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Comparación de dos métodos para la determinación de la densidad aparente

Publicado: 4 de enero de 2013
Por: Maurette, S.J. (Asesor privado); Guillermo Studdert; y Maria De Los Angeles Agostini (Unidad Integrada Balcarce (Fac. Ciencias Agrarias-UNMdP - EEA INTA Balcarce). Balcarce, Buenos Aires, Argentina.
Resumen

Debido a la variación de los parámetros funcionales del suelo con el manejo, es importante monitorear la evolución de la condición del mismo. La densidad aparente (DA) se relaciona con la funcionalidad del suelo y es sensible a las prácticas de manejo. Los métodos de referencia de determinación de la DA son tediosos y hacen dificultoso el monitoreo frecuente. El objetivo de este trabajo fue comparar el método de referencia de determinación de densidad aparente (método del cilindro) con un método alternativo (método del muestreador) de mayor sencillez en la obtención de las muestras. La experiencia se realizó en la Unidad Integrada Balcarce, en dos situaciones de uso de suelo: una no disturbada (vegetación graminosa por más de veinte años) y una alterada por el uso (parcela de ensayos con larga historia agrícola). Se avalúo también el comportamiento de los métodos con distintos operarios con diferente experiencia en el tema. Los resultados obtenidos muestran que, más allá de las variabilidades esperables debidas a sitio, al método y al operario, los valores de DA obtenidos con el método del muestreador fueron razonablemente similares a los obtenidos con el método del cilindro. La recta de regresión entre los valores de ambos métodos no difirió estadísticamente de la recta 1:1. El método alternativo podría ser utilizado de manera regular para la evaluación de la DA en suelos similares a los analizados.

PALABRAS CLAVE
Compactación;
Porosidad total;
Manejo de suelos

INTRODUCCIÓN
Una adecuada caracterización del ambiente físico del suelo es importante para definir e interpretar sus procesos químicos y microbiológicos y el crecimiento de los cultivos en el campo (Doran & Mielke, 1984). Un suelo favorable para el crecimiento de las plantas, debería tener una mitad de su volumen ocupado por partículas sólidas y la otra por poros, grietas y espacios libres. La porosidad del suelo está directamente relacionada con la densidad aparente (DA), la que se define como la masa de un suelo seco por unidad de volumen (sólidos + poros) del mismo (Porta et al., 1994). Los métodos más comunes de determinación de la DA se basan en la extracción de un volumen conocido de suelo y la medición de su masa luego de haber sido secada (Blake & Hartge, 1986).
Variaciones en la DA tienen importancia desde el punto de vista del manejo del suelo ya que pueden alertar sobre los cambios en la calidad del mismo y en su funcionamiento. Aumentos en la DA generalmente se asocian a ambientes más pobres para el crecimiento de las raíces, debido a que se reduce la aireación y se generan cambios indeseables en las funciones hidrológicas, tales como la infiltración y la percolación (Brady & Weil, 1996).
Cualquier factor que influya sobre el arreglo espacial de los componentes del suelo afectará su porosidad y, consecuentemente, su DA. Suelos con mayor proporción de poros presentan menor DA que aquéllos que están más compactados. De allí que la DA de un suelo da una idea de su grado de compactación. Altas DA afectan al crecimiento vegetal debido a la restricción al crecimiento de las raíces, asociada a una reducción en la porosidad o al cambio en la distribución del tamaño de los poros (Porta et al., 1994). Por otro lado, el aumento de la DA generalmente se relaciona con incrementos de la resistencia mecánica, lo que conlleva a una limitación adicional al crecimiento de las raíces (Brady & Weil, 1996).
Las alteraciones de la DA a través del tiempo pueden ser debidas al laboreo del suelo, al tráfico, al crecimiento de las raíces y/o al movimiento de la fauna en el mismo. Debido a estas alteraciones y a lo expuesto anteriormente, es necesario monitorear la evolución de la DA. Para esto existen distintos métodos que varían en la forma en que se obtiene la muestra y en la determinación del volumen de la misma (Blake & Hartge, 1986).
El método de referencia para la determinación de la DA es conocido como “método del cilindro” (MC), y es el mayormente utilizado y aceptado en la literatura debido que es muy confiable (Blake & Hartge, 1986). No obstante, su implementación necesita una mayor dedicación de tiempo y una serie de pasos que lo hacen trabajoso para la obtención de la información. Debido a esto es necesario desarrollar métodos más sencillos para el monitoreo de la DA.
Doran y Mielke (1984) propusieron un sistema de muestreo más sencillo y rápido para la determinación de la DA y no hallaron diferencias con el método de referencia. El “método del muestreador” (MM) utiliza un muestreador en forma de tubo que se introduce en el suelo para obtener una muestra cilíndrica que, una vez extraída, se corta según la medida de la capa de suelo cuya DA se quiere determinar, permitiendo así el cálculo de su volumen y la determinación de su masa. La diferencia entre este método y el de referencia es la practicidad con que se pueden obtener las muestras, lo que permitiría realizar mayor cantidad de determinaciones dentro de un sitio de muestreo, pudiendo esto contribuir a la robustez del resultado obtenido.
Se plantea como hipótesis que la DA determinada con MM, no difiere de la obtenido con el MC. A efectos de poner a prueba esta hipótesis, se plantea como objetivo comparar determinaciones de DA con el MC y con MM, a cargo de varios operarios con diferente experiencia en este tipo de muestreos y para dos situaciones de suelo.
 
