Distribución de la materia orgánica en clases de agregados en un Latosol Arcilloso Rojo bajo forestación y pastizal

Organic matter distribution in classes of aggregates of a red clay Latosol under forestry and pastures

Daiane Carvalho-dos Santos¹ , Cláudia L. Rodrigues-de Lima¹ , Clenio Nailto-Pillon² , José Ma. Filippini-Alba²* , Carla Machado-da Rosa¹, Marla de Oliveira-Farias¹

¹ Post-graduación en Agronomía, Campus Universitario, Universidad Federal de Pelotas. s/n, Caja Postal 354, CEP 96010-900, Ciudad de Pelotas, Estado de Rio Grande do Sul, Brasil. (santos.daianec@gmail.com) (clrlima@yahoo.com.br) (carlamrosa@yahoo.com.br) (marla_fa-rias@yahoo.com.br).

² Embrapa Clima Templado, Carretera BR 392, km 78, Caja Postal 403, Pelotas, Estado de Rio Grande do Sul, Brasil. (clenio.pillon@cpact.embrapa.br) *Autor responsable. (jose.filippini@ cpact.embrapa.br).

Recibido: febrero, 2011.
Aprobado: febrero, 2012.

RESUMEN

Los estudios de la concentración de carbono orgánico total (COT) del suelo y de las fracciones de la materia orgánica contribuyen significativamente para la evaluación de la calidad del suelo, en particular en la región estudiada, donde no hay información sobre el tema. Además hay una preocupación mundial sobre el ciclo del carbono, en función del efecto invernadero que perjudica las condiciones climáticas del planeta. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de los sistemas productivos en la concentración de COT en un suelo clasificado como latosol arcilloso rojo distrófico, en la fracción de carbono orgánico particulado y en la fracción de carbono mineral, o sea, la fracción de carbono asociado a los minerales del suelo y en varias clases de agregados del suelo plantado con: 1) eucaliptus (Eucalyptus saligna) de 13 y 20 años, 2) pastizales y 3) bosque nativo donde predominan especies higrófitas y xerófitas deciduales. Las muestras de suelo se recolectaron en el distrito de Butiá, Rio Grande do Sul (Brasil) en el 2006 en profundidades de 0.00 a 0.05, 0.05 a 0.10, 0.10 a 0.20 y 0.20 a 0.40 m. Las muestras se secaron al aire a 20 °C y se tamizaron según las clases de fraccionamiento granulométrico, considerando las clases de agregados 4.76 a 8.00 mm, 2.00 a 4.76 mm, 1.00 a 2.00 mm, 0.50 a 1.00 mm; 0.25 a 0.50 mm y <0.25 mm. Para cada clase de agregado se determinó carbono orgánico particulado y COT. Las mayores concentraciones de COT, carbono orgánico particulado y carbono mineral ocurrieron en la fracción de mayor tamaño (8.00 a 4.76 mm). En los suelos de pradera la mayor acumulación de COT se encontró en la profundidad de 0.05 a 0.20 m, en las clases de agregados 8.00 a 0.50 mm.

Palabras clave: Eucaliptus saligna, sistemas de uso del suelo, calidad del suelo, forestación, carbono orgánico particulado y mineral en el suelo, microagregados y macroagregados.

Abstract

Studies of the concentration of total organic carbon (TOC) in soil and organic matter fractions contribute significantly to the evaluation of soil quality, particularly in the study region, where there is no information on this topic. Moreover, there is also a worldwide concern about the carbon cycle, depending on the greenhouse effect that harms the world's climatic conditions. The aim of this study was to evaluate the effect of production systems in TOC concentration in a soil classified as dystrophic red clayey latosol, in the fraction of particulate organic carbon and in the mineral carbon fraction, i. e., the fraction of carbon associated with soil minerals and in various classes of aggregates of the soil planted with: 1) 13 and 20-year-old eucalyptus (Eucalyptus saligna), 2) pastures and 3) native forest where hygrophilous species and deciduous xerophytes dominate. Soil samples were collected in the district of Butiá, Rio Grande do Sul (Brazil) in 2006 in the depths 0.00 to 0.05, 0.05 to 0.10, 0.10 to 0.20 and from 0.20 to 0.40 m. Samples were air-dried at 20 °C and sieved according to the classes of granulometric fractionation, considering the aggregate classes of 4.76 to 8.00 mm, 2.00 to 4.76 mm, 1.00 to 2.00 mm, 0.50 to 1.00 mm, 0.25 to 0.50 mm and <0.25 mm. For each class of aggregate, particulate organic carbon and TOC was determined. The highest TOC concentrations, particulate organic carbon and mineral carbon occurred in the largest fraction (8.00 to 4.76 mm). In pasture soils greatest TOC accumulation was found at depth of 0.05 to 0.20 m, in classes of aggregates 8.00 to 0.50 mm.

