Relación estrés efectivo- resistencia mecanica en suelos abonados con efluentes líquidos de tambo

INTRODUCCIÓN

En la región central de la pampa llana santafesina se verifica una creciente degradación de las propiedades físicas y químicas de los suelos asociada a la reducción del contenido de carbono orgánico (Carrizo et al., 2011; Miretti et al., 2012), debido a que la intensificación de los sistemas productivos está ocurriendo sin implementación de prácticas tecnológicas adecuadas.

El deterioro de la estructura edáfica se caracteriza, entre otros aspectos, porque se reduce la porosidad total, fundamentalmente la macroporosidad. Esto tiene consecuencias negativas directas sobre la captación y movimiento del agua en el suelo y en su capacidad de aeración, además de aumentar la resistencia mecánica del suelo (Imhoff et al., 2006; Imhoff et al., 2010).

A medida que la densidad del suelo aumenta, el contacto entre las partículas se incrementa, aumentando la energía que se requiere para penetrar el suelo. Del mismo modo, el secado del suelo produce un acercamiento de sus partículas y favorece la formación de nuevas conexiones entre ellas y entre los microagregados del suelo, lo que incrementa la energía de retención del agua por la matriz del suelo (potencial mátrico). En estos casos, la resistencia del suelo es producida por el efecto combinado del contenido hídrico y potencial mátrico sobre los puentes inter-partículas e inter-agregados, proceso conocido como estrés efectivo (Mullins & Panayiotopoulos, 1984).

El estrés efectivo presenta relación linear positiva con la resistencia a la penetración (RP) y varios autores lo utilizan como indicador de calidad física del suelo (Giarola et al., 2003; Whalley et al., 2005). La impedancia mecánica puede ser la mayor limitación para el crecimiento de las raíces en suelos tan húmedos como -100 kPa, debido al incremento del estrés efectivo entre las partículas del suelo resultante de la tensión existente en las películas de agua entre las partículas (Whalley et al., 2005). Este efecto puede agravarse por el incremento de la compactación (Bengough et al., 2011) asociada al tráfico de la maquinaria y de los animales. Las raíces que experimentan impedancia mecánica requieren energía extra para desplazar las partículas del suelo y así, poder crecer. Esto restringe la habilidad del sistema radical en acceder al agua y los nutrientes de las capas de suelo más profundas.

Muchos trabajos científicos evaluaron la aplicación de residuos orgánicos en el suelo como alternativa para aumentar el contenido de materia orgánica y así mejorar las propiedades químicas y físicas de suelos degradados (Feng et al., 2005; Bittman et al., 2007). Según la literatura, los efluentes de tambo contienen una significativa cantidad de materia orgánica y nutrientes (Schröder et al., 2007; Marzetti et al., 2010; Imhoff et al., 2011). Esto los convierte, potencialmente, en una fuente importante para lograr la recuperación física de los suelos, especialmente en virtud de que el aumento del tamaño de los tambos y del número de sistemas total o parcialmente estabulados está incrementando notablemente la disponibilidad de dichos residuos que, de alguna forma, deben ser manipulados para que no generen contaminación de los recursos naturales.

A pesar de que se conoce que valores elevados de resistencia mecánica y de estrés efectivo afectan directa e indirectamente el crecimiento de los cultivos y que esas propiedades del suelo pueden ser alteradas por el manejo y el agregado de substancias que modifiquen su agregación, como podría ser el caso de los efluentes de tambo, existe escasa información acerca del impacto que tiene la aplicación de ese tipo enmienda orgánica sobre las propiedades físicas mencionadas. En este contexto el objetivo del trabajo fue determinar el efecto de la aplicación de diversas dosis de efluente líquido de tambo sobre la resistencia mecánica y el estrés efectivo del suelo.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó en un establecimiento dedicado a la actividad lechera ubicado a 1,5 km al este de la localidad de Cavour, departamento Las Colonias, provincia de Santa Fe (31º21’59’’ S; 61º00’28’’ O). El suelo, Argiudol típico serie Rincón de Ávila con un índice de productividad de 62, es manejado en sistema de siembra directa desde 1995 con una rotación agrícola ganadera con sistema de fertilización de reposición. El clima es mesotérmico subhúmedo-húmedo (c2b’3ra’). Para el estudio se aplicaron tres dosis de efluentes líquidos de tambo en el suelo, cuya composición química se presenta en el Tabla 1, con una estercolera de 3 m de ancho de labor que esparce a presión el efluente.

