Balance de materia organica y capacidad de mineralización de nitrógeno de distintos suelos con fertilización continua

Publicado el: 10/7/2017
Autor/es: Liliana Vega Jara (Fac. Agronomía UBA), Gerardo Rubio (UBA - CONICET), Miguel Boxler (Región CREA Sur de Santa Fe), Flavio H. Gutiérrez Boem (UBA - CONICET),aRGENTINA
Resumen

En los últimos años se ha intensificado el uso agrícola del suelo y con ello la práctica de fertilización de los cultivos de granos. Con el objetivo de evaluar el efecto de los distintos regímenes de fertilización de largo plazo sobre: (a) los contenidos de materia orgánica de suelos (MOS) y nitrógeno potencialmente mineralizable (Nan) en el suelo y, (b) la relación entre Nan y MOS, se llevó a cabo la siguiente experiencia. Se analizaron las concentraciones de MOS y Nan en suelo de tres estratos de profundidad (0-5 cm, 5-10 cm y 10-20 cm) de cinco sitios de la Red de Nutrición CREA-IPNI de la Región Sur de Santa Fe instalados en la campaña 2000-2001. Estos ensayos se instalaron en siembra directa (SD) bajo dos sistemas de rotación, maíztrigo/soja (M-T/S) (Balducchi y San Alfredo) y maíz-soja-trigo/soja (M-S-T/S) (La Blanca, La Hansa y Lambaré), seis tratamientos de fertilización: testigo, PS, NS, NP, NPS y completo (NPS+micronutrientes). La fertilización con N, P y S provocó aumento en los contenidos de MOS (sólo en el estrato de 0-5 cm de profundidad) pero no afectaron a los contenidos de Nan en el suelo. Las rotaciones no afectaron a los contenidos de MOS y Nan. Se determinaron relaciones positivas entre el Nan y la MOS y sus variaciones fueron atribuibles a las diferencias en otras características además del contenido de MOS total entre los sitios. Se concluye que solo la MOS total no es un buen predictor de la capacidad de mineralización de N de los suelos.

PALABRAS CLAVE: Fertilización de cultivos – relación Nan: MOS - capacidad de mineralización de suelos.

INTRODUCCIÓN

La producción mundial de alimentos debe aumentar en un 70% en 2050 para seguir el ritmo de la creciente demanda (Bruinsma, 2009). Para alcanzar este objetivo, la fertilización surge como una herramienta para aliviar el efecto de la continua exportación de nutrientes, debido a su capacidad para reponer la fertilidad del suelo y mejorar la producción agrícola (Wu & Ma, 2015). Esa necesidad de producir más alimentos y el deterioro de la fertilidad natural de los suelos ha impulsado a la fertilización en forma continua por parte de los productores. En la agricultura Argentina también se ha intensificado el uso de fertilizantes para cultivos extensivos. El consumo de fertilizantes tuvo un gran aumento en los últimos 20 años, pasando de 300 mil toneladas en 1990 a más de 3 millones de toneladas en el 2013 (Fertilizar, 2014a).

La fertilización continua pareciera ser eficaz en el mantenimiento de la materia orgánica del suelo (MOS) (Wu et al., 2003) y enriquecimiento con carbono (C) principalmente de las fracciones lábiles (Yang et al., 2012). En el suelo se hallan dos fracciones de C con distinta dinámica de descomposición. Una fracción lenta o estable y otra fracción activa o lábil (Ciampitti et al., 2011b). A su vez, estos pooles actúan como fuente primaria de nitrógeno (N) para las plantas (Haynes, 2005). Las plantas toman nutrientes de la fracción lábil, la cual se renueva constantemente a partir de la fracción estable. Una forma de evaluar la fracción lábil de N en el suelo es midiendo el amonio liberado durante una incubación anaeróbica corta (Nan). Varios estudios mostraron que el Nan estuvo relacionado con la capacidad del suelo de proveer N a cultivos de granos (Sharifi et al., 2008; Genovese, 2009; Reussi Calvo et al., 2014). La posibilidad de contar con experimentos a largo plazo de fertilización con secuencias de cultivos en distintos sitios, pueden proveer de información valiosa para conocer el impacto del agregado continuo de nutrientes como fertilizantes sobre las concentraciones de la MOS y Nan.

