Agua–suelo–clima

 

Asociación entre indicadores de estabilidad estructural y la materia orgánica en suelos agrícolas de Venezuela

 

Association between soil structure stability indicators and organic matter in Venezuelan agricultural soils

 

Mansonia A. Pulido–Moncada, Deyanira Lobo–Luján, Zenaida Lozano–Pérez

 

Universidad Central de Venezuela. Facultad de Agronomía. Avenida Universidad Vía El Limón, Maracay. Estado de Aragua. Venezuela. *Autor responsable: (pulido@agr.ucv.ve), (lobod@agr.ucv.ve) (lozanoz@agr.ucv.ve)

 

Recibido: Marzo, 2008.
Aprobado: Febrero, 2009.

 

Resumen

La estabilidad estructural de los suelos depende de varios factores y su evaluación se hace con diversos métodos e índices de predicción. Uno de los indicadores es la materia orgánica del suelo (MOS), ya que ayuda a mantener las partículas minerales unidas frente a las fuerzas desestabilizadoras como el humedecimiento e impacto de gotas de lluvia. Sin embargo, los estudios realizados han enfatizado la relación entre estabilidad de agregados y el contenido de MOS, sin considerar su tipo o calidad. Por tanto, en el presente estudio se evaluó la asociación entre la calidad y contenido de MOS y la estabilidad estructural de la capa superficial en cinco suelos agrícolas de Venezuela. Con un muestreo dirigido aleatorio simple se seleccionaron nueve puntos de observación en cada suelo, donde se tomaron muestras para determinar: distribución de tamaños de agregados estables al agua, distribución de tamaño de partículas, contenido y fraccionamiento de la MOS e índices de predicción de sellado y encostrado derivados de estas características. Para determinar el porcentaje de escorrentía se aplicaron lluvias simuladas en campo. Los suelos mostraron baja estabilidad estructural (a excepción del suelo El Salao), validada por los porcentajes de escorrentía superficial obtenidos en campo. Hubo una alta asociación entre los tamaños (entre 4 y 2mm y < 0.25mm) de agregados estables al agua y las distintas fracciones de la MOS; la fracción de ácidos fúlvicos (CAF) tuvo una relación negativa con los agregados de menor tamaño (R = –0.84). Finalmente, de los índices de predicción de estabilidad estructural evaluados, sólo con el índice de encostramiento FAO se pudo establecer los niveles de estabilidad estructural en los suelos.

Palabras clave: Ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, escorrentía, índices de encostrado, índices de sellado.

 

Abstract

Soil structure stability depends on several factors and its assessment is conducted using different methods and prediction indices. One of the indicators is soil organic matter (MOS) since it helps to keep mineral particles together against the destabilizing forces such as wetting and raindrop impact. However, the studies carried out have emphasized the relationship between aggregate stability and MOS content, without considering its type or quality. Therefore, the present study assessed the association between quality and MOS content and topsoil structure stability in five Venezuelan agricultural soils. With simple random sampling nine observation points were selected in each soil, where samples were taken in order to determine: stable aggregate size distribution, particle size distribution, content and fractionation of MOS, and prediction indices of surface sealing and crusting derived from these characteristics. In order to determine the runoff percentage, simulated rainfall was used under field conditions. The soils showed low structure stability (except for El Salao soil) validated by the percentage of surface runoff obtained under field conditions. There was high association between the sizes (between 4 and 2 mm and < 0.25 mm) of water–stable aggregates and the different MOS fractions; fulvic acids fraction (CAF) had a negative relationship with aggregates of smaller size (R = –0.84). Finally, from the structure stability prediction indices assessed, the level of soil structure stability could be established only with the FAO crusting index.

Key words: Fulvic acids, humic acids, runoff, crusting indices, sealing indices.

