EL FÓSFORO EN LOS AGROSISTEMAS DE CEREALES

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1 EL FÓSFORO EN LOS AGROSISTEMAS DE CEREALES C. Lcst, R. Meco (*), M. Benítez (**), CSIC. Centro de Ciencis Mediombientles. Finc Experimentl L Higueruel 45530Snt Olll. Toledo. Espñ: CSIC@infonegocio.com. (*) Servicio de investigción Agrri. Consejerí de Agricultur de Cstill-L Mnch, C/ Pintor Mtís Moreno, Toledo, Espñ: rmonmeco@jccm.es. (**) CSIC. Centro de Ciencis Mediombientles. C/ Serrno 115 dup., Mdrid, Espñ: ebvbg77@ccm.csic.es RESUMEN El fósforo, indispensble pr tod clse de seres vivos, present un bj disponibilidd, por lo que constituye el elemento limitnte en muchos ecosistems. Su cuntí y proporción vrí mplimente con los suelos, clims y mnejo. Prte del fósforo presente en el suelo se encuentr en form orgánic. Los procesos de minerlizción e inmovilizción, controln su cuntí en form orgánic y su contribución l totl disponible en el suelo. El fósforo inorgánico del suelo se encuentr en form minerl bsorbido en superficies específics de rcills y óxidos hidrtdos de hierro y luminio. En este trbjo se portn los resultdos obtenidos sobre l evolución del fósforo en el suelo y ls extrcciones de diferentes cultivos, durnte 4 ños ( ) en bse un experimento inicido en 1992, donde se estudib el comportmiento de 5 rotciones de cereles con mnejo ecológico en sistem cerrdo, sin portciones externs de nutrientes. Ls rotciones fueron: cebd-brbecho, cebd-vez forrje, cebd-vez enterrd, cebd-girsol, cebd-grbnzo y como testigo, monocultivo de cebd con mnejo convencionl. L fertilizción de ls rotciones ecológics se bsó en los residuos de los cultivos (pj del cerel, girsol, grbnzo, etc.), el nitrógeno portdo por ls leguminoss cundo existe en l rotción, y en un de ells, el bono verde del cultivo de vez. Los resultdos hn mnifestdo que el fósforo h sido el único elemento que hbí disminuido en el suelo en relción l inicio del experimento, en tods ls rotciones ecológics, pero sobre todo en cebd-vez forrje y cebd-girsol, debido que l extrcciones fueron ls más lts entre ls rotciones estudids. El monocultivo de cebd unque es uno de los mnejos con más extrcción de fósforo, l recibir todos los ños 26 kg/h de este elemento en form de P 2 O 5, compens con creces ls extrcciones, umentndo por tnto su disponibilidd en el sistem según vn psndo los ños. Plbrs clve: Productividd, rotción, mteri orgánic, blnce de nutrientes, fertilidd INTRODUCCIÓN L form de orientr el mnejo de l fertilidd de los grosistems pr logrr su sostenibilidd h vrido lo lrgo de l histori. Liebig, medidos del siglo XIX, introdujo l necesidd de l restitución de elementos minerles extrídos por ls cosechs y prtir de hí se fue generlizndo más el uso de fertilizntes químicos pr remplzr los nutrientes exportdos, unque descuidándose el ppel de l 1

2 mteri orgánic, no y como fuente de nutrientes, sino como gente en l formción y estbilizción de gregdo, bse de l fertilidd físic del suelo (Port et l. 1999). Un grosistem puede ser considerdo como un espcio en búsqued de un equilibrio dinámico del que se ve periódicmente prtdo cus de perturbciones externs. De ests, ls más importntes son ls lbores y los flujos de mteri hci el exterior impuesto por l cosech, y hci el interior cus de l fertilizción. Cundo se volte un suelo se incrementn notblemente ls perdids de mteri orgánic puesto que se celer su descomposición, l incorporr los restos orgánicos frescos un medio donde existen uns condiciones de humedd y ireción óptimos pr l proliferción de microorgnismos (Giráldez, 1997). En un experimento