Fracciones orgánicas de fósforo del suelo en el diagnóstico de fertilidad fosfatada
Publicado: 6 de junio de 2019
Por: Stefania Appelhans, Pedro Barbagelata, Ricardo Melchiori y Flavio Gutierrez Boem
Resumen
El fósforo (P) es un macronutriente esencial para el crecimiento de las plantas, y con frecuencia es deficiente en los suelos agrícolas. El P total del suelo supera los requerimientos de los cultivos, pero se encuentra principalmente en formas no disponibles para los cultivos. El P del suelo incluye fracciones orgánicas e inorgánicas, donde el P orgánico representa del 30% al 65% del P total (Condron et al., 2005).
En general, el P de la materia orgánica del suelo contribuye al P disponible para los cultivos a través de su mineralización (Condron et al., 2005), y este proceso es especialmente importante en suelos con baja disponibilidad de P inorgánico (Sharpley 1985; Stewart y Sharpley, 1987; Thien y Myers, 1992; Ciampitti et al., 2011). Boschetti et al. (2003) y Picone et al. (2007) mostraron que las fracciones de P orgánico lábiles y moderadamente lábiles predominan sobre las fracciones de P inorgánico lábiles, especialmente en algunos suelos bien evolucionados como los Molisoles y Vertisoles de la región pampeana argentina.
El P orgánico del suelo está compuesto por fracciones de diferente labilidad, desde lábiles hasta altamente resistentes a la mineralización (Hedley et al., 1982), y se han propuesto muchas metodologías para determinarlas (Hedley et al., 1982; Thien y Myers, 1992; Tiessen et al., 1994; Wyngaard et al., 2013). Entre las fracciones de P lábil, se ha informado que el P total y orgánico en la fracción gruesa del suelo (FG) (o “materia orgánica particulada”, ó “fracción particulada”, fracción de suelo >53 μm) es sensible a la fertilización continua con P en el largo plazo (Ciampitti et al., 2011; Wyngaard et al., 2013). El P total en la fracción gruesa del suelo (Pt-FG) se relacionó con el P acumulado a R1 en maíz (Zea mays L.), y ha sido sugerido como un índice promisorio para el diagnóstico de disponibilidad de P de suelo (Ciampitti et al., 2011). Además, Wyngaard et al. (2016) informaron que el P orgánico en la FG (Po-FG) era un indicador de la mineralización de
P orgánico y, por lo tanto, una fuente potencial de P disponible para las plantas. Sin embargo, resultados recientes no mostraron ninguna relación entre el rendimiento relativo del cultivo de soja (Glycine max L.Merr.) y el Pt-FG en una red de experimentos de fertilización con P realizados en la región pampeana de Argentina (Appelhans et al., 2016). En consecuencia, como los estudios anteriores no mostraron resultados concordantes, es relevante determinar si la fertilización a largo plazo con P induce cambios en Pt-FG y Po-FG; y si estas fracciones de P del suelo están relacionadas con la acumulación de P y con el rendimiento de los cultivos de soja y maíz.
El P extraído con NaHCO3 es considerado una fracción de P disponible para los cultivos (Tiessen y Moir, 1993; McDowell et al., 2008) que representa una fracción de P inorgánico lábil como lo hace el Bray1-P (Bray y Kurtz, 1945), pero además incluye una fracción de P orgánico fácilmente mineralizable (Boschetti et al., 2003). En un estudio reciente se mostró que el total de P extraído con NaHCO3 se relacionó con el rendimiento del cultivo de soja (Appelhans et al., 2016), y se espera que sea sensible a la fertilización con P en el largo plazo.
