Influencia de los cultivos de cobertura y el pastoreo sobre las propiedades físicas de un suelo de sabana

Influence of cover crops and crazing on soil physical properties in savanna soil

Zenaida Lozano^1,*, Humberto Romero¹ y Carlos Bravo²

¹ Instituto de Edafología, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Maracay, Venezuela, *Autor responsable: (lozanoz@agr.ucv.ve).

² Centro de Estudios para el Desarrollo de la Agroecología Tropical, Universidad Nacional Experimental Simón Rodríguez. Caracas, Venezuela.

Recibido: Octubre, 2008.
Aprobado: Enero, 2010.

Resumen

Los sistemas de producción basados en el monocultivo y pastoreo de los restos de cosecha han producido graves problemas de degradación de suelos en las sabanas venezolanas. Como alternativas para prevenir la degradación y mejorar la calidad de estos suelos se han propuesto algunos sistemas de manejo conservacionista. Con el objetivo de evaluar el cambio en las propiedades físicas del suelo típico de una sabana natural por el uso de cultivos de cobertura (Brachiaria dictyoneura y Centrosema macrocarpum) como residuos para la siembra directa de maíz (Zea mays L.) y posterior pastoreo con bovinos, se instaló un ensayo en un suelo clasificado como Typic Plinthustults, ubicado en las sabanas de Guárico (Venezuela). Se caracterizaron las propiedades físicas iniciales de los suelos de sabana natural antes del establecimiento del ensayo (2002) y se evaluaron (en dos épocas del ciclo 2006–2007; antes y después del pastoreo) la densidad aparente, la conductividad hidráulica saturada, la porosidad y su distribución, la resistencia a la penetración mecánica y el contenido volumétrico de humedad, en muestras recolectadas a 0 a 5 y de 5 a 15 cm de profundidad en cada parcela. El análisis de los resultados indica que hubo diferencias estadísticas en las propiedades físicas evaluadas, atribuibles al cultivo de cobertura y a la época; especialmente en la densidad aparente, la conductividad hidráulica saturada, la porosidad total y la resistencia mecánica. Las mejores condiciones físicas se presentaron en la capa superficial del suelo (0 a 5 cm) y en la cobertura B. dictyoneura.

Palabras clave: Brachiaria dictyoneura, Centrosema macrocarpum, calidad del suelo, manejo conservacionista, siembra directa.

Abstract

Production systems based on single crops and grazing of crop leftovers have produced grave soil degradation problems in soils of Venezuelan savannas. As alternatives to prevent degradation and improve the quality of these soils, some conservation management systems have been proposed. With the objective of evaluating changes in physical properties of a typical soil of a natural savanna, from use of cover crops (Brachiaria dictyoneura and Centrosema macrocarpum) as residues for direct corn (Zea mays L.) sowing and later grazing with cattle, a trial was set up in a soil classified as Typic Plinthustults, located in the savannas of Guárico (Venezuela). The initial physical characteristics of natural savanna soils were characterized, before establishing the trial (2002) and the following were evaluated in samples collected in each plot (in two seasons of the 2006–2007 cycle; before and after grazing): bulk density, saturated hydraulic conductivity, porosity and its distribution, resistance to mechanical penetration, and humidity volume content, in samples taken at 0 to 5 and 5 to 15 cm of depth, in each parcel. Analysis of the results indicates that there were statistical differences in the physical properties evaluated, which could be due to the cover crop and the season; especially bulk density, saturated hydraulic conductivity, total porosity and mechanical resistance. The best physical conditions were present in the superficial layer of the soil (0 to 5 cm) and in the B. dictyoneura cover.