con 20 ños de implntción, donde se estudib l intercción entre lboreo y rotciones, Lcst (2004) comprobb que hbí un relción invers entre lboreo y lgunos prámetros químicos del suelo. Myor lbor implicb menor cntidd de mteri orgánic, nitrógeno y fósforo, hbiendo diferencis significtivs entre l lbor de verteder y ls lbores verticles. Tnto lboreo como fertilizción pueden ser reducidos un mínimo pero los flujos de mteriles hci el exterior del sistem se producen siempre, por ser un consecuenci inevitble del objetivo de producción de l ctividd grícol. Un de ls consecuencis más relevntes de estos flujos de mteriles es l exportción de los principles nutrientes del sistem suelo/plnt, entre ellos los mcronutrientes: nitrógeno fósforo y potsio. Desde el punto de vist del blnce y l dinámic de estos nutrientes, el potsio no suele presentr problems de disponibilidd por prte de l plnt y que es de los elementos más bundntes en el suelo con un riquez medi del 2,6%. L cntidd totl de potsio presente en el suelo es muy elevd si se compr con ls necesiddes de ls plnts (González y Ordóñez 1997). El nitrógeno puede ser estbilizdo medinte medids conservdors tles como l incorporción de residuos vegetles y el enriquecimiento del contenido de este elemento en el suelo medinte rotciones de cultivos en los que se fvorezc l fijción biológic del mismo (Fuentes, 1999). Por el contrrio el fósforo present un problemátic diferente, este elemento que es indispensble pr tod clse de seres vivos, present un bj disponibilidd, por lo que constituye el elemento limitnte en muchos ecosistems. El contenido totl de fósforo (P) en el suelo oscil entre 0,01 y el 0,10%. Prte de este elemento fósforo presente en el suelo se encuentr en form orgánic y su cuntí y proporción vrí mplimente con los suelos, clims y mnejo. Normlmente gurd lgun relción con l mteri orgánic, y ls proporciones entre el crbono y el fósforo orgánico (C/P) osciln entre 100 y 200, mientrs l rzón entre N/P vri entre 10/1 y 10/2. Los procesos de minerlizción e inmovilizción, controln l cuntí de fósforo orgánico y su contribución l totl disponible en el suelo. El fósforo inorgánico se encuentr en form minerl bsorbido en superficies especifics de óxidos hidrtdos de hierro y luminio, rcills, etc (González y Ordóñez, 1997). L myor prte de l exportción del fósforo se produce trvés de ls semills de ls plnts cosechds, y ests rrs veces son reintegrds l sistem. Este continuo output, sin input compenstorio, conduce poco poco un desequilibrio del mismo y su posible colpsmiento. En este trbjo se portn los resultdos obtenidos en l evolución del fósforo en el suelo y ls extrcciones de los diferentes cultivos, durnte 4 ños ( ) en bse un experimento inicido en 1992, donde se estudib el comportmiento de 5 2

3 rotciones de cereles con mnejo ecológico en sistem cerrdo, sin portciones externs de nutrientes. Ls rotciones hn sido: cebd-brbecho, cebd-vez forrje, cebd-vez enterrd, cebd-girsol, cebd-grbnzo y como testigo, monocultivo de cebd con mnejo convencionl. MATERIAL Y MÉTODOS El experimento se h relizdo en l Finc Experimentl L Higueruel en Snt Olll, Toledo, Espñ, perteneciente l Centro de Ciencis Mediombientles del Consejo Superior de Investigciones Científics (CSIC). El suelo que lo h sustentdo, h sido de textur rcillos uniforme, profundo, con un grn cpcidd de retención de gu, difícil de trbjr ddo su dispr consistenci en los grdos extremos de humedd. Un velocidd de infiltrción pequeñ y los mecnismos de expnsión y contrcción cpces de superr ls posibles consecuencis de l suel de lbor. Ls