 

INTRODUCCIÓN

La materia orgánica del suelo (MOS) es un factor estabilizador de la estructura del suelo, ya que ayuda a mantener las partículas minerales unidas frente a las fuerzas desestabilizadoras como el humedecimiento e impacto de las gotas de lluvia (Lado et al., 2004). Se ha encontrado una alta correlación entre el contenido de carbono orgánico del suelo (CO) y la agregación (Hermawan y Bomke, 1997), así como con la estabilidad de los agregados formados (Haynes et al., 1997), debido a la acción enlazante de las sustancias húmicas y otros productos generados por la actividad microbiana (Shepherd et al., 2001). Así, al referirse al estado estructural del suelo, además de determinar las partículas minerales que dominan en su superficie, es importante cuantificar la cantidad y el tipo de materia orgánica presente. En general, la MOS promueve la estabilidad de los agregados porque reduce el hinchamiento del agregado, disminuye la permeabilidad del agregado, reduce las fuerzas destructivas del fenómeno de estallido y aumenta la fuerza intrínseca de los agregados (Fortun y Fortun, 1989). La efectividad del CO en formar agregados estables está relacionada con su tasa de descomposición, la cual a su vez está influenciada por su protección física y química de la acción microbiana (Bronick y Lal, 2005).

El contenido de MOS no siempre tiene correlación, o ésta es baja, con la estabilidad de los agregados. Lo anterior sugiere que la cantidad de MOS per se no es directamente responsable del número y estabilidad de los agregados. Por tanto, la estabilidad puede depender más del tipo de MOS y su disposición con respecto a las partículas minerales (Fortun y Fortun, 1989; Holeplass et al., 2004).

Los compuestos de la MOS enlazan física y químicamente las partículas primarias en los agregados (Lado et al., 2004). La cantidad y distribución de los agregados estables e inestables en el suelo tienen una asociación estrecha con la dinámica de la MOS y la calidad del suelo. Por ello, los problemas de erosión de un suelo se evalúan estudiando los agregados estables (Márquez et al., 2004). Además, los principales factores que afectan la estabilidad de los agregados están asociados con la distribución del tamaño de partículas y a los niveles de materiales cementantes (Pagliai, 2003; Comerma et al., 1992¹). Por tanto, el objetivo del presente estudio fue determinar la asociación entre las fracciones de la MOS y algunos métodos e índices para evaluar la estabilidad estructural en la capa superficial de los suelos, así como establecer indicadores de estabilidad relacionados con la calidad y cantidad de la materia orgánica del suelo.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se seleccionaron cinco sitios ubicados en zonas de importancia agrícola en Venezuela, los cuales abarcan cuatro órdenes de suelos, clasificados según la Taxonomía de Suelos (Soil Survey Staff, 2006): Alfisol (El Sombrero, N 9° 21' 48.45"; O 67° 04' 28.36" y Danac, N 10° 21' 52.38"; O 68° 39' 17.18"), Vertisol (El Salao, N 8^° 40' 06.20"; O 65° 15' 47"), Inceptisol (Turén, N 09° 19' 02"; O 69° 05' 05") y Entisol (Quíbor, N 9° 56' 10.09"; O 69° 38' 59.15"). Se tomaron nueve muestras de los primeros 5 cm de profundidad del suelo. El muestreo fue dirigido aleatorio simple. Las muestras secas al aire se tamizaron con mallas de 4 y 2 mm de diámetro, para las determinaciones de estabilidad estructural y para las determinaciones químicas y los rangos de tamaño de partículas. En estas últimas se determinó la distribución de tamaño de partículas (DTP) por el método del hidrómetro modificado (Gee y Bauder, 1986), y el contenido de carbono orgánico (CO), con el cual se determinó la materia orgánica (MOS), con el método de Walkley y Black modificado (Heanes, 1984); el CO en las fracciones de MOS fue obtenido según el método de extracción secuencial de sustancias húmicas de Schnitzer y Schuppli (1989), con la separación del carbono extraíble total (CET) en humina, ácidos húmicos (CAH) y fúlvicos (CAF). Para evaluar el estado estructural superficial de los suelos se usó el método de tamizado en húmedo de los agregados de suelo (Yoder modificado, Pla, 1983) con agregados secos al aire de diámetro equivalente entre 4 y 2 mm, e índices derivados de características de suelo para la predicción de sellado y encostrado:

