Distribución de agregados, estabilidad y liberación de arcilla dispersable en agua para dos Oxisoles subtropicales
Suelos y nutrición vegetal
Distribución de agregados, stability and release of water dispersible clay for two subtropical Oxisols
Distribuição de agregados, estabilidade e liberação de argila dispersa em água para dois Latossolos subtropicais
Antonio Carlos de AzevedoI, *; Darrel Gene SchulzeII
I UFSM – Depto. de Solos, Prédio 42 – 97105-900 – Santa Maria, RS – Brasil
IIPURDUE UNIVERSIDAD- Departamento de Agronomía, Lilly Hall of Life Sciences, 915 W. State Street, West Lafayette, IN 47907-2054, USA.
ABSTRACT
El comportamiento de un suelo en cuanto a la dispersión y agregación de sus partículas es muy importante para el desarrollo de las funciones ambientales y agrícolas del suelo. Este estudio se llevó a cabo para determinar cómo la distribución y la estabilidad de los agregados se ven afectadas por los usos de la tierra y cómo la liberación de arcilla dispersable en agua (WDC) se relaciona con la desagregación en Oxisoles de Brasil subtropical. Muestras de dos Oxisoles, recolectadas a tres profundidades de sitios bajo usos de la tierra con labranza cero (NT), labranza convencional (CT) y vegetación nativa (NV) fueron agitadas en botellas de plástico de 250 mL por intervalos de hasta 27 horas. Se midió la masa de agregados en cinco clases de tamaño que iban de 53 a 2000 µm. La mayoría de los agregados mayores de 500 mm desaparecieron durante las primeras 7,5 horas de agitación, coincidiendo con un aumento de la liberación de WDC y sin cambios en el pH y la conductividad eléctrica de la suspensión del suelo, sin que aumentaran los agregados más pequeños. Por lo tanto, no hay jerarquía de agregados en estos suelos y la liberación de WDC fue causada por la ruptura de agregados dentro del rango de 500 a 2000 mm. Los usos del suelo afectan a la masa de agregados en cada clase de tamaño, pero la estabilidad de los agregados depende de su tamaño, no del uso del suelo.
Palabras clave: uso del suelo, desagregación, laboreo del suelo, gestión del suelo
RESUMO
El comportamiento del suelo en relación con su estado de agregación y dispersión es de gran relevancia agrícola y ambiental. Este estudio se llevó a cabo para determinar cómo la distribución y la estabilidad de los agregados se ven afectadas por diferentes usos y cómo se comporta la liberación de arcilla dispersa en agua (WDC) en relación con la desagregación en Latosoles subtropicales brasileños. Muestras de dos Latosoles recolectadas a tres profundidades en sitios bajo labranza cero (NT), convencional (CT) y vegetación nativa (NV) fueron agitadas en botellas de plástico de 250 mL por hasta 27 horas. La masa de los agregados se midió en cinco clases de tamaño, de 53 a 2000 µm. La mayoría de los agregados mayores de 500 mm desaparecieron durante las primeras 7,5 horas de agitación, paralelamente a un aumento de la liberación de WDC sin que se produjeran cambios en los valores de pH y conductividad eléctrica de la suspensión, y sin que aumentara la masa de los agregados más pequeños. Por lo tanto, no hay jerarquía de agregados en estos suelos y la liberación de WDC fue causada por la ruptura de agregados con tamaño en el rango entre 500 y 2000 mm. El tipo de uso afectó a la masa de los áridos en cada clase de tamaño, pero la estabilidad de los áridos depende de su tamaño, no del tipo de uso.