Las fracciones de P orgánico se han medido en suelos con diferentes texturas, tratamientos de fertilización y secuencias de cultivos (Boschetti et al., 2003; McDowell et al., 2008; Wyngaard et al., 2013; Appelhans et al., 2016), pero no se han relacionado con variables nutricionales de los cultivos de soja y maíz con fertilización con P en el largo plazo. El método de diagnóstico actual para las recomendaciones de fertilización con P en la región pampeana de Argentina utiliza el índice de Bray1-P para estimar la disponibilidad de P, pero éste solo considera una fracción de P inorgánico (Suñer et al., 2002; Ciampitti et al., 2011). La inclusión de fracciones de P orgánico lábil en los análisis de rutina para estimar la disponibilidad de P podría mejorar las recomendaciones de fertilización fosfatada (McDowell et al., 2008; Steffens et al., 2010; Dodd y Sharpley, 2015; Appelhans et al., 2016).
Los objetivos de este estudio fueron evaluar (1) el efecto la fertilización con P en el largo plazo sobre el rendimiento, biomasa, concentración de P en grano y P acumulado por los cultivos de maíz y soja, (2) la relación entre las fracciones de P del suelo que más aumentan con la fertilización con P en el largo plazo y la acumulación de P y el rendimiento de los cultivos de soja y maíz en un suelo Vertisol y Molisol, (3) si la inclusión de fracciones orgánicas de P mejora la relación del test de P disponible del suelo con los rendimientos de los cultivos en comparación al índice de Bray1-P.
Materiales y métodos
Características del sitio y diseño experimental
El estudio se realizó utilizando muestras de suelo provenientes de ensayos de fertilización fosfatada de larga duración iniciados en 2006 y 2007 en dos suelos contrastantes, realizados en la Estación Experimental Agropecuaria del INTA Paraná (31° 50’ de latitud sur y 60° 31’ de longitud oeste). Los suelos de los sitios experimentales fueron un suelo Molisol Serie Tezanos Pinto, clasificado como Argiudol ácuico, y un suelo Vertisol Serie Febré, clasificado como Cromuderte árgico. El experimento en el suelo Molisol presentó una secuencia de trigo (Triticum aestivum L.)/soja - maíz, mientras que en el Vertisol el ensayo presentó una secuencia de cultivos: Trigo/soja - maíz – soja. La región posee un clima templado húmedo (precipitación anual promedio ≈1000 mm, temperatura media anual≈18.3 °C).
Los tratamientos resultaron de una combinación factorial de dos factores con dos niveles cada uno: dos dosis iniciales de fertilización con P (0 y 200 kg P ha-1), y dos dosis de fertilización anual con P (0 y 36 kg P ha-1) aplicados como superfosfato triple. Los tratamientos estaban dispuestos en un diseño en bloques completos aleatorizados, con 4 repeticiones y con las unidades experimentales de 4,8 m x 12 m. Los tratamientos tuvieron un arreglo en parcelas divididas, donde la parcela mayor fue la fertilización inicial, y la parcela menor (sub-parcela) fue la fertilización anual. La fertilización inicial se realizó al voleo a mano en junio de 2006 en el sitio Vertisol y en junio de 2007 en el sitio Molisol. La fertilización anual se realizó al voleo a mano en junio de cada año a partir del año 2007 para ambos sitios.
Se realizó un muestreo de suelo luego de 9 años de fertilización anual continua (2016). Las muestras de suelo fueron tomadas en el mes de junio, a dos profundidades de 0-5 y de 5-20 cm, y fueron secadas al aire, molidas y tamizadas a 2 mm.
Análisis de suelo
Al inicio de los experimentos (2006 y 2007 para el sitio Vertisol y Molisol, respectivamente) se realizó un análisis de suelo para caracterizar los sitios. En cada muestra de suelo se determinó: pH (Van Lierop, 1990), textura de suelo (Gee y Bauder, 1986), carbono orgánico del suelo (COS) (Walkley y Black, 1934), y Bray1-P (Bray y Kurtz, 1945) (Tabla 1).
Tabla 1. Características de suelo de los sitios Vertisol y Molisol al inicio de los experimentos (0-20 cm de profundidad).
