Causas de la variacion espacial del rendimiento en parcelas con alta heterogeneidad edafica, e infuencia de napa fratica

Asumiendo que en toda el área ocupada por una parcela, las condiciones meteorológicas que influyen sobre el cultivo en cada campaña son muy similares (incluso hasta se las podría considerar como constantes) y que tradicionalmente el manejo de los insumos esta casi siempre asociado a la aplicación de cantidades fijas para cada región del lote, es indudable que existen otras variables capaces de estratificar espacialmente el rendimiento.

La agricultura de precisión es una metodología que consiste en la aplicación de herramientas y principios para el manejo de la variabilidad espacio-temporal asociada a la producción agrícola (Adaptado de: Pierce y Nowak, 1999), y cuenta con herramientas de altísima utilidad para determinar las causas y su manejo. Diferentes enfoques se han empleado en el manejo de la variabilidad espacial y uno de los más ampliamente difundidos ha sido el “manejo por ambientes”; entendiéndose como tal, a la delimitación de sub-regiones dentro de las parcelas que expresan una combinación relativamente homogénea de factores que modifican la productividad, para los que por lógica, es apropiada una combinación y proporción única de insumos en cada sub-región, (Adaptado de: Doerge, 1999 y Kemerer et al., 2007); pretendiendo esperar los mismos resultados en cuanto a rendimiento potencial del cultivo, eficiencia de uso de insumos e impacto ambiental (Luchiari et al., 2000).

Entre las herramientas utilizadas para evaluar la variación espacial en la producción de los cultivos, las fuente de información más difundida ha sido la confección de mapas de rendimiento (Adaptado de: Mulla y Schepers, 1997); aunque estos, si bien son de altísima utilidad para conocer detalladamente el nivel de producción de un determinado sector dentro del lote, no son suficientes para medir de forma precisa cuales y en que magnitud son las causas inherente a la fertilidad del suelo que lo afectan.

Por tales motivos, es que el muestreo de suelos estratificado por ambientes, nos brinda la oportunidad de conocer de una manera más precisa como varían las propiedades edáficas que influyen fuertemente sobre la variación del rendimiento (Adaptado de: Bermudez, 2007).

El ensayo se llevo a cabo durante la campaña 2010-2011 en una parcela de 129.3 hectáreas totales ubicada en el departamento Tercero Arriba y situada geográficamente en -33.554968º de latitud sur y en -63.819841º de longitud oeste a 16.5 km al SO (210.61 °) de la localidad de Hernando (Córdoba) y a 2.8 km hacia el NNO (341.86°) de la localidad de Punta del Agua (Córdoba). La parcela esta integrada por dos asociaciones de series de suelo Haplustoles énticos. La fracción E del lote se halla ocupada por la asociación MONTE ALTO 70% y MONTE ALTO en fase de erosión hídrica al 30%; y la fracción O del lote por la asociación de series de MONTE ALTO 80% y LAS ISLETILLAS 20%. Los suelos de la serie pura MONTE ALTO, son profundos, oscuros, bien a algo excesivamente drenado, vinculado a lomas planas y muy ligeramente onduladas. El horizonte A es de color pardo grisáceo oscuro con estructura en bloques moderados y buen contenido de materia orgánica. Luego pasa transicionalmente de un horizonte AC al material originario (horizonte C) que aparece a los 50 cm de profundidad y con el calcáreo pulvurulento en la masa del suelo a partir de los 75 cm, el material de este horizonte es de color pardo y de textura franco limosa; estos son suelos agrícolas con capacidad de uso IIIec, de escaso desarrollo génico, y la principal limitante es la climática.

La asociación de suelos MONTE ALTO 80% y LAS ISLETILLAS 20%, es una variante de la serie pura antes mencionada, de capacidad de uso IIIws, y predomina en lugares donde existen vías de avenamiento poco manifiestas con muy exigua pendiente en las cuales predomina la serie Monte Alto. Estas vías son depresiones muy suaves del terreno y están sujetas a anegamientos ocasionales aunque de muy corta duración que se producen por el aporte de agua que escurre de áreas más elevadas del terreno y su uso es principalmente agrícola con muy buenos resultados (Carta de suelos de la Republica Argentina Hoja 3363-8. Hernando, 1988).
 