En la campaña 2000-2001, la Región Sur de Santa Fe del movimiento CREA, en conjunto con IPNI y Agroservicios Pampeanos (ASP), instalaron una red de ensayos a largo plazo. Uno de sus objetivos comunes desde un principio fue determinar las respuestas directas y residuales de los cultivos a la aplicación de N, P y azufre (S) y así complementar a los métodos de diagnóstico de la fertilidad de suelos. En este trabajo se sintetizan los resultados obtenidos de análisis de suelos de tres estratos de profundidad (0-5 cm, 5-10 cm, 10-20 cm) después de 14 años de fertilización continuada. Los objetivos fueron evaluar el efecto de los distintos regímenes de fertilización de largo plazo en los distintos suelos y rotaciones de la región pampeana sobre: a. los contenidos de MOS y Nan y, b. la relación entre el Nan y la MOS.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se tomaron muestras de suelo de tres estratos de profundidad (0-5 cm, 5-10 cm y 10- 20 cm) de los cinco sitios de la Red de Nutrición del CREA de la Región Sur de Santa Fe (Tabla 1), durante la campaña 2013-2014. Las características de los ensayos son: dos sitios con rotación maíz-trigo/soja (M-T/S) (Balducci y San Alfredo) y tres sitios con rotación maíz-soja-trigo/soja (M-S-T/S) (La Blanca, La Hansa y Lambaré). Se evaluaron los seis tratamientos de la red: testigo sin fertilizar, NP, NS, PS, NPS y completo (NPS+micronutrientes). El diseño es en bloques completos aleatorizados con tres repeticiones en cuatro sitios, y dos en San Alfredo. El tamaño de las parcelas es de 25-30 m de ancho y 65-70 m de largo. Se utiliza maquinaria del productor y labranza en siembra directa (SD) en todos los casos. La dosis de fertilización se estima a partir de los rendimientos esperados más un 5-10% de fertilización de enriquecimiento con P y S a la siembra de soja y, a partir de modelos zonales para cultivos de alto rendimiento en el caso del N. En la campaña 2013/2014 se aplicaron 30 y 18 kg de P y S respectivamente al cultivo de soja de primera en la rotación M-ST/S y, en la rotación M-T/S se aplicaron 102, 44 y 21 kg de N, P y S al cultivo de trigo (Boxler et al., 2014).

Se determinó el N potencialmente mineralizable (Nan) por incubación anaeróbica a 40ºC por 7 días, método descripto por Keeney & Bremner (1966) seguido de una colorimetría. La MO se determinó por la metodología propuesta por Walkley & Black (1934). Los resultados se analizaron mediante ANOVA, comparación múltiple de LSD y regresión. Los ANOVA de concentración de MOS y Nan se analizaron para cada estrato por separado. Las diferencias significativas fueron determinadas a un nivel de significancia del 95%. La relación entre Nan y MOS se analizó mediante regresión lineal. Se compararon las distintas regresiones mediante test de F y, en los casos en que no fueron diferentes, las líneas de regresión para esos tratamientos se representaron con una sola función.

 

Tabla 1. Información de manejo y de sitio. Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe. Soja. Campaña 2013/14.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Concentración de MOS y Nan en el suelo

Los catorce años de fertilización continua con N, P y S tuvieron un efecto sobre la MOS sólo en el estrato de 0-5 cm de profundidad, mientras que en el resto del perfil no hubo diferencia entre los tratamientos de fertilización (Figura 1). La disminución de la concentración de MOS por no fertilizar (testigo) fue del 12% en la capa de 0-5 cm respecto del tratamiento completo Figura 1). La mayoría de autores han informado que los cambios en MOS se producen por efectos de manejo y por los años de agricultura (Fabrizzi et al., 2003; Reussi Calvo, 2013; Genovese et al., 2009). Sin embargo, nuestros resultados sugieren que la fertilización también puede ser un factor importante para la regulación de los contenidos de MO y por consiguiente para mantener la fertilidad de los suelos en el largo plazo. Se han visto disminuciones de los rendimientos con las pérdidas de MOS (Ladha et al., 2003), ya que son fuente importante de nutrientes y sustrato de la actividad microbiana. En este trabajo, las mayores concentraciones de MOS se vieron en el estrato de 0-5 cm en todos los sitios (Figuras 1 y 2) concordante con Wander (2004); Diovisalvi et al. (2008) y (Diaz Zorita, 1999).

