Síndrome de las raíces atrofiadas I. Toxicidad del aluminio

Publicado el: 25/4/2017
Autor/es: Ing. Tsuioshi Yamada, Consultor Agronómico, , Doctor Magister en Fertilidad del suelo y Nutrición de Plantas, Brasil

Hace varios años, el Comité Estratégico de la Soja en Brasil (CESB) promueve concursos de productividad de la soja entre productores de diferentes regiones del país. Los resultados sorprendentes se repiten año a año, hasta alcanzar recientemente productividades por encima de 100 sc / ha. La cifra representa más que el doble del promedio del estado de Mato Grosso (Figura 1), indicando el gran potencial que aún existe en la productividad de la soja.

Figura 1 - Evolução da produtividade da soja no Mato Grosso /CESB - 2009a 2015.

 La información recolectada de estos campos permite identificar factores de suelo y prácticas de manejo de la cultura que afectan la productividad de la soja. Un punto común en los cultivos de alta productividad es el extenso y profundo sistema radicular, que alcanza, en algunos casos hasta 160 cm de profundidad, conforme a la Figura 2. El resultado es acreditado, principalmente, a la falta de impedimentos físico y químico al crecimiento radicular . Esto me remite a la década de 1980, cuando estuve en visita a la hacienda de Herman Varsovia. La hacienda (Illinois - EEUU) era la campeona de productividad de maíz, cuyo perfil de suelo era tan fértil que presentaba raíces con hasta 180 cm de profundidad. En esa época, creía que era imposible que esto ocurriera en Brasil, pero, afortunadamente, eso ya es una realidad en nuestra soja de alto rendimiento. 

Figura 2. Extensão e profundidade do sistema radicular da soja em área de alto rendimento (CESB, 2016).

Sako et al. (2016) en la Circular Técnica 2 de CESB "Factores decisivos para obtener rendimiento de la soja por encima de 4,200 kg / ha" puso de relieve los cinco factores agronómicos que explican la alta productividad de soja:

(1) Suelo sin ningún impedimento físico para desarrollo de las raíces;
(2) Buena disponibilidad de Ca y Mg en el perfil del suelo.
(3) buenos contenidos de potasio, boro y cobre en el perfil del suelo;
(4) Manejo fitosanitario adecuado;
(5) Distribución uniforme de semillas.

Los ítems 1, 4 y 5 se relacionan con el manejo de la cultura, y los ítems 2 y 3 a la fertilidad del suelo. En el caso de que se produzca una buena corrección de la fertilidad del perfil suelo, siembra bien hecha y buen manejo de la cultura, evitando compactación del suelo y controlando bien las malas hierbas, plagas y enfermedades, es posible obtener altas productividades.. 

Los datos del CESB muestran la importancia del sistema radicular extenso y profundo para alta productividad de la soja. Así, creo que el principal problema que afecta la productividad de la soja es el mal desarrollo del sistema radicular, que, debido a su ocurrencia generalizada, denominé Síndrome de las Raíces Atrofiadas. Y, excluyendo la compactación del suelo, tres causas químicas-aisladas o simultáneamente- pueden causar este síndrome: toxicidad de aluminio, deficiencia de boro y toxicidad de glifosato, como se muestra en la Figura 3, las cuales serán discutidas en artículos en próximas ediciones De Agro DBO.

Figura 3. Efectos de la toxicidad de aluminio (a), deficiencia de boro (b) y toxicidad de glifosato (c) en el desarrollo del sistema radicular de la soja. 


Crédito de las fotos: (a) IPNI Brasil (2016); (B) Ismail Cakmak (2016); (C) Jarret Chambers (2013).