El ensayo se condujo bajo un diseño experimental completamente aleatorizado y los datos surgidos de cada unidad experimental fueron evaluados mediante ANOVA y test de comparación de medias de Fisher.

La existencia de variabilidad espacial y temporal en la producción de grano dentro del lote se evaluó mediante el análisis de tres mapas de rendimiento de diferentes especies (soja 1º 04-05; maíz de primavera 05-06 y soja 1º 06-07) los cuales fueron procesados con software SIG y para asegurar la veracidad en la distribución de los datos, todos se filtraron previamente para desestimar en el análisis los datos fuera de rango u outliers.

Para evaluar la existencia de heterogeneidad espacial y homogeneidad temporal del rendimiento, fue necesario abordar el análisis desde dos ópticas:

1) Previamente estandarizados, se apilaron los datos de los tres años de mapa de rendimiento y se realizó un análisis multi-variado (conglomerado) con la aplicación Management Zone Analyst (MZA); software que a partir de cálculos de medias estandarizadas y afectadas a una escala de espacio geométrico (distancia Euclidea), es capaz de agrupar clases de una o varias matrices de datos en clusters (zonas) de comportamiento similar (ver figura Nro. 1a).

2) Asumidos los supuestos de normalidad y homogeneidad de la varianza, también fue necesario probar la exactitud de la clasificación espacial surgida del análisis de conglomerado; esto se logró tomando con el SIG muestras de tamaño constante al azar en cada ambiente y mediante el calculo ANOVA y test de comparación de medias por un lado se contrastó el rendimiento obtenido en cada mapa de un ambiente con respecto al otro ambiente (ver si existe diferencias significativas entre zona, y por ende, variabilidad espacial), y por el otro, el rendimiento de cada ambiente inter-anualmente para ver si hay diferencias temporales (ver figura Nro. 1b).

Evaluada la existencia de variabilidad ambiental y asumiendo que anualmente la variable climática no posee variación espacial en la parcela, se seleccionaron sectores para realizar un muestreo de suelo dirigido formado por muestras compuesta¹ a razón de una muestra cada 9 hectáreas, las cuales se enviaron a laboratorio de manera inmediata para evaluar propiedades de suelo como: Porcentaje de Carbono Orgánico (0-20 cm) -combustión oxidativa por calor-; Porcentaje de Materia orgánica (0-20 cm) -combustión oxidativa por calor-; pH (0-20 cm) -relación suelo:agua 1:2,5-; Contenido de Fósforo en suelo (0-20 cm) -Bray y Kurtz 1 ICP-; Porcentaje de Nitrógeno total (0-20 cm) -calculo a partir de C-; Conductividad Eléctrica (0-20 cm) -relación suelo:agua 1:2,5-; Capacidad de Intercambio Catiónico (0-20 cm) -acetato de sodio ICP-; Saturación de Bases (calcio / potasio / magnesio / sodio) (0-20 cm) -Mehlich III ICP-; y Contenidos de Humedad de suelo: agua total y agua útil (0-20, 20-40, 40-60, 60-80, 0-100 cm) -método volumétrico y diferencias entre punto de marchites permanente (PmP) y capacidad de campo (CC)-. Y a partir de estas, poder analizar cuál o cuáles son los factores que más influencia pueden ejercer sobre la variación del rendimiento (ver figura Nro. 2).

