Contribución al estudio de la fertilidad del suelo y su relación con la producción de pastos y forrajes

Introducción

El conocimiento de los avances logrados en una línea de investigación determinada, puede dar una visión acertada del grado de evolución lograda en una institución científica. En la presente disertación exponemos los principales resultados obtenidos durante aproximadamente 50 años, en el Instituto de Ciencia Animal (ICA) de Cuba, en el tema de la fertilidad de los suelos en el agroecosistema de pastizal. Para ello, las investigaciones se centraron, principalmente, en los siguientes aspectos: principales factores nutricionales limitantes en los suelos de empresas ganaderas del país, efecto de los fertilizantes nitrogenados en la producción anual y estacional de los pastos y principales factores que lo afectan, efecto de los fertilizantes nitrogenados en las propiedades agroquímicas del suelo, modelación del efecto de los factores climáticos en el rendimiento de los pastos, mejores métodos de determinación de N en el suelo, la fertilización órgano–mineral en los pastos, efecto sinérgico de los fertilizantes nitrogenados y los abonos orgánicos, el reciclaje de los nutrientes en el sistema suelo-pasto-animal-atmósfera, creación y aplicación del software RECICLAJE, impactos de las tecnologías de producción animal en indicadores físicos, químicos y biológicos del suelo, determinación y selección de indicadores de sostenibilidad en el suelo, el pastizal y los animales, así como prácticas agronómicas que rescatan la fertilidad del suelo y la producción de biomasa en empresas ganaderas, entre otros.

El objetivo del presente trabajo es compartir y discutir los principales resultados obtenidos en el ICA en el tema de la fertilidad de los suelos en la actividad ganadera, con énfasis en la región occidental del país.

Resultados

Estudios relacionados con la aplicación de fertilizantes químicos

Se investigó la respuesta de los pastos artificiales más extendidos en el país a la aplicación de fertilizante nitrogenado. Las dosis variaron entre 0 y 750 kg ha-1año-1 de N (Crespo, 1974). A pesar que las producciones fueron mayores con la dosis mas alta, la máxima conversión del fertilizante se encontró con las dosis intermedias, entre 350 – 500 kg ha-1 año-1. Para precisar aún más la dosis óptima de N, se realizaron experimentos con las gramíneas guinea (Megathyrsus maximus, Jacq.) y pangola (Digitaria decumbens, Stent), consideradas hasta entonces las más extendidas en las áreas ganaderas del país y se comprobó que con aplicaciones de alrededor de 300 kg ha-1/año-1 de N se obtuvo la mayor eficiencia (Crespo et al.1975; Crespo, et al. 1981).

Para estudiar el efecto del sistema de distribuir la fertilización nitrogenada (fertilización diferida) en la distribución anual de los rendimientos de pangola y guinea se condujeron experimentos en las provincias de Oriente y La Habana. En ambos pastos se aplicaron dosis de 200 y 400 kg -1 de N.

En los dos casos, el mayor porcentaje del rendimiento en la estación seca se logró al fraccionar todo el fertilizante desde noviembre hasta abril, con regadío. Sin embargo, la guinea produjo rendimientos más uniformes en La Habana con el fraccionamiento 20% en la estación lluviosa (mayo a octubre) y 80% en la seca y en Oriente con ese mismo sistema o fraccionando por corte todo el año. Por otra parte, la pangola produjo rendimientos más uniformes en la Habana con los sistemas 20-80% y 40-60% y en Oriente con el sistema 2080% (Crespo, 1976).

Otro grupo de experimentos fueron conducidos para estudiar en qué medida influye la aplicación basal de fertilizantes fosfóricos y potásicos en el porcentaje de recuperación del N aplicado a los pastos. La mayor recuperación de N (alrededor de 60%) se logró con 150 kg ha1 de N más 150 y 400 kg ha-1año-1 de P y K, respectivamente (Cuesta, 1986).