San Alfredo y Lambaré presentaron los valores más altos de MOS en todo el perfil (promedio 31,5 g kg-1 y 30,2 g kg-1 respectivamente) y Balducchi fue el más pobre en MOS (promedio 23,5 g kg-1 )(Figura 2). Estas diferencias entre sitios son previas a la instalación de los experimentos en el año 2000 (Boxler et al., 2014) y se podrían atribuir a las diferencias en años de agricultura y a las diferencias texturales en los sitios (Tabla 1). La información de los sitios previo a la implementación de los ensayos indican que Balducchi tenía más de 60 años de agricultura continua mientras que Lambaré y San Alfredo tenían 12 y 8 años respectivamente (Tabla 1). Por lo tanto, los contenido de MOS y los años de agricultura en los sitios guardan relación inversa entre sí y, son visibles en el largo plazo (Genovese et al., 2009, Reussi Calvo et al., 2013 y Eiza et al., 2005; Divito et al., 2011). Por otro lado, Lambaré es el sitio más rico en arcillas y Balducchi el más arenoso. En cuanto a los contenidos de (arcilla+limo), Lambaré tiene un 97%, mientras que Balducchi posee un 68% de dicha fracción (Tabla 1). Está documentado que la fracción (arcilla+limo) guarda relación positiva con los contenidos de COT de los suelos (Galantini et al., 2004), porque en suelos más finos el tamaño pequeño de los poros del suelo protegen a la MO de la acción de los microorganismos (Van Veen & Kuikman, 1990). Hassink et al. (1993a) indicaron que en suelos arenosos, la presencia de grandes poros disminuye la capacidad de retener agua y de mantener la humedad para el crecimiento bacteriano. Los cuales explican las mayores concentraciones de MOS total en suelos de texturas finas y menos laboreadas en este estudio.

La fertilización con N, P y S durante 14 años no cambió el contenido de N potencialmente mineralizable (Nan) en ninguno de los tres estratos de profundidad (Figura 3). Fabrizzi et al. (2003) también informaron que el Nan no fue afectado por la fertilización con N en dos experimentos en el sudeste de la provincia de Buenos Aires, pero variaba con la MOS por efecto de los sistemas de labranza. Diovisalvi et al. (2008) también informaron que la fertilización no afectó los contenidos de Nan en un ensayo de largo plazo. Tang et al. (2006) vieron resultados similares en un ensayo de fertilización continua de 15 años en el norte de China, pero aplicaciones orgánicas aumentaban la MOS, y consecuentemente el N total y el N como amonio. Manna et al. (2007) también sugieren que se debe incrementar la MO si se desea aumentar la disponibilidad de N. En este estudio, el tipo de labranza homogénea (SD) en todos los sitios, y la ausencia de aplicación de N al cultivo de soja sumado a la alta frecuencia de este cultivo en las rotaciones pudo haber causado que las diferencias en los aportes de C al suelo entre los tratamientos no hayan sido lo suficientemente grandes como para provocar una diferencia en el Nan.

El Nan varió con la profundidad y con los sitios (Figuras 3 y 4). Los mayores contenidos de este nutriente se vieron en el estrato de 0 a 5 cm y disminuyeron con la profundidad (Figuras 3 y 4). Esto puede atribuirse a la incorporación de residuos con el sistema de SD cerca de la superficie, lo cual aumentó la MOS y consigo el Nan en este estrato. Según West & Post (2002) la SD generalmente incrementa la MOS en comparación con la LC y es más notorio en el estrato superficial. Los valores más bajos en los 3 estratos de profundidad correspondieron a Balducchi (promedio 33,85 mg kg-1 ) y Lambaré (promedio 65,13 mg kg-1 ) fue el más rico en concentración de Nan (Figura 4). Vale aclarar que los contenidos de COT siguen el mismo patrón (Figura 2, Tabla 1). Nuestros resultados sugieren que el Nan está relacionado con la MOS, ya que proviene de mineralización del N orgánico. Esto puede atribuirse a los contenidos de MO sumado a las condiciones ambientales favorables para la actividad microbiana que favorecieron a la mineralización y disponibilidad de N (Manna et al., 2007).

