CAMBIOS EN LA FERTILIDAD DEL SUELO ASOCIADOS A CERO LABRANZA.

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1 CAMBIOS EN LA FERTILIDAD DEL SUELO ASOCIADOS A CERO LABRANZA. M.L. Maturana y E. Acevedo., Laboratorio de Relación Suelo-Agua- Planta. Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad de Chile. 1. INTRODUCCION El uso de la labranza tradicional (LT) en agricultura ha generado una situación poco favorable desde el punto de vista de la conservación de los recursos productivos, implicando un especial deterioro del recurso suelo. Este ha estado expuesto a una explotación intensiva y a veces poco racional, teniendo como consecuencia directa un acelerado avance de la erosión, pérdida de tierras de cultivo, contaminación, desertificación y una significativa disminución de los rendimientos productivos. La labranza conservacionista surge como respuesta a la necesidad de preservar el recurso suelo y es parte importante de los sistemas de agricultura sustentable. Esta involucra un sistema de labranza en que la preparación de la cama de semillas es mínima y el control de malezas se realiza con herbicidas. Incluye una variedad de técnicas que van desde la mínima labranza a la cero labranza (CL)(Venegas, 1990). Actualmente, existen alrededor de 64 millones de hectáreas bajo CL a nivel mundial. En América Latina, desde 1987 al 2000, esta técnica ha experimentado un aumento de ha a ha, siendo Brasil, Argentina y Paraguay los

2 países en que ha alcanzado mayor difusión (Derpsch et al., 2000). En Chile, a 1994, se habían incorporado a este tipo de manejo há. aproximadamente, sólo en las regiones VIII, IX y X (Rouanet, 1994), estimándose hoy en día ha. (Acevedo y Silva, 2003). En CL prácticamente todo el rastrojo queda en la superficie con un mínimo de perturbación del suelo, lo que permite: disminuir la erosión hídrica y eólica del suelo de una manera importante, mejorando sus propiedades físicas, como estructura y densidad aparente; mejorar la capacidad de retención de agua, aumentando la infiltración, disminuyendo el escurrimiento superficial y la pérdida por evaporación; aumentar el contenido de materia orgánica y algunos nutrientes, especialmente en el estrato superficial; aumentar la actividad de microorganismos en la zona radicular. Logan, Lal y DicK (1991), establecen que la CL puede tener un gran efecto sobre las propiedades del suelo. Las respuestas observadas varían con el tipo de suelo, con la rotación cultural, con las condiciones climáticas y otros factores. Así, por ejemplo, los suelos de textura fina con drenaje restringido se comportan, en cuanto a los procesos físicos, químicos y biológicos, en forma diferente a los suelos de textura más gruesa y bien drenados. El conocimiento de estas diferencias en la respuesta del suelo a la labranza es importante para entender las implicancias de un cambio en los sistemas de labranza. En relación, al efecto de la CL sobre las características químicas del suelo pueden delinearse tres factores de manejo que influyen marcadamente: i) la falta de mezcla del suelo con los residuos orgánicos; ii) la aplicación superficial de los 2

3 fertilizantes y enmiendas; iii) los efectos de los rastrojos sobre la retención de humedad y la disminución de temperatura del suelo. Por otro lado, el manejo de los residuos de cosecha es especialmente importante puesto que la cantidad de nutrientes en tales residuos puede ser alta. Además, estos rastrojos son fuente de micronutrientes que, generalmente no se encuentran en fertilizantes tradicionales en base a N, P y K. Este estudio tiene como objetivo determinar como varía la disponibilidad de nutrientes en el suelo asociado al manejo de rastrojos en un sistema de CL. 2.DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES. En la actualidad la mayoría de los agricultores practica la LT (Riquelme,1992). Esta consiste en remover el suelo e incorporar los residuos del cultivo anterior (Sierra, 1990). El arado corta e invierte total o parcialmente los primeros 15 cm. de suelo, permitiendo que éste se suelte, airee y mezcle, lo que facilita el ingreso del agua, la mineralización de nutrientes y la reducción de plagas y enfermedades en superficie (Riquelme, 1992). Con este sistema el suelo se deteriora por pérdida de elementos nutritivos, principalmente por erosión (Sierra, 1990), por compactación y por degradación de la materia orgánica (Figura 1; Riquelme, 1992). De este modo, la disponibilidad de nutrientes del suelo, entendida como la susceptibilidad de los nutrientes a ser absorbidos por las plantas, se ve afectada. 3

4 Figura Nº1: Consecuencias de la preparación del suelo sobre la degradación y pérdida de productividad así como efectos externos de la LT. PREPARACION DEL SUELO > MINERALIZACION DE MATERIA ORGANICA >Emisiones de CO 2 Exposición del Falta de cobertura Degradación del suelo desnudo del suelo suelo > efecto invernadero Impacto de gotas= Calentamiento del Reducción de la Selladura superficial suelo estabilidad estructural Calentamiento global < infiltración < humedad del Compactación del planeta > escurrimiento del suelo (sequía) EROSION < actividad biológica Anegamiento Lixiviación nutrientes DEGRADACION Disminución < volumen raíces Monocultivo DEL SUELO de materia orgánica Quema de rastrojos Problemas de sequías 4

5 < producción de biomasa < disponibilidad de nutrientes < productividad de cultivos > uso de fertilizantes < retorno económico < costo de producción Fuente: Adaptado de Derpsch, La disponibilidad de nutrientes en CL es inicialmente menor que en LT. Sin embargo, la disponibilidad en LT disminuye en el tiempo, de manera que la diponibilidad total en el tiempo es proporcionalmente menor que la de los suelos bajo CL (Vidal, 2002b). En LT se tiende a producir una distribución homogénea de los nutrientes en los primeros 20 cm. de suelo con un contenido total de elementos nutritivos menor, producto de una mayor pérdida por erosión (Follett y Peterson, 1988; Sierra, 1990). Existen dos aspectos a considerar sobre la liberación de N de la materia orgánica. El primero de ellos es el elevado porcentaje de éste en los sustratos orgánicos de un suelo no arado, el cual en un año de labranza disminuye al nivel de un suelo arado durante varios años. El otro, indica que el contenido de materia orgánica disminuye progresivamente en un suelo que se remueve anualmente. Borie (1994), pudo comprobar que el cultivo del suelo por 30 o 40 años consecutivos disminuye su contenido de materia orgánica entre un 40 y 50%. En regiones de clima templado se pierde anualmente entre el 1 y 3% del humus estable mientras que en CL se descompone menos del 0.5% (Derpsch,1997). En la precordillera de la VIII región, Chile, se determinó pérdidas de sedimentos y materia orgánica, en LT de Kg/ha/año, disminuyendo significativamente para CL (458 Kg/ha/año) (Rodriguez, et al., 2000). La disminución de la materia orgánica reduce el C y N potencialmente mineralizable, y restringe la habilidad del suelo para inmovilizar y conservar el N mineral (Figura 2; Kolberg et al., 1999)). 5