Para investigar el efecto que producen las continuas aplicaciones de fertilizante nitrogenado en el suelo, se realizó un estudio en un suelo Pardo sin carbonatos, donde se aplicó durante 5 años, 400 y 800 kg de N ha-1año-1 en un área de forrajes. Al final del quinto año se comprobó un aumento de la acidez hidrolítica y un decrecimiento del contenido de K, P y Mn disponibles, así como un aumento de los contenidos de Fe y Cu. Por su parte, los contenidos de Ca++, Mg++, Zn y Mo no mostraron variación (Aspiolea y Crespo, 1974).

En otro experimento, conducido en un suelo Ferralítico rojo típico, la aplicación ininterrumpida durante 2 años de 50 kg N ha-1corte-1 en un área de forraje disminuyó el pH y los contenidos de P, K, Ca, Mg y Na.

Se encontró un incremento en la eficiencia del N aplicado (como urea) al pasto Brachiaria decumbens en un suelo Ferralítico rojo típico al acompañarla con la aplicación de zeolita natural cubana. Así, se produjo 40 g de MS por g de N cuando se aplicó 180 g de zeolita, en comparación con solo 18 g de MS por g de N cuando dicho producto no se aplicó. Por otra parte, la extracción de N por el pasto se incrementó al aumentarse la dosis de zeolita en el segundo y cuarto cortes y en la extracción total (Crespo, 1989).

En nuestras condiciones de suelo y clima, los fertilizantes nitrogenados han mostrado generalmente, altas pérdidas de N, de modo que en la mayoría de los casos, la recuperación no ha sobrepasado el 50%. Las zeolitas naturales (minerales alumino-silicatos) han atraído la atención de algunos investigadores debido a su característica de mejorar la efectividad de los fertilizantes, lo que se atribuye principalmente a su alta capacidad de intercambio catiónico y a su afinidad y selectividad por el NH4.

Estudios relacionados con la aplicación de abonos orgánicos y órgano-minerales

En suelos Ferralíticos rojos se realizaron varios experimentos para conocer la posibilidad de complementar o sustituir los abonos químicos por abonos orgánicos de diferentes fuentes para la producción intensiva de forrajes del género Pennisetum purpureum. Para condiciones similares de suelo y de clima los resultados experimentales indicaron, en primer lugar, que es posible en el primer año reducir a la mitad la dosis de fertilizante químico que requiere este forraje mediante la aplicación de 40 t/ha de estiércol vacuno y, en segundo lugar, que será necesario velar por el requerimiento de potasio en los siguientes años de explotación (Crespo y Oduardo, 1986). Para la obtención de un abono órgano-mineral efectivo, primeramente se evaluó el efecto de diferentes proporciones de excreta- zeolita en el rendimiento y composición química de guinea likoni (Megathyrsus maximus) y se encontró que la proporción 4:1 permitió lograr una mayor eficiencia de la excreta aplicada, recomendándose dosis entre 25 y 50 t ha-1 de este abono.

Estudios relacionados con el reciclaje de nutrientes

El estudio de la distribución de las bostas por el ganado vacuno en los pastizales tropicales y el reciclaje de los nutrientes por las mismas, constituye un tema de mucho interés y actualidad para el trópico.

Nuestras investigaciones indicaron que las bostas depositadas por las vacas sobre un pastizal de estrella (Cynodon nlemfuensis vc. panameño) tuvieron diámetros que oscilaron en un rango estrecho (23-26 cm), para un valor promedio de 25.8 cm y cada vaca depositó un promedio de 10 bostas en cada rotación del pastoreo, con un peso seco de 0.29 kg cada una (Crespo,1998). Los análisis realizados a las bostas indicaron que el contenido medio de N fue de 1.52% y el contenido de MS promedió 15.9%. De estas observaciones se estimó que, como promedio, cada vaca depositó 1 bosta de 1.72 kg (b. fresca) cada 1.5 h de pastoreo, o lo que es lo mismo, un promedio de 13 bostas con un peso total de 20.6 kg durante 18 h de pastoreo. Esto indica que las 40 vacas que pastorearon en el cuartón defecaron en total 840 bostas, que pesaron 1.64 t en los 2 días de estancia de cada rotación (Crespo, 1998).