 

Toxicidad del alumínio

El porcentaje de saturación por aluminio en relación a la CTC (Capacidad de Intercambio Catiónico) efectiva (C + Ca + Mg + K), o el valor m, es el parámetro más utilizado para clasificar los suelos en cuanto al aluminio tóxico. Se acepta que hasta un 15% de saturación por aluminio los suelos pueden ser considerados como de muy baja toxicidad en aluminio. En las áreas del CESB la saturación por aluminio estaba cerca de cero en la mayor parte del perfil del suelo, ejemplificada en los análisis de suelo de dos campeones nacionales de productividad (Tabla 1) 

Tabla 1. Saturación de aluminio y de bases en los campeones de productividad 14/15 y 15/16 del Desafío Nacional de Máxima Productividad. Fuente CESB

También observaron que, incluso en condiciones de altas productividades, con suelos aparentemente bien corregidos, el aluminio afectó la productividad en todas las profundidades analizadas. Las cosechas con más de 100 sc / ha se obtuvieron en suelos mejor corregidos, comparados a aquellos con menos de 100 sc / ha. La principal diferencia de corrección estaba en el aluminio intercambiable. Las áreas con menos de 100 sc / ha presentaban, en las capas inferiores a 20 cm de profundidad, saturación por Al> 5% y Al intercambiable> 3 mmolcdm-3. Estos contenidos de Al ya pueden ser dañinos a la productividad, de acuerdo con Nicolodi et al. (Revista Brasileira de Ciência do Solo, 32:237-247, 2008)  que recomiendan el mantenimiento de la saturación por Al menor que 5% y de aluminio intercambiable menor que 3 mmolcdm-3 en suelo bajo sistema de siembra directa. 

Estos resultados advierte que, para obtener altas productividades de soja, la corrección de la fertilidad sólo de los 20 cm superficiales del suelo no es suficiente y que se debe tener como meta la corrección de por lo menos hasta 100 cm de profundidad.

En la soja, la acidez puede causar daños no sólo a la planta, pero principalmente al rizobio, como muestra la Figura 4. Se observa que hubo reducción en el número de nódulos de 80 a 20 con el aumento de la saturación por aluminio del 4% a 81 %. Como la práctica del calaje permite el aumento del contenido de Ca en el suelo, se observó también el aumento del contenido de Ca en las raíces de soja (Sartain y Kamprath, 1975. Agronomy Journal, 67: 507-510), nutriente este muy importante en la fijación biológica de nitrógeno (FBN).

Figura 4. Efectos de la saturación por aluminio en el número de nódulos y en la concentración de calcio en las raíces primarias de la soja. Fuente: Sartain y Kamprath (1975).

 

Acidificación del suelo por la urea y fijación biológica de nitrógeno

La acidez generada por la fertilización nitrogenada ocurre en la capa más superficial del suelo, que es el hábitat de las Nitrosomonas, mientras que la FBN actúa en sub-superficie, a lo largo del sistema radicular de la soja con presencia de rizóbios. El N -tanto en la forma orgánica como en la amoniacal- es la principal fuente de acidez y, consecuentemente, de aluminio en el suelo. Sin embargo, en el caso de la sucesión soja-maíz, no es el abono nitrogenado, sino la fijación biológica de N que más acidifica el suelo.

Cada kilogramo de N fijado por el rizobio requiere 3,57 kg de carbonato de calcio para neutralizar la acidez generada, pues se gasta media molécula de carbonato de calcio (100 g de peso molecular) para cada media molécula de N2 fijado (14 g) .

En el caso de la urea, también se necesitan 3,57 kg de carbonato de calcio para neutralizar la acidez generada en la nitrificación de 1 kg de N procedente. Sin embargo, la urea, al ser nitrificada, acidifica la capa superficial del suelo, pero alcalina la subsuperficie, pues la planta, al absorber el N-nítrico, excreta hidroxila, que neutraliza la acidez formada en la nitrificación, dejando, al final, balance cero De acidez - admitiéndose que todo el N-nítrico sea absorbido por la planta. Así, las gramíneas pueden aumentar el pH del suelo en la capa subsuperficial por la absorción de N-nítrico, pues, casi siempre, los niveles de Nnítrico en el suelo son mayores que los de N-amoniacal (que disminuye el pH de la rizosfera por la excreción de H + ). En el suelo, el N es fijado por el rizobio como ureído, y que dentro de la planta se transforma en N-amoniacal, lo que lleva a la acidificación de la rizosfera. Estos fenómenos se ilustran en la Figura 5.