El ensayo consistió de cuatro tratamientos: testigo (0 m3 ha-1) (T), aplicación de dosis baja de efluente (D1= 60 m3 ha-1), dosis media (D2= 120 m3 ha-1) y dosis elevada (D3= 180 m3 ha-1), con tres repeticiones por tratamiento, según un diseño en bloques al azar, en parcelas de 20 m de largo y 3 m de ancho, separadas a 2 m. A los 5 días de realizada la aplicación del ELT se sembró sorgo doble propósito (Sorghum bicolor) con sistema de siembra directa y distancia entre hileras de 0,52m, sobre barbecho de raigrás anual (Lolium multiflorum).

Muestras perturbadas y no perturbadas se colectaron en cada parcela 3 semanas después de la siembra. Las primeras se colectaron de 0 a 5 cm y de 5 a 20 cm de profundidad (5 por parcela y por profundidad). Las muestras se agruparon por tratamiento para realizar los análisis químicos de suelo de rutina (MO, Nt, P, SO4, pH, CE, Ca, Mg, Na, K, CIC, según SAMLA, 2004).

Muestras no disturbadas (6 por tratamiento, 2 por repetición) se colectaron (0 a 10 cm) con cilindros (5 cm x 5 cm) y saturaron por elevación gradual de una lámina de agua. Luego se pesaron para obtener el contenido hídrico en saturación (θs) y se equilibraron en los siguientes potenciales mátricos (ψ): -0,003, -0,006 y -0,01 MPa en mesa de tensión y -0,03, -0,1 y -0,5 MPa en ollas de presión (Klute, 1986). El potencial de -1,5 MPa fue determinado con el equipo WP4-T usando muestras disturbadas. Una vez que las muestras llegaron al equilibrio, se pesaron y en cada una se midió la resistencia a la penetración del suelo (RP) con penetrómetro electrónico, con cono de 60º de ángulo y 4mm de diámetro basal. Luego se secaron en estufa a 105?C y determinó el contenido gravimétrico de agua y la densidad del suelo (Ds) (Blake & Hartge, 1986). Con esta información se calculó el contenido hídrico volumétrico (?) y elaboró la curva de retención hídrica (CRH). Los datos de las CRH fueron ajustados con el siguiente modelo:

θ=a*ψ-b (1)

Donde: ?=contenido volumétrico de agua (cm3 cm-3), ?= potencial mátrico (kPa), “a” y “b” son los parámetros de ajuste.

El estrés efectivo fue estimado como el producto entre la saturación relativa y el potencial mátrico, en valor absoluto, utilizando la ecuación (2) (Mullins & Panayiotopoulos, 1984):

σ = ?sr * ??m ? (2)

Donde: σ es el estrés efectivo (kPa); ?sr es la saturación relativa (cociente entre el contenido volumétrico de agua en el potencial aplicado y el contenido volumétrico de agua en saturación; ?sr = ?/?s); ??m ? es el potencial mátrico (kPa) aplicado en valor absoluto.

La relación entre el estrés efectivo y RP (kPa) se estableció con la ecuación 3:

RP = a + b * σ (3)

Donde: σ = estrés efectivo (kPa), RP = resistencia a la penetración (kPa), “a” y “b” son los parámetros del modelo.