Las muestras de suelo de los distintos tratamientos (2016) se fraccionaron utilizando un método de separación física por tamaño de partículas. Se siguió la técnica propuesta por Cambardella y Eliott (1992) con modificaciones, utilizando bolitas de vidrio como agente dispersante (Irizar et al., 2010). Brevemente, se agitaron 10 g de suelo durante 16 horas con 30 mL de agua destilada y 2 bolitas de vidrio. Luego, cada muestra se tamizó a 53 μm en húmedo haciendo movimientos de vaivén hasta que el agua de salida a través de este resultase límpida. El material menor a 53 μm se recolectó en bandejas de aluminio. Se recolectaron dos fracciones: la fracción del suelo menor a 53 μm (fracción asociada a minerales, o fracción fina: FF); y la fracción de suelo mayor a 53 μm (fracción particulada, o fracción gruesa: FG). Ambas se secaron en estufa a una temperatura ratura de 105°C hasta peso constante y luego fueron homogeneizadas a mano.
Se determinó el P total (Pt), inorgánico (Pi) y orgánico (Po) en la fracción fina (Pt-FF, Pi-FF y Po-FF, respectivamente) y en la fracción gruesa (Pt-FG, Pi-FG y Po-FG, respectivamente), para las dos profundidades de muestreo (0-5 y 5-20 cm). Para determinar el Pt se utilizó el método de calcinación (Kuo, 1996), sometiendo 1 g de cada una de las muestras en crisoles de porcelana a 550°C durante 2 horas en una mufla, convirtiendo así el Po en Pi. Posteriormente, se realizó la extracción de las muestras calcinadas con H2SO4 0.5 M, para lo cual se agregaron 25 mL del ácido en tubos Falcon y se agitó durante 16h. A continuación, se centrifugó, se tomó una alícuota de 10 mL del sobrenadante, se transfirió a un matraz y se realizó la corrección de pH. Luego se determinó el P por colorimetría a una longitud de onda de 882 nm (Murphy y Riley, 1962). De igual manera se determinó el Pi mediante extracción con H2SO4 0,5 M, utilizando muestras sin calcinar. El Po se obtuvo por diferencia entre el P de las muestras calcinadas (Pt) y sin calcinar (Pi), como: Po = Pt – Pi. Además, para los distintos tratamientos se determinó la concentración de Bray-1 P (Bray y Kurtz, 1945). En todas las muestras de los diferentes tratamientos se determinó también el Pi y Pt en extractos de NaHCO3. Se agitaron 4 g de suelo con 40 ml de NaHCO3 0.5 M por 30 min (Thien y Myers, 1992). Luego, se determinó el Pi (Pi-Bic) en extractos centrifugados por colorimetría, y el Pt del extracto (Pt-Bic) luego de una digestión húmeda con H2SO4 (Bowman, 1989). El Po (Po-Bic) fue calculado como la diferencia entre el Pt-Bic y el Pi-Bic. Los valores de cada fracción de P a 0-20 cm de profundidad fueron calculados como un promedio ponderado de los valores de P a 0-5 cm y 5-20 cm.
Variables de cultivo y análisis vegeta
El rendimiento de soja en el sitio Vertisol y de maíz en el sitio Molisol en la campaña 2016/17 de los distintos tratamientos fue determinado utilizando una cosechadora experimental cosechando una superficie de 12 m2 en cada parcela, y corregido a 135 y 145 g kg−1 de humedad, según corresponda. Además, en cada tratamiento, se realizaron muestreos de la biomasa aérea total en 1 m2. Las muestras fueron secadas en estufa a 65ºC, luego se separó la biomasa de granos de la biomasa aérea total manualmente, y cada una de estas fue molida a 1 mm. Las muestras de biomasa fueron tomadas en los estadios R7 para soja y en R6 para maíz. Se determinó la concentración de P en grano y de P en la biomasa aérea (biomasa aérea total – biomasa de granos), por el método de digestión con HNO3–HClO4 (Kuo, 1996), y posterior colorimetría a 882 nm.
Tabla 2. Efecto de los tratamientos de fertilización en el rendimiento, biomasa, concentración de P en grano (P en grano), y P acumulado por los cultivos de maíz y soja en 2016.