Figura 1 (1A) Escala de color para pH, (1B) alcalinización de la rizosfera de trigo por la absorción de N-nítrico, (1C) acidificación de la rizosfera de trigo por la absorción de N-amoniacal y (6A) alcalinización de la rizosfera de sorgo (Violeta) y acidificación de la rizosfera de grano de pico (amarillo). Fuente: Römheld, V. Taller La interfaz suelo-raíz (rizosfera) y relaciones con la disponibilidad de nutrientes, la nutrición y las enfermedades de plantas. Piracicaba, 1998.

En general, no se da la debida importancia a la acidificación del suelo ocasionada por la FBN, a pesar de los trabajos existentes en la literatura. Como el de Haynes, de los cultivos de cría y forraje, 38: 1-11,1983), el cual mostró que la acidificación de un suelo durante 32 años bajo pasto de trébol subterráneo ocurrió de la superficie hasta casi 40 cm de profundidad, pero Principalmente entre 5 y 30 cm (Figura 6), donde la FBN puede ser más activa.

Esta curva de acidificación en el suelo por la FBN nos lleva a cuestionar: ¿es que muchos problemas de falta de desarrollo radicular atribuidos a la compactación del suelo no podrían ser debidos a la toxicidad por aluminio generada por la acidificación oriunda de la FBN?

Figura 6. Acidificación del perfil del suelo por 32 años bajo pasto de trébol subterráneo. Fuente: Haynes (1983). En el caso de la acidificación por FBN, Nyatsanga y Pierre (Agronomy Journal, 65: 936-940, 1975) citan la necesidad de 600 kg de CaCO3 / ha para neutralizar la acidez generada en la producción de 10 toneladas de alfalfa por ha y aún de 2.000 ppm de CaCO3 (o 4 t CaCO3 / ha) para devolver el suelo al pH original, después del cultivo de la soja.

 

La soja acidifica el suelo más que el maíz
 
En un ejercicio teórico, que se supone: (1) la productividad de 6000 kg ha-1 de la soja (cosecha) y 9000 kg ha-1 de maíz (segundo cultivo), (2) la soja con 60 g kg-N 1 (siendo 100% originados de la FBN) o 360 kg de N en los 6.000 kg de soja y (3) granos de maíz con 15 g N kg-1 (siendo 100% originados de N-nítrico) o 135 kg de N en los 9.000 Kg de maíz, es posible cuantificar la acidificación potencial de este sistema de producción de soja / maíz. Se verifica en la Tabla 2 que:
 
No hay pérdida de N-nítrico por lixiviación, el maíz fertilizado con urea no acidifica el sistema, pues la acidez generada por la urea en la superficie es neutralizada por la alcalinidad generada en subsuperficie, por la absorción de nitrato. Sin embargo, esta neutralización en subsuperficie tiene como coste la acidificación en la superficie, equivalente a 482 kg de carbonato de calcio utilizados para la producción de los 9.000 kg de maíz.
La soja, por medio de la FBN, deja en la capa subsuperficial del suelo una acidez que requiere 1.285 kg de carbonato de calcio para su neutralización. Sin embargo, como el cultivo del maíz ya dejó un crédito de alcalinidad de 482 kg de carbonato de calcio, la acidez residual en subsuperficie será equivalente a 1.285 - 482 = 803 kg de carbonato de calcio para su neutralización.
El balance ácido / base en la sucesión soja-maíz muestra la necesidad de 482 kg (superficie) + 803 kg (subsuperficie) = 1.285 kg de carbonato de calcio o 1.713 kg de cal con 75% de PRNT para neutralizar la acidez generada en el sistema.
 
 
Tabla 2. Acidificación potencial teórica generada en la producción de 6.000 kg ha-1 de soja (cosecha) y de 9.000 kg ha-1 de maíz (safrinha).