La secuencia de cultivos de ambas rotaciones tampoco afectó a las concentraciones de Nan (Figura 2), coincidiendo con lo reportado por Gregorutti et al. (2014) en varias rotaciones que incluyeron a los cultivos de soja, maíz y trigo. Las Figuras 3 y 4 incluyen valores de Nan entre 7,32 y 128,44 mg kg-1 . Estos valores son consistentes con aquellos reportados por Reussi Calvo et al. (2014) quienes mostraron valores de Nan entre 12 y 260 mg kg-1 siendo mayores en el este que en el oeste de la provincia de Buenos Aires. Benitende et al. (2007) también reportaron valores de Nan promedio de 183 mg kg-1 y 104 mg kg-1 para suelos Argiudoles ácuicos y vérticos de Entre Ríos. Fabrizzi et al. (2003) informaron concentraciones de Nan bajo el sistema SD en promedio de 61,5 mg kg-1 y bajo labranza convencional (LC) de 24,2 mg kg-1 , lo cual indica que tanto la MOS como el Nan son afectados por el manejo del suelo. Se han visto que las prácticas de labranza afectan principalmente al pool de N en el suelo (Sharifi et al., 2008), pero el agregado de N como fertilizante no tiene efectos sobre el Nan (Diovisalvi et al., 2008). Sin embargo, en situaciones de altos niveles de fertilización con N pueden ocurrir disminuciones de Nan debido al incremento del reciclaje de la MO sugiriendo pérdidas de N por inmovilización (Genovese et al., 2009) lo cual no ocurrió en este estudio. Por lo tanto, la estimación de Nan a partir de la MOS podría ser un indicador de la capacidad del suelo de mineralizar N que varía ampliamente en los suelos. En las evaluaciones del Nan se deben considerar otras características como las historias agrícolas de cada lote, sistema de labranza, fertilización, textura y cantidad así como la calidad de residuos de cosecha que se incorporan.

 

Figura 1: Distribución de la concentración de MOS a 0-20 cm en los tratamientos de la Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe, campaña 2013/2014. Los círculos encierran tratamientos que no son diferentes significativamente (p>0.05) y las barras son el error estándar. Los cambios de letra indican diferencia significativa entre estratos de profundidad.

 

Figura 2: Distribución de la concentración de MOS a 0-20 cm en los sitios de la Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe, campaña 2013/2014. Los círculos encierran sitios que no son diferentes significativamente (p>0,05) y las barras son el error estándar. Los cambios de letra indican diferencia significativa entre estratos de profundidad.

 

Figura 3: Distribución de la concentración de Nan a 0-20 cm en los tratamientos de la Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe, campaña 2013/2014. Los círculos encierran tratamientos que no son diferentes significativamente (p>0.05) y las barras son el error estándar. Los cambios de letra indican diferencia significativa entre estratos de profundidad.

 

Figura 4: Distribución de la concentración de Nan a 0-20 cm en los sitios de la Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe, campaña 2013/2014. Los círculos encierran sitios que no son diferentes significativamente (p>0,05) y las barras son el error estándar. Los cambios de letra indican diferencia significativa entre estratos de profundidad.

 