Por su parte, las manchas de fertilidad alta (AF) y media (MF) del pasto, ocuparon pequeñas áreas en el pastizal, con valores de 3.2 y 3.6%, respectivamente. El peso del pasto por m2 fue significativamente mayor en las manchas AF y MF en comparación con las áreas de baja fertilidad (BF), pero solo representaron el 17% de la disponibilidad total del cuartón.

En la investigación anterior la mayor concentración de N y K del pasto, así como el mayor rendimiento de MS en las denominadas “manchas de alta fertilidad AF” comparado con las de “baja fertilidad BF” indican, sin dudas, la influencia de las bostas y las micciones en dichas áreas. No obstante, los mayores valores de N y K, así como el menor valor de P en el pasto de las áreas AF, en comparación con MF, permitieron deducir que las primeras fueron producidas por las micciones y las segundas por las bostas.

También se ha investigado cómo se produce la desaparición de las bostas en el pastizal. Los mayores valores de las tasas de desaparición en los primeros 30 días de depositadas en junio, julio, agosto y septiembre, comparadas con las depositadas en mayo y octubre, se correspondieron con los meses de más lluvia y mayor temperatura (Rodríguez et al.,1997).

Por otra parte, la velocidad de descomposición durante la estación seca fue más lenta que en la lluviosa, por lo que la incorporación de los nutrientes reciclados por esta vía debe ser menor. Mientras que las bostas depositadas en los meses de la estación lluviosa perdieron entre el 20-70% del peso inicial en los primeros 60 días, en la época de seca solo perdieron entre 5 – 30% a los 90 días. Esto ocurre así, fundamentalmente, por el encostramiento que experimentan las bostas en dicha época debido, principalmente a la falta de humedad (Rodríguez, 2001).

Los resultados indicaron que las bostas depositadas por las vacas en la estación seca, fueron relativamente pobres en agua y nutrientes, al compararlo con las de la estación lluviosa (Rodríguez et al. 2003).

Se encontró alta concentración de K en la orina, cuyo valor fue 1.7 veces mayor que el N (Crespo, 2013).

El efecto de la bosta en el rendimiento del pasto se manifestó hasta 15 cm por fuera del borde de la misma y, en ocasiones, esto también ocurrió hasta los 30 cm. El mayor efecto se encontró cuando la bosta se depositó en julio (599.82 vs. 256.39 g/m2). Por su parte, el efecto de la orina en el rendimiento del pastizal fue positivo en todos los meses de deposición y en todas las fechas de muestreo. Las depositadas en enero y en marzo aumentaron el rendimiento aún 100 días después de aplicadas. El efecto más marcado se produjo en julio y en ningún caso su influencia se manifestó más allá del área física inicialmente cubierta por ella (Rodríguez y Crespo, 1997).

Se observó que el N fue mayor en el pasto que creció sobre la orina en los muestreos efectuados 60 días después de depositadas en enero, marzo y julio, mientras que esta micción incrementó el contenido de K del pasto en todos los muestreos y, en muchos casos, la influencia se manifestó más allá del borde físicamente ocupada por ella. El efecto de la orina en el rendimiento del pasto no solamente fue más evidente, sino también más duradero que el producido por la bosta (Rodríguez et al. 2005).

En el suelo, el N se incrementó significativamente por ambos tipos de excreciones cuando la deposición se realizó en julio, mientras que en todos los casos el contenido de K fue mayor en el suelo cubierto por la orina y el P no fue influenciado por ninguna de estas excreciones. El pH y el Ca no variaron entre los tratamientos, pero el Mg y la MO aumentaron en las deposiciones en julio y marzo, respectivamente (Rodríguez et al. 2005).