 En la sucesión soja-maíz, la soja es la que acidifica el suelo, y, con mayor agravante, en una profundidad más difícil de corregir, cuando se compara con la acidez generada en la superficie del suelo por el abono nitrogenado. Es interesante notar que, si en la sucesión soja-maíz, se producen 3 toneladas de maíz para cada t de soja cosechada, la acidez generada por la FBN en sub-superficie queda en cero por la alcalinidad liberada con la absorción de N-nítrico. En este caso, suponiendo que el maíz absorbía todo el nitrógeno en forma nítrica. El maíz y las gramíneas, en general, son los mitigadores de la acidez en subsuperficie. Así, se puede decir que, para obtener alta productividad de soja, es necesario, antes, obtener alta productividad de maíz y / o de otras gramíneas, bien abonadas con nitrógeno.

La Tabla 2 muestra, además, que para la producción de 100 sc / ha de soja y de 150 sc / ha de maíz se necesitan 1.285 kg de carbonato de calcio, equivalentes a casi 2 t de cal por por año, sólo para corregir La acidez generada por la urea y la FBN. Para corregir el perfil de hasta 100 cm de profundidad, como lo hicieron los campeones de productividad en los Estados Unidos, la dosis debe ser, con certeza, muy superior. Y lo ideal es que esta dosis sea calculada y aplicada según un programa a largo plazo y monitoreado con muestreos recogidos a 0-10 cm, 10-20 cm, 20-40 cm, 40-60 cm, 60-80 cm, 60-80 cm y 80- 100 cm de profundidad.

Importancia de la materia orgánica en la siembra directa

La Figura 7 muestra un trabajo realizado por la Fundación MT que evidencia la importancia del manejo de la cobertura vegetal en la productividad de la soja. El tratamiento soja / barbecho, sin cobertura vegetal hace 7 años, produjo 29 sc / ha de soja, es decir, 30 sc / ha a menos que el tratamiento soja / braquial, que produjo 59 sc / ha. Entre las posibles explicaciones para el mejor desempeño del tratamiento soja / braquial se puede citar el efecto alcalinizante obtenido con la absorción de nitrógeno nítrico por la braquaria, así como la complejidad del aluminio por los ácidos orgánicos en formas menos tóxicas. Lamentablemente, no se realizaron análisis químicos del perfil del suelo, que podrían ayudar en la comprensión de los resultados observados

Figura 7. Diferencia en la productividad entre los manejos de soja / barbecho (a la izquierda) y la soja / braquaria (a la derecha). Fuente: Zancanaro (2016). Carvalho y Miyazawa (2008) citaron que las plantas de cobertura reducen la toxicidad de Al3 + por complejidad orgánica, transportan Ca y Mg al subsuelo y también contienen sustancias orgánicas que estimulan el desarrollo radicular de la soja (Figura 8).

 

Efecto de extracto demucuna gris en el desarrollo radicular de soja en solución nutritiva. Fuente: Carvalho y Miyazawa (2008).

Concluimos este artículo sobre toxicidad de aluminio alertando sobre la necesidad de la utilización del calado para neutralizar la acidez generada por la FBN en el sistema soja-maíz. Recuerde que para obtener altas productividades de soja es necesario, antes, obtener altas productividades de maíz o de gramíneas de cobertura - cultivos que ayudan a mitigar la acidez en subsuperficie generada en el sistema soja-maíz.

Síndrome de las raíces atrofiadas III. Toxidez de glifosato
Síndrome de las raíces atrofiadas II. Deficiencia de boro
Síndrome de las raíces atrofiadas I. Toxicidad del aluminio
 
Autor/es
Egresó de Escuela Superior de Agricultura 'Luiz de Queiroz'. MSc. (1981) y Ph.D. (1989) en Suelos y Nutrición de Plantas en la misma escuela. Estudió fertilidad de suelo y nutrición de plantas en Japón (Kyoto Prefectural University) y en Curso Internacional de Hortalizas en Holanda (International Agricultural Centre). Colaboró con los Dres. Römheld (Hohenheim University, Alemania) y Cakmak (Sabanci University, Turquía), discípulos del legendario Dr. Marschner. Director en Brasil (1977-2007) de lo que hoy es International Plant Nutrition Institute (IPNI). En 2008, creó su consultora AgriNatura
 
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