Residuos de siderurgia. Efectos sobre la fertilidad del suelo y la producción de los cultivos

La intensificación de la agricultura ha provocado una degradación física y química de los suelos de la región pampeana. Además de la disminución de los niveles de nutrientes en el suelo como consecuencia de la extracción de los cultivos, la disminución del pH edáfico ha sido otro indicador de la intensa producción agropecuaria con monocultivo de soja característica en esta región. Esta acidificación del suelo ocurre principalmente por la pérdida de bases en el complejo de intercambio, especialmente calcio (Ca) y magnesio (Mg). Además de la acidificación, la pérdida de estos cationes en el suelo lleva a un desbalance de bases que igualmente es perjudicial para el normal desarrollo de los cultivos, afectando en forma particular a las leguminosas, entre ellas la soja. Las enmiendas cálcico-magnésicas utilizadas clásicamente para incrementar el pH en suelos con problemas de acidez, también pueden ser una fuente para incrementar la proporción de bases en el complejo de intercambio del suelo. La adición de estos elementos al suelo además de mejorar la performance de los cultivos, podrían además aumentar la disponibilidad de otros nutrientes que se encuentran en formas no disponibles para los cultivos. Aparte de estos cambios químicos en los suelos, la incorporación de estos cationes divalente, potencialmente mejoraría la estructura física del suelo, al formar agregados de mayor estabilidad, y así incrementar la porosidad y la infiltración de agua en el suelo.

La cal (carbonato de calcio) y la dolomita (carbonato de calcio y magnesio) son enmiendas agrícolas que han sido utilizadas para aumentar el pH en suelos ácidos, especialmente en sistemas pastoriles con el objetivo de incrementar la producción de las pasturas. Por otra parte, entre los subproductos de la industria de la acería, se encuentran las llamadas escorias de acería, que contienen Ca y Mg en su composición, pero su uso en la agricultura no ha sido difundido como otras enmiendas.

La industria de la acería está fuertemente establecida en la región pampeana argentina y genera anualmente una gran cantidad de escorias que no son reutilizadas en el proceso de producción, y la magnitud de acumulación de estos subproductos aumentaría si la producción de acero se incrementa en los próximos años. La acumulación de este subproducto implica un potencial riesgo ambiental, por lo que es necesario evaluar alternativas de reciclaje de estos materiales fuera de las plantas de producción de acero. La utilización de este subproducto como enmienda en la agricultura es una alternativa válida. Este tipo de subproducto ha sido evaluado en Europa como corrector de pH en pasturas perennes o en plantaciones silvícolas.

En la región pampeana, experiencias previas utilizando las escorias de acería en cultivos anuales mostraron que la granulometría del producto a aplicar es un aspecto clave para el uso de este sub-producto en la agricultura. Los efectos de las enmiendas utilizadas en agricultura son de mediano a largo plazo, sin embargo, no existe información sobre el efecto de este subproducto durante una secuencia de cultivos agrícolas, y de los cambios producidos en aspectos químicos y físicos del suelo en la misma. Por otra parte, tampoco existe información sobre la performance de las escorias de acería en relación a otras enmiendas clásicas de calcio y magnesio.
 

a) Evaluar la respuesta directa y residual de los cultivos de una secuencia maíz/soja y monocultivo de soja a la aplicación de niveles crecientes de de enmienda cálcico-magnésica y escorias de acería
b) Evaluar los efectos directos y residuales de la aplicación de enmienda cálcico-magnésica y escorias de acería sobre el pH y el contenido de cationes en el suelo.

Características generales de los experimentos

Se instalaron dos secuencias de cultivos repetidas en el tiempo (todos los cultivos están presentes todos los años) en siembra directa en la EEA Oliveros INTA, en un lote que presente acidez ligera.

Los tratamientos consistieron en dos secuencias de cultivos son:

1) Maíz-Soja y
2) Monocultivo de Soja.

En cada secuencia se evaluaron 4 niveles de 2 fuentes de enmienda de CaCO3+MgCO3:

a) Enmienda cálcico-magnésica (dolomita)
b) Escorias de acería.

En base al análisis químico de las enmiendas se aplicaron 4 niveles de (CaCO3+MgCO3): 0, 500, 1000 y 2000 kg (CaCO3+MgCO3) ha-1.