MATERIALES Y MÉTODOS
Se tomaron muestras del horizonte superficial (3-8 cm) de un suelo Argiudol Típico, fino, illítico térmico serie Mar del Plata (INTA, 1979) en la Unidad Integrada Balcarce (37°45’ S, 58°18’ W, 130 m sobre el nivel del mar). Los muestreos fueron realizados en suelos con contenido de agua cercano a capacidad de campo, bajo dos situaciones contrastantes de historia de uso: 1) Parque: suelo en condición no disturbada en un lote bajo vegetación con predominancia de gramíneas que no había sido trabajado por más de veinte años, y 2) Lote: lote de producción con larga historia agrícola que en los últimos cuatro años había estado bajo siembra directa. La extracción de las muestras fue realizada por tres operarios con diferente experiencia respecto a la extracción de muestras de suelo, identificados como Operario 1, Operario 2 y Operario 3 en orden decreciente de experiencia. Cada operario tomó cinco muestras en cada situación y con los dos métodos de muestreo para la determinación de DA. Las repeticiones de un método se obtuvieron apareadas a las del otro, a una distancia no mayor de 15 cm unas de las otras.
Los dos métodos utilizados para la determinación de la DA fueron MC (Blake & Hartge, 1986) y MM (Doran & Mielke, 1984).
Método del cilindro (MC)
Para este método se utilizó un muestreador (Eijkelkamp, Holanda) que posee un cilindro metálico en su extremo inferior el cual lleva adentro un cilindro removible de 5 cm de altura que encaja en su interior a 3 cm del tope del cilindro exterior. El cilindro interno posee el mismo diámetro que la boca del externo (5 cm). El volumen del cilindro removible es de 98,2 cm3. Una vez extraído el muestreador del suelo se retiró el cilindro interior y se enrasó la muestra cortando cuidadosamente con un cuchillo el suelo excedente por encima de aquél. Luego se procedió de la misma manera con el suelo excedente del lado inferior del cilindro removible. Los cilindros enrasados se llevaron al laboratorio para su secado en estufa a 105 °C por 48 horas y posterior pesado para determinar su masa (Blake & Hartge, 1986).
Método del muestreador
Se utilizó un muestreador tubular con un diámetro de boca de 4,44 cm construido al efecto. Una vez retirado el muestreador del suelo, la muestra fue colocada en una bandeja sobre la cual se la cortó cuidadosamente con un cuchillo a la profundidad deseada (3 a 8 cm). El volumen de la muestra obtenida fue de 77,4 cm3. La muestra fue llevada al laboratorio para su secado en estufa a 105 °C por 48 horas y posterior pesado para determinar su masa (Doran & Mielke, 1984).
Análisis estadístico
Los resultados de DA obtenidos fueron analizados mediante análisis de varianza (R Development Core Team, 2009) siendo método de determinación de DA, operario e historia de uso del suelo los factores de tratamiento. Las medias fueron comparadas mediante el método de la diferencia mínima significativa con la “protección Fisher” (Fisher protected LSD) (Little & Hill, 1978).
Para evaluar el comportamiento del método alternativo (MM) respecto al método de referencia (MC), se utilizaron los procedimientos contenidos en el programa IRENE (ISCI, 2007). Se corrió una regresión lineal con el método de “eje mayor reducido” (Webb et al, 1981, citado por ISCI, 2007) con la DA determinada con MC (DAc) como variable dependiente y la determinada con MM (DAm), como variable independiente. Se calcularon también estadísticos basados en la diferencia entre DAc y DAm: 1) error relativo (ER): diferencia entre DAc y DAm relativizada a DAc (%); 2) media del error relativo (MER) promedio del ER; 3) raíz del cuadrado medio del error (RMSE): es indicador de la dispersión de las diferencias DAc-DAm respecto a 0; 5) raíz del cuadrado medio de la variación (RMSV): es indicador de la dispersión de las diferencias DAc-DAm respecto a su media; 6) sesgo de la determinación (SB): es la diferencia entre el cuadrado de RMSE y el cuadrado de RMSV y da idea de cuán lejos está la media de DAc-DAm respecto a 0 y de la coincidencia entre DAc y DAm.
 