1) Indice de susceptibilidad a la separación (ISP) (Florentino, 1998²):

donde, A es el porcentaje de arcilla (< 2 µm), L es el porcentaje de limo (2–50 µm), L es el porcentaje de arena fina (100–250 µm) y af es el porcentaje de arena muy fina (50 – 100 µm); usando las fracciones obtenidas por el método de Gee y Bauder (1986).

2) Índice de sellado–encostrado de los suelos (ISE) (Florentino, 1998²) calculado con base en experimentos realizados por el autor:

donde, MO es el porcentaje de materia orgánica, L es el porcentaje de limo (2–50 µm), amf es el porcentaje de arena muy fina (50–100 µm) y af es el porcentaje de arena fina (100–250 µm); usando las fracciones obtenidas por el método de Gee y Bauder (1986).

3) Índice de encostramiento (IE), basado en los principales factores que afectan la estabilidad de los agregados, la distribución del tamaño de partículas y a los niveles de materiales cementantes (FAO, 1980):

donde, Lg es el porcentaje de limo grueso (20–50 µm); Lf es el porcentaje de limo fino (2–20 µm); A es el porcentaje de arcilla (<2 µm) y MO es el porcentaje de materia orgánica.

4) Índice de encostramiento de FAO (1980) modificado (Comerma et al., 1992¹):

Para validar los resultados se evaluó la escorrentía en parcelas de campo (30 cm largo; 20 cm ancho), aplicando lluvia simulada. Se usó un simulador de lluvia de campo portátil, tipo gotero, según el diseño de Nacci y Pla (1991).La intensidad de la lluvia se controló a 100 mm h^–1, en cada punto de observación correspondiente a aquellos donde se tomaron las muestras para las evaluaciones. Luego se calculó el porcentaje de escorrentía:

%E=[(lámina escurrida / lámina aplicada) * 100]

donde, E es la escorrentía expresada en porcentaje.

Finalmente, se hizo un análisis descriptivo de los datos usando SAS (1989). El grado de asociación entre variables y métodos evaluados se calculó con los coeficientes de Spearman.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Distribución de tamaño de partículas

Los suelos de los cinco sitios presentaron diferente granulometría (Cuadro 1). En el suelo El Salao (40 %) dominaban las partículas < 2 µm en y en los suelos Quíbor, Danac, Turén y El Sombrero las partículas con diámetro entre 2 y 100 µm (73, 78, 84 y 77 %). El predominio de las partículas comprendidas entre 2 a 100 µm es considerado como un factor que le confieren baja estabilidad estructural a los suelos y una alta susceptibilidad a la separación frente al impacto de las gotas de lluvia (Lobo, 1990; Pla, 1983) porque esos tamaños de partículas requieren menor energía para separarse de los agregados (Poesen, 1986). Esto favorece un rápido sellado superficial (proceso de degradación superficial de los suelos) y sus subsecuentes efectos (Cuadro 1), requiriendo al menos 10 % de partículas finas (arcilla y limo) para la formación de costras (Poesen, 1986; Ambouta et al., 1996).

Contenido y fraccionamiento de la materia orgánica del suelo

El porcentaje de CO clasificado en función de la MOS y los tipos texturales (Gilabert et al., 1990³), fue bajo en Quíbor y Danac, pero alto en El Salao, Turén y El Sombrero (Cuadro 2). En estos últimos los altos contenidos de CO pueden atribuirse a: El Salao se encuentra cubierto con pasto permanente; en Turén se incorporan residuos de cosecha; en El Sombrero los períodos de descanso son largos y posee alta densidad de vegetación natural.

