Biomasa y aprovechamiento de agua y nitrógeno de raigrás en un Haplustol éntico tratado con residuos de feed lot y zeolitas

La expansión de la agricultura que viene ocurriendo en los últimos años en la Argentina provocó el desplazamiento de los sistemas de producción de carne de base pastoril hacia el oeste de la Región Pampeana, donde prevalecen condiciones edáficas y agro-climáticas más restrictivas, marginales para la agricultura y limitantes en muchos casos de los propios modelos de producción forrajera (Lavado y Taboada, 2009; Lavado y Steinbach, 2010).

Así, los nuevos planteos ganaderos se ubicaron principalmente en la denominada Pampa Arenosa y Región  Semiárida Pampeana, donde los suelos se caracterizan por su elevado contenido de arena (~70-80%), y consiguientemente presentan baja capacidad de retención de agua y una elevada conductividad hidráulica. Asimismo, debido a las condiciones climáticas semiáridas y sub-húmedas imperantes en dichas regiones, los suelos presentan escaso desarrollo morfológico, bajos contenidos de MO y reducida capacidad de intercambio catiónico (CIC), y en algunas zonas existen también impedancias genéticas como la tosca, que reducen la profundidad efectiva del perfil y la capacidad productiva de los suelos.

Si bien los sistemas pastoriles continúan siendo los principales modelos de producción ganadera en la Argentina, en los últimos tiempos, se evidenció un marcado crecimiento de los sistemas de engorde intensivo a corral o feed lots (Moscuzza, 2010; Wyngaard et al. 2012). Actualmente existen en la Argentina alrededor de 3000 establecimientos de feed lots, de los cuales el 85% se ubican en las provincias de Buenos Aires, Córdoba, Entre Ríos, y Santa Fe, el 5% en La Rioja, San Luis y La Pampa, y el resto se localizan en una gran diversidad de provincias. A diferencia de EE.UU, donde predominan los feed lot de gran escala, en la Argentina el negocio de feedlot configura un heterogéneo sistema en donde co-existen una gran diversidad de modelos ganaderos como explotaciones tradicionales que han incorporado corrales de engorde para realizar la fase final de la invernada hasta feed lots comerciales de gran envergadura con instalaciones muy sofisticadas y empresas que prestan el servicio de hotelería (Ayarra, 2011).

Los modelos de engorde intensivo modificaron la funcionalidad de los ecosistemas tradicionales (i.e. ecosistemas pastoriles y/o sistemas integrados por cultivos anuales y pasturas plurianuales), los que para sostener la mayor productividad animal, reciben más insumos y generan más residuos y desechos que afectan el ambiente (Herrero y Gil, 2008; Viglizzo y Jobbagy, 2010). Sin embargo, estos residuos presentan un interesante valor como fuente de nutrientes y mejorador de la fertilidad del suelo (Schwartz y Dao, 2005; Rodríguez et al. 2003). La aplicación de residuos orgánicos como fuente de N en recursos forrajeros representa una interesante tecnología teniendo en cuenta que este nutriente es el que genera mayor impacto sobre la productividad de gramíneas forrajeras (Ball et al., 2007; Torres Duggan y Lemos, 2009). Los mismos se pueden aplicar en la propia explotación generadora del residuo o bien en explotaciones vecinas (García, 2013). Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en otros países como los EE.UU, la utilización de este tipo de residuos orgánicos pecuarios no es aún una práctica frecuente ni difundida en la Argentina. 

Debido a la gran expansión de los sistemas intensificados de engorde a corral y la consiguiente generación y acumulación de gran volumen de residuos, se considera que el manejo del estiércol será el principal problema que deberá enfrentar la producción agropecuaria de los próximos años. Esto es porque deben ser acondicionados para evitar problemas ambientales y sanitarios ya que en general estos residuos no se re-utilizan y pueden generar procesos de contaminación del suelo y del aire que requieren de estrategias de manejo para reducir el impacto ambiental de su disposición final (Bolton et al. 2004; Herrero y Gil, 2008; Basso y Herrero, 2008). El manejo eficiente del estiércol bovino es muy complejo ya que requiere del conocimiento de la concentración de nutrientes del abono y del patrón de liberación de los mismos para satisfacer la demanda de los cultivos (Ball et al., 2007). Asimismo, la determinación de los momentos y formas de aplicación de los abonos, como así también la calibración de los equipos de aplicación son factores claves que deben ser ajustados localmente para generar modelos de fertilización y corrección de suelos. En la Argentina la investigación sobre utilización de estiércol es muy escasa y existen reclamos al sector científico para obtener respuestas a nuevos interrogantes que permitan el manejo sustentable de este tipo de residuos orgánicos (Bolton et al., 2004). Es por ello, que en los últimos años, se viene observando un creciente interés por la valorización agrícola de los estiércoles y residuos pecuarios (Rodríguez et al., 2005; Rodríguez y Torres Duggan, 2012). 