También se investigó la magnitud de las pérdidas de amoniaco de la excreta y la orina de vacas lecheras que fueron depositadas sobre el pastizal en los meses de enero, marzo y junio. En estos tres períodos experimentales los datos mostraron mejor ajuste a la Función de Gauss en el caso de las bostas, con valores R2 de 0.89, 0.88 y 0.89 y al modelo Logarítmico en Función Cuadrática en el caso de la orina, cuyos valores R2 fueron de 0.86, 0.89 y 0.61 para el primero, segundo y tercer experimento, respectivamente (Crespo et al. 1997).

En cada uno de los experimentos con las bostas, el amoníaco volatilizado fue bajo en los primeros días (menos de 1 kg ha-1 día-1 ) a partir de lo cual el valor se incrementó gradualmente, hasta alcanzar 4 kg ha-1 día-1 a los 8 –10 días en el segundo experimento y 2 kg ha-1 día-1 a los 8 días en el primer y tercer experimento, respectivamente. Posteriormente, los valores descendieron paulatinamente con el tiempo y no se detectaron después de 23 días en todos los casos.

Por su parte, en cada uno de los experimentos con orina, el NH3 volatilizado en los primeros días fluctuó de 2.95 a 4.77 kg ha-1dia-1, a partir del cual el valor disminuyó gradualmente, hasta desaparecer a partir de los 15 días. El total de N-amoniacal volatilizado por la mancha de orina fue de 22.3, 22.9 y 21.9 kg ha-1 en el primero, segundo y tercer experimento, que representaron 1.8, 1.9 y 1.8 % del N total aplicado, respectivamente.

Otra vía importante de entrada de nutrientes en el suelo de pastizales la constituye la hojarasca. Las investigaciones demostraron que las gramíneas muestran menor capacidad de acumular hojarasca que las leguminosas, pues ninguna sobrepasó el valor de 300 g m-2 año-1. B. decumbens y C. nlemfuensis tuvieron la mayor capacidad de producción de hojarasca, aunque aún los pastos naturales, como P. notatum, D. annulatum y S. indicus, acumularon hasta 180 g MS m-2 lo que equivale a unos 1800 kg ha-1 (Crespo y Pérez, 2000).

La mayor acumulación de hojarasca por el árbol Albizia lebbeck, durante el período de diciembre a marzo, indicó que en las primeras semanas, la principal contribución la realizan las ramas y las hojas de esta planta, pero estas fracciones disminuyeron con el tiempo, hasta que las vainas constituyeron el 100% de la hojarasca que se produce en marzo. En total cada árbol produjo 80.20 g MS de hojarasca (Crespo y Fraga, 2002). En este sentido consideramos que es necesario continuar la ampliación de las investigaciones sobre la capacidad de producción de hojarasca de las arbóreas de mayor interés en la ganadería.

Para estudiar cómo se produce la descomposición en el tiempo de la hojarasca producida por las especies anteriores, se condujeron numerosos estudios con bolsas de mallas, distribuidas al azar en cada uno de los pastizales (Crespo y Pérez, 2000).

Entre las leguminosas, la hojarasca de D. ovalifolium y P. phaseoloides, mostraron una descomposición más rápida (16% mes-1) que S. guianensis y M. atropurpureum/G. wightii (15% mes-1).

La hojarasca de las leguminosas perennes presentó una descomposición más rápida que la de las gramíneas. Así, a los 210 días ya había desaparecido toda la hojarasca de las leguminosas, mientras que, en similar período de tiempo, aún quedaban en las bolsas más del 80% de la hojarasca de P. maximum, B. decumbens y C. nlemfuensis, así como el 70% de la de los pastos naturales y el 50.5% en pastos naturales+leucaena. Prácticamente la hojarasca de las gramíneas demoraron un año en desaparecer totalmente, aunque en ese tiempo aún el 30%, el 15% y el 11% del peso inicial de C. nlemfuensis, P. maximum y D. decumbens, respectivamente, permanecían en las bolsas. Las notables diferencias mostradas entre las especies de pastos en la velocidad de desaparición de la hojarasca parece estar íntimamente relacionada con el contenido de N y con la relación L/N de la misma. Así, la hojarasca de las gramíneas presentaron, generalmente, menos N y mayor relación L/N que las leguminosas y la hojarasca de ellas demoraron mucho más tiempo en descomponerse.

Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la importancia que tiene el mantenimiento de las leguminosas en los ecosistemas de pastizales, para incrementar la dinámica de reciclaje de los nutrientes a través de la hojarasca que ellas producen, a lo cual se añade el aumento de la calidad del pastizal y el aporte de N mediante la fijación biológica de este elemento. Esto ayudaría a acelerar el proceso de reciclaje que comúnmente ocurre en los pastizales compuestos solamente por gramíneas, los cuales, como se pudo apreciar, producen hojarasca de muy lenta capacidad de descomposición y liberación de los nutrientes, debido al bajo contenido de N y a la alta relación lignina/nitrógeno, lo cual tiende a la inmovilización de los nutrientes durante períodos de tiempo relativamente prolongados.

Las investigaciones sobre la producción de hojarasca y el retorno de N, P y K en pastizales que difieren en la composición de especies indicaron que en el pastizal más diversificado la producción total de hojarasca fue 73% mayor que en el pastizal con pocas especies (216.2 vs 124.4 t MS). La existencia de especies arbustivas y arbóreas en el pastizal demostró ser favorable, al alcanzar una producción de hojarasca más alta. Esta mayor cantidad de hojarasca representa una vía importante de reciclaje de nutrientes en estos sistemas, pues constituye una fuente importante de nutrientes. Esta se pone de nuevo a disposición del estrato herbáceo cuando se completa el ciclo biogeoquímico de los nutrientes contenidos en ella (Crespo et al. 2004).

Por otra parte, la biomasa de raíces de los pastizales puede contribuir de forma marcada en el reciclaje de nutrientes en estos sistemas. Estudios recientes en diferentes pastizales de la provincia Mayabeque, demostraron que los pastizales con gramíneas rastreras tuvieron un promedio de fitomasa (aérea + subterránea) de 1264.61 g. m-2, cinco veces menor que el pastizal donde solo estaba presente el Pennisetum purpureum vc Cuba CT-115. Estos resultados son de gran interés, pues muestran el aporte al potencial de materia orgánica en el suelo y sirve para pronosticar los índices y diagnósticos del recurso suelo (Rodríguez et al. 2013).

Otra vía nada despreciable de entrada de nutrientes, principalmente de N, en los agroecosistemas, lo constituye el agua de lluvia. Se encontró que la concentración de Namoniacal en el agua de lluvia ha variado desde 0.1 a 10.1 mg L-1, que representa 0.006 a 1.77 kg N ha-1, respectivamente, Por su parte, la concentración de N en forma de nitratos ha fluctuado entre 0.002 y 0.224 mg N L-1, o sea, un equivalente a 0.0002 a 0.0299 kg N ha-1. La relación NH4/NO3 ha sido de 324.1 como promedio. Los resultados obtenidos indican que la lluvia caída en el período estudiado aportó 1 kg de N ha-1 por cada 52.5 mm de lluvia, o sea, cada mm de lluvia contiene 0.019 kg ha-1 de N (Cuesta y Crespo (1990).

Modelo de simulación del balance de los nutrientes

Tomando como base de datos la información obtenida en la amplia serie de investigaciones conducidas en nuestro Instituto y otros estudios hechos en el país, se desarrolló el modelo RECICLAJE, el cual permite, mediante un software dinámico, estimar el estado del balance de N, P y K en diferentes sistemas de producción ganadera. El análisis, diseño y puesta en práctica del software, además de considerar los requerimientos predefinidos en las especificaciones de un modelo de simulación prevé que, con su aplicación, se puedan iniciar nuevos estudios sobre el reciclaje de los nutrientes, utilizando el mismo programa como una herramienta de trabajo Ortíz (2000). Este software permitió el perfeccionamiento y la profundización del conocimiento ya establecido sobre esta temática, y al mismo tiempo, lograr un mayor grado de ajuste del modelo a las particularidades que presenta cada unidad ganadera donde sea aplicado. El mismo constituye una herramienta de trabajo útil para los técnicos de alimentación y agrotecnia de las empresas (Rodríguez et al..2005). La validación del software en la producción ganadera comercial, con resultados favorables, se realizó en numerosas unidades ganaderas, mayormente lecheras, en la región occidental de Cuba (Crespo, 2013).