crcterístics químics ern: ph lrededor de 7, mteri orgánic, 1,1 %, crbonto cálcico 2,5 %, fósforo 20 ppm y potsio 180 ppm. El diseño experimentl fue de bloques completos l zr con tres repeticiones. Ls vribles fueron: cinco rotciones ecológics; cebd-brbecho (C-B), cebd-vez forrje (C-VF), cebd-vez enterrd (C-VE), cebd-grbnzo (C-GAR), cebdgirsol (C-GIR) y un convencionl, monocultivo de cebd (C-C). L rotción C-GAR se incorporo l experimento el ño sustituyendo un rotción con cultivo en bnds. L elección de ls rotciones se hizo considerndo principlmente que hubier diferentes portciones de bioms, de nitrógeno simbiótico y de distintos ciclos de cultivo. L prcel elementl fue de 400 m 2 (20 x 20 m). El número totl de prcels por tnto 33, de ells 30 corresponden ls rotciones ecológics (los dos cultivos de ls rotciones se siembrn todos los ños) y 3 de monocultivo convencionl. Los cultivos, hn sido Cebd: cv Albcete y Volley, sembrd en noviembre con 130 kg/h. Vez: Vez común (Vici stiv L), sembrd en noviembre con 100 kg/h. Girsol: cv Toledo-2, sembrdo en bril y un densidd de plnts/h. Grbnzo: cv Eulli, sembrdo en febrero y un densidd de pl/h. El monocultivo convencionl se fertilizó con bonos complejos ntes de l siembr y con nitrto mónico cálcico en el inicio del hijdo. Ls fórmul de bondo fue: 90 kg/h de nitrógeno, 60 kg/h de P 2 O 5 y 60 kg/h de K 2 O. Pr l escrd se utilizron herbicids. L cebd, el girsol y el grbnzo se recolectron con un microcosechdor, l vez pr forrje se segó, hileró y empcó con peros convencionles. L vez enterrd pr bono verde se incorporó l suelo con grds en myo. A tods ls prcels se les incorporron todos los restos de cosech (pj de cerel, cñ de girsol y rstrojo de leguminoss) con un lbor de grd de discos. En el cerel y girsol previmente se psó un desbrozdor pr picrl y distribuirl. L fertilizción de ls rotciones ecológics se bsó en l fijción de nitrógeno de los cultivos de leguminoss, cundo existen, y en los residuos de cosech. Ls lbores tods son superficiles. Pr el seguimiento de ls propieddes químics del suelo, se tomron muestrs de suelo de los primeros 20 cm, ntes de l siembr, y se determinron: ph (método Colemn), mteri orgánic (método Wlkley y Blck), crbonto cálcico (Método Bernrd), nitrógeno totl (método Kjeldhl), potsio (método Jckson) fósforo (método de Burriel-Hernndo y Olsen). El seguimiento del nitrógeno minerl del suelo se bsó en el contenido de nitrtos, y que l otr frcción del nitrógeno del suelo, el monio, represent un porcentje muy pequeño en ls zons semiárids espñols. El blnce del fósforo se relizó considerndo ls extrcciones y el contenido del suelo. 3

4 Los resultdos fueron sometidos un nálisis de l vrinz y ls diferencis entre trtmientos fueron seprds por medio del test de Tukey un nivel de probbilidd de P< 0,05. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Aunque el seguimiento de ls propieddes químics se relizó csi todos los ños, en el cudro 1 se indicn sólo los dtos del ño 1992 y 2004, preciándose que sólo en el cso del fósforo se muestrn diferencis significtivs entre l rotción convencionl y lguns ecológics (C-VF y C-GIR), pero no precen diferencis significtivs entre ls rotciones ecológics, unque se mnifiest un disminución de l cntidd de fósforo similble entre 1992 y El umento de fósforo en l rotción convencionl se debe principlmente l porte introducido con l fertilizción químic. Est myor disponibilidd de fósforo no se trduce en un umento de cosech (Cudro 2), sino todo lo contrrio. En el cudro 3 se relcionn ls producciones de los otros cultivos que intervienen en el blnce