Por otra parte, las tecnologías basadas en la utilización de agro-minerales, y en particular de la zeolita natural (Z), se consideran promisorias para mejorar la fertilidad de los suelos y la productividad vegetal. Las zeolitas son tectosilicatos (alúmino-silicatos hidratados) con una estructura cristalina abierta y tridimensional. Si bien en la Argentina se conocen referencias de hallazgos de zeolitas desde principios del siglo XX, el avance en el conocimiento tecnológico de sus aplicaciones, sumado a la creciente demanda del mercado, intensificaron en las últimas décadas los estudios en depósitos de zeolita en el país. Así, se han descripto diferentes yacimientos portadores de
zeolitas en el centro y norte de la Argentina, principalmente en las provincias de Chubut, La Rioja y Mendoza. Sin embargo, las únicas manifestaciones de este mineral que han sido evaluadas desde el punto de vista de su potencial geológico-minero son las tobas zeolíticas ubicadas en la cuenca de Paganzo, en la provincia de La Rioja (Carrizo et al., 2006). Actualmente estos depósitos se encuentran en explotación y corresponden a la serie clinoptilolita-heulandita. Las propiedades más destacadas de las zeolitas son la estabilidad en la microporosidad (poros de tamaño nanométrico) y su elevada capacidad de intercambio y adsorción de cationes y agua en forma reversible (Ferreira y Schulthess, 2011). El intercambio de moléculas en la estructura cristalina de la clinoptilolita se logra a través de las esferas externas e internas, que a su vez están interconectadas por canales (Chester y Derouane, 2009). Estas propiedades determinan que la zeolita sea utilizada para una gran cantidad y diversidad de aplicaciones: construcción; tratamiento de efluentes; adsorción y catálisis; nutrición animal; agricultura, entre las
más importantes (Mumpton, 1999). 

La formulación conjunta de Z con residuos orgánicos pecuarios constituyen enmiendas órgano zeolíticas (EOZ) que permiten aumentar la perdurabilidad de los efectos de las enmiendas orgánicas sobre el suelo (Mumpton, 1999).

Esta propiedad puede ser aprovechada para mejorar la fertilidad de los suelos degradados o con pobre  fertilidad natural, principalmente a través de aumentos en el aprovechamiento de recursos abióticos como agua o nutrientes, como así también para mitigar las pérdidas de N proveniente del abono orgánico (Hristov et al., 2011; Tarkalson y Ippolito, 2012). El objetivo del trabajo fue evaluar la influencia de la aplicación de residuos de feedlot y zeolitas naturales sobre la producción de biomasa y utilización de agua y N en raigrás perenne cultivado en un suelo Haplustol éntico.

 

Se realizó un experimento en invernáculo donde se cultivó raigrás perenne (Lolium perenne L.) en macetas plásticas. La densidad se siembra utilizada fue 4 g de semilla maceta -1. Se utilizó un diseño en bloques completamente aleatorizado (DBCA), cuatro repeticiones (32 unidades experimentales) y arreglo factorial de tratamientos. Los factores evaluados fueron:

-Sin restricción hídrica: 90% CC
-Con restricción hídrica: 60% de CC

- Testigo (suelo natural) (S)
- Suelo + zeolita natural (SZ)
- Suelo + residuo de feed lot (SF)
- Suelo + zeolita natural +residuo de feed lot (SZF)

Las dosis de zeolita (Z) utilizada fue 5% (p/p). 

El residuo de feed lot (F) se aplicó utilizando una dosis equivalente a 20 t ha-1 como base seca (15.3% de humedad). Tanto el F como la Z fueron aplicadas incorporadas, mezclando el material con la masa de suelo.

