por un horizonte vítrico y que termina en un horizonte ándico (Casanova et al., 2007). Los suelos de esta serie presentan haloisitas y alófanas (Besoain y Sepúlveda, 1985). Este suelo se ha usado para la producción de cereales o forestación con pino insigne y eucalipto, por más de 100 años (Stolpe, 2006). El 76% de los suelos volcánicos de la zona de estudio presentan erosión entre moderada a muy severa (Peña et al., 1994).
De 2000 a 2003 se compararon cuatro sistemas de manejo de suelo bajo labranza cero: 1) rastrojo quemado (T); 2) rastrojo hile–rado (RH): el rastrojo es amontonado en hileras de 2 m de anchura a lo largo de la parcela, dejando franjas de 10 m de anchura entre hileras con poco rastrojo; al año siguiente los residuos de las hileras se distribuyen de nuevo con una picadora horizontal; 3) rastrojo parado (RP): el rastrojo se deja intacto a la altura de corte de la cosechadora; 4) rastrojo picado (RPC): el residuo vegetal es trozado con una picadora horizontal, y se esparcen en la superficie. Para la siembra se depositó la semilla y fertilizantes en un surco delgado (2 cm anchura). Cada unidad experimental tuvo 2000 m2 y se usaron cuatro repeticiones. Algunas propiedades físicas y químicas promedio del sitio al inicio del ensayo se muestran en el Cuadro 1.
La rotación de cultivos fue trigo (Triticum aestivum L.) y avena (Avena sativa L.). Para trigo la dosis de semilla fue 160 kg ha–1 y las dosis de fertilización fueron 170 kg ha–1 N, 119 kg ha–1 P2O5 y 35 kg ha–1 K2O. Para la avena se usó 180 kg ha–1 de semilla y fertilización de 210 kg ha–1 N, 150 kg ha–1 P2O5 y 134 kg ha–1 K2O.
Recolección y preparación de las muestras de suelo
Se recolectaron 16 muestras inalteradas de suelo por tratamiento y por profundidad evaluada: 0–5 cm, 5–10 cm y 10–15 cm, para conservar la estructura natural del suelo. Las muestras de suelo se secaron en horno (40 °C) por 24 h y pasaron por un tamiz de 4.5 mm (Le Bissonnais, 1996). Se transfirieron 100 g por muestra a un conjunto de tamices de diferentes diámetros (2, 1, 0.5, 0.25 y 0.05 mm) ordenados de mayor a menor; los tamices se sumergieron 30 min en agua y se agitaron a 25 ciclos min"1 (Yoder, 1936). El porcentaje de agregados por tamaño se calculó de la masa seca de los agregados que quedaron en cada tamiz. El diámetro peso medio (DPM) se determinó según Kemper y Rosenau (1986). El COS se determinó mediante combustión húmeda de la MO con una mezcla de dicromato y ácido sulfúrico; la absorbancia de la mezcla resultante del exceso de dicromato no usado en la oxidación de la MO y el dicromato reducido se midió colorimétricamente (Metson et al., 1979). La conductividad hidráulica saturada de campo (Ks) se determinó usando el permeámetro Guelph, modelo 2800K1 (Soil Moisture Equipment, Santa Bárbara, California). Esta variable de conductividad hidráulica se usa para evaluar el efecto del manejo sobre la estructura del suelo (Dörner y Dec, 2007; Sandoval et al., 2007a). Se hicieron 16 mediciones por tratamiento y se calculó Ks (Reynolds et al., 1985):
donde, Ks es la conductividad hidráulica saturada (cm h ); H1 y H2 es la altura de carga a 5 y 10 cm; a es el radio estandarizado del orificio donde se hacen las mediciones con el instrumento (3 cm); C1 y C2 son factores adimensionales dependientes de H1/a y H2/a; R1 y R2 son las tasas de condición constante correspondientes a H1 y H2 (cm s–1 ); X es una constante del reservorio (cm ), característica del instrumento usado.
La densidad aparente (Da) del suelo se calculó como el cuociente entre la masa de suelo seco a 105 °C (Mss) y el volumen total (Vt) que ocupa esta masa de suelo sin alterar, y se determinó mediante el método del cilindro (Blake y Hartge, 1986). Esto permitió determinar el porcentaje de poros (Pt), donde Da es el valor medio:
Análisis estadístico
El diseño experimental fue de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Se hizo un análisis de varianza y se usó la prueba de comparación de medias Tukey (p<0.05) (SAS, 1999) y los valores fueron normalizados según la ecuación (x+0.5)0.5.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La distribución de los agregados estables al agua muestra que ninguno de los tratamientos y profundidades estudiadas presentaron agregados mayores o iguales a 2 mm, predominando los menores a 0.25 mm con valores entre 66.5 a 77.5% (Cuadro 2). Esto indica que estos suelos volcánicos de precordillera andina presentan en forma natural una fragilidad estructural que favorece la erosión y compactación. Sandoval et al. (2007b) reportaron un predominio de macroagregados (>66%) en suelos volcánicos chilenos de la misma área de este estudio, pero del valle central. Esta diferencia se explica por la génesis de los suelos volcánicos, que a su vez depende de la edad de las cenizas volcánicas, del clima, de la vegetación dominante, y de la evolución mineralógica (Torn et al., 1997). Estos resultados aportan un nuevo antecedente en la dinámica de la formación y evolución en suelos Andisols.