6 Figura N 2: Relación entre manejo del suelo y mineralización de nitrógeno a los 102 días de incubación. Fuente: Sierra, La disminución de la biomasa microbiana, producida por pérdidas de C orgánico en LT determina una disminución del suministro de N y su disponibilidad para las plantas (Figura 3). Además, otros elementos nutritivos que integran el ciclo del carbono, como el azufre, boro y también fósforo orgánico, ven afectada su disponibilidad para las plantas. Un caso típico de este efecto es la respuesta al azufre y al boro detectado en suelos del secano de la VII y VIII regiones, la cual se explica fundamentalmente por la intensa erosión de esos suelos (Sierra, 1990). Figura Nº3 : Equilibrio ecológico del C y N del suelo en la zona sur. Fuente: adaptado de Sierra, CAMBIOS DE MANEJO ASOCIADOS A LA CERO LABRANZA Y SU POSIBLE EFECTO EN LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES. La mayoría de los cultivos requieren de fertilizantes, siendo los principales nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K), elementos químicos básicos en la nutrición vegetal. Sin embargo, en CL pueden cambiar las necesidades de fertilización del cultivo, no porque éste requiera de menos o más fertilizante, sino porque varía lo concerniente a la disponibilidad de nutrientes en el suelo. Los parámetros tradicionales en nutrición cambian cuando el suelo deja de cultivarse y los rastrojos se integran al manejo productivo. De este modo, importante es considerar los aportes de nutrientes por residuo o bien los rastrojos como fuente de nutrientes (ver capítulo 8). 6

7 La LT y la CL difieren respecto a las labores de preparación de suelo. En relación a la preparación de la siembra, la CL prepara el rastrojo del cultivo anterior, cortándolo, picándolo y distribuyéndolo en forma homogénea sobre el suelo (incluye de 2-10 ton/ha); mientras que en LT generalmente se quema el rastrojo antes del proceso de arado y discado. La fertilización de presiembra, después de algunos años en CL, es menos exigiente, debido al aporte de los rastrojos. Referente a la aplicación de fertilizantes, la filosofía de CL apunta a entregar al suelo materia orgánica (Riquelme, 1992; Reyes, 2002). Los residuos de cosecha de los cultivos dejados sobre la superficie del suelo normalmente persisten por más tiempo que los incorporados, lo que genera una disponibilidad diferencial de nutrientes, en especial del N. Los rastrojos aportados al suelo en CL, necesitan ser mineralizados para que el N y otros elementos se tornen disponibles, lo que ocurre con la actividad de microorganismos. En general, se puede señalar que se tiende a producir una redistribución de los nutrientes (N, P, K) en el perfil superficial, con una mayor concentración de elementos nutritivos en los primeros 5 cm de suelo (Sierra, 1990). La materia orgánica se acumula en la superficie del suelo, con lo que aumentan las cantidades de C y N potencialmente mineralizables, y en consecuencia, se incrementa la actividad microbiana (por lo tanto, la disponibilidad de nutrientes inicialmente puede ser menor que la encontrada en LT). La materia orgánica es la fuente del 90 a 95% del N en suelos no fertilizados así como también de P, azufre y microelementos que son liberados al medio cuando ésta se mineraliza. Esta mejora la disponibilidad y asimibilidad de los nutrientes poco solubles (fósforo y manganeso) y suministra oligoelementos en forma adecuada (Zinc, cobre, molibdeno y otros). Además, disminuye los fenómenos de antagonismo entre los elementos nutritivos abundantes, como el calcio, y aquellos que suelen ser minoritarios, como magnesio y fierro (Raggi, 1990). La fertilización en suelos bajo el sistema de CL va cambiando, 7

8 dado que los requerimientos del suelo serán distintos de acuerdo a los niveles de materia orgánica logrados (Reyes, 2002). Del mismo modo, en CL la rotación de cultivos se ha convertido en una herramienta importante debido a las ventajas comparativas que presenta en comparación al monocultivo. En relación a la disponibilidad de nutrientes se puede mencionar que: 1) Cultivos con raíces más sanas (debido al mejor control de plagas y enfermedades), están en mejores condiciones para absorber nutrientes del suelo, permitiendo disminuir dosis de fertilización y probabilidad de lixiviación de éstos. 2) En relación a la fertilidad química de los suelos, permite un uso más balanceado de los nutrientes, evitando desequilibrios químicos de importancia. 3) Dado que la CL disminuye considerablemente la evaporación del agua del suelo en superficie y, por lo tanto, aumenta su contenido hídrico, existe una mayor distribución de las raíces de la planta en especial en los primeros 5 cm del suelo (Phillips, 1985). Los nutrientes se encuentran concentrados en este mismo volúmen del suelo, situación ideal para su captación óptima, especialmente durante los primeros estadíos de crecimiento de la planta. 4) Cultivos con raíces profundas (alfalfa) pueden utilizar nutrientes ubicados más profundamente en el perfil del suelo. En el proceso, estas plantas pueden traer los nutrientes a la superficie, volviéndolos disponibles para los cultivos de raíces más superficiales)( En los suelos de Chequén (Concepción, Chile), se encontró mayor concentración de C en los 3 horizontes de suelo evaluados, debido a un desarrollo radicular más profundo, logrado año a año por la rotación de cultivos que incluye canola y lupino (Crovetto, 2002). Etchevers y Fischer (1997) observaron que en un suelo vertisol bajo CL, el C orgánico fue superior en rotaciones que incluyeron maíz como cultivo previo. En la rotación vicia-trigo se dio un efecto inveso, posiblemente como consecuencia de una mineralización más rápida de los rastrojos. Franzluebbers, Hons y Zuberer (1995), en estudios realizados en sorgo contínuo y en sorgo después de trigo, encontraron que el C mineralizado y el C de la biomasa microbial 8