Los tratamientos se ubicaron en un diseño de parcelas divididas (Secuencia=parcela principal; Fuente de enmienda= subparcela; Niveles de enmienda=sub-subparcela) en bloques completos al azar con tres repeticiones. El tamaño de cada unidad experimental fue de 5 m de ancho por 20 m de largo.

La aplicación de escorias se realizó el día 8 de Julio de 2010. Los datos de implantación de los cultivos de maíz y soja en las campañas 2010-11, 2011-12 y 2012-13 se pueden observar en la Tabla 1.

Experimentos de secuencias de mediana duración
 

Rendimiento a cosecha y componentes del rendimiento de todos los cultivos de la secuencia. En madurez fisiológica de cada cultivo se midió la biomasa acumulada en cada cultivo y el contenido de cationes (Ca, Mg, K, Fe y Al).

Se realizó un muestreo inicial a nivel de bloque de propiedades químicas en tres profundidades: 0-5, 5-10, 10-20 cm. Estas mismas determinaciones se realizaron luego de tres meses de aplicadas las enmiendas. En los años sucesivos, en el mes de julio (2011, 2012 y 2013), se hicieron las mismas determinaciones en cada unidad experimental a las mismas profundidades. Las determinaciones químicas realizadas fueron:

- pH.
- Ca y Mg intercambiable
- Capacidad de intercambio catiónico (CIC)
- Porcentaje de saturación de bases.

Luego del primer año de aplicación de enmiendas se realizó demás una determinación del Al intercambiable.

Características de las enmiendas utilizadas

Las características químicas de las enmiendas utilizadas en todos los ensayos puede observarse en la Tabla 2. En todos los casos correspondió a material que paso por la malla 0-10 mm. La dolomita presentó un mayor contenido de CaO y MgO que las escorias. Las escorias muestran contenidos de AlO3 en un 23.2%.

 

Efectos directos - Octubre 2010

En la Figura 1 se observan los valores de concentración de Ca y Mg en profundidad (hasta los 20 cm), tres meses luego de la aplicación de las enmiendas en Oliveros. No se observan diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos. Se observa que la concentración de Mg tendió a incrementarse con el aporte de las enmiendas, pero dichas diferencias no fueron estadísticamente significativas.
En la Tabla 3 se observa las relaciones entre los cationes Ca, Mg y K. Si bien el K no fue aplicado con las enmiendas, la incorporación de Ca y Mg puede alterar las relaciones. Las diferencias entre tratamientos no fueron estadísticamente significativas en las diferentes relaciones. Los valores de estas relaciones son las normalmente encontradas en suelos agrícolas de la región pampeana.
Dado que las precipitaciones entre el momento de aplicación de las enmiendas y el muestreo de suelos no superaron los 80 mm, es probable que los materiales no hayan sido completamente incorporados, teniendo en cuenta que presentan baja solubilidad.

Figura 1 – Contenido de Ca, Mg y pH hasta los 20 cm de profundidad 3 meses después (Octubre 2010) de aplicadas las escorias y la dolomita en los tres sitios en donde se ondujeron los experimentos. Las líneas negras en cada profundidad es el error estándar de la media.

Tabla 3 – Valores medios y valores de probabilidad del ANOVA para capacidad de intercambio catiónico y relaciones entre cationes 3 meses después de aplicadas las enmiendas (Dolomita y Escoria). Ensayo de mediana duración en Oliveros.

En general se pudo observar un efecto significativo en los contenidos de Ca, Mg y el pH en los 5 cm superficiales, no observándose efectos por debajo de los 10 cm (Figura 2). En esta Figura se observan los valores de concentración de Ca y Mg y de pH luego de uno, dos y tres años de aplicadas la enmiendas. En general se observó un aumento lineal en el valor de las variables con el incremento de la dosis de enmienda y/o escoria, sin diferencias entre fuentes.

Los incrementos en el valor de Ca, Mg y pH por unidad de cationes aplicados con enmiendas pueden observarse en la Tabla 4. Se observaron cambios en los valores de pH, Ca y Mg en los 5 cm superficiales del suelo fueron muy leves en 2011 (un año luego de aplicadas las enmiendas, pero la tasa de incremento del pH y del contenido de Ca fue mayor en el muestreo de 2012.