INTRODUCCIÓN

Los ecosistemas de sabanas bien drenadas constituyen una amplia zona de expansión agrícola, caracterizada por la fragilidad de sus componentes suelo y vegetación. En Venezuela ocupan 7–13 % del territorio y sustentan 11 % del rebaño bovino nacional, y su productividad agrícola está limitada por una marcada estacionalidad climática y suelos de baja fertilidad natural (Chacón et al, 1991; López–Hernández et al, 2005). En el manejo de las unidades de producción cereal–ganado características de la región, se ha generalizado el uso de tecnologías de altos insumos y prácticas como la deforestación, la quema y la labranza convencional. Este tipo de manejo constituye, cada vez más, el foco de serios problemas de degradación ambiental y deterioro del suelo, en muchos casos irreversibles (López–Hernández et al., 2005). En las zonas de pastoreo; el pisoteo, la defoliación y el retorno de nutrientes de las heces de los animales al suelo y a las fuentes de agua, pueden considerarse como los principales efectos, pero su intensidad depende de la zona y la especie cultivada (Alegre y Lara, 1996; Bilotta et al., 2007). El pisoteo tiene un efecto en las propiedades físicas del suelo, lo que incide indirectamente en el potencial de desarrollo de las raíces y reduce su profundidad de penetración, disminuye la capacidad exploratoria, al reducir el rendimiento y la productividad del pastizal. La compactación y su efecto en la planta dependerán de la carga animal, tipo de suelo, contenido de humedad, cobertura vegetal y composición botánica, así como la estación del año (Alegre y Lara, 1996; Da Silva et al, 2003; Franzluebbers y Stuedemann, 2008). Según Alegre y Lara (1996), Bilotta et al. (2007) y Franzluebbers y Stuedemann (2007) a este tipo de agricultura se le atribuye efectos negativos en las propiedades del suelo, y se ha sugerido el uso de prácticas de manejo conservacionista (cultivos de cobertura y siembra directa, entre otros), para mejorar la calidad del suelo y la productividad de los agroecosistemas. El objetivo del presente trabajo fue evaluar cambios en las propiedades físicas de un suelo de las sabanas del estado Guárico, Venezuela, generados por la introducción de cultivos de cobertura, efectuando la siembra directa de maíz y permitiendo un pastoreo posterior con bovinos, en comparación con el manejo tradicional de la sabana.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se efectuó en un ensayo iniciado en 2002 en la Estación Experimental La Iguana, Municipio Santa María de Ipire, estado Guárico, Venezuela (8° 25' N y 65° 25' O); en un suelo clasificado como Typic Plinthustults, de textura franco gruesa, caolinítico, isohipertérmico, con una altitud de 80 a 120 m, un clima estacional, con una época de sequía y otra de lluvia (3 a 6 meses húmedos), precipitación anual promedio de 1369 mm, y una temperatura media mensual de 27.3 °C, un relieve suavemente ondulado y con pendientes de 2 % (Hernández et al, 2005). El suelo presenta baja fertilidad natural y pH entre 4.5 y 5.8. En la vegetación natural de la zona predomina el Trachypogon sp. (Chacón et al., 1991).

El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial 3 x 2 (3 niveles por cobertura y 2 niveles por época). La necesidad de usar unidades experimentales suficientemente grandes para evaluar el efecto del manejo sobre los componentes vegetal, animal y las propiedades del suelo es un problema discutido en la literatura (Carpenter, 1998). Por ello, las dimensiones de las parcelas por cobertura fueron de 2 ha (100 m x 200 m) para la sabana natural (SN) y de 2.6 ha (350 m x 75 m) para los cultivos de cobertura introducida (Brachiaria dictyoneura: BD; Centrosema macrocarpum: CM). Dentro de cada tipo de cobertura se establecieron 12 parcelas de muestreo (15 m x 60 m). Para seleccionar las dimensiones, orientación de las parcelas, número de muestras y profundidad de muestreo, se realizó un estudio previo de variabilidad espacial de suelos (Hernández et al, 2005). Las coberturas introducidas se seleccionaron por su abundante producción de biomasa y adaptabilidad a la zona (Bravo et al, 2004), y la sabana natural se consideró como testigo. Para establecer las coberturas se realizó una preparación convencional del terreno (dos pases cruzados de rastra), se incorporó roca fosfórica (300 kg ha ) con un pase de rastra. Se usó 4 kg ha^–1 de semillas de BD y 3 kg ha^–1 de semillas de CM. En la SN se usó el manejo tradicional de la zona (quema controlada). Desde el 2005 se sembró maíz anualmente en las parcelas con las coberturas introducidas (BD y CM), con la fertilización básica recomendada para la zona: N 150 kg ha^–1, P 65 kg ha^–1, K 83 kg ha^–1; con dos períodos de pastoreo anuales, uno en la época prehúmeda (mayo–junio) antes de la siembra del maíz y el otro en la época posthúmeda (noviembre–diciembre) luego de la cosecha.