9 alcanzaban un 18% más en rotación que en monocultivo. Esto debido probablemente a una mayor entrada de C a través de las raíces del cultivo y de los residuos de la rotación. 4. MATERIA ORGANICA DEL SUELO Y SU LIBERACION POTENCIAL DE NUTRIENTES Principales componentes de la materia orgánica. La materia orgánica consiste en residuos vegetales en diversas fases de descomposición y restos de organismos y microorganismos que viven en el suelo y sobre él (Bottner, 1982). El contenido y calidad de la materia orgánica, depende del tipo de suelo, su manejo agronómico, el tipo de vegetación y las características climáticas (Borie y Rubio,1990). La materia orgánica se puede clasificar en biótica y abiótica. La materia orgánica biótica está constituída por organismos vivos presentes en el suelo (microfauna y microorganismos como bacterias, hongos y actinomicetes). A pesar de representar menos del 1% de la materia orgánica es resposable de la bioactividad que da lugar a la disponibilidad de nutrientes. La materia orgánica abiótica corresponde a la mayor parte de la materia orgánica y está constituída por una parte más lábil y disponible como fuente energética y nutriente (C lábil), y una parte polimérica, compleja y más estable en el tiempo que corresponde al humus (C recalcitrante) (Aguilera, 2000). Las sustancias húmicas del suelo o simplemente humus corresponden a sustancias orgánicas difícilmente clasificables, que varían de estables a muy estables. 9

10 Estas son de color oscuro, amorfas, coloidales, muy resistente al ataque microbiano y que presentan propiedades afines; representan entre el 60 y 90% de la materia orgánica total del suelo (Raggi, 1990; Aguilera, 2000). A pesar de mostrar propiedades afines, estas sustancias son heterogéneas, tanto por su origen como por su composición (Gallardo, 1980; Buckman, 1993). La importancia del humus en el desarrollo de las plantas se debe principalmente a su elevada capacidad amortiguadora frente a cambios de ph, tiende a estabilizar la estructura del suelo, retiene una gran cantidad de agua y tiene una elevada capacidad de intercambio catiónico (Aguilera, 2000). Existen varios tipos de humus tales como: humus Mall o humus dulce, humus ácido o Mor, humus tipo Moder, humus residual y humus de síntesis microbiana, entre otros (Raggi, 1990). El humus se encuentra en el suelo de distintas formas, entre ellas están el ácido fúlvico, ácido himatomelánico, ácido húmico y humina (Figura 4). Todas se caracterizan por poseer una carga eléctrica negativa y se pueden clasificar de acuerdo a su peso molecular y a su reacción frente a compuestos ácidos, alcalinos y alcohol. Estos polímeros, además de C, poseen cantidades variables de N, P y S, y algunos metales. Figura N 4: Principales componentes de la materia orgánica MATERIA ORGANICA DEL SUELO SUSTANCIAS HUMICAS Soluble en álcalis Soluble en álcalis Insoluble en álcalis Soluble en ácido Insoluble en ácido Insoluble en ácido ACIDO FULVICO ACIDO HUMICO HUMINAS 10

11 Aumento peso molecular % Aumento contenido carbono % 2% Aumento contenido nitrógeno % 30% Aumento contenido oxígeno % Aumenta acidez y CIC > Contenido lignina < Fuente : Adaptado de Collins, et al., Los ácidos fúlvicos forman complejos estables con cationes polivalentes (Fe +++, Al +++, Cu ++ y otros), lo que permite disminuir la fijación de fosfatos por parte de éstos y sesquióxido de aluminio o de fierro. Los ácidos himatomelánicos son una mezcla compleja de compuestos húmicos y de ácido húmico. Los ácidos húmicos son los que se encuentran en mayor abundancia. Sus características físico químicas le permiten tener una gran capacidad de retención de agua y una fuerte carga negativa, que mejora significativamente la capacidad de intercambio catiónico del suelo. Los ácidos húmicos pueden formar sustancias complejas con iones metálicos y son responsables de la formación de la estructura del suelo y de la disponibilidad y mobilidad de determinados nutrientes. Las huminas son los componentes más estables del suelo y se unen fuertemente a las arcillas que éste contenga. Su aporte es importante en el aumento de la capacidad de intercambio catiónico (Raggi, 1990; Buckman, 1993) Influencia de la materia orgánica en las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos. El manejo de los rastrojos en suelos tratados bajo la técnica CL, ha permitido no sólo aumentar los niveles de materia orgánica sino consecuentemente mejorar las 11

12 características físicas, químicas y biológicas de estos mismos (Dalal et al., 1991; Derpsch, 2000). La CL, al dejar la totalidad de los rastrojos sobre la superficie, crea condiciones de mayor humedad, lo que aumenta la capacidad calórica del suelo e induce menores temperaturas en el suelo en comparación al sistema tradicional, moderando las fluctuaciones a través de las estaciones de crecimiento (Phillips, 1985). Las temperaturas en LT presentan una tendencia a ser mayores que en CL en todas las profundidades, pero la diferencia tiende a disminuir con el aumento de la profundidad (Reyes, 2002). Una temperatura más uniforme a lo largo del año, permite mantener activa la población de organismos y microorganismos del suelo, evitando períodos de latencia por bajas temperaturas como puede ocurrir en un sistema de LT. De este modo, se obtiene una descomposición más rápida de los rastrojos provenientes de los distintos cultivos. El contenido de humedad aprovechable para las plantas presenta una tendencia a ser mayor en CL que en LT, principalmente en 2-5 cm de profundidad (Figura 5; Reyes, 2002). Existe un aumento de agua que infiltra en el suelo, un menor escurrimiento superficial y una menor evaporación superficial. El agua permanece almacenada por más tiempo en el perfil a disposición del cultivo, permitiendo un uso más eficiente de la humedad aprovechable, factor importante en la obtención de mayores rendimientos en los cultivos (Raggi,1990). Por otro lado, el aumento de la materia orgánica y la consecuente disminución de la densidad aparente del suelo, permite disponer de un mayor volumen o espacio, almacenando más agua y reteniéndola por un tiempo más prolongado. Figura Nº 5: Valores de humedad aprovechable (CC - PMP) para CL y LT, en un suelo aluvial de la zona central de Chile. 12