La necesidad de riego en cada tratamiento se evaluó por gravimetría, determinando la diferencia entre el peso de la maceta en el momento del riego y el correspondiente a la retención hídrica de interés (90 o 60% CC) medidos al comienzo del experimento (Tsadilas y Argyropoulus, 2006). 

El suelo utilizado en el experimento se obtuvo en un establecimiento ganadero del sur de la provincia de Córdoba. De acuerdo con un mapa básico de suelos realizado a escala de detalle (1:20.000), el suelo se localiza en la Pampa Arenosa y fue clasificado como Haplustol éntico, serie “Loma Medanosa” (Ongaro y Sanchez, 2007).

Las muestras de suelo fueron procesadas y analizadas en laboratorio utilizado metodologías de rutina (Tabla 1). Así, las mismas se homogeneizaron, secaron en estufa a 40ºC y se tamizaron por 2 mm. Se determinó: pH (potenciometría), CE (conductimetria), COT (Walkley y Black), Nitrógeno total (Kjeldahl), fósforo extractable (Bray 1, cuantificación colorimétrica) según lo descripto en Sparks et al. (1996). Asimismo se cuantificó la concentración de nitratos en suelo por la técnica de diazotación con Snedd (Marban, 2005), amonio, CIC y cationes intercambiables (Richter et al., 1982). El fraccionamiento granulométrico (textura) se realizó según la metodología descripta en Ashworth et al. (2001).

En cuanto a la recolección de tejido vegetal se realizaron cortes periódicos de la biomasa aérea durante el transcurso del experimento. El tejido foliar fue secado en estufa a 60ºC, hasta alcanzar peso constante. Se determinó el contenido de N total a través de una digestión húmeda (Bremner et al., 1982).

A partir de los datos de biomasa, agua consumida y concentración de N foliar se calculó la eficiencia de uso de agua (EUA; cociente entre la biomasa y el agua consumida), eficiencia fisiológica de uso de N (EUNf; cociente entre la biomasa y el N absorbido) según Caviglia et al. (2012) y la eficiencia de uso de N (EUN, cociente entre la biomasa y el N disponible). El N disponible se calculó sumando el contenido de N inicial en cada maceta y el N aplicado con el residuo de feed lot (N orgánico+inorgánico) (Tabla 2).

Las muestras se residuo de feed lot fueron homogeneizadas y analizadas en laboratorio. Se determinó: pH (potenciometría); CE (conductimetría); C (Walkley y Black,); MO (calcinación a 450ºC, previo secado a 105ºC); N total; P (digestión húmeda con mezcla binaria de ácidos nítrico y perclórico y cuantificación colorimétrica); NH4 + (extracción con solución de cloruro de potasio 0.1N); NO3 - (extracción con solución de sulfato de cobre y ácido bórico) (Tabla 3).

Las muestras de Z utilizadas en el experimento se obtuvieron de tobas zeolíticas ubicadas en la cuenca de Paganzo en la provincia de La Rioja, descriptas en Carrizo et al. (2006), pertenecientes a la serie clinoptilolita-heulandita.

Se realizó la cuantificación de los constituyentes mayoritarios y trazas por métodos químicos por vía húmeda (SiO2, CaO, CO2), por espectrometría (CaO, MgO, Na2O y K2O) y por fluorescencia de rayos X (S, Zr, Zn, Ti, P, Pb, Cu) (Tabla 4).

Los datos fueron analizados a través del Análisis de la Varianza (ANVA) factorial, determinando los efectos de cada factor y la interacción entre ellos. Los factores considerados fueron el tipo de enmienda o medio de cultivo (Suelo; Z, F o EOZ), el régimen de riego (90% y 60% de CC) y sus interacciones.

Cuando las interacciones resultaron significativas, se presentaron las medias de todos los factores y sus niveles de tratamiento, ya que en esa situación no se pueden promediar medias de diferentes factores. Las comparaciones de medias se realizaron a través del test LSD Fisher (α=0.05) utilizando el software Statistix (versión 9.0).

En términos generales, los tratamientos evaluados afectaron significativamente las variables estudiadas y en algunos casos se observaron interacciones entre factores (Tabla 5).