 

Por los resultados obtenidos se concluye que la variación espacial del rendimiento entre los dos ambientes previamente definidos por el análisis de conglomerados, es estadísticamente significativa (p<0.01) para todos los años de rendimiento evaluados. Desde el punto de vista temporal, el patrón de variación para el ambiente definido como de bajo rendimiento potencial (ABP) se mantuvo altamente estable a través del tiempo (p>0.01) debido a que no existieron diferencias estadísticas; para el caso del ambiente definido como de alto rendimiento potencial (AAP) existió algo de inestabilidad inter-anual ya que el ultimo año evaluado fue significativamente superior (p<0.01) respecto a los dos anteriores, esto nos permite concluir preliminarmente que ambientes de alta productividad son más sensible a diferentes condiciones Inter-anuales que ambientes con techos de producción más
limitados, aunque el AAP no es totalmente inestable ya que en más del 60% de los casos analizados mantuvo estabilidad; lo que nos indicaría que la variabilidad de la parcela es altamente estable en espacio y tiempo por lo  que si asumimos que las condiciones climáticas anuales son constantes a lo largo y ancho de la parcela, existen otras variables de índole edafológicas que podrían ser las causantes de un rendimiento diferencial en cada región del lote (ver gráfico Nro.1 y tabla Nro. 1).

Al contrastar los datos analíticos de laboratorio, pudo observarse que existe una fuerte variación en algunos precursores de rendimiento. Así por ejemplo, el porcentaje de carbono orgánico en suelo hasta los 20 cm de  profundidad, fue significativamente superior (1.32% vs. 1.12%) en el ambiente de AAP respecto a la misma determinación en el ABP (p<0.05); lo mismo ocurrió con el contenido de fósforo hasta los 20 cm de profundidad que fue significativamente superior (p<0.05) en el AAP respecto al de ABP (12.56 ppm vs. 5.64 ppm respectivamente); la capacidad de intercambio catiónico en el AAP arrojo diferencias significativas (p<0.05) respecto a la del ABP (15.56 me/100 gr. vs. 19.59 me/100 gr. respectivamente). Analizando las bases del complejo de cambio, existieron diferencias estadísticas (p<0.05) para la suma total de bases, aunque no de manera constante si se lo discrimina por catión; debido a que solo fueron estadísticamente diferentes: el calcio (AAP: 12.47 me/100 gr. vs. ABP: 8.99 me/100 gr.); el magnesio (AAP: 1.99 me/100 gr. vs. ABP: 1.55 me/100 gr.) y el potasio (AAP: 2.05 me/100 gr. vs. 1.85 me/100 gr.); el resto de las determinaciones hasta los 20 cm de profundidad inherentes a la fertilidad química del suelo, no mostraron diferencias estadísticamente significativas (p>0.05) (ver tabla Nro. 2 y gráfico Nro. 2).

Respecto a los contenidos de agua en suelo previos a la siembra, en términos generales se observo una fuerte variación entre ambientes, aunque con una tendencia de mayor significancia en estratos más profundos del perfil. El contenido de agua total 0-20 cm y 20- 40 cm no mostró diferencias estadísticas entre los ambientes definidos por el conglomerado (p>0.05); fue recién a partir de los 40 cm de profundidad donde se comenzaron a manifestar diferencias estadísticamente significativas en los tenores de humedad entre los ambientes de producción (agua total: AAP vs. ABP: 40-60 cm, 60-80 cm y 80-100 cm; p<0.05). No ocurrió lo mismo con la proporción de agua en el perfil que se encuentra más disponible para el cultivo “agua útil” (fracción entre la capacidad de campo y el punto de marchites permanente), que mantuvo una sostenida diferencia estadística entre ambientes a lo largo  de todos los estrados de suelo evaluados. Así por ejemplo el agua útil hasta los 20 cm de profundidad mostró diferencias estadísticamente significativas (p<0.05) a favor del AAP en contraposición con el ABP (25.28 mm vs. 15.02  mm respectivamente); para la misma determinación en el estrato sub-superficial 20-40 cm también se encontraron diferencias significativas (p<0.05) a favor del AAP (30.30 mm vs. 18.24 mm respectivamente). Respecto
a la fracción 40-60 cm el AAP mostró un contenido de agua útil de 30.90 mm vs. los 16.93 mm que poesía el ABP, siendo esta diferencia estadísticamente significativa (p<0.05); incluso en estratos muy profundos del perfil  siguieron manifestándose diferencias estadísticas (AAP 60-80 cm: 28.96 mm vs. ABP 60-80 cm: 17.75 mm y AAP 80-100 cm: 32.17 mm vs. ABP 80-100 cm: 16.61 mm; todas p<0.05). A raíz de estos resultados, puedo observarse que no solo las diferencias de agua útil entre ambientes fueron siempre significativas, sino también que las diferencias absolutas entre unidades productivas manifestaron una tendencia creciente a medida que se incrementaba la profundidad del muestreo, esto nos indica la presencia de una fuente sub-superficial de agua para el cultivo como lo es la influencia de napa freática (ver gráfico Nro. 3 y 4).