13 El efecto de la materia orgánica sobre la densidad aparente ocurre en parte por el aumento de la actividad biológica que se logra con los aportes de ésta a través de los rastrojos (Crovetto, 1990). Las lombrices, con su capacidad de movimiento en el perfil, mezclando y creando galerías, inducen a la formación de poros, aumentando así el espacio no ocupado por sólidos. La densidad aparente de los suelos está relacionada con el contenido de materia orgánica, en una relación inversa. Mientras en un suelo bajo LT el contenido de materia orgánica en los primeros 5 centímetros era de 1,42% y densidad aparente de 1,3 g/cm 3 para el mismo suelo y profundidad después de 7 años de CL, el contenido de materia orgánica subió a 5,32% en tanto que la densidad aparente bajó a 0,95 g/cm 3 (Crovetto, 1990). Simultaneamente, las mejores condiciones de humedad, condicionan un mejor desarrollo de las raíces, lo que permite aumentar el espacio poroso del suelo y, disminuir su densidad aparente (Raggi,1990). El uso de herramientas para labrar el suelo tiende a destruir su estructura. Como resultado se obtienen suelos polvorientos en períodos secos y compactados durante los períodos húmedos, sensibles a la erosión y al encostramiento (Blevins, Smith y Thomas, 1985). Para generar o recuperar la estructura, se requiere de tiempo y manejo que favorezca la formación de sustancias agregantes (Ellies, 1998). La materia orgánica durante su descomposición y mineralización produce un efecto agregante y contribuye directamente a tener una estructura más estable. La capacidad de infiltración aumenta luego de manejar un suelo bajo un sistema de CL. Esto se atribuye a un aumento en la materia orgánica que se encuentra en la superficie, al aumento de la actividad de las lombrices de tierra y a la mantención de la continuidad de los poros desde la superficie del suelo hasta los horizontes más profundos, que no son alterados por la acción de labores mecánicas de labranza. La materia orgánica sobre el suelo evita el sellamiento superficial de las gotas de lluvia y da mayor estabilidad a los agregados. 13

14 En el caso de suelos con pendiente, los rastrojos frenan el desplazamiento del agua, permitiendo su infiltración y acumulación en el espacio poroso. Fenómeno que también permite disminuir la erosión y sus consecuentes efectos negativos (Raggi, 1990). Por otro lado, este aumento de la infiltración del agua en el suelo, aumenta la lixiviación de nutrientes, especialmente del nitrógeno (Sadzawka, 1994). En relación a las propiedades químicas del suelo, en el sistema de CL éstos experimentan una disminución en su ph en los primeros 5-10 centímetros de profundidad, debido al aumento en el contenido de materia orgánica (Venegas, 1990; Follet y Peterson, 1988; Dalal, et al., 1991; Unger, 1991; Aguilera, et al., 1996). La acidificación producida por la materia orgánica y la lixiviación de bases es, sin embargo, de menor magnitud. La acidificación real, está generalmente relacionada a la cantidad de nitrógeno aplicado como fertilizante amoniacal (Blevins, et al., 1985; Phillips, 1985, Follet y Peterson, 1988; Venegas, 1990; Sadzawka, 1994). Por otro lado, es conocido el efecto de acidificación del suelo provocado por la fijación biólógica de N, que son capaces de realizar las leguminosas. La acidificación por materia orgánica no necesariamente significa un aumento del aluminio intercambiable, ya que los compuestos orgánicos forman complejos con el aluminio, con lo cual disminuye su toxicidad para las plantas. La disminución del ph aumenta la disponibilidad de manganeso, fierro, zinc y boro, pudiendo provocar problemas de toxicidad para los cultivos (Sadzawka, 1994). Los rastrojos al descomponerse generan humus, especialmente en los primeros 5 centímetros de la superficie del suelo (Raggi, 1990), el cual se caracteriza por tener carga eléctrica negativa capaz de retener cationes. La materia orgánica, al contribuir con coloides orgánicos, aumenta la capacidad de intercambio de cationes (CIC) del suelo, teniendo como consecuencia directa un aumento significativo de la fertilidad de éste. 14

15 La presencia de materia orgánica favorece la creación de una reserva de bases. En este caso, el catión predominante es el calcio (Ca ++ ), el cual permanece adherido al coloide orgánico junto a otros cationes importantes como el Mg +, K +, Na + y el NH + 4 (Crovetto, 1996, 2002), siendo capaz de intercambiarlos con la solución del suelo. Como consecuencia, no sólo se potencia un suministro de nutrientes acorde con las necesidades de las plantas, sino que se evita, en parte, la pérdida de éstos por lixiviación. En el cuadro 1 se muestra la relación entre la CIC y el contenido de materia orgánica, además de la variación del complejo de cambio bajo dos sistemas de manejo: CL y LT. Cuadro Nº1: Relación entre la CIC y el contenido de materia orgánica, además de la variación del complejo de cambio bajo el sistema de CL y LT. Profundidad MO CIC Ca Mg K Na Suma %SB Sistema de manejo cm % meq/100gr Tradicional (5 años trigo) Cero labranza años Maíz trigo Fuente: Adaptado de Crovetto, Los resultados muestran que la CL presentó los valores más altos de materia orgánica y de capacidad de intercambio catiónico, en los tres niveles de profundidad del suelo. Además, se observó un alto porcentaje de saturación de bases, donde el 15

16 catión que predomina es el calcio, seguido por el magnesio, potasio y sodio (Crovetto, 1992). En relación a las propiedades biológicas, la microflora y/o microfauna del suelo aumenta con el aporte de materia orgánica a través de los rastrojos, especialmente en los primeros 5 cm de suelo (Borie, 1994). Suelos sometidos a sistema de CL, permiten aumentar la población microbiana en un 30 a 40% (Etchevers y Fischer, 1997). La función más importante la realiza la acción combinada e integrada de hongos, actinomycetes, bacterias e individuos pertenecientes a la mesofauna (coprófagos, hervívoros, detritóvoros y otros), que transforman la materia orgánica proveniente de rastrojos en humus. Un buen nivel de materia orgánica estable implica una buena agregación, hidratación en la zona de la rizósfera y un reservorio importante de macro y micronutrientes, como también de materia orgánica de bajo peso molecular o disponible como fuente de energía para la microflora y actividad biológica. También asegura la disponibilidad y transporte de nutrientes en la solución del suelo (Aguilera, Borie y Peirano, 1999) El comportamiento de la materia orgánica en un suelo sometido en CL. Un beneficio derivado de la conservación de los rastrojos sobre la superficie del suelo se refiere al aumento significativo en los niveles de materia orgánica, o al menos a su mantención (Sierra, 1990). La figura 6 muestra el contenido de materia orgánica para CL y LT, obtenido en un suelo aluvial de la zona central de Chile, después de 4 años de CL. Figura Nº6: Contenido de materia orgánica para CL y LT, obtenido en un suelo aluvial de la zona central de Chile, después de 4 años de CL. 16