Los tratamientos aplicados afectaron diferencialmente la producción de materia seca (MS) del raigrás según el régimen de riego considerado (i.e. interacción significativa entre el tipo de enmienda aplicada y el régimen de riego) (Figura 1, Tabla 1).

En los tratamientos sin restricción hídrica (90 % CC), la ausencia de respuesta al agregado de las enmiendas puede explicarse por la elevada disponibilidad de N inicial en el suelo (44 ppm de N-NO3 -1), que sumado al aportado como enmienda orgánica (128 kg ha-1 de N) habrían permitido cubrir la demanda del cultivo. En cambio, los tratamientos sometidos a restricción hídrica (60%

CC), mostraron incrementos de biomasa aérea del 28.2, 59.1 y 63.9 % en los tratamientos SZ, SF y SZF, respectivamente. La aplicación de Z (tratamiento SZ) incrementó significativamente la producción de MS en un 28.2% (p<0.05), aunque la máxima acumulación de biomasa se alcanzó en los tratamientos donde se adicionó residuo de feed lot, independientemente de la presencia de Z. Estos resultados coinciden con lo descripto en la literatura internacional donde se indica que el aporte de MO a través de los residuos orgánicos pecuarios mejora considerablemente las propiedades edáficas (e.g. infiltración, conductividad hidráulica, actividad microbiana, etc.) y la productividad de los cultivos y forrajes (Imhoff et al. 2014; Pegorarro et al., 2014). Resultados similares a los obtenidos en este experimento fueron informados por Rodríguez y Gatti (2010) quienes evaluaron la aplicación de residuos de feed lot y zeolita en el cultivo de soja en un suelo Hapludol típico del oeste de Buenos Aires. En cambio, Gambaudo et al. (2014) observaron una baja respuesta en producción de MS en experimentos de campo conducidos en suelos Argiudoles típicos donde se agregaron diferentes dosis de efluente de tambo, inclusive en aquellos tratamientos donde se aplicaron dosis similares de N. Los autores atribuyeron la menor respuesta a las pérdidas de N durante la aplicación superficial del efluente, como así también a las escasas precipitaciones durante el ciclo del cultivo.

Es interesante destacar que la mejora de la producción MS asociada a la aplicación de Z (tratamiento SZ) en los tratamientos sometidos a restricción hídrica se verificó desde el comienzo del experimento (Figura 2). Estos resultados sugieren que el mayor crecimiento de raigrás puede atribuirse a la conservación del agua promovida por la presencia de Z.

El mayor consumo de agua se presentó en los tratamientos sin restricción hídrica (90% de CC), con una media de 4982 g de agua considerando todos los cortes realizados, mientras que en los tratamientos donde se restringió el riego (60% CC), la demanda de agua fue de 3831 g, sin observarse interacción significativa con el tipo de enmienda aplicada. Evidentemente, cuando las condiciones hídricas fueron favorables el raigrás presentó mayor crecimiento, hecho que se evidenció en la mayor biomasa acumulada en los tratamientos con mayor disponibilidad de agua (Figura 2).

En cuanto a los efectos de las enmiendas aplicadas, el mayor consumo hídrico se verificó en el tratamiento SF, independientemente del régimen de riego y diferenciándose significativamente (p<0.05) de los demás tratamientos (Tabla 6).

Se observó una disminución significativa del consumo de agua del raigrás en los tratamientos donde se aplicó Z, (p=0.10). Estos resultados coinciden con los reportados por Rodríguez y Gatti (2010) quienes determinaron una respuesta del 30% en rendimiento de soja por agregado de 2.4 t ha-1 de Z en un suelo Hapludol, asociando dicha mejora a una mayor oferta hídrica, derivada de una mayor conservación de agua. Además, a diferencia de nuestro estudio, los autores también observaron efectos aditivos de ambas enmiendas cuando la Z se combinó con 8 t ha-1 de residuo de feed lot. La reducción en el consumo hídrico por el agregado de Z, aunque a nivel de tendencia,
resulta interesante ya que indicaría que es posible modificar la dinámica de utilización del agua en suelos ganaderos con baja capacidad de retención hídrica, como aquellos dominantes en ambientes áridos y semiáridos. En estas zonas, el agua es el principal factor limitante de la productividad forrajera y es donde justamente los suelos presentan muy baja capacidad de retención hídrica debido al elevado contenido de arena en su composición granulométrica. Sin embargo, es importante resaltar que la conservación de agua en suelos tratados con Z puede tener un efecto variable sobre la producción de biomasa, ya que este mineral puede actuar como fuente o destino de agua y N (Civeira y Rodríguez, 2011).