Palabras clave: uso del suelo, desagregación, preparación del suelo, gestión del suelo
INTRODUCCIÓN
Debido a que los agregados del suelo son dinámicos y responden rápidamente a los cambios ambientales, el interés en ellos como indicadores de calidad del suelo es creciente (Caravaca et al., 2004; Boix-Fayos et al., 2001). Además, la capacidad de las partículas del suelo para proteger la materia orgánica de la oxidación permite abordar los suelos como un sumidero de carbono a la atmósfera (Torn et al., 1997). El cambio de uso del suelo causado por la cosecha de árboles (Yanai et al., 2003) y/o el cambio de bosque a agricultura tiene un amplio impacto en la agregación (Carpenedo & Mielniczuk, 1990; Perin et al., 2003) y en la dinámica del carbono en los suelos tropicales ácidos (Leite et al., 2004; Zinn et al., 2005). La falta de jerarquía de los agregados (Oades & Waters, 1991) y la gran cantidad de óxidos de hierro y aluminio hacen que la estabilidad y el tamaño de los agregados de los Oxisoles meteorizados requieran estudios específicos. En Brasil, estos suelos tienden a tener agregados muy estables de menos de 2 mm de diámetro. Como resultado, los Oxisoles arcillosos se comportan como suelos de textura media, permitiendo que las actividades agrícolas, como la labranza o la cosecha, se realicen poco después de las lluvias (Buol & Eswaran, 2000). El potencial de liberación de arcilla dispersable en agua (WDC) debido a la desagregación no es bien conocido para estos suelos (Azevedo & Bonumá, 2004) y tal conocimiento puede ayudar a gestionar mejor estos suelos durante los cambios de uso de la tierra, y es importante para evaluar la movilidad ambiental de los herbicidas, pesticidas y otros compuestos xenobióticos utilizados en la agricultura (Seta & Karathanasis, 1996; Bertsch & Seaman, 1999).
El objetivo de este estudio fue evaluar el impacto a largo plazo de las prácticas de manejo en la distribución y estabilidad de los agregados de menos de 2 mm de diámetro y la liberación de WDC durante la desagregación para dos Oxisoles del sur de Brasil.
MATERIAL Y MÉTODOS
Los dos sitios elegidos estaban ubicados en la Meseta Sul Riograndense, una región geomórfica desarrollada sobre las coladas de lava de la formación Serra Geral (Figura 1). El suelo del sitio de Santo Ângelo era un Typic Haplorthox desarrollado a partir de rocas basálticas, ocupa el 7,26% del Estado de Rio Grande do Sul y se encuentra en elevaciones entre 200 y 400 m sobre el nivel del mar (a.s.l.). El clima es Cfa en el sistema de Köppen, con una temperatura media anual de 19,5ºC y una precipitación media de 1.850 mm anuales (BRASIL, 1973). Las muestras de los tratamientos de los sistemas convencional (CT) y sin labranza (NT) fueron recolectadas en Santo Ângelo, Estado de Rio Grande do Sul (28º16′ S, 54º13′ O, aproximadamente 280 m s.n.m.). El experimento de labranza fue establecido en 1979 en un campo que había estado bajo una rotación trigo-soja desde 1964 (Dalla Rosa, 1981). Se tomaron muestras de un suelo boscoso no perturbado en el área protegida más cercana de vegetación forestal original (28º12′ S, 54º13′ O) a unos 15 kilómetros del sitio experimental. El suelo en el sitio de Passo Fundo era un Haplohumox Típico desarrollado a partir de una mezcla de basalto y arenisca y ocurre en elevaciones entre 460 y 700 m s.n.m.. El clima es Cfa1, con una temperatura media anual de 18ºC y una precipitación media de 1.750 mm anuales. Las muestras bajo sistemas de labranza convencional y sin labranza se recogieron en Passo Fundo, Estado de Rio Grande do Sul (28º14′ S y 52º24′ W) en un experimento establecido en 1983 (Kochham & Denardim, 1997). Los suelos bajo vegetación nativa fueron muestreados en una reserva forestal de la estación experimental a 0,5 km del sitio experimental.
En cada uno de los dos sitios, se recogieron al azar tres muestras del tratamiento NT y CT en el campo experimental, y las tres muestras de la vegetación nativa (NV) también se recogieron al azar en los bosques. Se tuvo cuidado de mantener distancias similares entre los puntos de recogida en el campo experimental y en los bosques (5 a 10 m). En este estudio, NT, CT y NV se denominaron «usos del suelo». Las muestras de 0 a 5 y de 10 a 15 cm de profundidad se recogieron en pequeñas fosas de unos 0,3 × 0,3 × 0,20 m de profundidad y las muestras de 40-60 cm de profundidad se recogieron con una barrena de cubo. Las muestras secadas al aire se trituraron suavemente y se pasaron por un tamiz de 2 mm (fracción de tierra fina). Las tres réplicas de campo de cada uso de la tierra de cada sitio se combinaron, se mezclaron a fondo y se guardaron en bolsas de plástico selladas. Por lo tanto, los análisis de laboratorio se realizaron en una muestra compuesta de cada una de las tres profundidades, tres usos del suelo y dos suelos, sumando dieciocho muestras.