17 La materia orgánica en CL obtuvo el valor más alto en los 0-2 cm de suelo (3,64%), pero fue disminuyendo con la profundidad, donde se obtuvieron valores de 2,55% para los 2-5 cm y 2,12 % para los 5-15 cm. (Figura Nº2; Reyes, 2002). Follet y Peterson (1988), obtuvieron mayores niveles de materia orgánica en comparación a LT, especialmente en los primeros 5 cm de suelo. La materia orgánica acumulada en superficie, diferencia de ph resultado de la CL y la fertilización nitrogenada, fueron los factores primordiales que influyeron en la mayor cantidad de nutrientes extractables del suelo. Dalal, Henderson y Glasby (1991), concluyeron que siempre en un suelo bajo un sistema de CL con retención de residuos y aplicación de fertilizante, existe una fuerte estratificación en profundidad de las propiedades del suelo, siendo el contenido de C orgánico, N total y biomasa microbiana mayor en los primeros 2,5 cm de suelo. Por otro lado, Franzluebbers y Arshad (1996), observaron que en regiones semiáridas, el N total y C total y activo del suelo era mayor en la superficie del suelo y disminuía en profundidad bajo los sistema de LT y CL. Sin embargo, el suelo tratado con CL contenía cantidades similares de N inorgánico, C orgánico y C de la biomasa microbiana, pero superiores a las concentraciones encontradas en LT. El mayor contenido de C activo y N total del suelo indican que suelos bajo CL, contienen una porción pequeña de C orgánico lábil, pero una porción grande de N orgánico lábil, en comparación a LT. En un suelo Pullman franco arcilloso, se registraron mayores concentraciones promedio de materia orgánica, N, NO - 3, P y K en la superficie del suelo en campos bajo CL que en campos trabajados con LT (Unger, 1991). Sin embargo, las diferencias no fueron significativas. En los campos trabajados con LT, las concentraciones fueron relativamente constantes alrededor de la capa arable (

18 cm), disminuyendo en profundidad. En contraste, las concentraciones en CL generalmente fueron mayores en la superficie del suelo (0-2.5 cm), disminuyendo en profundidad. La CL cambia la concentración y distribución de la materia orgánica del suelo, y la disponibilidad de algunos nutrientes importantes para el desarrollo de los cultivos El humus y el carbono orgánico del suelo El carbono orgánico del suelo aumenta producto de la descomposición de los rastrojos. Este elemento permite el crecimiento y desarrollo de los organismos vivos del suelo y forma parte importante de la materia orgánica y en especial del humus. En un sistema agrícola las entradas de C están dadas por los rastrojos, raíces y exudados radiculares, mientras que las salidas corresponden a pérdidas por erosión y mineralización (C-CO 2 ) (Figura 7). Es ampliamente aceptado que los productos de la degradación de la lignina y compuestos nitrogenados son los mayores constituyentes de la materia orgánica humificada y estable del suelo. La entrada de rastrojos con alta concentración de lignina y la adición de N puede ser una opción de manejo que conduzca al incremento del C del suelo (Paustian, et al. 1992). 4.5 La cero labranza y sus efectos en el C orgánico del suelo. La CL introduce cambios importantes en la dinámica y balance de C en el suelo. Los rastrojos sobre la superficie y el no mover el suelo, trae como consecuencia directa una reducción en la tasa de descomposición de los rastrojos; una disminución de la mineralización de la materia orgánica del suelo, debido a una menor aireación y menor accesibilidad de los microorganismos a la misma; y un incremento de la estratificación de la materia orgánica en su distribución vertical a 18

19 favor de los primeros centímetros del suelo. En resumen, el efecto de la CL en el balance de C orgánico es la tendencia a disminuir las pérdidas (Morón, 1996). Martino (2001), señala a la CL como uno de los principales mecanismos en la agricultura capaz de secuestrar C atmosférico y/o reduccir las emisiones de gases con efecto invernadero (dióxido de C, metano y clorofluorocarbonos). Este beneficio en CL es producto de: 1) una disminución en la tasa de mineralización de la materia orgánica. Esto sucede durante un período de tiempo, hasta que se alcanza un nuevo equilibrio correspondiente al sistema de producción utilizado (20 ó más años). Los datos obtenidos en La Estanzuela muestran que partiendo de un suelo con 3% de materia orgánica en los 20 cm. superiores, el contenido de materia orgánica subió a 4% en 10 años. Ello implica una acumulación de aproximadamente 1 T C/ha/año durante ese período. 2) disminución de la erosión hídrica y el consecuente arrastre de materia orgánica. En los sistemas con LT son comunes pérdidas por erosión de 0.5 T C/ha/año y mayores, las que serían prácticamente evitadas en CL. 3) siembra de forrajeras perennes (gramíneas, alfalfa) que producen importantes cantidades de biomasa subterránea, que tiene una tasa de descomposición relativamente baja si se la compara con la biomasa aérea. El ensayo de rotaciones en La Estanzuela, mostró que luego de 30 años de aplicación de tratamientos, el suelo bajo una rotación de cultivos y pasturas tenía entre 15 y 20 T C/ha más que bajo agricultura contínua. 4) reducción en la emisión de oxido nitroso (N 2 O), debido a la capa de rastrojo que queda sobre la superficie del suelo (Martino, 2001). Una rotación lupino-trigo-avena que alcanzaría ha en la IX región, permite proyectar que al permanecer los rastrojos sobre la superficie del suelo existiría una menor emisión de C a la atmósfera cada año. La CL disminuiría entre 369 y 415 Gg la contaminación atmosférica con C, considerando la quema de residuos postcosecha como única fuente de emisión de C. Este efecto de la CL se visualiza mejor en una proyección de seis años, con dos ciclos de esta rotación. Si un 60% del C de estos residuos retornan al suelo cada año y de esto el 10% es transformado en humus, el aporte de C al suelo al permanecer los rastrojos sobre la superficie podría aumentar de 6 a 23 Gg para el período de 3 años 19