Evaluación integral del complejo suelo-planta en diferentes agroecosistemas de pastizales

A principios de la década del 2000 se comenzaron a ejecutar diferentes investigaciones con el objetivo de evaluar el impacto de la ganadería vacuna en el recurso suelo. Estas investigaciones se condujeron por un grupo multidisciplinario conformado por diferentes instituciones, tales como: el Instituto de Ecología y Sistemática, el Instituto de Suelos y el Instituto de Ciencia Animal.

Los resultados de estas investigaciones permitieron proponer un grupo de indicadores (físicoquímicos y biológicos) para evaluar la fertilidad integral del suelo así como, una metodología que permite evaluar el impacto de las tecnologías de producción vacuna sobre el recurso suelo a través de tablas de interpretación de los valores de los diferentes indicadores de su fertilidad (MO, N-total, P-asimilable, Ca, pH, resistencia a la penetración, hojarasca, infiltración, y actividad biológica). Esta propuesta se basa en la confección de figuras radiales que representan, según la escala de valores, el estado de cada indicador, y permite estimar el grado de fertilidad integral del suelo en cada unidad ganadera (Crespo et al. 2006).

A partir del año 2006, los estudios se centraron en seleccionar indicadores que permitieran determinar la estabilidad del sistema suelo-pasto animal en ecosistemas de pastizales. Los principales indicadores estudiados fueron: a) composición botánica, disponibilidad de biomasa, altura, composición química, frecuencia de aparición de las especies, densidad por especie, cobertura vegetal y suelo desnudo, aparición y muerte de especies y puntos de enraizamiento en el pastizal, b) granulometría, microestructura, densidad aparente, resistencia a la penetración, peso específico, porosidad total, contenido de N, fósforo asimilable, Ca y Mg, MO, respiración basal, respiración inducida, capacidad celulolítica, mesofauna y macrofauna en el suelo y c) producción de leche, hembras bajo plan, L vaca-1 en ordeño, L vaca total, L de leche ha-1 de pasto y carga en el componente animal (Lok et al. 2008).

Así, en sistemas silvopastoriles basados en leucaena/guinea se recomendó el monitoreo de los indicadores cubierta vegetal, suelo desnudo, densidad del pasto base y la presencia de pastos nativos en el componente pastizal y la distribución de agregados estables en húmedo y en seco, la estabilidad estructural, la fitomasa subterránea, la macrofauna y la mesofauna en el componente suelo (Lok et al. 2007; Rodríguez et al. 2008).

Una investigación similar fue conducida en una finca de producción de leche con la tecnología de Banco de Biomasa con P. purpureum vc. Cuba CT-115. En este caso, los indicadores seleccionados para monitorear el estado del pastizal y el suelo fueron similares a los encontrados en las investigaciones anteriores (Lok et al. 2009).

En cada una de estas investigaciones se propusieron tablas que contienen los rangos de valores para los indicadores seleccionados, que podrán constituir herramientas útiles, confidenciales y sensibles para discernir el estado en que se presenta cada sistema y tomar las medidas necesarias para su sostenibilidad (Lok et al. 2008).

Los resultados presentados demuestran que las investigaciones acerca de la fertilidad del suelo en el Instituto de Ciencia Animal han mostrado un desarrollo evolutivo satisfactorio, que ha marchado acorde con las necesidades impuestas por las nuevas tendencias científicas del tema y con el comportamiento de los recursos reales con que contamos. Las investigaciones futuras permitirán proponer alternativas que permitirán la adopción de tecnologías que incrementen sostenidamente la fertilidad general de los suelos en las áreas ganaderas del país.

Contribución al estudio de la fertilidad del suelo y su relación con la producción de pastos y forrajes

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