El rendimiento relativo (RR) se calculó como el cociente entre el rendimiento de cada tratamiento y el rendimiento del tratamiento con la máxima dosis de P, correspondiente a la aplicación inicial de 200 kg de P ha-1 con aplicación anual de 36 kg de P ha-1 año-1. Se calculó la respuesta de los cultivos a la fertilización con P (Respuesta) como la diferencia entre el rendimiento de cada tratamiento y el rendimiento del tratamiento testigo (control sin P), y la acumulación total de P por parte del cultivo (P acumulado), multiplicando la concentración de P en grano y de P en la biomasa aérea con el rendimiento y la biomasa, respectivamente, ambos expresados en kg P ha-1.
Análisis estadístico
Los rendimientos, biomasa, concentración de P en grano y el P acumulado por los cultivos de maíz y soja se analizaron mediante ANOVA y las medias de los tratamientos se compararon mediante un test LSD (p<0.05). Se determinaron los coeficientes de correlación de Pearson para las variables Bray1-P, Pt-FG, Po-FG y Pt-Bic a 0-20 cm de profundidad, y rendimiento, rendimiento relativo, respuesta, concentración de P en grano y el P acumulado por los cultivos de maíz y soja.
Para el sitio Vertisol se determinó la relación entre el rendimiento del cultivo de soja y las fracciones de P: Bray1-P, Pt-FG, Po-FG, Pt-Bic, además de los índices combinados de Pi y Po: Bray1-P + Po-FG, y Pi-Bic + Po.FG, utilizando el programa TableCurve 5.0 (Systat Software Inc., 2002), y ajustando un modelo lineal-plateau.
Resultados
La fertilización inicial en el largo plazo no modificó ninguna variable medida para el cultivo de maíz y soja en ambos sitios (Tabla 2). En cambio, la fertilización anual con P en el largo plazo aumentó la biomasa y la acumulación total de P del cultivo de maíz y todas las variables medidas para el cultivo de soja.
El Bray1-P, el P total en el extracto de NaHCO3 y en la fracción gruesa del suelo fueron las fracciones de P que más aumentaron con la fertilización continua con P en el largo plazo en ambos sitios. Respecto a las fracciones de P orgánico, la que más incrementó con la fertilización con P en el largo plazo fue el Po-FG. Los coeficientes de correlación entre las fracciones de P en el suelo y las variables de los cultivos se muestran en la Tabla 3 para los cultivos de maíz y soja, solo para aquellas fracciones de P en el suelo que más aumentaron con la fertilización con P e incluyeron P orgánico. Para el maíz en el sitio Molisol, el Pt-FG se correlacionó significativamente con la respuesta a la fertilización con P, y el Po-FG con el rendimiento del maíz, la respuesta del cultivo y el P acumulado. En el Vertisol, el Bray1-P, Pt-FG, Po-FG y Pt-Bic se correlacionaron con el rendimiento de soja, el rendimiento relativo y la concentración de P en grano. La respuesta de soja a la fertilización con P solo se correlacionó con Pt-FG, mientras que el P acumulado por el cultivo de soja se correlacionó significativamente con el Bray1-P, Pt-FG y Pt-Bic.
Las fracciones de P del suelo (0-20 cm de profundidad) que aumentaron más con la fertilización con P en el largo plazo se relacionaron con el rendimiento del cultivo de soja solo para el sitio Vertisol (Figura 1). El rendimiento del maíz no aumentó con la fertilización con P en el largo plazo en el sitio Molisol debido a la alta disponibilidad de P en el suelo. Entre las fracciones de P en el suelo que aumentaron más con la fertilización con P en el largo plazo, el Pt-Bic mostró el mayor coeficiente de determinación en su relación con el rendimiento de soja (Figura 1). El Po-FG tuvo un desempeño similar al de Pt-FG en su relación con el rendimiento de soja, y ambos tuvieron un coeficiente de determinación mayor que el Bray1-P, que es el índice utilizado en Argentina para estimar la disponibilidad de P en el suelo para los cultivos. Cuando las fracciones de P inorgánico (Bray1-P y Pi-Bic) se combinaron con una fracción de P orgánico tal como Po-FG, se obtuvo un mejor ajuste que las mismas fracciones por sí solas (Figura 1e y f).