2. Relación entre Nan y MOS

La Figura 5 muestra la relación entre el Nan y la MOS (p<0.01). Fabrizzi et al. (2003) afirmaron que el C de la MOP está altamente relacionado con el Nan, sus resultados sugieren que el Nan proviene de la mineralización de la MOS. Otros autores también han reportado la asociación entre MOS y el Nan (Sharifi et al., 2008; Genovese, 2009; Reussi Calvo et al., 2014). Contrariamente, Sainz Rosas et al. (2008) estudiaron 26 suelos de tipo Argiudol típico y Paleudol petrocálcico (3 sitios) en Balcarce e informaron que el COT no se relacionaba con el Nan, por lo cual indicaron que el COT no sería un indicador sensible de la capacidad de mineralización de N del suelo. Nuestros resultados también muestran que existe diferencias en la relación Nan: MOS entre los sitios. Pese a que los sitios más ricos en MOS fueron San Alfredo y Lambaré (Figura 2) no se vieron los mayores contenidos de Nan en San Alfredo, sino sólo en Lambaré (Figura 4). Lo cual se refleja en la relación Nan: MOS en la Figura 5, donde Lambaré tuvo los mayores valores de la relación Nan:MOS, Balducchi los valores menores y los otros 3 sitios presentaron relaciones Nan:MOS intermedias y estadísticamente no distintas entre sí. Estos resultados sugieren que el contenido de MOS no es un indicador suficiente para predecir la capacidad de proveer N disponible en los suelos. Existirían otros factores como la textura, pH, y el contenido de MO lábil que juegan papeles importantes en la mineralización de la MOS más allá de los contenidos totales de MOS (Baath & Anderson, 2003). Petersen et al. (2013) mostraron una relación positiva y muy estrecha entre el Nan y la biomasa microbiana en el suelo. Por otro lado, Diovsalvi et al. (2010a) reportaron que existe menor asociación entre el Nan y la MOS en suelos de textura fina. Sin embargo, nuestros resultados indican lo contrario, Lambaré pese a ser un sitio de textura fina mostró mayor correlación entre el Nan y MOS (Figura 5, r2 : 0,46). Esto podría ser explicado por las condiciones favorables para la actividad microbiana en Lambaré más allá de su riqueza en MO. Además, Kanazawa & Filip (1986) también informaron que la mayor parte de los microorganismos se acumulan en la fracción arcillo+limo.

Los regímenes de fertilización con N, P y S no afectaron a la relación entre el Nan y la MOS (Figura 5). Esto podría ser explicado porque no hubo grandes efectos de la fertilización sobre los contenidos de MOS. Esto sucedió sólo en el estrato de 0-5 cm, donde el testigo fue inferior en MO (Figura 1), dicho efecto no fue significativo sobre la relación Nan:MOS. Está documentado que los cambios más notables en contenido de MOS y Nan se pueden ver por efectos de manejo y años de agricultura (Genovese et al., 2009, Reussi Calvo et al., 2013 y Eiza et al., 2005; Divito et al., 2011), por el contrario no hay reportes de los efectos puros de la fertilización sobre la MO y por consiguiente sobre el Nan. En este estudio, el sistema de labranza fue SD en todos los sitios y la frecuencia del cultivo de soja en las rotaciones pudieron haber impedido las diferencias significativas del contenido del Nan con los tratamientos. Por lo cual, coincidimos con lo que afirmaron Marriott & Wander (2006) y Sainz Rosas et al. (2008) que el Nan no es una fracción que varía en paralelo con los contenidos de MOS, sino que existe diferencias dependiendo de las potencialidades de mineralización de los suelos y condiciones favorables para la biomasa microbiana. Por lo cual no se pueden predecir la capacidad de un suelo de mineralizar N sólo a partir de los análisis de MOS total.

 

Figura 5: Relación entre concentración de Nan y la MOS. La línea verde corresponde a la función de Nan:MOS en Lambaré, la línea negra a San Alfredo, La Blanca y La Hansa, y la línea azul corresponde a Balducchi.

 


CONCLUSIONES

Las fuentes de variación evaluadas en estos experimentos (i. e. fertilización con N, P y S) mostraron diferencias en los contenidos de MOS sólo en el estrato de 0-5 cm de profundidad. Sin embargo, no afectaron a los contenidos de Nan en el suelo. Las rotaciones no afectaron a los contenidos de MOS y Nan.

Se determinaron relaciones positivas entre el Nan y la MOS y sus variaciones fueron atribuibles a las diferencias en otras características además del contenido de MOS total entre los sitios. Por lo tanto, solo la MOS total no es un buen predictor de la capacidad de mineralización de N de los suelos.

 

AGRADECIMIENTOS

Se agradece especialmente a F. Permingeat por la colaboración en el muestreo a campo de los ensayos y la recolección de muestras. La financiación del presente trabajo provino de UBA, CONICET y ANPCYT.

 

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