Los valores de DPM mostraron valores bajos (0.20 a 0.28 mm), indicando una estabilidad estructural débil. Según Le Bissonnais (1996), valores de DPM entre 0.2 a 0.3 mm corresponderían a un estado estructural muy inestable. No obstante, los tratamientos RP y RPC presentaron valores significativamente (p<0.05) mayores de DPM respecto a los tratamientos T y RH, dentro de los primeros 10 cm de profundidad, mientras que entre 10 a 15 cm, el tratamiento RP tuvo el mayor valor (p<0.05).
Los mayores valores de DPM y mayor proporción de macroagregados correspondieron a los tratamientos con más aporte de rastrojos (RP y RPC), lo que sugiere un efecto de la MO en el incremento de la estabilidad estructural. Por tanto, el suelo estudiado es muy susceptible a la degradación física, dada su naturaleza. Estudios realizados en suelos volcánicos en la zona del ensayo y cultivados con labranza tradicional por más de 100 años, muestran un marcado efecto erosivo que no es fácil de identificar dada su profundidad y homogeneidad del perfil, típicos de estos suelos, registrándose pérdidas anuales de 15 t ha"1 (Peña et al., 1994) y 20 t ha–1 (Rodríguez et al., 2000). El predominio de microagregados detectado en este trabajo, junto a la topografía de lomaje y a las precipitaciones invernales intensas en la zona, favorecería la erosión hídrica de estos suelos.
Los tratamientos RH, RP y RPC presentaron porcentajes de macroagregados significativamente mayores que T, en los primeros 5 cm de profundidad. A mayor profundidad (5–10 cm) los tratamientos RP y RPC tuvieron un mayor porcentaje (p<0.05) de macroagregados que los tratamientos T y RH. Entre 10 a 15 cm, sólo RP tuvo un porcentaje de macroagregados significativamente mayor (p<0.05) que los demás tratamientos. Esto indica que los rastrojos tienden a favorecer la formación de macroagregados cuando permanecen en el suelo, lo cual se debería a un aumento del COS en los primeros 5 cm (Cuadro 3), donde el rastrojo quemado (T) tuvo niveles significativamente menores (p<0.05) de C orgánico que los tratamientos con ciclaje de residuos y con 74% de microagregados. Los tratamientos que dejaron los residuos vegetales sobre la superficie del suelo presentaron un mayor contenido de COS (p<0.05), particularmente el tratamiento RPC. Aunque este aumento significativo de COS ocurrió sólo en los primeros 5 cm, se vislumbra la importancia del ciclaje de residuos como una práctica sostenible en el tiempo, en concordancia con Bronick y Lal (2005). Además, se han reportado pérdidas de MO en suelos volcánicos chilenos de 2.9 t ha–1 año–1 con labranza tradicional y quema de rastrojos (Rodríguez et al., 2000), lo cual demuestra que el ciclaje de rastrojos mejora el contenido de C en el suelo y disminuye las pérdidas de suelo por erosión hídrica (Peña et al., 1994).
]]>
El aumento en la intensidad de cultivos reduce el C en los macroagregados y con ello su estabilidad (Six et al., 2000; Sandoval et al., 2007b). No es posible explicar los resultados obtenidos considerando sólo el aumento del COS, pues si bien hay un mayor contenido de COS en los tratamientos RH y RPC a mayor profundidad, éstos no difirieron significativamente de los tratamientos T y RH (Cuadro 3). El aporte de MO joven y más lábil sirve como fuente primaria de C a la biomasa microbial y fungosa del suelo, importantes en la formación de macroagregados (Gupta y Germida, 1988; García–Oliva et al., 2004). De hecho, el tratamiento RP generó más macroagregados hasta los 15 cm estudiados, lo cual podría explicarse debido al efecto positivo que generaría la permanencia de los tallos en pie, respecto de las condiciones ambientales como la temperatura y humedad, favoreciendo la actividad de los microorganismos. Bronick y Lal (2005) señalan que los macroagregados pueden formarse mediante la acumulación de microagregados, alrededor de MO particulada y núcleos de bacterias alrededor de las raíces. En suelos Andisols de la zona del presente estudio se encontraron los mayores contenidos de micorrizas arbusculares en manejo de labranza cero con respeto a labranza tradicional (Borie et al., 2003). Los hongos micorrizógenos arbusculares generan glomalina que contribuye a la estabilización de los agregados del suelo (Rillig et al., 2002). Al respecto, Graham et al. (2002) señalan que buenas condiciones de humedad, temperatura y aportes de biomasa aumentan el ritmo del ciclaje de la MO en el suelo.