INTRODUCCIÓN

La sustitución del bosque natural por cultivos anuales, praderas o pastizales y plantíos forestales comerciales puede disminuir las reservas de materia orgánica del suelo (MOS) debido a la descomposición acelerada, reducción de aporte de material vegetal y calidad de los residuos (Lima et al., 2008). Sin embargo, los sistemas conservacionistas de uso, como la siembra directa o mínimo movimiento del suelo, mejoran la calidad de los suelos debido al aumento en el contenido de MOS, lo que determina mayor estabilidad/tamaño de agregados y mayores concentraciones de carbono orgánico total (COT) en el suelo (Wright y Hons, 2005).

La MOS es un atributo importante en la evaluación de los sistemas de uso y de manejo, porque se correlaciona con la mayoría de los atributos de calidad del suelo. Para facilitar el estudio de la MOS y dada su heterogeneidad, se consideran las diferentes fracciones granulométricas del suelo. Así, según Christensen (2001), en la fracción particulada, o sea con tamaño superior a 53 m, predomina la parte lábil de la MOS, con mayor tasa de reciclado y muy sensible a las prácticas de manejo adoptadas. La fracción asociada con los minerales incluye arcilla con tamaño de partículas inferior a 2 μm y silte en el intervalo 2 a 53 μm, dependiendo de la MOS transferida desde la fracción particulada, representando una condición avanzada de humificación, o sea constituyendo una fracción más estable, afectada a largo plazo por las prácticas de manejo.

Por tanto, el cambio en el uso del suelo de un sistema natural para un sistema agrícola causa una disminución significativa de la concentración de carbono en la fracción particulada de la MOS, pero la fracción asociada a los minerales es menos alterada (Guggenberger y Zech, 1999). Entonces, los sistemas conservacionistas de cultivo optimizan los beneficios generados por la MOS, desde la perspectiva de la calidad del suelo y de la productividad agrícola. Para contribuir en la definición de formas adecuadas de manejo y uso del suelo en la implantación de sistemas de producción forestal y de pastizales y para reducir los procesos de degradación, el objetivo del presente estudio fue evaluar la concentración de COT en las clases de agregados y en las fracciones de la materia orgánica particulada y asociada a las fracciones arcilla y silte, de un Latosol Arcilloso Rojo distrófico, después de 13 y 20 años de plantación de eucaliptus (Eucalyptus saligna), comparado con una área de pastizales y otra de bosque nativo (bosque estacional decidual).

MATERIALES Y MÉTODOS

El presente estudio se realizó en áreas de producción forestal de eucaliptus con diferentes edades de plantación, pertenecientes a la CMPC Celulosa Riograndense, en una área con pastizales y en otra de bosque nativo (bosque estacional decidual), localizadas en el distrito de Butiá, Rio Grande do Sul, Brasil. Es una región de clima subtropical, húmedo y sin estación seca, clasificado como Cfa según Köppen (Strahler et al., 1984). La temperatura media anual es 18 °C, con medias máximas y mínimas anuales de 24 y 14 °C. El suelo se clasificó como Latosol Arcilloso Rojo distrófico, Tb A moderado, con textura media/arcillosa con grava, relieve suave ondulado y ondulado (Santos et al., 2006). Los porcentajes medios de grava, arena total, arena gruesa, arena fina, limo y arcilla en cada profundidad muestreada y en los diferentes tipos de uso del suelo fueron presentados por Suzuki (2008).

El área E1, aproximadamente 17 ha, está localizada entre 30° 06' 06'' S y 51° 52' 22'' O. Los muestreos se realizaron en septiembre de 2006 con un cultivo comercial de E. saligna de 13 años. El suelo del área fue preparado con escarificador y arado pesado; el primer corte de eucaliptus se realizó en 1998 (8.5 años de edad) y el segundo, plantío efectuado en las entrelíneas, fue en 2002. La distancia entre líneas de eucaliptus fue 3 m y la distancia entre plantas fue 2 m. Los árboles se fertilizaron con superfosfato y pentóxido de fósforo en surcos y con una dosis de 200 kg ha expresada como P2O5. Además se aplicó en cobertura 200 g por planta de la fórmula NPK 20:0:20 (N, P₂O₅ y K₂O). No se realizó quema de residuos vegetales en esta área.