Así, en el presente experimento, el tratamiento SZ presentó menor biomasa acumulada en relación a los demás tratamientos (T, SF, SZF) bajo el régimen de mayor disponibilidad hídrica (90% CC), que podría indicar cierta energía de retención del agua disponible en la microestructura porosa del mineral. Por el contrario, bajo restricción hídrica, el tratamiento SZ mejoró significativamente la producción de MS en relación a T, debido a la mayor conservación de agua.

En cuanto a la EUA, se observó interacción significativa (p=0.061) entre el régimen de riego y los tratamientos de aplicación de enmiendas. Así, con adecuada disponibilidad de agua (90% CC) no se presentaron diferencias significativas entre tratamientos, mientras que bajo restricción hídrica, los tratamientos SF y SZF se diferenciaron significativamente del testigo pero no del tratamiento SZ (Figura 3).

La mayor EUA detectada en los tratamientos donde se agregó F (SF y SZF) no estaría vinculada con una mayor disponibilidad de N, ya que como se discutirá más adelante la absorción de N en los tratamientos donde se aplicó Z o F fueron similares (Tabla 7). Por consiguiente, el impacto de la aplicación de las enmiendas se debe a mejoras en la capacidad de retención de agua del suelo (tratamiento SZ) o bien a una mejora en la condición de fertilidad del mismo (tratamientos SF y SZF) generada por la enmienda orgánica. Estos resultados coinciden con otros estudios efectuados en diferentes cultivos y condiciones edáficas (Ramesh et al., 2011; Githinji et al., 2010; Hristov et al., 2011).

El régimen de riego afectó significativamente la absorción y utilización de N por parte del raigrás (Tabla 7). La mayor absorción de N se produjo en los tratamientos sin limitaciones hídricas, asociado al mayor crecimiento (i.e. acumulación de biomasa). El patrón de respuesta del N absorbido fue similar al observado para la biomasa acumulada, detectándose una interacción significativa (p=0.068) entre los factores evaluados (régimen de riego x enmienda) (Tabla 7).

En los tratamientos sin restricción hídrica (90% CC), la mayor respuesta en producción de biomasa y absorción de N se presentaron en los tratamientos donde se aplicó F. Bajo restricción hídrica, la absorción de N de los tratamientos SZ, SF y SZF fue significativamente mayor al testigo (p<0.05). En el tratamiento SZ, la mayor acumulación de N en la biomasa puede asociarse con la retención específica de NH4 + en la microestructura porosa de la Z, rasgo característico del mineral (Gowariker et al., 2009), ya que si bien la EUA en el tratamiento SZ fue mayor que en T, las diferencias no fueron estadísticamente significativas (Figura 3). El origen de este NH4 + sería la mineralización de la MO (amonificación) ocurrida durante el período del estudio, ya que la concentración de este catión en el suelo al inicio del experimento fue muy baja. 

El régimen de riego no afectó la EUNf (i.e. biomasa generada por cada unidad de N absorbido). Las diferencias en EUNf entre tratamientos surgen de los impactos diferenciales de los mismos sobre la acumulación de biomasa (numerador de la EUNf) y absorción de N (denominador de la EUNf). La mayor EUNf se alcanzó en los tratamientos T, SF y SZF, mientras que en el tratamiento SZ la mayor absorción de N no implicó un efecto proporcional en la acumulación de biomasa. Asimismo, en el tratamiento T, si bien la EUNf fue elevada y similar a SF y SZF, la productividad fue muy baja y significativamente menor (Figura 1). Por consiguiente, estos resultados indican que la utilización de EOZ permitió maximizar la productividad forrajera, sosteniendo elevadas EUNf, consecuencia del mejoramiento en la retención de humedad del suelo. A pesar de la mayor absorción de N del tratamiento SZ, la EUN fue similar a la observada en el T, aunque significativamente mayor que en SF y SZF. Esto difiere con lo reportado por Aghaalikhani et al. (2011) quienes observaron mayor EUN en el cultivo de colza en los tratamientos con agregado de zeolita (9 t ha-1), independientemente de la dosis aplicada. Sin embargo los autores vincularon los aumentos en la EUN principalmente a la reducción de las pérdidas por lixiviación de NO3 -1, proceso que no ocurrió
en el presente experimento teniendo en cuenta que la disponibilidad de agua en los diferentes regímenes de riego se mantuvo por debajo del límite máximo de retención de agua del suelo (CC) y por consiguiente, no ocurrió percolación.