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 1 se presentan los valores de DA para la combinación de las tres variables independientes analizadas. Los procesos de medición consisten de una secuencia de operaciones, a través de la cual puede haber fallas en la repetitividad. Por otro lado, cuando el objeto de la medición es un material intrínsecamente heterogéneo, tal como el suelo, la repetición de mediciones difícilmente elimine por completo la manifestación de la variabilidad (Kempthorne & Allmaras, 1986). Los errores estándar de las medias de las observaciones realizadas en esta experiencia, han sido muy bajos (Tabla 1).Se asume, por tanto, que la representatividad de las muestras y la posibilidad de comparación del efecto de las variables sobre la DA, no está viciada por desvíos no controlados.
El análisis de varianza indicó que ninguna de las interacciones (P > 0,05) ni el efecto principal del método de determinación de la DA (P = 0,98), fueron significativos. Sí hubo efecto significativo de la historia de uso del suelo (P < 0,0001) y del operario (P = 0,02, Tabla 1) sobre la DA determinada. La DA del Parque fue significativamente menor que la del sitio disturbado (Lote) coincidiendo con los resultados de otros autores (Doran & Mielke, 1984). Independientemente del método de determinación de la DA y del operario, la DA acusó el efecto del disturbio y en particular la densificación superficial generalmente atribuida a la siembra directa (Álvarez et al., 2006).
Comparación de dos métodos para la determinación de la densidad aparente - Image 1
Las determinaciones analíticas deberían ser independientes del operario que las realice. En esta experiencia, para la comparación entre operarios, los promedios calculados involucraron veinte determinaciones (dos historias de uso x dos métodos x cinco repeticiones). Por lo tanto, se reduce el efecto de la variabilidad natural sobre el valor de los promedios y, de no haber otros factores que influyan, se deberían equiparar los correspondientes a los diferentes operarios. A pesar de esto, se observó una relación directa entre la experiencia de los operarios y el nivel de DA (Tabla 1). La diferencia entre el valor máximo y el mínimo entre los operarios, fue de 0,04 Mg m-3. Eso significa una reducción de 3,2% de la DA entre el operario de mayor experiencia en muestreos de suelo (Operario 1) y el de menor experiencia (Operario 3). En términos prácticos, dicha diferencia se traduce en sólo 1,5 puntos porcentuales de porosidad total y en una diferencia de sólo 3,2% en el cálculo de la masa de un determinado espesor de suelo. Si bien las diferencias en DA entre operarios fueron significativas, puede considerarse que no son de relevancia desde el punto de vista agronómico. No obstante, sí podrían serlo para estudios específicos de variación de propiedades físicas del suelo.
La evaluación estadística del comportamiento de MM respecto a MC (Figura 1), mostró que la recta de regresión de los datos de DAc vs aquéllos de DAm, no difirió estadísticamente de la recta 1:1. Esto indica que MM permitió determinar la DA de manera satisfactoriamente similar al método de referencia (MC), explicando la variabilidad en la DAm el 62% de la de DAc.
 