Para las evaluaciones de este trabajo se establecieron las siguientes épocas de muestreo: en mayo del 2002 (inicial); antes del pastoreo (AP) y después del pastoreo (DP) del ciclo 2006–2007. El pastoreo fue intensivo, con la introducción en cada parcela de un rebaño de bovinos equivalente a 8 UA ha^–1, consumiendo ad libitum la biomasa disponible proveniente de los residuos de cosecha del maíz y las coberturas. En todas las épocas se realizaron mediciones y se tomaron muestras de suelo no alteradas (en cilindros de 5 X 5 cm) y disgregadas (compuestas), para los análisis de laboratorio. En cada una de las 12 parcelas de muestreo por tipo de cobertura se tomaron tres muestras a 0 a 5 y 5 a 15 cm de profundidad. Se caracterizaron algunos indicadores físicos y en el caso correspondiente se evaluó: 1) resistencia a la penetración en campo con un penetrómetro de impacto de punta cónica de 0.78 cm de área de base (Nacci y Pía, 1991); 2) la distribución de tamaño de partícula fue evaluada por el método del hidrométrico de Bouyoucos (Plá, 1983); capacidad de campo y punto de marchitez permanente determinados como el contenido de humedad retenido en muestras no alteradas de suelo saturadas por capilaridad y luego equilibradas en olla de presión a potenciales mátricos de — 33 y —1500 kPa (96 h a cada presión); 3) densidad aparente; distribución de tamaño de poros determinados en mesa de tensión a saturación (Pt: porosidad total) y a un potencial mátrico de —10 kPa (Pa: poros de radio >15 µm), y la porosidad de retención se calculó por la diferencia Pt —Pa; 4) conductividad hidráulica saturada realizada en un permeámetro de carga constante y el contenido volumétrico de humedad se obtuvo multiplicando la humedad obtenida por el método gravimétrico por la densidad. Todas las determinaciones se hicieron por los métodos descritos por Pía (1983). Los resultados se analizaron con el programa SPSS® 11.0 para Windows, usando la prueba de Tukey para comparar medias (p<0.05) entre tipos de cobertura y épocas de evaluación.

Caracterización inicial

El suelo evaluado presenta una textura gruesa (aF) con más de 80 % de arena total, con predominio de los contenidos de arena fina (cerca de 50 %) sobre el resto de las fracciones de arena en ambas capas (Cuadro 1).

Los valores de la densidad aparente son menores que el límite crítico señalado por Pía (1983) para esta clase textural de 1.60 Mg m^–3 , lo que indica que el suelo no presenta problemas de compactación natural superficial, pero el valor de densidad aparente subsuperficial está muy cercano al valor crítico. Los poros de radio equivalente mayor a 15 µm (poros de aireación), mayores de 10 %, indican que no hay problemas de aireación. La conductividad hidráulica saturada es alta y superior al límite crítico de 0.5 cm h^–1 establecido por (Pía, 1983), lo cual está asociado con la textura del suelo y los altos valores de porosidad de aireación, lo que favorece una alta penetración y movimiento de agua en el perfil del suelo.

Propiedades físicas del suelo

Los análisis estadísticos de los índices estructurales se realizaron para evaluar los efectos del tipo de cobertura y de la época de evaluación (sin y con pastoreo) y de la interacción entre ambos factores, en cada profundidad de muestreo. En densidad aparente (Da) hubo diferencias estadísticas significativas entre tipos de cobertura en la capa de 0 a 5 cm, con los mayores valores en sabana natural y similares en C. macrocarpum y B. dictyoneura (Figura 1). Entre épocas hubo un aumento de Da en la sabana natural a cuasa del pastoreo en los primeros 5 cm, debido posiblemente a la combinación de una menor calidad (relación C:N SN=41, CM=11, BD = 27) y baja biomasa disponible (SN = 645 g m^–2, CM = 584 g m^–2, BD = 2011 g m^–2) para el ganado en este tipo de cobertura, por lo que los bovinos tuvieron que transitar varias veces la parcela, compactando el suelo; estas diferencias no se presentaron en la segunda capa (5 a 15 cm). El aumento en esta variable con la profundidad se puede atribuir al mayor contenido de arcilla, y fue similar al señalado por Bravo et al. (2004) y Franzluebbers y Stuedemann (2008). Los valores en la Da luego de dos años con manejo de siembra directa de maíz sobre cultivos de cobertura fueron inferiores a los iniciales y a los de cobertura con sabana natural; principalmente en el horizonte superficial la disminución fue mayor en los tratamientos con las coberturas introducidas, lo cual puede atribuirse a una mayor cobertura del suelo o a una mayor bio–masa de raíces en comparación con sabana natural (Alegre y Lara, 1996; Bravo et al, 2004). Aunque se produjo una densificación en el horizonte superficial luego del pastoreo, los valores en la Da para todos los tipos de cobertura son inferiores al límite crítico de 1.60 Mg m para la clase textural franco arenosa (Pía, 1983), lo cual significa que no hubo problemas de degradación por compactación debido al pastoreo.

