Evaluación del efecto de la granulometría de la zeolita en las propiedades del suelo y en la volatilización del nitrógeno

Seis fracciones de zeolita se evaluaron con tamaños de partícula: < 0.25 mm, 0.25 a 0.50 mm, 0.50 a 1.00 mm, 1.00 a 2.00 mm, 2.00 a 3.00 mm y 3.00 a 5.00 mm en las propiedades de un inceptisol y en la volatilización del nitrógeno amoniacal. Quince por ciento de cada fracción de tamaño se aplicó al suelo, el cual se tamizó (malla de 2 mm). La dosis de zeolita se determinó con base en evaluaciones previas de incubación sin zeolita y con dosis de 7.5, 15 y 30 %. También se usó la dosis recomendada de 120 kg hm^-2 de urea con 46 % de N.

El pH se evaluó con un pH-metro Sartorius (PP20), el contenido de bases intercambiables, la capacidad de intercambio catiónico (CIC) se evaluó con un espectrofotómetro de absorción atómica (GBC 902, Australia) y la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE) se determinó como la suma de bases intercambiables del suelo, medidos 45 d después de la siembra. La pérdida de N por volatilización se determinó con la metodología descrita por ^{Lara et al. (1997)}; se usó un colector tipo semiabierto-estático, con dos discos de espumas de poliuretano impregnadas con solución H₂SO₄ 0.5 N y glicerina al 3 % en su interior. La espuma inferior, ubicada a 20 cm desde la superficie, captura amoníaco de los tratamientos, y la superior, a 35 cm, adsorbe el compuesto que ingresa desde la atmósfera.

Evaluación de la dosis de zeolita en la materia seca de grama Rhodes

La zeolita (0.00, 1.88, 4.74, 6.88 y 9.38 g kg^-1 de suelo) se evaluó en suelos alítico, pardo grisáceo, pardo con carbonato y húmico sialítico. Los suelos alíticos se caracterizan por su perfil tipo ABC, alteración intensa de minerales primarios y saturaciones de aluminio intercambiable superiores a 50 %. Los suelos pardos se caracterizan por la presencia de horizontes siálicos que muestran composiciones mineralógicas arcillosas de tipo caolinítico. Los suelos húmicos sialíticos presenta perfiles tipo AC, rara vez presentan horizonte B y se caracterizan por el predominio de procesos de sialitización que se refleja en la composición mineralógica arcillosa del horizonte A y límites bruscos entre horizontes. La variable de respuesta fue la masa seca por unidad experimental, determinada después de mantener los tejidos 24 h en estufa de secado (Memmert, UF 750 plus, Alemania) a 60 °C.

Evaluación de la zeolita en las propiedades del suelo y la materia seca de grama Rhodes

En suelos pardos grisáceos, pardos con carbonatos y húmico sialítico se evaluaron proporciones de zeolita de 4.73, 6.87 y 9.37 g kg^-1, de acuerdo con los resultados de las evaluaciones previas. De cada tipo de suelo se incluyó un testigo, sin zeolita. A los 45 d se determinó pH, en cloruro de potasio (1:1), materia orgánica (método de Walkley - Black), contenido de bases intercambiables (cuantificación por espectrofotómetro de absorción y emisión atómica), CIC y CICE (extracción con acetato de amonio a pH 7.0 y suma de bases intercambiables respectivamente). También se determinó la materia seca.

Evaluación del efecto de zeolita en la nutrición de grama Rhodes en tres suelos

Seis dosis de zeolita (0.00, 1.88, 4.74, 6.88 y 9.38 g kg^-1 de suelo) en suelos pardos (grisáceos, con carbonatos y sin carbonatos) se evaluaron para: contenido de N, determinado por la técnica de Kjeldahl y cuantificado volumétrica; P, determinado en un espectrofotómetro de llama (Jenway, PFP7, Reino Unido); K, Ca y Mg, foliar determinados mediante digestión húmeda y espectrofotometría de absorción y emisión atómica.

Los análisis químicos de suelos se realizaron según la norma NRAG 879.88 (Instituto de Suelos de Cuba, 1996) del Instituto de Suelos y los análisis foliares por la norma Ramal NRAG/ CNTN-O5 (^{Instituto de Suelos de Cuba, 2010}).

El análisis estadístico de los datos consistió en la verificación de su distribución normal con la prueba de Shapiro Wilk y homogeneidad de varianzas con la prueba de Levene. Análisis de varianza bifactorial y prueba de Tukey (p≤0.05) se realizaron para establecer diferencias significativas entre los tratamientos. IBM SPSS Statistics 20.0 se utilizó para los análisis.