de nutrientes. Cudro 1. Prámetros químicos del suelo expresdos en % y ppm, después de 12 ños de experimentción (2004). Rotciones ecológics Rotción Efecto 1992 convenc rotción % Mt. Org. 1,12 0,99 1,13 1,09 1,10 1,05 1,13 ns % Crbono 0,64 0,57 0,65 0,63 0,63 0,60 0,65 ns % Nitrógeno 0,092 0,070 0,077 0,079 0,083 0,067 0,087 ns ph 6,96 7,19 6,57 6,79 6,91 6,55 7,26 ns Fósforo b 29 b 52 b 68 b 36 b 143 *** Potsio ns Clcio ns Mgnesio ns Sodio ns Hierro ns Mngneso ns Cinc ns Aluminio ns Cobre ns Los vlores seguidos por letrs distints en un mism fil difieren significtivmente. (***): significtivo P<0,01, ns: no significtivo. 4

5 Cudro 2. Rendimientos de cebd en kg/h en diferentes rotciones y ños. Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción ns b 279 b b *** ns b b b b ** ns b 517 c b *** ns b 453 b 513 b 121 c *** b b b c b *** b b b b *** b b *** b 774 b 508 b *** MEDIA % Los vlores seguidos por letrs distints en un mism fil difieren significtivmente. (***): significtivo P<0,01, ns: no significtivo. Si se considern los rendimientos medios (Cudros 2 y 3), y el contenido en los diferentes elementos de los productos (Cudro 5), se pueden obtener ls extrcciones medis de los tres principles mcroelementos por rotción (Fig. 1). Destc l rotción C-VF como l que mnifiest myor extrcción de nitrógeno, fósforo y potsio, seguid por l convencionl C-C y ls que menos C-B, C-VE por obtener un cosech cd dos ños y C-GAR por ser un rotción con bj producción tnto en cebd como en grbnzo (Cudro 2 y 3). De todo ello se deduce que pesr de ls extrcciones de nitrógeno y potsio, el sistem es cpz de restituir ls extrcciones sin verse comprometido. Cudro 3. Rendimientos de ls otrs hojs de ls rotciones ecológics en kg/h. Vez heno Vez Grbnzos Girsol enterrd MEDIA

6 Cudro 4. Porcentje de elementos químicos que se extren en los diferentes productos que intervienen en l rotción (medi 4 ños). Productos Agricultur ecológic Agricultur convencionl Nitrógeno Fósforo Potsio Nitrógeno Fósforo Potsio Grno de cebd 1,77 0,31 0,51 2,01 0,39 0,56 Grbnzo 3,24 0,35 0,94 Vez heno 2,32 0,67 1,10 Girsol 3,55 0,61 0,76 Abono en kg kg Nitrógeno Fósforo Potsio Rotciones Fig. 1. Extrcciones medis de diferentes elementos químicos en kilos por ño y hectáre en diferentes rotciones. En el cudro 1 se podí observr que el fósforo er el único elemento que hbí disminuido en el suelo en relción l inicio del experimento, en tods ls rotciones ecológics pero sobre todo en C-VF y C-GIR debido que l extrcciones (Fig. 2 y 3) ern ls más lts de ls rotciones estudids. El monocultivo de cebd unque es uno de los mnejos con ms extrcción de fósforo, l recibir todos los ños 26 kg/h de fósforo en form de P 2 O 5 compens con creces ls extrcciones, umentndo por tnto ls disponibiliddes de este elemento en el sistem según vn psndo los ños. El fósforo en l cebd se encuentr principlmente en el grno (Cudro 5 y 6) y unque no hy diferencis significtivs entre los trtmientos, se observ que l cebd convencionl tiene myor proporción de fósforo que ls ecológics que se comportn entre ells de form similr. En l pj ls diferencis entre mnejo ecológico y convencionl si son significtivs. Cudro 5. Porcentje de fósforo en grno. Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción ,30 0,32 0,31 0,25 0,33 0,32 ns ,28 0,29 0,31 0,31 0,27 0,38 ns ,35 0,45 0,41 0,37 0,42 0,57 ns ,25 0,25 0,26 0,26 0,27 0,30 ns Medi 0,30 0,33 0,32 0,30 0,32 0,39 % ns: no significtivo 6