Asimismo, la incorporación del F al suelo durante la formulación de los tratamientos en las macetas habrían minimizado las pérdidas por volatilización de NH3, que son especialmente elevadas cuando el estiércol se aplica sobre la superficie (Bolton et al., 2004; Wyngaard et al., 2012).

La mayor absorción de N en los tratamientos SF y SZF no implicó un aumento equivalente o proporcional en la EUN. Por el contrario, la EUN fue significativamente más baja que en T y SZ, indicando un exceso de oferta de N relativo a la demanda del cultivo. En este sentido, la aplicación de zeolita (tratamiento SZ) permitió optimizar el N disponible en el sistema suelo-planta, ya que  aumentó significativamente la biomasa forrajera en relación al testigo y absorbió más N sin generar reducciones en la EUN. Los tratamientos SF y SZF (que incluyeron el agregado de F), si bien permitieron maximizar la productividad forrajera, presentaron una baja EUN, indicando una elevada oferta de N en estos tratamientos. Posiblemente el óptimo en términos de acumulación de biomasa y EUN se alcance en condiciones intermedias de disponibilidad de N, no exploradas en este estudio. Los resultados obtenidos en este experimento sugieren que tanto las enmiendas orgánicas aplicadas solas o como EOZ constituyen alternativas tecnológicas potencialmente atractivas para mejorar la fertilidad de los suelos, la producción forrajera en áreas marginales a través del incremento en el aprovechamiento de agua y N.

En términos generales, se detectaron efectos significativos (p<0.05) del tipo de enmienda y régimen de riego sobre la biomasa de raigrás, EUA y EUN, observándose en algunos casos interacciones entre los factores. 

Sin restricción hídrica, no se detectaron efectos significativos del agregado de las diferentes enmiendas o de la EOZ sobre la biomasa de raigrás debido a la elevada disponibilidad de N inicial del suelo que, junto a una adecuada provisión de agua, permitieron maximizar la producción de MS. Sin embargo, la EUN se diferenció mostrando valores significativamente inferiores para los tratamientos SF y SFZ evidenciando que el aporte de N del feed lot fue muy superior a la oferta del suelo y el requerimiento del raigrás. Tampoco se detectaron diferencias entre tratamientos en cuanto a la EUA.

En cambio, bajo restricción hídrica (60% CC), todos los tratamientos superaron significativamente al testigo en la producción de biomasa. Se observó un aumento de 28.2, 59.1 y 63.9 % en la producción de MS, en los tratamientos SZ, SF y SZF, respectivamente. En todos los casos dichos incrementos fueron explicados por el incremento del N absorbido. En el tratamiento Z, aunque no hubo aporte de N, aumentó significativamente la producción de MS desde el comienzo del experimento, ya que la EUA promovida por la zeolita permitió un mejor aprovechamiento del N disponible (p=0.10) respecto del testigo. Para los tratamientos con F (SF y SZF) las tendencias fueron similares aunque los incrementos en MS fueron muy superiores en virtud del elevado aporte de N proveniente del F.

Los resultados obtenidos en el presenta estudio, aunque preliminares, son promisorios respecto del uso de residuos de feed lot en combinación con zeolitas en suelos con baja capacidad de retención de agua, donde es posible incrementar la producción de MS a través de una mayor conservación de agua y provisión de N.

Este trabajo ha sido financiado con fondos del proyecto UBACYT 20020120100172BA. Los autores agradecen especialmente a Nicolás Terrera y Federico López por su participación en el experimento, como así también al Ing.Agr.
José Lamelas de Tecnoagro S.R.L (Laboratorio INAGRO) por su apoyo y recomendaciones para los análisis de suelos, enmiendas y plantas. También agradecemos a Semillas Picasso S.A. por habernos provisto la semilla de raigrás perenne utilizadas en el experimento.

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