Efecto de la granulometría de la zeolita en las propiedades del suelo y en la volatilización del nitrógeno

El pH estuvo entre 4.35 y 5.38, con diferencias significativas entre tratamientos (p≤0.05) (Cuadro 2). El pH del tratamiento con el tamaño mayor de partícula no presentó diferencias significativas respecto al testigo, pero sí fue más ácido que en los otros tratamientos. El pH fue superior a 5.30 en los tamaños diferentes de partícula, lo que disminuyó la acidez para el desarrollo de las plantas. ^{Li et al. (2009)} reportan que el pH del suelo aumentó con las dosis de zeolita. Este incremento en el pH puede deberse al aumento de CIC por la zeolita, lo que también aumenta la capacidad de retención de bases intercambiables. Además, al disminuir el tamaño de la partícula, la superficie específica del mineral aumenta, favoreciendo el intercambio iónico, los cationes naturales de la zeolita, como Ca²⁺ y Na⁺, pueden pasar a la solución del suelo (^{La Iglesia, 1989}).

Los contenidos de Ca intercambiable estuvieron en niveles medios, en donde la fracción mayor proporcionó el contenido de menor Ca²⁺, sin diferencias significativas con el testigo. El contenido mayor se observó en las partículas con 0.5 a 1.00 mm, pero sin diferencias con los otros tamaños. Los niveles de Ca aumentaron por el aporte de zeolita y por su afinidad alta por este elemento (^{Machiels et al., 2006}). Las concentraciones de Mg⁺² fueron bajas y medias de acuerdo con ^{Fernández et al. (2006)}; las concentraciones menores fueron del testigo y los tamaño de partícula mayores a 0.25 mm, excepto el tamaño entre 0.50 y 1.00 mm y <0.25 mm, con diferencias significativas respecto al testigo. Las zeolitas también son afines al Mg, aumentan su retención y disponibilidad en el suelo (^{Obregón et al., 2016}).

Los valores menores de Na intercambiable correspondieron a los tamaños de partícula entre 1.00 y 3.00 mm y los tamaños menores a 1.00 mm tuvieron el valor mayor, lo que afecta las condiciones físicas del suelo; este elemento favorece la dispersión de arcillas. Las partículas menores a 1.00 mm retuvieron más K intercambiable, y se observó relación inversa entre tamaño de partícula y capacidad de retención de bases intercambiables. Los resultados mejores fueron para los tamaños de partícula de 0.25 a 3.00 mm con influencia marcada en las fracciones de 1.00 a 2.00 mm; los cationes monovalentes mostraron tendencia a incrementar con el tamaño menor de partículas, pero los valores del K⁺ fueron similares al testigo porque la zeolita aporta menos de este elemento que de Ca. Además, en la cadena de adsorción selectiva (series liotrópicas) de los minerales, la de cationes bivalentes es más favorable que la de monovalentes, cuando la concentración de estos es mayor en el medio, fundamentalmente por su radio iónico mayor, lo que causa un cambio de selectividad (^{Machiels et al., 2006}).

La CICE fue de alrededor de 10 cmol(+) kg^-1, sin diferencias significativas entre tamaños de partícula y fue superior (12 %) que el testigo. La CIC mayor se observó con los tamaños de partícula menores a 1.00 mm y en los tamaños mayores de partícula fue similar al testigo. Esta diferencia se debe a que el efecto del tamaño mayor de partículas es a largo plazo, pues el proceso de intercambio iónico transcurre lentamente.

La aplicación de zeolita con tamaños de partícula mayores a 1.00 mm, redujo significativamente las pérdidas por volatilización de N amoniacal a la atmósfera (Cuadro 3). La zeolita ejerce efecto mayor en el suelo en presencia del fertilizante nitrogenado, cuando las partículas de ambos materiales están en contacto cercano y tienen cierta similitud granulométrica (^{Malekian et al., 2011}). El testigo presentó la pérdida mayor de NH₃ y el tamaño mayor de partícula de la zeolita mostró la pérdida menor de N a la atmósfera. La aplicación de zeolita con tamaños de partícula de 3.00 a 5.00 mm redujo hasta 57 % la pérdida de N a la atmósfera, comparado con el testigo, debido probablemente a que al aumentar la superficie específica los sitios de intercambio catiónico en la estructura aumentan, pueden retener el ion NH₄ ⁺, que retrasa las transformaciones biológicas del N y favorece la asimilación por la planta (^{Obregón et al., 2016}). Según ^{Espécie et al. (2015)}, el uso de zeolita cubana (40 %) aplicada en combinación con urea, en forma de pellets, redujo 33 % la volatilización del amoniaco de soluciones acuosas. Es posible que la zeolita también haya contribuido a reducir la volatilización de otras formas químicas de N, como óxido nitroso (N₂O), al retardar los procesos de nitrificación y desnitrificación en el suelo. Este efecto lo observaron ^{Zaman y Nguyen (2010)}, al reducir 11 % la emisión de N₂O cuando lo aplicaron con orina de vaca en campos con trébol blanco.