Independientemente del tipo de cobertura se observó una disminución en la conductividad hidráulica saturada (Ksat) con la profundidad (Figura 1), lo cual está asociado con el incremento de la Da. A pesar de tal disminución, los valores de Ksat son altos y superiores a 0.5 cm h^–1, valor considerado como limitante para agricultura de secano (Pía, 1983).

En la capa de 0 a 5 cm no hubo diferencias entre coberturas en la época AP, pero sí para el muestreo DP Entre tipos coberturas hubo diferencias estadísticas, con mayores valores en B. dictyoneura y similares en sabana natural y C. macrocarpum. En la capa de 0 a 5 cm sólo se observó el efecto de la época de evaluación por impacto del pastoreo para el tipo de cobertura sabana natural, con una disminución significativa de Ksat, lo que se puede relacionar con el aumento en la Da en este tipo de cobertura. En la capa de 5 a 15 cm los mayores valores de Ksat se presentan en B. dictyoneura, y los menores en sabana natural para ambas épocas. Entre épocas la cobertura B. dictyoneura fue mayor (p<0.05) en la época DP, lo cual pudiera estar asociado con el aumento de la porosidad de aireación en este tipo de cobertura (Cuadro 2). Desde el punto de vista hidráulico, los resultados obtenidos en Ksat luego de cuatro años de instalación del ensayo reflejan la facilidad para el flujo de agua y solutos en este suelo (Ahuja et al., 1989; Medina–Méndez et al, 2006).

Los valores de porosidad total (Pt) confirman las variaciones en la Da lo que indica su relación directa (Shaver et al, 2002) con una disminución en sabana natural en relación a las condiciones iniciales (cerca de 4 %), principalmente en la capa superficial (Cuadro 2). Hubo diferencias estadísticas (p<0.05) entre tipos de cobertura en la época AP, con los menores valores en sabana natural, mientras que en la época DP los valores de Pt fueron similares (p>0.05) entre coberturas en ambas capas. Al comparar entre épocas sólo hubo diferencias estadísticas significativas en la primera capa (0 a 5 cm), con disminución de la Pt por el impacto derivado del pastoreo en C. macrocarpum y B. dictyoneura, y sin variaciones en sabana natural. Bravo et al. (2004) también reportan diferencias entre cultivos de cobertura y por efecto del pastoreo sólo en la primera capa del perfil.

Algunos autores sugieren que para diagnosticar las posibilidades de penetración y movimiento de agua en el perfil del suelo y las condiciones de aireación, se debe evaluar la distribución de tamaño de poros en macro y microporos; los primeros son los poros de aireación y movimiento del agua y los segundos los de retención (Pía, 1983; Bravo et al., 2004; Martínez et al, 2008). Los poros de radio equivalente mayor a 15 µm (poros de aireación: Pa) presentaron una tendencia diferencial dependiendo de la capa considerada (Cuadro 2). En la capa superficial (0 a 5 cm) los mayores valores se presentaron en C. macrocarpum, estadísticamente diferentes de sabana natural y B. dictyoneura en la época AP; pero sin diferencias en el muestreo DP En la capa más profunda (5 a 15 cm) hubo diferencias entre tipos de cobertura en la época AP, con los mayores valores en sabana natural y C. macrocarpum con respecto a B. dictyoneura, y sin diferencias en el muestreo DP.

En los poros de radio equivalente menor a 15 µm (poros de retención: Pr) se observaron diferencias entre tipos de cobertura y entre épocas para ambas profundidades (Cuadro 2). En ambas capas los mayores valores de Pr se presentan en la época AP, con diferencias estadísticas significativas en C. macrocarpum y B. dictyoneura y con valores similares entre épocas en sabana natural. En este caso se refleja una disminución de la porosidad de retención por efecto del pastoreo y se relaciona con los aumentos en la Da. Las mayores diferencias entre tipos de cobertura ocurren en el nivel superficial (0 a 5 cm), con los valores más bajos en C. macrocarpum en ambas épocas. En la capa subsuperficial (5 a 15 cm) no hubo diferencias entre tipos de cobertura para ninguna de las épocas evaluadas. Del análisis de la distribución de tamaño de poros se encontró que la mayor proporción de poros estuvo representada por la fracción de poros de retención, pero en la mayoría de los casos por debajo del valor ideal de 25 % (Pía, 1983) y que indica baja retención de humedad (Martínez et al., 2008).