20 en las ha. En LT se ha detectado, para esos tres años, una disminución del contenido de C del suelo de 0,005% por ha, en comparación con CL que presenta un valor incremental de % por ha (Rouanet, et al., 2002). Un estudio realizado en suelos Santa Bárbara (Aguilera, Borie, del Canto y Peirano, 1996), sometidos a un sistema de CL por más de catorce años, obtuvieron los resultados de la figura 8: Figura Nº8: Distribución porcentual de las fracciones orgánicas en un andisol de la serie Santa Bárbara. Fuente: Aguilera, Borie, Del Canto y Peirano, 1996, (C-HC : hidratos de carbono, C-Humina : humina, C-AH : ácidos húmicos, C-AF : ácidos fúlvicos). El balance del C-orgánico corresponde a la sumatoria del aporte de las fracciones orgánicas. En los estratos muestreados se observa el alto grado de humificación alcanzado por la materia orgánica. El contenido de hidratos de carbono constituye el pool lábil del C-orgánico. A diferencia del suelo con LT, en CL estos azúcares presentan un aumento en los niveles más profundos. Esto es de gran importancia en el desarrollo de los procesos biológicos y en la solubilización y movilización de cationes, haciéndolos así más disponibles a la biomasa microbiana. Si a ellos se suma la fracción más lábil del humus, los ácidos fúlvicos, correspondería a niveles del 30% del C-total como fracción de carbono más reactivo. En los estratos inferiores se observa el enriquecimiento de C-disponible, bajo el sistema de CL. Análisis realizados del contenido y balance de C en suelos de Chequén, Concepción, indican que la rotación maíz riego-trigo secano en 20 años es la que más C fija en el suelo respecto de lupino-trigo en secano. Los resultados indican que a mayor profundidad menor es el contenido de compuestos húmicos. El notable 20

21 contenido de humina y ácido húmico en la rotación maíz-trigo respecto de trigolupino, indica con claridad que el maíz es el responsable de la notable diferencia que existe. En los horizontes 5-10 cm el balance de C es superior en trigo-lupino, lo que indica que es necesario incluir lupino, soja o alguna planta de crecimiento radicular profundo en la rotación de modo de poder aprovechar el C disponible (Crovetto, 2002). Aguilera, Borie, Rouanet y Peirano (1998), evaluaron el C orgánico y la bioactividad en un suelo andisol, los efectos de distintos usos y manejos del suelo bajo el sistema de no inversión (CL). Como resultado, concluyeron que, los distintos usos y manejos no incidieron en una pérdida de materia orgánica como ocurre en otros tipos de labranza, al contrario se mantuvieron niveles altos de ella cercano al 11% de C para los primeros 30 cm. La calidad de dicha materia orgánica es muy estable; 70% corresponde a C húmico y ácidos húmicos mientras que un 30% corresponde a ácidos fúlvicos e hidratos de carbono, las fracciones más activas de la materia orgánica. Reyes (2002), indica que el alto contenido de C presente en los residuos del cultivo anterior (trigo) y también la controlada degradación u oxidación que presentan los residuos dejados sobre la superficie del suelo, permiten que éstos sean utilizados como fuente de C, necesaria para el desarrollo de los microorganismos. Paustian (1997), sintetizó las medidas prácticas en el manejo de los rastrojos que tienen influencia positiva en el balance de C en el suelo. Estas son incrementar el tiempo del suelo con vegetación, reducir o eliminar el laboreo, aumentar la producción y retornar los rastrojos al suelo, incluir gramineas perennes y leguminosas, y en la selección de los cultivos incluir maíz y sorgo. 4.6 Relación carbono nitrogeno (C/N). 21

22 Tanto el C como el N tienen una función importante en la dinámica del suelo, y dependiendo de la relación que se encuentren en los rastrojos, determinan su velocidad de descomposición. En la mayoría de los suelos la relación C/N varía entre 10/1 y 12/1. La relación C/N de los rastrojos fluctúa entre 30/1 (leguminosas) y 80/1 (gramíneas), dependiendo directamente del cultivo en cuestión (Tisdale, 1991). Este es un factor importante de considerar al momento de dejar los rastrojos sobre el suelo, ya que se va a requerir de una fertilización nitrogenada adecuada. Reyes (2002), en un suelo aluvial de la zona central de Chile, manejado con CL por 4 años, obtuvo un valor de 11,07 para los 2 cm superficiales, disminuyendo suavemente con la profundidad hasta los 15 cm., obteniéndose sólo diferencia significativa entre los niveles de 0-2 cm y 5-15 cm. El valor de la relación C/N en LT entre 0-15 cm (8.80) no tuvo diferencia significativa con el promedio ponderado de CL (9.13). De esta manera los cambios sólo se observaron en los primeros 2 cm de suelo. La biodegradación de los rastrojos requiere de una cantidad suficiente de N. Si la relación C/N es muy amplia (relación C/N superiores a 25 o contenidos de N inferiores a 1.5%), los microorganismos deben extraer este elemento del suelo, produciéndose un agotamiento en perjuicio de las siembras establecidas. Este fenómeno se llama comúnmente Hambre de Nitrógeno y, además de limitar la descomposición de los residuos, puede afectar el resultado de la siembra (Venegas, 1990; Borie, 1994). Si no existe suficiente N se retardarán los procesos de humificación y posterior mineralización de los residuos. Por este motivo, es indispensable considerar el N adicional necesario para cubrir el desequilibrio (Venegas, 1990; Crovetto, 1997). Antes de cada siembra se debe agregar, sobre el rastrojo, nitrógeno nítrico, ya sea como nitrato de sodio, nitrato de calcio o nitrato de amonio. Este nitrógeno adicional es necesario los dos a tres primeros años de CL. A partir del cuarto al sexto año se puede disminuir las cantidades hasta llegar a cero (Crovetto, 1997). 22