Efecto de la dosis de zeolita en la materia seca de grama Rhodes

Con excepción del suelo alítico, se observó que a dosis mayor de zeolita el contenido de materia seca por maceta fue mayor (Cuadro 4). Estos resultados se deben al incremento significativo de CIC por la zeolita, que permite retención mayor de nutrientes y reducción de la acidez, lo que favorece la disponibilidad y solubilidad de elementos esenciales, como P, que participa en el desarrollo radical y beneficia la absorción de agua y nutrientes (^{Li et al., 2009}).

La dinámica suelo-zeolita-nitrógeno es variable, depende de las características fisicoquímicas de los suelos, la dosis aplicada, el manejo del cultivo y la época del año en la que se realizan los experimentos (^{Kolyagin y Karasev, 1999}). Esto confirma la conveniencia de evaluaciones periódicas de los suelos donde se utilice, ya que la movilidad constante del N en el suelo afecta a las plantas.

En el suelo alítico hubo diferencias significativas entre los tratamientos; una tendencia a incrementar los rendimientos entre 22 y 26 % se observó en presencia del mineral. En los suelos pardos grisáceos la dosis mayor de zeolita (9.38 g kg^-1) tendió al contenido mayor de materia seca (12 y 27 % respecto al testigo), sin diferencias significativas, con 4.74 y 6.88 g kg^-1 de zeolita. Las dosis mayores de zeolita en los suelos pardos con carbonatos generaron la materia seca mayor respecto a las demás dosis; en el suelo húmico sialítico la dosis mayor mostró incremento significativo de 22 % respecto al testigo. Todos los tipos de suelos incrementaron el porcentaje de materia seca por efecto de la zeolita, pero el suelo húmico sialítico mostró los resultados mejores, debido probablemente al predominio de arcillas esmectitas que retarda el drenaje interno y podría contribuir junto con la zeolita a retardar el lavado de bases (^{Fookes, 1997}).

Efecto de la zeolita en las propiedades del suelo y la materia seca de grama Rhodes

La zeolita incrementó el pH, los contenidos de bases intercambiables y CIC en los tres suelos (Cuadro 5). Estos resultados con similares a los de ^{Florez Macías et al.(2007)} quienes reportan el aumento del pH por el intercambio entre NH₄ ⁺ y cationes, como Ca²⁺ y Na⁺, con la solución del suelo, y liberación de OH^-. En el suelo pardo grisáceo el incremento de Mg²⁺ fue el mayor (61%), y el de Ca²⁺ y Na⁺ en el suelo pardo con carbonatos (16 y 71 %). El suelo húmico sialítico presentó el aumento mayor en K⁺ (30 %), debido a la capacidad mayor de retención de la zeolita y las arcillas esmectitas, evitando su lixiviación. La zeolita aumenta la CIC, lo que mejora la condición de acidez del suelo y favorece la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Las concentraciones de Na aumentaron por el mineral zeolítico empleado, por lo que evaluaciones periódicas serían necesarias cuando se usa zeolita, ya que el Na es agente dispersante y nocivo para la estructura del suelo. Con la zeolita predominante cálcica, en medio acuoso, el NH₄ ⁺ reemplaza al Na⁺ localizado en el complejo de cambio y el contenido de Na⁺ disponible aumenta. Por lo anterior, sería conveniente realizar extracciones selectivas en los yacimientos localizados encima de aguas subterráneas para conocer su contenido de Na⁺.

Efecto de la dosis de zeolita en la nutrición de Rhodes en tres suelos

La zeolita aumentó los contenidos foliares de N, P, K y Ca (Cuadro 6). A mayor dosis de zeolita en los suelos grisáceos los niveles de N, K y Ca aumentaron; en contraste, el Mg aumentó sólo con las dosis mayores; el P aumentó en todos los tratamientos, posiblemente porque la zeolita disminuye la acidez del suelo, por la adsorción equivalente de Ca²⁺ y Mg²⁺ por H⁺ de la solución respectiva; esto permite aumentar la disponibilidad del P en el suelo (^{Obregón et al., 2016}). Al respecto, ^{Rodríguez et al., (2012)} señalan que las zeolitas cargadas con NH₄ ⁺ aumentan la solubilización de lP. Resultados similares se observaron en suelos pardos, sin carbonatos, y húmico sialítico, con la diferencia de que en los primeros la zeolita aumementó el contenido de Mg, y en el segundo caso los niveles de Ca permanecieron similares y los de Mg disminuyeron respecto al testigo. Estos resultados son similares a los de ^{Soca et al. (2004)} y ^{Millán et al. (2008)}, quienes reportan aumentos significativos en los contenidos foliares y rendimiento de las plantas al aplicar zeolita.

La zeolita incrementó los índices foliares en comparación con el testigo, debido a su efecto en el desarrollo radicular y presencia de nutrientes, al disminuir su pérdida por fijación, volatilización y lixiviación (^{Obregón et al., 2016}). La zeolita se utiliza para reducir la cantidad de N-NO₃ y NH₄ ⁺ residual en la solución del suelo, la tasa de nitrificación (FlorezMacías et al., 2007) o aumentar el contenido de N en el tejido vegetal (^{Millán et al., 2008}).