1- Debido a los resultados obtenidos se concluye que la parcela consta de dos ambientes bien definidos con diferentes techos de producción y que requieren ser manejados agronómicamente de forma diferencial (ver gráfico Nro. 4).

2- El análisis de componentes principales es confiable para concluir, debido a que explicó el 79.4 % de la variabilidad total de los datos (CP1+CP2: >70%). En éste también se observa que existen dos ambientes claramente definidos y que las variables que más influencia ejercieron en la variación del rendimiento (mayor correlación) fueron la cantidad de fósforo disponible en suelo y los diferentes contenidos de humedad dados por influencia de napa freática en sectores bien definidos del lote. En menor medida, aunque no despreciable, variables como las cantidades de K, Mg y Ca en el complejo de cambio, y la CIC, también mostraron alta correlación con el rendimiento en los tres cultivos evaluados; aunque cabe destacar que todas estas variables mostraron tendencias a estar mejor asociadas al AAP. Por el contrario, variables como el pH, la conductividad eléctrica, y la cantidad de Na en el complejo (si bien este ultimo se hallaba en bajas concentraciones), mostraron tendencia a estar más asociadas al ABP, aunque con muy bajas correlaciones respecto a los rendimientos obtenidos. Lo mismo ocurrió con el nitrógeno total y el contenido de materia orgánica que mostraron muy baja correlación con los rendimientos para los tres años evaluados, por tal motivo, en este caso en particular estos indicadores no serian factores muy determinantes para la variación espacial del rendimiento (ver gráfico Nro. 4).

3- Indicadores de fertilidad de suelo como el contenido de materia orgánica, la cantidad de nitrógeno total y el contenido de fósforo, si bien son más elevado en el AAP que en el ABP (MO: 2.09% vs. 1.92%; NT: 0.13% vs. 0.11%; P: 12.56 ppm vs. 5.64 ppm, respectivamente) todos estos parámetros se encuentran por debajo de los rangos de normalidad (valoración agronómica baja2), situación que se podría intentar revertir con fertilizaciones fosforadas y nitrogenadas más balanceadas y con la incorporación de mayor cantidad de gramíneas en el esquema de rotación de cultivos. Respecto a la suma de cationes en el complejo, en ambos ambientes es similar y adecuada (>80% del CIC²), aunque al analizar individualmente cada uno de éstos podemos observar que cationes como el Ca en el AAP y principalmente en el ABP ocupan solo el 63% y 58% de la CIC respectivamente, niveles de saturación muy por debajo de los considerados óptimos (>65-75%²); y que permitieron el incremento del contenido de cationes como el K que se hallan muy por encima de los valores normales (porcentaje de saturación de K= ABP: 11.9%, AAP: 10.3% - nivel adecuado: 3-5%²). Esta situación nos indica que además podría ser necesario evaluar la aplicación de enmiendas cálcicas para devolver al suelo niveles adecuados y balanceados de estos nutrientes.

4- En esta parcela seria viable abordar planes de fertilización y densidad de siembra variable bajo esquemas de manejos sitio-especifico por ambientes, teniendo en cuenta dos aspectos principales: a) balancear la fertilización en función de las deficiencias detectadas; b) determinar las dosis optimas finales teniendo en cuenta que los techos de producción de cada ambiente son diferentes y están influenciados principalmente por variables como la disponibilidad de agua (factor muy limitante en el ambiente de baja potencialidad y que no es posible modificar), por lo que se deberían considerar dosis optimas balanceadas, pero distintas para cada sitio del lote.