En 2011, los valores de pH se incrementaron en solo un 4% en respuesta a la aplicación de las enmiendas (comparación entre el pH del testigo en comparación con la dosis más alta de Ca+Mg), no existiendo diferencias significativas entre fuentes. En 2012, se observaron valores de pH superiores a los observados en 2011 para los tratamientos con enmiendas (Figura 2), y las dosis máximas de dolomita y escorias incrementaron el pH hasta un 5% respecto del testigo, sin diferencias entre fuentes (Figura 3). En 2013 los cambios relativos fueron los mismos a los observados en 2012. La pendiente de la relación de la Figura 3 que indica cuanto se incrementa el pH por unidad de cationes aplicado fue similar entre las dos fuentes de enmiendas (Tabla 4). Estas pendientes no difirieron significativamente entre años.

Por otro lado, los cambios en la concentración de Ca solo mostraron incrementos del orden del 2% sin diferencias entre fuentes en 2011. Sin embargo, en 2012 los incrementos en el contenido de Ca en el suelo en respuesta a la aplicación de ambas enmiendas fue de alrededor del 11% sin diferencias entre fuentes. En 2013, estos cambios fueron del orden del 9%, sin diferenciarse las enmiendas. Si bien la tasa de cambio en la concentración de Ca por unidad de enmienda aplicada no difirió entre fuentes (Figura 3), las tasas observadas en 2012 fue dos veces superior a la observada en 2011 (P>0.07) cuando se aplicó dolomita. La aplicación de escorias incrementó en más de dos veces cuando se comparó a esta fuente en 2011 y 2013 (Tabla 4).

En 2011, las diferencias más importantes entre enmiendas en respuesta a la aplicación de enmiendas fueron en los contenidos de Mg. La concentración de este catión se incrementó en un 9% en respuesta a la aplicación de dolomita y un aumento del 15% en respuesta a la aplicación de las escorias. En 2012, se observaron incrementos con ambas fuentes, pero en este caso de mayor magnitud para la dolomita (17 y 1% de incremento respecto del testigo, para dolomita y escoria, respectivamente). En 2013, se observó la misma tendencia, detectándose incrementos en el contenido de Mg en la máxima dosis de enmienda del orden del 25 y 8% para dolomita y escorias, respectivamente (Tabla 4).

En consecuencia, en 2012 y 2013 se observa para ambas fuentes una mayor liberación de los cationes evaluados y en el pH, de mayor magnitud respecto a lo observado en 2011 en los 5 cm superficiales (Tabla 4).
En la Figura 4 se puede observar el contenido de aluminio intercambiable luego de un año de aplicada la escoria y la dolomita. Se puede observar que no hay diferencias significativas entre los tratamientos que recibieron la aplicación de enmiendas respecto del testigo. En promedio representó alrededor del 1% del complejo de intercambio catiónico.

Figura 2 – Contenido de Ca (a,d,g), contenido de Mg(b, e, h) y pH (c,f,i), hasta los 20 cm de profundidad luego de 1, 2 y 3 años (2011, 2012 y 2013) de aplicadas las escorias y la dolomita.

Figura 3 - Contenido de Ca y Mg y valores de pH en los 5 cm superficiales en respuesta a dosis crecientes de Ca+Mg utilizando escorias y dolomita como fuente. Ensayo de mediana duración en Oliveros luego de uno, dos y tres años de aplicadas las enmiendas (Julio 2011- Agosto 2012 – Julio 2013).

Figura 4 – Contenido de aluminio en el complejo de intercambio catiónico en dos profundidades de suelo luego de un año de aplicada la dolomita y la escoria de acería.

En la Figura 5 se pueden observar los rendimientos del cultivo de maíz ante dosis crecientes de escorias y dolomita. El rendimiento medio del ensayo fue de 7906 kg ha-1, un rendimiento por debajo de los rendimientos esperables en el área de Oliveros. Las deficiencias hídricas, especialmente durante el periodo de floración, etapa en la que se determina el rendimiento del cultivo y donde el cultivo de maíz presenta gran sensibilidad, conspiraron con el logro de altos rendimientos. No se observaron diferencias significativas entre enmiendas (i.e. enmienda vs dolomita) ni entre dosis de enmiendas.