El carbono orgánico se determinó por digestión en K2Cr2O7 y valoración con Fe(NH4)2(SO4) 2.6H2O y la distribución del tamaño de las partículas se determinó por el método de la pipeta tras la dispersión con NaOH al 6% (EMBRAPA, 1997). Ambos análisis se realizaron dos veces para cada muestra compuesta.
Tanto la WDC como la estabilidad de los agregados de las muestras compuestas se hicieron tres veces (tres corridas) por el método estándar para la determinación de la WDC (USDA, 1996). En breve, se pesaron cinco alícuotas de 10 g de tierra fina y se colocaron en botellas de plástico de 250 mL. Las botellas se llenaron con 175 mL de agua desionizada (DI) y se agitaron (120 excursiones por minuto, 4 cm de desplazamiento horizontal) durante 0, 3,75, 7,5, 15 y 27 horas (una alícuota para cada período de tiempo). A continuación, las suspensiones se vertieron a través de un nido de cinco tamices de 1000 µm, 500 µm, 250 µm, 106 µm y 53 µm. La arcilla y el limo disgregados se lavaron suavemente del suelo en los tamices con agua desionizada y se recogieron en cilindros de 1 L para la determinación del WDC. El material del suelo retenido en los tamices se secó a 110º durante 24 horas y se pesó. El material de suelo que pasó a través del nido de tamices se recogió en cilindros de un litro y se resuspendió para la medición del WDC por el método de la pipeta (USDA, 1996). Se supuso que el aflojamiento era insignificante, ya que las muestras sometidas sólo a humectación rápida estaban casi totalmente agregadas (0 h de tiempo de agitación en las figuras 2 y 3, suma de agregados).
La masa de agregados en cada clase de tamaño, Ai, se calculó mediante:
donde Bi es la masa seca del material del suelo en la clase de tamaño i, Ci es la masa seca de la arena en la clase de tamaño i y D es la masa inicial seca en horno del suelo. Ci fue el promedio de tres determinaciones previas del contenido de arena en cada muestra compuesta. La arena se restó del numerador de la ecuación para evitar contar los granos de arena individuales como agregados. Por brevedad, utilizamos el término «agregados» para referirnos a Ai, , y «muestra» para la muestra compuesta, en la discusión que sigue.
La distribución de agregados fue analizada como un diseño de parcela dividida con tres tratamientos (NT, CT, NV) con tres bloques (cada uno de los tres recorridos) replicados en el tiempo. Los datos de cada tipo de suelo, profundidad y clase de tamaño se analizaron por separado. El tiempo de agitación se consideró la unidad completa y el uso del suelo la subunidad del experimento de parcelas divididas. Para los datos del porcentaje de masa del suelo, se realizó una transformación de la raíz cuadrada antes del análisis de la varianza para lograr la homogeneidad de la varianza del error. El error (a) se agrupó con el error (b) porque no era significativo (P = 0,25) en la mayoría de los casos. Los efectos del tiempo y del uso de la tierra frente al tiempo se dividieron en contrastes polinómicos ortogonales. Las regresiones sobre las medias de las variables dependientes en función del uso de la tierra y el tiempo fueron seguidas por el análisis de la varianza (ANOVA) con el modelo de regresión determinado por los efectos de tratamiento y los contrastes significativos. La comparación entre los modelos de regresión de la desagregación de cada uso de la tierra (a lo largo de los tiempos de agitación) mediante ANOVA se muestra en la Tabla 2.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Debido a que el contenido de arena se restó de la masa de material del suelo retenido en cada clase de tamaño (ecuación ), el Typic Haplohumox más arenoso (Tabla 1) tenía menos agregados de suelo en cada clase de tamaño que el Typic Haplorthox.
Antes de la agitación (0 h de tiempo de agitación; Figuras 2 y 3), del 73 al 91% del Typic Haplorthox y del 54 al 69% del Typic Haplohumox ocurrieron en agregados. Con sólo dos excepciones, los modelos de desagregación regresiva fueron diferentes (P = 0,01) entre los tres usos de la tierra para las profundidades de muestreo de 0-5 y 5-10 cm, pero el uso de la tierra tuvo menos efecto en los modelos de desagregación para la profundidad de 40-60 cm (Tabla 2).