23 5. NITROGENO 5.1. El N en el suelo. Desde el punto de vista de la nutrición de los cultivos, en el suelo se distingue un pool de N activo y un pool de N pasivo. En el pool de N activo del suelo se encuentra el pool de N orgánico lábil, el pool de N orgánico estabilizado y el pool de N inorgánico. En el pool de N pasivo se encuentra el pool de N orgánico o pool húmico (Figura 9). EL pool de N húmico conforma un material complejo, difícilmente atacable por los microorganismos del suelo. A pesar de que constituye entre el 80 y 90% del N total del suelo, su participación en la nutrición de los cultivos es muy reducida, debido a su lento proceso de degradación. El pool de N orgánico lábil corresponde, aproximadamente a un 30% del N total de los residuos de cosecha y entre un 1 y 2% del N total del suelo. Puede ser utilizado en su totalidad por los cultivos durante el transcurso del año. El pool de N orgánico estabilizado del suelo corresponde alrededor de un 70% del N total de los residuos de cosecha y entre un 10 y 20% del N total del suelo. La contribución de éste depende de las condiciones dadas por el agroecosistema y por su manejo. El pool de N lábil y el pool de N estabilizado son mineralizados por los microorganismos con distintas tasas y pasan a incrementar el pool de N inorgánico. 23

24 El N es absorbido en forma de nitrato (NO - 3 ) y amonio (NH + 4 ) por las raíces de las plantas, satisfaciendo de este modo las necesidades de N del cultivo. Figura Nº 9: Esquema del sistema del N en el suelo Cultivo N exportado N residuos de cosecha N fertilización SUELO Biomasa Productos Microbiana microbiales Pool N Pool N orgánico Pool N orgánico Húmico Estabilizado Lábil Pool N inorgánico Inmovilización (20%) NH 4 + NO 3-24

25 Desnitrificación y volatilización Lixiviación Fuente: Adaptado de Rodriguez, Mineralización e inmovilización del N en CL. La mineralización e inmovilización de N son procesos microbiológicos de importancia agronómica. La mineralización es la transformación del N orgánico en amonio (N inorgánico), mediante la acción de microorganismos del suelo. La inmovilización es el proceso contrario (N inorgánico N orgánico). mineralización Norgánico NH 4 +, NO 3 - inmovilización La disponibilidad de N, en suelos sometidos a un sistema de CL, se ve a menudo disminuida producto de una mayor inmovilización, una menor tasa de mineralización (Phillips, 1985; Sadzawka, 1994) y/o un menor metabolismo oxidativo de los microorganismos. Existen varias razones que explican esta situación, entre ellas se pueden mencionar: La alta relación C/N de los rastrojos (mayor de 30, en especial en paja de trigo o rastrojo de maíz), retarda el proceso de amonificación, provoca la inmovilización del N y disminuye la actividad microbiana durante el proceso de 25

26 descomposición inicial. Esto se debe a que existe muy poco N para satisfacer las demandas de la flora fúngica. Existe una inducción a la inmovilización microbiológica del N en el suelo que rodea al rastrojo de baja calidad (Quemada y Cabrera, 1995). Los hongos a pesar de tener una concentración inferior de N que las bacterias, inmovilizan más N debido a la alta eficiencia de conversión del C del sustrato en C microbiano, llevándose a cabo la liberación luego de la muerte y descomposición de esos microorganismos. Estos pueden ser absorbidos por las plantas o nuevamente por otros microorganismos (Morón, 1996). Con relaciones C/N entre 20 y 30 puede que no haya ni inmovilización ni liberación de N mineral, relaciones C/N menores de 20 se presenta una liberación de N al principio del proceso de descomposición (Figura 10). Figura Nº10: Tendencias generales en la descomposición de un rastrojo de alto cociente C/N y su relación con el medio. 80 Inmovilización Neta SUELO RELACIÒN C/N 40 Hambre de N 20 Mineralización Neta 4 8 semanas 0 %N Ganancia de NO3- Tasa de Liberación CO2 CANTIDAD SUELO EN EQUILIBRIO NO3- SUELO Microorganismos Mineralización Inmovilización 26 Nutrientes Disponibles en el suelo (NO3-)

27 Fuente: adaptado de Stevenson, Durante las etapas iniciales de la descomposición de los rastrojos existe un rápido aumento de los organismos heterótrofos, acompañado por la producción de grandes cantidades de dióxido de C. Al ser la relación C/N amplia, habrá una inmovilización neta del N, como se muestra debajo de la curva superior. Luego la relación C/N se hace más pequeña y el suministro de C (energía) disminuye. Una proporción de los microorganismos muere por causa de la disminución del alimento disponible, y se alcanza por último un nuevo equilibrio, que va acompañado por la liberación de N mineral. El nivel final de N en el suelo (NO - 3 ) puede ser mayor que el nivel original. El tiempo requerido para que este ciclo de descomposición se realice completamente depende de la cantidad de rastrojo añadido, de la dosis de fertilizante nitrogenado aplicada, de la resistencia del material al ataque microbiano (en función de la cantidad de ligninas, grasas y ceras presentes), temperatura y niveles de humedad del suelo (Tisdale, 1991). El abono nitrogenado suele aplicarse frecuentemente en la superficie del suelo, donde se produce una acumulación en el material orgánico disponible, con su consecuente inmovilización. Aplicaciones de N un 20% más altas se requieren para compensar esta lenta tasa de mineralización en etapas iniciales de crecimiento. Sin 27

28 embargo, puede producirse un equilibrio bajo un laboreo conservacionista continuo (Philliops y Young, 1973; Venegas, 1990). La disminución de la temperatura del suelo, especialmente a inicios de primavera, retarda la tasa de mineralización. Existe una descomposición de la materia orgánica más lenta, por lo tanto, la conversión de N orgánico en N inorgánico disponible para la planta es también más lenta. Hay posibles pérdidas por lixiviación producidas por una mayor acumulación de agua en el suelo al disminuir la evaporación, producto de los rastrojos que quedan en la superficie (Sadzawka, 1994). No siempre hay una menor mineralización y una mayor inmovilización en suelos trabajados con CL. La información disponible referente a estos procesos no es precisa, debido a que existen otros factores que también influyen en los resultados obtenidos. El momento en que tiene lugar las reacciones de mineralizacióninmovilización puede ser más importante que su magnitud. En LT, la incorporación de residuos conlleva a la inmovilización del N durante sólo una o dos semanas, para ser sucedida por una liberación neta de éste. Este fenómeno provoca una menor captación de N por parte de la planta, en comparación a un período de inmovilización más prolongado, aunque menos intenso, a causa de residuos aplicados superficialmente en CL ( Phillips, 1985). Franzluebbers, Hons y Zuberer (1995), resaltan la importancia de conocer la magnitud de los cambios estacionales en la fracción C y N activo del terreno, para así comprender de qué manera se puede manejar de mejor forma los sistemas de cosecha a fin de minimizar las pérdidas de N inorgánico del suelo. En resultados obtenidos en monocultivo de trigo, sorgo y poroto (Franzluebbers, et al. 1995), se observó que la mineralización potencial de C fue de 35, 39 y 53% mayor bajo CL que bajo LT, en mediciones realizadas a través del cultivo. Sin embargo después de la cosecha de cada cultivo, la mineralización de C aumentó a una velocidad mayor en LT, y las 28