7 Cudro 6. Porcentje de fósforo en pj. Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción ,05 b 0,05 b 0,05 b 0,05 b 0,05 b 0,09 *** ,06 b 0,03 b 0,04 b 0,06 b 0,07 b 0,11 *** ,06 b 0,09 b 0,08 b 0,06 b 0,08 b 0,12 *** ,03 b 0,03 b 0,04 b 0,04 b 0,03 b 0,07 *** Medi 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,10 % Los vlores seguidos por letrs distints en un mism fil difieren significtivmente. (***): significtivo P<0,01. L extrcción del fósforo en el cerel (Fig. 2), está lógicmente relciond con l producción, pero tmbién l clidd o riquez. El ño 2003, fue cundo se dieron ls concentrciones más lts de fósforo, tnto en grno como en l pj (Cudro 5 y 6). En los mbientes semiáridos esto signific primvers lluvioss kg/nitrógeno por h b 2002 b b b 2001 b c Rotciones Fig. 2. Extrcción de kilos de fósforo por hectáre y ño (sólo el grno de cebd). Letrs distints en el mismo ño significn diferencis significtivs (P<0,05) Como el fósforo h sido el elemento que h presentdo problems de conservción en lgunos mnejos ecológicos (Cudro 1), es por lo que se h relizdo un seguimiento de su frcción soluble en el suelo desde el inicio del experimento. Se observó l principio un grn vribilidd entre ls prcels experimentles, pero no hbí diferencis significtivs entre trtmientos. En 1998, los seis ños de inicido el experimento, se preció l primer diferenci significtiv entre el mnejo convencionl y el ecológico (Cudro 7), debid l superávit que l fertilizción fosftd producí en el mnejo convencionl. Lo grve no ern ests diferencis sino l tendenci l bj de lguns rotciones (C-VF y C-GIR) con respecto l inicio del experimento relcionándose, lógicmente, con l myor extrcción de este elemento (Fig. 1). L hipótesis de prtid er que el umento de l ctividd biológic del suelo por el uso de los residuos compensrí est perdid, que l fin l cbo son 6 kg de fósforo/h/ño pr l rotción C-GIR y 11 kg pr l rotción C-VF. En l figur 3 se expone l evolución del fósforo con sus línes de tendenci de tres rotciones (C-C, C-B y C-VF), ls demás rotciones se encuentrn comprendids entre C-B y C-VF. En est figur se preci el umento de l rotción convencionl, el descenso del fósforo en l rotción C-VF y l conservción en C-B. 7

8 Cudro 7. Evolución del fósforo soluble en el suelo (método de Burriel y Hernndo). Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción ns b 60 b 83 b 93 b 55 b 207 *** b 31 b 43 b 54 b 27 b 118 *** ns b 37 b 60 b 75 b 41 b 147 *** b ns b 61 b 71 b 37 b 183 *** Medi CV Efecto ño ns ns ns ns ns ns Los vlores seguidos por letrs distints en un mism fil difieren significtivmente. (***): significtivo P<0,01, ns: no significtivo. ppm C-C C-B C-VF ños Fig. 3. Evolución del fósforo y línes de tendencis de tres rotciones. En el cudro 8, se señl l cntidd de fósforo soluble obtenido por el método Olsen en los ños 1995 y 1996 en ls diferentes rotciones, y unque no se precin diferencis significtivs, si se observ l tendenci umentr en mnejo convencionl por el efecto de l fertilizción fosford, vlorción que coincide con el método Burriel-Hernndo. L diferenci entre métodos se observ en el mnejo ecológico, que mientrs Olsen present vlores similres pr tods ls rotciones, el Burriel-Hernndo diferenci ls rotciones C-VF y C-GIR de ls otrs, situción más lógic y que ls extrcciones en ests son superiores. En el futuro hbrá que estudir de form más sistemátic estos dos métodos pr conocer cul de los dos expres mejor ls diferencis entre mnejos ecológicos. Cudro 8. Fósforo similble en el suelo (método Olsen) Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción ns ns Medi ns: no significtivo. En los ños 2003 y 2005, se nlizó el fósforo totl del suelo pr conocer si ls diferencis encontrds en los nálisis de fósforo soluble se precibn tmbién en el 8