Figura 5 – Rendimiento del cultivo de maíz ante dosis crecientes de dolomita y escoria en la campaña 2010-11. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.
Efectos directos de las enmiendas. Cultivo de Soja. Campaña 2010-11.
En la Figura 6 se pueden observar los rendimientos del cultivo de soja ante dosis crecientes de escorias y dolomita. El rendimiento medio del ensayo fue de 4423 kg ha-1, un nivel de rendimiento mediano-alto en el área de Oliveros. En este cultivo tampoco se observaron diferencias significativas entre enmiendas (i.e. enmienda vs dolomita) ni entre dosis de enmiendas.

Figura 6 – Rendimiento del cultivo de soja ante dosis crecientes de dolomita y escoria. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.

Efectos residuales luego de dos años de aplicadas las enmiendas. Cultivo de Maíz. Campaña 2011-12.

En la Figura 7 se pueden observar los rendimientos del cultivo de maíz ante dosis crecientes de escorias y dolomita aplicadas en el invierno de 2010. El rendimiento medio del ensayo fue de 6864 kg ha-1. Al igual que en la campaña anterior, el rendimiento estuvo por debajo de los rendimientos esperables en el área de Oliveros. El comportamiento del frente a las deficiencias hídricas durante el periodo de floración, conspiraron con el logro de altos rendimientos, al igual que en el año anterior. No se observaron diferencias significativas entre enmiendas (i.e. enmienda vs dolomita) ni entre dosis de enmiendas.

Figura 7 – Rendimiento del cultivo de maíz ante dosis crecientes de dolomita y escoria en la campaña 2011-12. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.

En la Figura 8 se muestran los rendimientos del cultivo de soja ante dosis crecientes de escorias y dolomita. El rendimiento medio del ensayo fue de 3825 kg ha-1, valor por debajo de los rendimientos observados en la campaña 2010-11. No se observaron diferencias significativas entre enmiendas (i.e. enmienda vs dolomita), entre dosis de enmiendas.

Figura 8 – Rendimiento del cultivo de soja ante dosis crecientes de dolomita y escoria según el cultivo antecesor. Campaña 2011-12. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.

En la Figura 9 se pueden observar los rendimientos del cultivo de maíz ante dosis crecientes de escorias y dolomita aplicadas en el invierno de 2010. El rendimiento medio del ensayo fue de 9028 kg ha-1. El rendimiento estuvo dentro de los rendimientos esperables en el área de Oliveros. No se observaron diferencias significativas entre enmiendas (i.e. enmienda vs dolomita), pero si una tendencia a mayores rendimientos cuando los niveles de CaCO3 + MgCO3 estuvieron por encima de 1000 kg ha-1.

Figura 9 – Rendimiento del cultivo de maíz ante dosis crecientes de dolomita y escoria en la campaña 2012-13. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.

En la Figura 10 se muestran los rendimientos del cultivo de soja ante dosis crecientes de escorias y dolomita. El rendimiento medio del ensayo fue de 2991 kg ha-1, valor por debajo de los rendimientos observados en la campaña 2010-11.

Figura 10 – Rendimiento del cultivo de soja ante dosis crecientes de dolomita y escoria según el cultivo antecesor. Campaña 2012-13. Las barras en cada columna son el error estándar del ensayo.

 

No se detectaron cambios significativos en el nivel de cationes y /o pH luego de tres meses de aplicadas las escorias en todos los sitios. Las condiciones climáticas (bajas temperaturas y bajas precipitaciones) sumado a la baja solubilidad de las fuentes pudieron haber conspirado con la reacción inmediata de las enmiendas.

La aplicación de dolomita y escorias de acería provocaron cambios solamente en las variables químicas del suelo (pH, contenido de Ca, contenido de Mg) en los 5 cm superficiales. La liberación de Mg al suelo fue menor en el caso de las escorias, debido a su menor contenido de Magnesio.

Estos cambios químicos no fueron percibidos por los cultivos en el experimento realizado en Oliveros, ya que no se observaron efectos residuales de la aplicación de las enmiendas en los rendimientos de los cultivos (maíz o soja) .

Los efectos sobras determinaciones de la concentración de cationes luego de un año de realizada la experiencia, muestran efectos muy leves de la aplicación tanto de escorias como de dolomita en el suelo. En el segundo y tercer año se observó una mayor tasa de liberación de estos cationes.