Los resultados fueron sometidos a los procedimientos estadísticos: análisis exploratorio de datos, análisis de variancia con comparación de medias con el test de Tukey al 5% de significancia y análisis de regresión, utilizando el programa INFOSTAT (Di Rienzo et al., 2010).

 

Los resultados de la Tabla 2 indican que el agregado de ELT produjo incrementos en las concentraciones de casi todos los nutrientes en la profundidad de 0 a 5 cm, con excepción del pH, mientras que de 5 a 20 cm prácticamente no hubo modificaciones. En general los aumentos siguieron la tendencia impuesta por el incremento de las dosis aplicadas y no se verificaron alteraciones bruscas en los contenidos de nutrientes.

Entre profundidades las diferencias fueron importantes, denotando el efecto de la aplicación del efluente asociado al efecto “siembra directa”. Los resultados de 0-5 cm en el T indican que el sistema de SD aplicado durante casi 20 años favoreció la acumulación de residuos en la superficie, que con el transcurrir del tiempo indujeron un aumento en el contenido de materia orgánica y de nutrientes, los cuales disminuyen en profundidad debido a la falta de remoción. En los tratamientos con ELT los valores de MO se incrementaron notablemente, generando un aumento en la CIC y en el poder buffer del suelo, lo que probablemente evitó la variación del pH a pesar del ascenso de la CE. Hay que destacar que la mayor modificación se produjo en el contenido de K, debido a la gran cantidad presente de este elemento en el ELT (Tabla 1), lo que también explicaría en parte la falta de alteración del pH.

Los indicadores estadísticos para las variables densidad de suelo (Ds), resistencia a la penetración (RP), contenido hídrico (θ) y estrés efectivo (?) se presentan en el Tabla 3.

No hubo diferencias significativas entre tratamientos para los valores promedios de RP, θ y σ. Ds fue significativamente menor en D2 y D3 respecto de T y D1 y su CV es similar al encontrado por varios autores para suelos de la región en estudio (Imhoff et al., 2006; Pilatti et al., 2006; Imhoff et al., 2010). El elevado CV de RP, θ y σ es consecuencia del gradiente de humedad impuesto a las muestras para obtener las CRH y las relaciones entre RP - σ.

Es ampliamente conocido el contenido hídrico del suelo a determinado valor de potencial mátrico puede variar en función de la textura del suelo, tenor de materia orgánica y grado de compactación del suelo. Por esta razón, Mullins & Panayiotopoulos (1984) propusieron el indicador llamado estrés efectivo ??) para representar el efecto combinado del potencial mátrico del suelo y de su contenido hídrico. Estos autores señalaron además que cualquier factor que altere ???(Ds, sustancias aglutinantes)?afectará indirectamente la RP. Dado que los ELT contienen elevado contenido de materia orgánica pero también de elementos que pueden actuar como agregantes (Ca+2) o dispersantes (Na+), resulta relevante determinar cómo varía la relación RP ????en suelos que tuvieron aplicación de ELT.

En la Figura 1 se visualiza que al aumentar ? se incrementa RP en todos los tratamientos. Varios autores encontraron resultados similares, i.e. una correlación linear positiva entre ambas variables, y resaltaron la importancia del estrés efectivo en generar valores elevados de RP en el suelo (Vepraskas et al., 1984; Giarola et al., 2003; Whalley et al., 2005). En este trabajo la magnitud de la relación RP ???? dependió de la dosis de ELT incorporada. Las ecuaciones de ajuste?(Figura 1) muestran que en T y D1 para cada unidad de variación de ?, el incremento de RP es notablemente mayor que en D2 y D3??Según Vepraskas et al. (1984) el coeficiente (a) (ordenada al origen) representa principalmente el efecto de cohesión debido a la presencia de sustancias cementantes, mientras que el coeficiente (b) (pendiente) es explicado por el efecto de fricción entre partículas y el efecto de las fuerzas actuantes en la capilaridad, las cuales se incrementan con la densificación del suelo. Los resultados indican que casi no hubo diferencias entre tratamientos en los valores de (a), aunque su valor aumentó con el incremento de la dosis de ELT y el mayor valor correspondió a D3, tratamiento que aportó gran cantidad de MO al suelo.