Comparación de dos métodos para la determinación de la densidad aparente - Image 2
En la Figura 1 puede verse también que en el Parque (menor DA), MM tendió a sobreestimar la DA (la mayoría de los puntos están por debajo de la recta de regresión) y en el Lote (mayor DA), MM tendió a sobreestimar la DA (la mayoría de los puntos están por encima de la recta de regresión). El MER general fue de -0,11% lo que indica que, en promedio, los desvíos de DAm respecto a DAc fueron despreciables y con una leve tendencia a la sobreestimación, ya que el valor de MER es negativo. No obstante, lo observado en la Figura 1 respecto al comportamiento de MM según la historia de uso del suelo (o el nivel de DA) se comprueba a través de los MER parciales dado que para el Parque el MER fue de -1,93% (leve sobreestimación) y para el Lote, fue de 1,71% (leve subestimación). No obstante, de acuerdo con el análisis de varianza realizado, este comportamiento diferencial de MM según la historia de uso del suelo, no fue lo suficientemente importante como para que la interacción entre ambos factores fuera significativa.
La Figura 2 muestra la distribución de los ER en función de DAc y también destaca que las desviaciones relativas de DAm respecto a DAc son de escasa importancia. El 90% de los ER calculados se encuentran dentro del rango ± 5% mientras que el 100% de los mismos se encuentra dentro del rango ± 7%. Asimismo, tanto el RSME como el RSMV tuvieron un valor de 0,04 Mg m-3 y, por lo tanto, un SB igual a 0. Todo esto da indicios de que la determinación de DA con MM es 
aceptable a los fines prácticos, dada su muy escasa diferencia con DAc y la mínima dispersión alrededor de 0 y de su media que, a su vez fue estadísticamente igual a 0 (P > 0,05). No obstante, la tendencia a la sobreestimación por MM a niveles bajos de DA y a la subestimación a niveles más elevados, se observa también en la Figura 2. No obstante, dada la magnitud de los desvíos y de los estadísticos mencionados, esta tendencia puede considerarse de escasa importancia y que no invalida a MM como método de determinación de DA.
Comparación de dos métodos para la determinación de la densidad aparente - Image 3
Figura 2. Diferencia entre densidad aparente determinada con el método del cilindro y la determinada por el método del muestreador relativizada a la primera (error relativo) en función de la densidad aparente determinada con el método del cilindro. La profundidad de determinación fue de 3 a 8 cm y fue realizada por tres operarios bajo dos historias de uso del suelo.
 
CONCLUSIÓN
Los resultados de esta experiencia no han proporcionado evidencias suficientes para rechazar la hipótesis planteada. Por lo tanto, el MM podría ser utilizado de manera regular para la determinación de la DA en suelos similares a los analizados con fines agronómicos tales como la comparación de situaciones de manejo o el cálculo de la masa en un determinado espesor de suelo para la realización de balances de nutrientes o de carbono.
No obstante, es necesario aclarar que se considera que el rango de DA estudiado fue muy estrecho y el número de puntos analizados fue escaso. Por ello, se considera necesaria la continuación de esta experiencia comparando ambos métodos para situaciones con un más amplio rango de de suelos y de condiciones de manejo que permita mejorar y completar el estudio ampliando el rango de DA explorado.
 
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se realizó como uno de los pre-requisitos para la obtención del Grado de Especialista en Producción Vegetal del primer autor en el Área de Posgrado en Ciencias de las Plantas y Recursos Naturales de la Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Mar del Plata.
 
BIBLIOGRAFÍA
Alvarez, C.R.; M.A. Taboada; C. Bustingorri & F.H. Gutierrez Boem. 2006. Descompactación de suelos en siembra directa: Efectos sobre las propiedades físicas y el cultivo de maíz. Ciencia del Suelo. 24:1-10.
Blake, G.R. & K.H. Hartge. 1986. Bulk Density. In: A. Klute (Ed.) Methods of soil analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. Pp. 363-375. ASA and SSSA, Madison, WI, EEUU.
Brady, N.C. & R.R. Weil. 1999. The Nature and Properties of Soils. 9th edition. Macmillan, New York, NY, EEUU.
Doran J.W. & L.N. Mielke. 1984. A rapid, low cost method for determination of soil bulk density. Soil Sci. Soc. Am. J. 48:717-719.
INTA. 1979. Carta de Suelos de la República Argentina. Hoja: 3757-31, Balcarce, Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Secretaría de Agricultura, Ganadería y Pesca, Buenos Aires, Argentina.
ISCI. 2007. IRENE: Integrated Resources for Estimating Numerical Estimates. Research Institute for Industrial Crops, Bologna, Italia. www.sipeaa.it/ASP/ASP2/updateVisitorsIRENE.asp. Último acceso en octubre de 2007.
Kempthorne, O. & R.R. Allmaras. 1986. Errors and variability of observations. In: A. Klute (Ed.) Methods of soil analysis. Part 1. Physical and Mineralogical Methods. Pp. 1-31. ASA and SSSA, Madison, WI, EEUU.
Little, T.M. & F.J. Hills. 1978. Agricultural experimentation. Design and analysis. John Wiley & Sons, New York, NY, EEUU.
Porta, J.; M. López Acevedo & C. Roquero. 1994. Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Mundiprensa, Madrid. España.
R Development Core Team, 2009. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. www.R-project.org. Último acceso en marzo 2010.
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Autores:
Guillermo Studdert
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