En la distribución del carbono asociado a las fracciones orgánicas, en todos los suelos, 50 % del CO correspondía al CET y de éstos, menos de la mitad está humificado (fracciones CAH y CAF). Las huminas dominan la composición de la MOS, fracción muy recalcitrante (Lorenz et al., 2007). Esto se refleja en las relaciones altas de CAH/CAF, indicando que la materia orgánica es de difícil descomposición.

En los suelos Quíbor y Danac, la fracción humina fue menor que en los otros suelos y la fracción CAH la dominante. El predominio de CAH y humina indicaría que el tipo de MOS presente en los suelos evaluados no contribuye a la estabilidad de los macroagregados, ya que los materiales húmicos de menor peso molecular (CAF) están asociados a los macroagregados (>250 µm) y los de mayor peso molecular (CAH) a los microagregados (< 250 µm) (Fortun y Fortun, 1989; Puget et al., 1995; Six et al., 2000). Es decir, en los suelos evaluados, el tipo de materia orgánica presente está asociada con los microagregados (< 250 µm) y, según Piccolo y Mbagwu (1990), los ácidos húmicos son los principales contribuyentes a la estabilidad de éstos; por tanto, no contribuye importantemente a la estabilidad estructural. Sin embargo, no siempre las diferencias en la estabilidad de los agregados es directamente proporcional a los cambios en el contenido de MO, ya que esta relación puede variar con los métodos usados para medir la estabilidad (Haynes, 1993).

Estado estructural superficial de los suelos

El suelo El Salao mostró una alta estabilidad estructural al humedecimiento, ya que 78 % de los agregados estables al agua estuvieron concentrados en un rango de 4–2 mm de diámetro, lo cual estuvo asociado (R=0.41) al alto contenido de partículas con diámetro < 2 µm. Lo contrario ocurrió en los suelos de Quíbor, Danac y Turén donde la estructuración fue baja; más del 75 % de los agregados estables tenían diámetro <0.25 mm, resaltando Quíbor y Turén donde esos agregados alcanzaron 90 % (Cuadro 3).

La prueba de medias en estas dos clases de tamaños de agregados permitió evidenciar distintos grupos donde se observa la separación entre el suelo más estable (El Salao) y el más inestable (Quíbor). Esto indicó que los suelos Quíbor, Danac y Turén presentaron una alta inestabilidad estructural, lo cual correspondió al comportamiento de los suelos en campo sometidos a lluvia simulada; estos mismos suelos presentaron alrededor de 50 % de escorrentía superficial. Lo anterior indica que, excepto El Salao, los suelos evaluados tienen una muy alta inestabilidad frente al humedecimiento e impacto de las gotas de lluvia, una rápida formación de sello superficial y altas pérdidas de agua por escorrentía.

Índices derivados de características de suelo para la predicción de sellado y encostrado

El índice de encostramiento FAO (IE–FAO) en los suelos Quíbor y Turén fue > 2 (Cuadro 4), lo cual indica una muy alta susceptibilidad a la formación de costra superficial, según los límites de clases establecido por FAO (1980); mientras que los suelos Danac y El Sombrero son altamente propensos a formación de costra, y el de El Salao sólo moderadamente susceptible. Estos resultados son congruentes con el comportamiento estructural de los suelos en campo. Los valores del índice de encostramiento de la FAO modificado (IE, FAO mod.) no coinciden con las pruebas de estabilidad, ya que los límites de clase establecidos, según Comerma et al. (1992)¹, en los suelos El Salao, Danac y El Sombrero indican alta estabilidad de agregados (valores < 1) y los suelos Quíbor y Turén poseen moderada estabilidad estructural (valores de 1 a 1.5).