Los rendimientos de avena y trigo en las tres temporadas de rotación de cultivos, así como el tipo y cantidad de rastrojos presentes en las tres temporadas de rotación se muestran en el Cuadro 4. En los cultivos de trigo y avena se obtuvieron menores rendimientos con RH, lo cual se debió a que la superficie sin siembra equivale a 8% del total. Si bien la labranza cero con quema (T) tuvo un mayor rendimiento en los primeros 2 años, esta situación se invierte al tercer año, con respecto a los tratamientos RP y RPC. Aunque no se produjo una baja en los rendimientos con labranza cero y rastrojos en la superficie, es recomendable observar los efectos de la adición de MO a largo plazo.
El tratamiento RPC presentó un valor de Ks (0.76 cm h–1) significativamente menor (p<0.05) en relación con los otros tratamientos (Cuadro 5). Esto se debería al aumento de COS en los primeros centímetros del suelo producto del aporte de rastrojos, lo cual coincide con lo encontrado por Sandoval et al. (2007a) quienes asociaron mayores valores de COS a menores valores de Ks. Además, la labranza de conservación produce un aumento de poros pequeños y los rastrojos en la superficie reducen la evaporación (Figueroa y Morales, 1992); en consecuencia, una mayor proporción de poros pequeños disminuye la Ks.
Desde el punto de vista ambiental, valores de Ks moderados pueden considerarse como favorables pues los nutrientes disminuyen su movimiento descendente dentro del perfil del suelo, reduciendo el riesgo de contaminación de las napas profundas (Bronick y Lal, 2005).
De la misma manera, el tratamiento RPC fue diferente (p<0.05) a los demás tratamientos, con relación a los indicadores de calidad estructural del suelo como densidad aparente (Da), resistencia a la penetración (Rp) y porosidad total (Pt). Estas diferencias deben interpretarse como favorables, puesto que menores valores de Da y Rp en RPC, indican un menor grado de compactación del suelo y una estructura más favorable. Los valores de Pt muestran que el tratamiento RPC presenta la mayor cantidad de espacio poroso dentro de la matriz del suelo. Esto se explica debido a que coincide con el mayor nivel de COS alcanzado (Cuadro 3), pues el C es importante para la porosidad (Thomsen et al., 1999). La labranza de conservación en suelos volcánicos produce un aumento de poros pequeños (Figueroa y Morales, 1992) que favorecen la retención de agua y protegen la MO del ataque microbiano (Bronick y Lal, 2005). Esto coincide con Rachman et al. (2003), quienes indican que la MO promueve la retención de agua en el suelo debido a su naturaleza coloidal, favoreciendo su porosidad.
]]> El valor Ks (0.76 cm h-1) obtenido con el tratamiento RPC se debe interpretar como una condición favorable en situaciones de escasez de agua para la actividad biológica que sostiene el sistema suelo (Poulenard et al., 2001).
CONCLUSIONES
El suelo estudiado (Typic Haploxerand) se caracteriza por una estabilidad estructural frágil. Este problema se acentúa con el uso de prácticas agrícolas no sostenibles, como la quema de los rastrojos que reduce el COS, el tamaño y la estabilidad de los agregados, favoreciendo la erosión hídrica en estos suelos de lomaje. Considerando los resultados de este estudio, los tratamientos RP y RPC son las alternativas más promisorias para un manejo estructural sostenible en estos suelos de lomaje.
La introducción de prácticas agronómicas como labranza cero combinada con la permanencia de rastrojos en la superficie del suelo, favorecen la estabilidad estructural y aumentan el contenido de carbono en el suelo. Ambas técnicas combinadas, labranza cero y permanencia de rastrojos en superficie, posibilitan la sostenibilidad de estos suelos volcánicos, especialmente la labranza cero que deja los rastrojos picados y dispersos en la superficie del suelo. Además, el ciclaje de residuos vegetales en el suelo aumenta la captura del carbono con las implicancias positivas de ayudar a mitigar el problema del calentamiento global.
AGRADECIMIENTOS
Esta investigación fue parte de la tesis del autor principal en el programa de Doctorado en Ciencias Ambientales del Centro EULA de la Universidad de Concepción, la que fue financiada por el proyecto FONDEF D99I–1081.
LITERATURA CITADA
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