Tabla 3. Coeficientes de correlación de Pearson entre las fracciones de suelo a 0-20 cm de profundidad y las variables de los cultivos: Bray1-P, P total (Pt-FG) y orgánico (Po-FG) en la fracción gruesa del suelo, P total (Pt-Bic) en el extracto de NaHCO3, y rendimiento, rendimiento relativo (RR), respuesta en rendimiento (Respuesta), concentración de P en grano (P en grano), y P acumulado por los cultivos de maíz y soja.
Discusión
La fertilización inicial y anual con P en el largo plazo no afectó el crecimiento y el rendimiento del cultivo de maíz en el sitio Molisol. Estos resultados podrían deberse a que el contenido de Bray1-P del suelo de todos los tratamientos estuvo por encima de la concentración crítica calibrada para el maíz en la región pampeana para suelos similares (Sucunza et al., 2018), determinando probablemente la falta de respuesta del cultivo a la fertilización con P. Por otro lado, el cultivo de soja respondió a la fertilización con P (rendimiento, biomasa, concentración de P en grano, P acumulado), probablemente debido a que la mayoría de los valores de Bray1-P en el sitio Vertisol estaban por debajo de las concentraciones críticas a una profundidad de 0-20 cm (Appelhans et al., 2016). En el sitio Vertisol, las variables del cultivo de soja mostraron una mayor correlación con el Pt-Bic que con el Bray1-P (Tabla 2). Appelhans et al. (2016) informaron un coeficiente de correlación significativo entre Pi-Bic y el rendimiento de soja y el rendimiento relativo, que aumentó cuando incluyeron el P orgánico y se consideró el Pt-Bic. Estos resultados mostraron que el P orgánico contribuyó a la nutrición fosfatada del cultivo y mejoró la relación con la acumulación de P. Además, Ciampitti et al. (2011) mostraron resultados similares, informando que el Pt-FG estaba relacionado con la acumulación de P por el maíz hasta la floración, en concordancia con nuestros resultados para el cultivo de soja.
Figura 1. Relaciones entre el rendimiento del cultivo de soja y las fracciones de P a 0-20 cm de profundidad del suelo en el Vertisol: a) Bray1-P (mg kg-1), b) P total en el extracto de NaHCO3 (Pt-Bic) ( mg kg-1), c) P total en fracción gruesa del suelo (FG) (Pt-FG) (mg kg-1), d) P orgánico en FG (Po-FG) (mg kg-1), e) Bray1- P más Po-FG (mg kg-1) y f) P inorgánico en el extracto de NaHCO3 (Pi-Bic) más Po-FG (mg kg-1). Todas las relaciones fueron estadísticamente significativas (p <0.05). Referencias: 0 inicial P 0 anual P = 0 kg P ha-1 de fertilización inicial y 0 kg P ha-1 de fertilización anual, 0 inicial P 36 anual P = 0 kg P ha-1 de fertilización inicial y 36 kg P ha-1 de fertilización anual, 200 inicial P 0 anual P = 200 kg P ha-1 de fertilización inicial y 0 kg P ha-1 de fertilización anual, 200 inicial P 36 anual P = 200 kg P ha-1 de fertilización inicial y 36 kg P ha-1 de fertilización anual.
El P acumulado se correlacionó de manera similar con el Bray1-P, Pt-Bic y Pt-FG, pero la concentración de P extractable del suelo no es el único factor que controla la acumulación de P en la planta (Barber, 1980; Fixen y Grove, 1990). Además, hay varios factores que influyen en la nutrición de P del cultivo y su impacto en el rendimiento en grano (Barber, 1980; Beegle, 2005), por lo que una correlación similar entre Bray1-P, Pt-Bic y Pt-FG con el P acumulado no implicaría una relación similar con el rendimiento del cultivo.