Además, el índice de separabilidad de partículas (ISP) según los límites de clases (Florentino, 1998)², ubica al suelo El Salao como estable (valores > 0.5) y a los de Quíbor, Danac, Turén y El Sombrero como inestables (valores <0.5). Estos resultados concuerdan con la estabilidad estructural determinada por el método de Yoder modificado (Pla, 1983). El índice de sellado y encostrado (ISE) no guarda relación con la estabilidad evaluada ya que el ISE >0.5 en El Salao, Danac y El Sombrero indica que dichos suelos son estables, mientras que los de Quíbor y Turén son inestables (ISE <0.5).

Estos índices incorporan a la MOS per se, mas no su calidad, así como también consideran diferentes tamaños de partículas, razones por las cuales se evidencian diferencias en las clasificaciones de los suelos de acuerdo a su estabilidad estructural, determinada por el método de Yoder modificado (Pla, 1983) o por el comportamiento de los suelos frente a lluvia simulada en campo; una excepción es el índice FAO. Según Loch y Foley (1994) y Barthes's et al., (2000) hay inconsistencias en las mediciones del contenido de MOS y estabilidad de agregados y el cálculo del riesgo de degradación por erosión hídrica. Esto se puede deber a que el contenido de CO no es la única propiedad que influencia la estructura del suelo dentro de un tipo de suelo; además, una fracción específica de ésta puede ser el principal agente estabilizante y, por tanto, la medición del CO no discrimina suficientemente (Albrecht et al., 1992; Janzen et al., 1992).

Asociaciones entre algunas de las variables evaluadas en laboratorio

Dado que el tamaño de agregados estables del suelo fue una característica importante para separar el comportamiento de los suelos, se determinó la relación entre éstos y el tipo y contenido de MOS. En el Cuadro 5 se muestra un resumen de las asociaciones entre las variables; en algunos casos el grado de asociación fue bajo (R<0.5), pero se considera debido a su nivel de significancia (p<0.01). Se determinó una asociación negativa (R=–0.55; p<0.001) entre la MOS y el porcentaje de agregados estables al agua con diámetro <0.25 mm, pero hubo una asociación positiva entre ésta y el porcentaje de agregados estables al agua con diámetro 4–2 mm (R=0.59; p<0.01). Es evidente el alto grado de asociación entre las fracciones húmicas de la MOS (CAF y CAH) con los agregados estables al agua (4–2 mm y <0.25 mm). La fracción de CAF se asoció positivamente con los agregados de mayor tamaño (R=0.81; p<0.01) y negativamente con los de menor tamaño (R=–0.84; p<0.01); además hubo una asociación negativa (R=–0.51; p<0.01) entre los CAH y los microagregados, lo cual no corresponde con lo reportado por Fortun y Fortun (1989) y Tisdall y Oades (1982).

El predominio de las fracciones CAH y huminas explica que los suelos presenten una elevada proporción de agregados con diámetro < 0.25 mm, excepto el suelo El Salao, cuya estabilidad se atribuiría al predominio de partículas <2 µm. En los suelos Quíbor, Danac, Turén y El Sombrero los altos contenidos de partículas de 2–100 µm (70–82 %) le confieren una alta susceptibilidad a la desagregación al humedecimiento e impacto de gotas de lluvia, relacionado a su vez con la escasa contribución de los compuestos orgánicos estabilizadores (predominio de CAH) (Cuadro 5).

 

CONCLUSIONES

Los suelos de cinco sitios de Venezuela mostraron alta variabilidad en la calidad de la MOS, característica altamente asociada con el estado estructural de los suelos, e independiente de la cantidad de MOS per se. Por ello, se debe considerar la calidad del compuesto orgánico que se incorpore a un suelo con el objeto de incrementar su estabilidad estructural.

Los porcentajes de agregados estables al agua > 2 mm y < 0.25 mm, las fracciones químicas de la MOS, y la proporción de partículas de 2–100 µm, guardan relación con las medidas realizadas con lluvia simulada en campo, que fueron buenos indicadores del estado estructural superficial de los suelos. El índice de encostramiento FAO fue el que mejor describió la condición estructural evaluada en campo, por lo que se usa en el ámbito mundial.

 

LITERATURA CITADA

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