Se pudieron observar algunos comportamientos comunes en ambos suelos (Figuras 2 y 3): había muy pocos agregados de 106-53 µm y 250-105 µm en el suelo bajo vegetación nativa a 0-5 cm y 10-15 cm de profundidad; los agregados de más de 500 mm de diámetro dominaban tanto a 0-5 cm como a 10-15 cm de profundidad, pero a 40-60 cm de profundidad, los agregados de 2.000 – 1.000 µm de diámetro eran los menos abundantes; y aunque el orden de apilamiento de las curvas en un mismo gráfico cambiaba en función de la clase de tamaño y la profundidad, se observó que las formas de las curvas eran, en general, similares para cada clase de tamaño.
Hubo una pequeña liberación de WDC tras la humectación inicial (0h de agitación) en todas las muestras, apoyando la suposición de que el aflojamiento no fue un proceso de desagregación significativo bajo las condiciones experimentales.
Los agregados más grandes (2000-1000 µm y 1000-500 µm) se rompieron rápidamente dentro de las primeras 7,5 horas de agitación, pero la masa de los agregados más pequeños no aumentó simultáneamente, lo que demostró que dichos agregados se rompieron principalmente en partículas primarias del suelo y no en agregados pequeños (Figuras 2 y 3). Por lo tanto, estos suelos no tenían jerarquía de agregados (Oades & Waters, 1991). Dado que el WDC aumentó a medida que los agregados mayores de 500 µm se desagregaban, sin cambio en las suspensiones de pH, la desagregación parece ser el principal mecanismo de producción de WDC.
La falta de jerarquía de los agregados permite describir la desagregación mediante un modelo de proceso de primer orden (Beare & Bruce, 1993; Parkin & Robinson, 1992; Olson, 1963):
donde Ai,t es la masa de agregados en la clase de tamaño i en el tiempo t, Ai,0 es la masa de agregados en el tiempo 0, y k es un parámetro de curvatura. Este modelo no tiene en cuenta las adiciones de agregados al tamiz i, producidas por la desagregación de agregados en el tamiz i+1 por encima de él, por lo que sólo puede utilizarse en suelos sin jerarquía de agregados. El parámetro de curvatura (k) se asumió como índice de velocidad de desagregación, y cuanto mayor sea su valor absoluto, menor será la estabilidad de los agregados. No se encontró ningún patrón reconocible al organizar los valores de k según el uso del suelo. Sin embargo, cuando el rango de variación de k se representó según la clase de tamaño del agregado, apareció una tendencia razonablemente clara (Figuras 4 y 5), indicando que los valores de k se agrupaban en torno a valores sucesivamente mayores a medida que aumentaba la clase de tamaño. Esto sugiere que el uso de la tierra tuvo más impacto en la cantidad de material del suelo en cada clase de tamaño (distribución de los agregados, Figuras 2 y 3) que en la estabilidad de los agregados.
El efecto del uso de la tierra en los valores de k puede inferirse de la dispersión de los valores en cada profundidad y clase de tamaño (puntos a lo largo de cada línea en las Figuras 4 y 5). Aunque no es dominante, el efecto del uso de la tierra es mayor (mayor rango) en las clases de tamaño mayores de 500 mm y en los horizontes superficiales (Figuras 4 y 5). Esto está de acuerdo con el modelo de agregación sugerido por Oades & Waters (1991), en el que los agregados grandes dependen más de las hifas fúngicas y de las raíces finas, y por tanto del uso de la tierra, mientras que los agregados pequeños dependen más de las propiedades coloidales y de la química del suelo.
Considerando que la liberación de WDC estaba estrechamente relacionada con la disgregación de los agregados mayores de 500 mm, que los sistemas de labranza convencional y sin labranza promovían una disminución de la cantidad de agregados grandes, y que no existe una jerarquía de agregados, se puede perder potencialmente una cantidad considerable de arcilla durante el cambio de uso de la tierra forestal a la agrícola. En todos los casos, el mantenimiento de los grandes agregados es, según estos resultados, esencial para evitar un aumento del WDC. Además, los complejos de minerales de arcilla y coloides orgánicos, que aumentan el potencial de dispersión, deberían ser mayores en los horizontes superficiales (Tombácz et al., 2004).
AGRADECIMIENTOS
A CAPES-Brasil (BEX 1316-96/6), artículo de la revista Purdue Agricultural Research Programs número 2006-17943, y a A. Dallarosa y J. Becker, de COTRISA; J. E. Denardin y R. A. Kochham, de EMBRAPA.
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