El Pt-Bic tuvo una relación más estrecha con el rendimiento del cultivo de soja que con el Bray1-P en el sitio Vertisol (Figura 1), lo que sugiere que Pt-Bic podría incluirse en los métodos de diagnóstico de fertilidad fosfatada en Vertisoles. Así, en suelos con niveles bajos de Bray1-P, el P disponible para los cultivos provendría también de otras fracciones de P del suelo que no son medidas por el Bray1-P (Sucunza et al., 2018). Por lo tanto, en el sitio Vertisol, una mayor proporción del P acumulado por el cultivo de soja podría haber sido suministrada por fracciones de P inorgánicas y orgánicas lábiles, como el Pt-Bic, que repondrían el P disponible para el cultivo y, en consecuencia, el Pt-Bic resultó un índice más preciso para evaluar la disponibilidad de P en el Vertisol.
El Pt-FG y el Po-FG se relacionaron mejor con el rendimiento del cultivo de soja que el Bray1-P, pero estos resultados no coincidieron con nuestro trabajo anterior. Appelhans et al. (2016), mostraron que el Pt-FG no estaba relacionado con la respuesta del rendimiento de soja a la fertilización con P, incluyendo suelos con un amplio rango de variación en diferentes fracciones de P, textura contrastante, diferentes cultivos anteriores y condiciones ambientales durante el ciclo del cultivo. A pesar de que el Po-FG se informó como un índice asociado a la mineralización de P orgánico (Wyngaard et al., 2016) y fue sensible a prácticas de manejo, incluida la fertilización con P en el largo plazo, esta fracción de P del suelo no se correlacionó con el P acumulado por el cultivo de soja. Sin embargo, mostró un mayor ajuste con el rendimiento del cultivo de soja que el Bray1-P. La mineralización de las fracciones de P orgánico durante el ciclo de crecimiento del cultivo se esperaba que fuese una fuente importante, pero no la única fuente de P disponible para el cultivo. La fracción de P inorgánico lábil es otra fuente importante de P disponible para un cultivo (Sharpley, 1995).
Para tener en cuenta ambas fuentes de P, proponemos un índice de disponibilidad de P calculado como la suma de Po + Pi lábil. Estos dos índices (Bray1-P + Po-FG y Pi-Bic + Po-FG) mostraron una estrecha relación con el rendimiento del cultivo de soja en el Vertisol, destacando la importancia de considerar las fuentes de P disponibles orgánicas e inorgánicas para los cultivos en los análisis de suelo. Estos índices de disponibilidad de P del suelo fueron más precisos, pero se incrementó la complejidad en las determinaciones de los análisis de suelo de rutina. Así, los próximos desafíos implican desarrollar una metodología simple para en una sola determinación analítica de P incluir las fracciones orgánica e inorgánica lábil.
Conclusiones
El Bray1-P, el P total en el extracto de NaHCO3 y en la fracción gruesa del suelo fueron las fracciones de P que más aumentaron con la fertilización continua con P en el largo plazo en ambos sitios. La fertilización inicial y anual con P en el largo plazo no afectó el crecimiento y el rendimiento del cultivo de maíz en el sitio Molisol debido a los elevados niveles de Bray1-P del suelo.
El P acumulado se correlacionó de manera similar con el Bray1-P, Pt-Bic y Pt-FG para el cultivo de soja en el sitio Vertisol. El P total en el extracto de NaHCO3 y el P total y orgánico en la fracción gruesa del suelo se relacionaron más estrechamente con el rendimiento del cultivo de soja que el Bray1-P en el sitio Vertisol. Los índices propuestos que incluyeron el P inorgánico y orgánico lábil, como Bray1-P + Po-FG y Pi-Bic + Po-FG, mostraron una fuerte relación con el rendimiento del cultivo de soja en el sitio Vertisol, estimando la disponibilidad de P del suelo de manera integral. Las fracciones de P que incluyeron al P orgánico lábil mostraron resultados prometedores para mejorar el diagnóstico de fertilidad fosfatada del suelo en cultivos de verano.
Referencias
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