La resistencia mecánica (resistencia a la penetración: RP) es dependiente del contenido de humedad del suelo (θ), por lo cual se presentan los valores de RP junto con los de θ, para las coberturas, profundidades y épocas consideradas (Cuadro 3). Se detectaron diferencias estadísticas en RP por tipo de cobertura y por efecto del pastoreo para ambas profundidades. El mayor valor de RP fue obtenido con C. macrocarpum para ambas capas y menor valor con B. dictyoneura. La RP en la época DP fue mayor en C. macrocarpum. En la época AP, la RP aumentó con la profundidad sólo en los tipos de coberturas B. dictyoneura y C. macrocarpum. Los valores de RP fueron menores al valor umbral que afecta el crecimiento de las plantas (Hamza y Anderson, 2005). Los valores de RP pudieran estar asociados con los cambios en el contenido de humedad y los aumentos en la densidad aparente del suelo debido al pisoteo del ganado en pastoreo (Da Silva et al., 2003; Franzluebbers y Stuedemann, 2008).

El contenido volumétrico de humedad del suelo ha sido una variable enfatizada en los estudios de sistema de labranza conservacionista, al cual se atribuye ventajas comparativas respecto a los sistemas convencionales cuando se presentan condiciones de estrés hídrico (Jalota et al., 2001). En el Cuadro 3 se presentan los valores de θ para las coberturas, profundidades y épocas consideradas. Se aprecia que las coberturas no produjeron diferencias significativas en la época AP para ninguna profundidad; sin embargo, en la época DP disminuyó el contenido de humedad para C. macrocarpum en las dos capas consideradas, lo cual posiblemente se debió a la menor cobertura del suelo pues, en comparación con las gramíneas, las leguminosas son menos tolerantes al efecto del pastoreo.

Estos resultados también se pueden asociar con los cambios en la microporosidad (Pr) por efecto de los tipos de cobertura en la época DP, como lo señalan Villamil et al. (2006). El contenido de humedad para las dos épocas evaluadas varió de 16 a 20 % en savana natural, 11 a 15 % en B. dictyoneura y 7 a 16 % en C. macrocarpum.

Bravo et al. (2004) sugieren que la capacidad de agua disponible en suelos de textura gruesa puede incrementarse al aumentar la densidad aparente, mientras la capacidad de aireación permanece sobre valores mínimos aceptables del 10 al 15 %. Cabe destacar que la presencia de una buena proporción de poros pequeños puede mejorar la retención de humedad debido a la no perturbación de estos suelos y la disminución de la evaporación como resultado de los residuos en la superficie (Jalota et al., 2001; Bravo et al, 2004).

CONCLUSIONES

La principal limitación del suelo fue la baja capacidad de almacenamiento de agua, dado su alto contenido de arena. Después de cuatro años de estudio, la introducción de cultivos de cobertura (C. macrocarpum y B. dictyoneura) produjo cambios significativos en el horizonte superficial en la mayoría de las propiedades físicas del suelo evaluadas (densidad aparente; conductividad hidráulica saturada; porosidad y resistencia a la penetración) en comparación con la cobertura de la sabana natural. Se destaca una disminución de la densidad aparente bajo los cultivos de cobertura introducidos, lo que se refleja en aumentos en la conductividad hidráulica saturada y la porosidad total. Para el horizonte subsuperficial (5–15 cm) la conductividad hidráulica saturada fue significativamente mayor con B. dictyoneura, comparada con C. macrocarpum y sabana natural, mientras que la resistencia a la penetración fue significativamente mayor en C. macrocarpum. Finalmente, después de cuatro años, el tipo de cobertura con B. dyctioneura se asocia con mejores condiciones físicas del suelo, en comparación con la cobertura de sabana natural y de C. macrocarpum. Además, el pastoreo no produjo efecto negativo en las propiedades físicas evaluadas, ya que a pesar de presentarse variación debido al pastoreo en algunas propiedades, los valores están alejados de los niveles críticos que afectan el crecimiento de las plantas.

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