Las muestras de suelo alteradas fueron secadas 72 h al aire (20 ^°C aproximadamente), se pesaron y tamizaron para separar en clases por tamaño de agregados. La separación granulo-métrica se realizó manualmente agitando 15 veces los tamices, girando 90° y repitiendo las 15 agitaciones. Después de separar las clases de agregados, parte del suelo fue molido en mortero de ágata para determinar el COT. El suelo restante del tamizado de cada clase de agregados se destinó al fraccionamiento físico granulométrico para obtener las fracciones particulada (COP>53 μm) y la fracción asociada a los minerales (CAM>53 μm), de acuerdo al procedimiento de Cambardella y Elliott (1992).

El contenido de COT en la masa de suelo y el carbono de la fracción particulada (COP) fueron cuantificados por oxidación seca en un analizador elemental FLASH EA 1112 HT. Los resultados se expresaron por la relación masa/volúmen considerando los datos de densidad del suelo (muestras de anillos). El carbono de la fracción de la MOS associado a los limos y arcilla (CAM) se obtuvo por la diferencia entre el COT y el COP. Los resultados se evaluaron con la prueba de t, considerando la diferencia mínima significativa (DMS; p≤0.05) de acuerdo con el análisis de varianza (SAS, 1991).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los sistemas de uso mostraron diferencias estadísticas significativas para la concentración de COT en la capa de 0.00 a 0.05 m para las clases de tamaño de agregado 2.50 a 4.76 mm, 1.00 a 2.00 mm y 0.50 a 1.00 mm (Cuadro 1). En la clase de agregados de 4.76 a 2.00 mm, el bosque nativo (BN) fue estadísticamente significativo sólo para E1. Sin embargo, en las clases de tamaño de agregado de 1.00 a 2.00 mm y de 0.50 a 1.00 mm, las mayores concentraciones de COT se observaron en los sistemas E2 y BN. Probablemente, el menor tiempo de aporte de residuos vegetales a la superficie del área de producción de eucaliptus E1 (13 años) y del sistema PAST (5 años) contribuyeron para una ligera acumulación de COT en esas clases de agregados. Hay concentraciones más elevadas de COT comparadas a las ya mencionadas considerando siembra directa para todas las clases de agregados (Madari et al. (2005), respecto al cultivo convencional en la capa de 0.00 a 0.05 m. Esta acumulación se atribuye a la ausencia de suelo revuelto y a la adición de materia seca, lo que favorece la agregación de materia orgánica.

En las capas de profundidad 0.05 a 0.10 m y 0.10 a 0.20 m, hubo diferencias estadísticas entre las medias de cada tipo de uso en las clases de agregados con tamaño superior a 0.50 mm y a 0.25 mm (Cuadro 1). En general, las concentraciones elevadas de COT se relacionaron con los sistemas PAST y BN, en las clases de 4.76 a 0.50 mm. En la capa de 0.05 a 0.10 m, para la clase de 4.76 a 8.00 mm, el sistema PAST presentó la mayor concentración de COT, lo que se atribuyó al sistema radicular de las gramíneas o a la redistribución de la MOS en profundidad durante la siembra del pastizal. Esto sugiere que en los sistemas con pastizales hay un aporte de carbono al suelo por medio de las raíces, que es fundamental para los macroagregados (Liu et al., 2005; Salton et al., 2008; Martins et al., 2009).

El uso del suelo afectó la concentración de COP en la capa superficial en las clases de agregados de 1.00 a 2.00 mm y de 0.25 a 0.50 mm, con mayores concentraciones en el sistema E2 (Cuadro 2). Mendham et al. (2004) mencionan una mayor concentración de COP en el suelo con eucaliptus debido al depósito significativo de residuos orgánicos arbóreos. La estabilidad de los agregados de 2.00 a 3.00 mm se puede atribuir a la presencia de materia orgánica joven y los macroagregados estables son ricos en materia orgánica particulada (Puget et al., 2000).

En la capa de 0.05 a 0.10 m hubo diferencias estadísticas en las concentraciones de COP, en las clases que varian entre 0.50 a 8.00 mm y en la clase con tamaño inferior a 0.25 mm (Cuadro 2). En general, concentraciones elevadas de COP se relacionaron al sistema PAST, especialmente cuando se comparó con los sistemas E1 y E2. Salton et al. (2008) consideran que los pastizales aumentan la cantidad de macroagregados estables del suelo, especialmente para la clase de agregados de 2.00 a 4.76 mm. Neves et al. (2004) señalan concentraciones de COT en pastizales equivalentes a las de bosque nativo, lo cual se puede atribuir a la alta densidad del sistema radicular de las gramíneas. En la capa de 0.10 a 0.20 m los sistemas de uso afectaron solamente la clase de agregados de 1.00 a 2.00 mm, ya que la mayor concentración correspondió al bosque nativo (BN).