9 totl. Los resultdos (Cudro 9) indicn ls misms tendencis que ls observds en l evolución del fósforo soluble, umento en l gricultur convencionl y disminución significtiv en ls rotciones ecológics C-VF y C-GIR. Cudro 9. Fósforo totl en el suelo Rotciones ecológics Rotción Efecto convencionl rotción b 173 b 227 b b 338 *** b 130 b 190 b 202 b 109 b 310 *** Medi Los vlores seguidos por letrs distints en un mism fil difieren significtivmente. (***): significtivo P<0,01 Según González y Ordóñez (1997) en los suelos de zons templds continentles (3), el fósforo orgánico represent entre un 15 y un 45% del totl. En ls regiones mediterránes, ddo su bjo contenido en mteri orgánic, el fósforo orgánico represent entre el 5 y 20% del totl vrindo est proporción con el mnejo. En el cudro 10, se h relizdo el cálculo con el fósforo disponible comprobándose que ls rotciones ecológics con menos disponibiliddes (C-VE y C-GIR) son tmbién ls que mntienen menos porcentje en relción l fósforo totl, lo que indic un proceso de disminución progresiv del fósforo similble en el futuro. El lto porcentje de fósforo similble en relción l totl, en nuestro cso, es debido que se utilizn los vlores del método Burriel-Hernndo. Si se utilizrn los vlores obtenidos por el método Olsen los porcentjes estrín entre 5 y el 10%. Cudro 10. Tnto por ciento de fósforo similble (Burriel-Hernndo) con respecto l fósforo totl Rotciones ecológics Rotción convencionl Medi kg/fósforo por h Rotciones Fig. 8. Necesiddes medis de fósforo ( ) pr producir un toneld de grno de cebd. 9

10 CONCLUSIONES 1) Sólo el fósforo h sido el elemento que h presentdo un tendenci disminuir en el suelo en ls rotciones ecológics más exigentes, donde se obtiene cosech todos los ños. Pr compensr el blnce de este elemento serin necesris cierts portciones. 2) A pesr de que ls rotciones ecológics tienden un disminución de ls disponibiliddes de fósforo en el suelo, hst el momento (12 ños) no se h observdo un efecto sobre l cosech cundo se compr con el testigo convencionl sino todo lo contrrio y que ls necesiddes de este elemento pr producir un toneld de grno de cebd ecológic son csi l mitd de lo que necesit l convencionl. (Fig. 8) AGRADECIMIENTOS Los utores grdecen l Servicio de Investigción Consejerí de Agricultur de l Junt de Comuniddes de Cstill L Mnch l finncición del proyecto Mejor de l fertilidd de los suelos trvés de l rotción de cultivos. Luis Mrtín de Eugenio y José Rmón Vdillo, su dedicción los trbjos experimentles de cmpo. BIBLIOGRAFÍA Fuentes, J.L Mnul prctico sobre utilizción de suelos y fertiliznte. Mundi Prens: 159 pp. Giráldez Cerver J. V Efectos de los diferentes sistems de lboreo sobre ls propieddes físics del suelo. En Agricultur de Conservción: Fundmentos gronómicos, mediombientles y económicos. Eds. L. Grcí Torres y P. González Fernández. Publicdo por l Asocición Espñol Lboreo de Conservción/Suelos Vivos: González Fernández P, Ordóñez Fernández R L fertilizción en el lboreo de conservción. En Agricultur de Conservción: Fundmentos gronómicos, mediombientles y económicos. Eds. L Grcí Torres y P González Fernández. Publicdo por l Asocición Espñol Lboreo de Conservción/Suelos Vivos: Lcst, C Evolución de ls producciones y de los prámetros químicos y bioquímicos del suelo, en un grosistems de cereles, sometidos diferentes mnejos de suelo durnte 20 ños. Agricultur de Conservción, Nº 22, 8-10 Port, J., M. López-Acevedo, C. Roquero Edfologí pr l gricultur y el medio mbiente. Mundi Prens: 849 pp. 10