29 diferencias entre los regímenes de cultivo se redujeron lo que causó una inmovilización en LT. El C orgánico del suelo y el C y N mineralizado se encontraban en mayor cantidad en una profundidad entre 0-5 cm bajo CL. El tamaño y la actividad del pool de N y C lábil del suelo, dependen de las estaciones. Las prácticas de cultivo pueden modificar estos cambios estacionales del C y N activos del terreno mediante la alteración del lugar donde se colocan los rastrojos y la distribución de cantidad, calidad y frecuencia de raíces y residuos de cosecha. A pesar de la mayor producción de grano, la fertilización de N no afectó consistentemente la concentración total y la actividad de C y N del suelo (Franzleubbers, et al. 1995). Knowless, et al. 1993, determinaron que en relación a la fertilización niotrogenada, en altas dosis aplicadas (135 KgN/ha), el rendimiento del grano y la absorción de N (trigo y sorgo) no fue significativamente diferente en CL y en LT. En tasas de 90 KgN/ha hubo 41% menos de acumulación de N en el trigo y 39% menos de rendimiento de grano en sistema de CL en comparación a LT. La aparente deficiencia de N observada en trigo de invierno cultivado en sistema de CL y en rotación sorgo-trigo, se puede deber en parte a una reducida tasa de mineralización del N del suelo y/o a una inmovilización del N aplicado como fertilizante (producto de la descomposición del rastrojo) Nitrificación y desnitrificación en CL. La nitrificación corresponde a un proceso de oxidación enzimática, mediante el cual el amonio se transforma primero en nitrito y éste en nitrato, mediante la acción de bacterias aerobias del suelo (nitrobacterias). 2NH O 2 Nitrosomas 2NO H 2 O + 4H + + energía - - 2NO 2 + O 2 Nitrobacter 2NO 3 + energía 29

30 La desnitrificación es la conversión del nitrato en N gaseoso o en óxidos de N, que pasan a la atmósfera. Este fenómeno se debe a que, en condiciones de mucha humedad en el suelo, la falta de oxígeno obliga a ciertos microorganismos a emplear nitrato en vez de oxígeno en su respiración. Estudios realizados en nitrificación y desnitrificación en CL arrojan resultados contradictorios. Esto se explica debido a que en los experimentos realizados en laboratorio se pueden controlar variables, tales como temperatura y humedad, que en condiciones de campo no se puede hacer con precisión. En suelos bajo CL se han encontrado concentraciones de NO - 3 más bajas, lo que indica que la tasa de nitrificación se ve deprimida, o bien aumenta la tasa de desnitrificación (Phillips, 1985). Existen pruebas de que la nitrificación puede ser algo más lenta en estos suelos, aunque el hecho no ha sido claramente establecido como efecto general del tipo de laboreo. Sin embargo, este fenómeno se debería a la acidificación de la superficie del suelo, y a la sensibilidad que presentan las bacterias nitrificantes frente a ésta. Algunas de las propiedades de los suelos en CL sugieren que las pérdidas por desnitrificación pueden ser mayores que en los suelos labrados, como consecuencia de una mayor cantidad de materia orgánica en la superficie (Sadzawka, 1994), fuente energética para que se desarrolle este proceso. Otros factores que inciden en esto son la mayor compactación, por ende, la menor aireación que pueden sufrir los suelos en CL, junto con la mayor humedad presente (de modo que se requiere de menos agua para alcanzar condiciones anaeróbicas de hidrosaturación) (Aulakh y Rennie, 1986). Por otro lado, se puede pensar que las bajas concentraciones de nitrato (NO - 3 ), el menor ph en la superficie del suelo limitan la desnitrificación; o bien que, los residuos vegetales enterrados se traducen en 30

31 condiciones anaeróbicas con más facilidad que aquellos que permanecen en superficie. Valores experimentales muestran que la tasa de desnitrificación biológica en núcleos de suelo sin remover guarda una relación lineal con su contenido hídrico. Dado que éste es más alto en suelos con CL y cobertura superficial, cabe esperar que la tasa de desnitrificación sea más alta que en suelos con LT. Las pérdidas acumulativas de N gaseoso (N 2 O y N 2 ) variaba desde 1-7 KgN/ha/año para LT y KgN/ha/año para CL (Rice y Smith, 1982). Según la humedad o clase de drenaje del suelo, este efecto de la CL puede ser pequeño. O bien, la mayor desnitrificación asociada puede llegar a ser un factor importante que limite la aplicación de esta práctica en suelos con mal drenaje (Cuadro 2). Cuadro N 2: Pérdidas de N (%) por desnitrificación en función del contenido de materia orgánica y el tipo de drenaje. Contenido de materia orgánica Drenaje Bueno Malo Menos del 2% Entre el 2-5% Fuente : www. Cfnavarra.es/ agricultura/buenas/cap4.htm. Residuos de cosecha dejados en superficie permiten doblar las pérdidas de N gaseoso, debido a dos factores que inciden: la humedad de suelo (factor primario) y la temperatura (factor secundario) (Aulakh y Rennie, 1986). En CL se ha detectado un aumento de entre seis a cuarenta y cuatro veces de las poblaciones de bacterias desnitrificantes, en comparación a LT (Doran, 1980; Aulakh y Rennie, 1986). Vale destacar, que el recuento de bacterias desnitrificantes indica el potencial de desnitrificación, pero que, las tasas reales de desnitrificación y el número de desnitrificadores pueden presentar una baja correlación. La población de éstos puede aumentar o mantenerse por crecimiento aeróbico o por desnitrificación. 31