Los sistemas de uso en las clases de agregados de 0.50 a 2.00 mm influenciaron la concentración de CAM en la capa superficial (Cuadro 3), con valores más elevados en los sistemas BN y E2, posiblemente en función de la condición natural del primero y el manejo forestal más antiguo del segundo. En la capa de 0.05 a 0.10 m las diferencias entre los sistemas de uso para la concentración de CAM se observaron en las clases de agregados de 4.76 a 1.00 mm, debido a concentraciones elevadas en el bosque nativo (BN) y en los pastizales (PAST) (Cuadro 3). Esa misma tendencia ocurrió en la capa de 0.10 a 0.20 m, pero también hubo diferencias en la capa de la clase entre 4.76 a 8.00 mm. En la capa de 0.20 a 0.40 m las diferencias en CAM entre los sistemas de uso mostró el orden E2>E1>BN> PAST para la clase de agregados <0.25 mm (Cuadro 3).

Las clases de agregados presentaron diferencias para las concentraciones de COT hasta 0.20 m de profundidad (Cuadro 1), y para las concentraciones de COP y CAM hubo diferencias hasta la capa de 0.40 m (Cuadros 2 y 3). Para todos los sistemas de uso evaluados, las mayores concentraciones de COT, COP y CAM ocurrieron en las clases de agregados de mayor diámetro. En un Latosol bajo siembra directa, los mayores contenidos de COT y de polisacáridos están en las clases de mayor diámetro de agregados, por lo cual la estabilidad de agregados es controlada por el contenido de carbono fácilmente hidrolizable y por los polisacáridos (Martins et al., 2009).

Los resultados del presente estudio coinciden con los de Puget et al. (1995), Liu et al. (2005) y Martins et al. (2009), quienes señalan que los menores contenidos de COT están en la clase de agregados <0.25 mm o microagregados. Para un Latosol en las capas de 0.05 a 0.10 m y de 0.10 a 0.15 m, Passos et al. (2007) concluyen que los agregados de menor tamaño son responsables por un mayor contenido de materia orgánica, y las reservas orgánicas están asociadas principalmente con la fracción arcilla y los óxidos de Fe que son los principales agentes de estabilización de la MOS y, por tanto, son poco afectados por la preparación del suelo, de manera concomitante a lo establecido por la teoría de jerarquía de la agregación (Oades y Waters, 1991).

El porcentaje de agregados estables secos se correlacionó con la concentración de COT y CAM (Figura 1), evidenciando que los sistemas conservacionistas mejoran la agregación y la concentración de COT en el interior de los agregados. Silva y Mielniczuk (1997) muestran una relación similar entre el diámetro medio ponderado de agregados húmedos y el contenido de COT de un Latosol violeta sometido a diferentes tipos de manejo (61 %). Según Madari et al. (2005), hay correlaciones elevadas entre los índices de agregación y las concentraciones de COT en las fracciones de agregados en la capa de 0.00 a 0.05 m, de manera independiente al sistema de manejo utilizado.

Salton et al. (2005) relacionan el CAM con el DMP en Latosolos en la capa de 0.00 a 0.20 m (R² 0.99, 0.83 y 0.71) en las ciudades de Maracaju, Dourados y Campo Grande, Mato Grosso do Sul, Brasil. La protección del CAM por medio de los agregados ocurre por la mayor dificultad de descomposición porque, además de una interacción orgánico-mineral, hay dificultades de acceso de los microrganismos y principalmente de aireación en estos lugares, cuando se compara con los compuestos orgánicos libres (COP). Los sistemas conservacionistas resultan generalmente en mayor agregación del suelo por el aporte de material vegetal y por la ausencia de operaciones de preparación, que promueven la pérdida de carbono del suelo por la ruptura de los macroagregados (Six et al., 2004). Los macroagregados formados por procesos físicos, por operaciones mecánicas de máquinas y equipamientos o por pisoteo de animales, pueden no ser estables. Esto confirma que los factores para una mayor estabilidad de los agregados son los agentes cementantes vinculados a aspectos biológicos, como la actividad microbiana, liberación de exudados, crecimiento y funcionamiento de las raíces, crecimiento y muerte de los tejidos (Salton et al., 2005).

CONCLUSIONES

La acumulación de carbono orgánico total, en la fracción particulada y en la fracción asociada a los minerales de la materia orgánica de un Latosol Arcilloso Rojo Distrófico, bajo pastizales y eucaliptus plantados hace 13 y 20 años, ocurre preferencialmente en las clases de agregados de mayor tamaño.

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