Estos resultados corroboran el efecto de agregación que la materia orgánica ejerce sobre las partículas del suelo, que sumado al efecto del Ca+2 adicionado con el ELT seguramente contribuyeron a aumentar la cohesión de las partículas, proceso ya mencionado en muchos trabajos, pero aún no verificado cuando se adiciona ELT al suelo.

Figura 1. Relación entre el estrés efectivo (σ) y la resistencia a la penetración (RP) en los tratamientos de aplicación de efluentes de tambo: T: testigo (0 m3 ha-1); D1: dosis baja (60 m3 ha-1); D2: dosis media (120 m3 ha-1); D3: dosis alta (180
m3 ha-1).

Por otro lado, las dosis más elevadas de ELT generaron una disminución notable del parámetro (b) de la ecuación 3, lo que sugiere que el ELT en dosis adecuadas, vía algún mecanismo, indujo una disminución de las fuerzas de fricción entre partículas-penetrómetro (o raíz) y de las fuerzas de adhesión entre partículas-agua. Este efecto puede ser atribuido a la menor densidad de suelo observada en D2 y D3 (Tabla 2), cuya disminución probablemente se asocia al incremento de MO
y cationes que mejoran la estructuración del suelo. Así en D2 y D3, para un dado valor de ?, las raíces deberán ejercer menor presión para horadar y expandirse en el suelo que en T y D1. Esto le permite a los cultivos explorar un volumen mayor de suelo, favoreciendo el acceso al agua y a los nutrientes. De esta forma, el cultivo puede hacer una utilización más eficiente de los recursos disponibles, lo que generalmente se traduce en una mayor producción.

Los valores de RP en los tratamientos D2 y D3 permanecieron por debajo del umbral crítico (2 MPa) en todo el rango de σ medido, indicando que a medida que disminuye el contenido hídrico del suelo, la resistencia que opone su matriz a la deformación no se torna restrictiva para el crecimiento de las raíces. En T y D1 el valor crítico de RP se supera rápidamente, con σ < 20 kPa.

Se sabe que el límite superior del rango de agua disponible en el suelo es el valor de humedad en capacidad de campo (CC), el cual corresponde a un potencial mátrico que varía entre 10 y 33 kPa en función de la textura. Por lo tanto, el suelo en T e inclusive donde se agregó una dosis baja de ELT (D1) presentará condiciones de RP limitantes para del desarrollo de los cultivos aún en condiciones de humedad adecuada (próximas a CC), lo que probablemente provocará reducción
de su productividad, tal como lo sugirió Whalley et al. (2005).

Los resultados de este estudio corroboran la utilidad de σ como indicador de calidad de suelo cuando el mismo se asocia a los valores medidos de RP. También destacan el potencial de los ELT como sustancias que pueden mejorar la calidad estructural de los suelos. Sin embargo, es necesario mencionar que este potencial está íntimamente ligado a la composición química del efluente, razón por la cual es estrictamente necesario conocerla previo a su incorporación al suelo.

Aún es necesario profundizar los estudios sobre las interacciones suelo-MO-cationes que ocurren con la adición de ELT y establecer las dosis óptimas de aplicación.

 

La aplicación de efluentes líquidos de tambo en dosis elevadas (D2 y D3) tuvo un efecto positivo sobre la calidad física del suelo, que se tradujo en aumento del contenido de materia orgánica y nutrientes en el suelo y en una disminución de su densidad, resistencia mecánica y estrés efectivo, mientras que no hubo diferencias entre los resultados obtenidos en el tratamiento testigo (T) y dosis baja (D1) de efluente. Los resultados sugieren que el uso de efluentes líquidos de tambo en dosis adecuadas es una alternativa válida para contribuir al manejo sustentable de los sistemas pecuarios.

 

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