Introducción

La calidad del suelo se define como la capacidad que tiene este recurso para funcionar dentro de los límites de un ecosistema natural o manejado, mantener la productividad de las plantas y los animales, conservar o incrementar la calidad del agua y del aire, así como promover la salud vegetal y animal. Dicha calidad se percibe a través de las propiedades físicas, químicas y biológicas en un ambiente determinado por el clima y los demás componentes del ecosistema (^{Doran, 2002}). Más recientemente se han acuñado nuevas definiciones que integran además de las propiedades del suelo, la capacidad de ser sostenibles, producir alimentos sanos y mitigar la contaminación ambiental (^{Benintende et al., 2012)}. Según ^{Hengl et al. (2017)} el desconocimiento sobre el manejo del suelo conduce a prácticas inadecuadas que derivan en la pérdida de propiedades físicas, nutrientes, y en general de la fertilidad edáfica.

Particularmente, la agricultura de ladera requiere atención, sobre todo debido a que el manejo inadecuado acelera la degradación por erosión hídrica (^{Camas et al., 2012}). El ambiente tropical se suma como otro factor a considerar en el manejo del suelo, ya que bajo dicha condición, la fertilidad edáfica se reduce en el corto plazo, ya que los almacenes de materia orgánica (MO) son pequeños y se reciclan rápidamente (^{Yoneyama et al., 2015}). Por lo tanto, la combinación de este ambiente y el relieve de ladera en la agricultura, requieren de buenas prácticas de conservación. Una de ellas es el aporte de residuos orgánicos, ya que esta práctica de conservación permite la restitución de la MO que se pierde por la erosión, además de que se mejora la estructura y el drenaje interno del suelo (^{Six et al., 2004}).

El incremento de la materia orgánica del suelo (MOS) también reduce el escurrimiento superficial y mejora la infiltración, condición que se ve reflejada en una disminución de la densidad aparente (ρ _b ), así como incrementos de la porosidad total (PT) y estabilidad de los agregados del suelo (EAS) (^{Jordan et al., 2010}). El mejoramiento de las propiedades física antes mencionadas es importante, ya que son una entidad funcional de la estructura del suelo que permite entre otros beneficios, la emergencia de las plantas, así como el incremento del rendimiento de cultivo (^{Josa et al., 2010}).

El uso de enmiendas orgánicas en el suelo repercuten en la actividad de los microorganismos del suelo, los cuales son responsables de procesos importantes como la mineralización e inmovilización microbiana, a través de los cuales se libera N, P y otras formas de nutrientes (^{Orozco et al., 2016}). De acuerdo con ^{Bourg y Sposito (2011)}, la fuente de la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo es la MOS y las arcillas, por lo tanto su conservación o incremento a través de aportes de enmiendas orgánicas, puede afectar positivamente esta propiedad fisicoquímica. El pH es otra propiedad que se ve modificada por los aportes de MO, debido a que la descomposición de dichas enmiendas producen acidos orgánicos e inorgánicos que afectan dicha propiedad química (^{Pérez-Esteban, 2014}).

A pesar de que los efectos beneficos del uso de enmiendas orgánicas se han documentado ampliamente, el efecto del abonamiento orgánico no se puede generalizar, ya que la respuesta y durabilidad de los cambios que ocurren dependen de las características edáficas (^{Yanardag et al., 2017}), sobre todo en el ambiente tropical, donde la diversidad de suelos es muy vasta y los procesos edáficos son muy variables. Por tal motivo, el objetivo de la investigación fue evaluar el impacto del abonamiento orgánico sobre el mejoramiento de la fertilidad química y física en un suelo Luvisol de ladera de uso agrícola, en la zona serrana del municipio de Macuspana, Tabasco.

Materiales y métodos

Caracterización del sitio experimental. El experimento se estableció en el ejido Melchor Ocampo segunda sección del municipio de Macuspana, Tabasco, localizado en las coordenadas 17°34’41.372’’ latitud norte; 92° 27’16.553’’longitud oeste (Figura 1).

Figura 1 Localización del área de estudio en la comunidad de Melchor Ocampo segunda sección del municipio de Macuspana Tabasco, México.  

El predio experimental se ubica en un terreno de ladera cuya pendiente es de 5-10%, a una altitud registrada de 280 m. El clima predominante corresponde a un Am (f) w, definido como tropical cálido húmedo, con lluvia abundantes en verano y con una estación seca y corta en primavera y verano (^{García, 1973}). La precipitación y la temperatura media anual es de 3 186 mm y 23.6 °C respectivamente. La vegetación en el sitio son pastizales nativos (Cynodon plectostachyus, Paspalum virgatum), maíz (Zea mays) y algunas plantas de árboles y arbustos propios de acahuales bajos.

Con base en los criterios de la WRB versión 2014 (^{WRB, 2015}) el suelo se clasificó como Chromic Luvisols (cr LV) o Luvisol crómico debido a la presencia de un horizonte de diagnóstico árgico a una profundidad de -100 cm. El primer horizonte tuvo una profundidad de 22 cm, el cuel registró una CIC de 39.79 Cmol⁽⁺⁾ kg^-1 consierada como un nivel alto. Los niveles de P y K de 5.57 mg kg^-1 y de 0.38 Cmol⁽⁺⁾ kg^-1 se ubican en un nivel bajo. El Ca y Mg fueron cationes que se encontraron en concentraciones altas, con valores de 10.3 y 10.5 Cmol⁽⁺⁾ kg^-1 respectivamente.

Tratamientos. Como fuente de MO se aplicó una composta, la cual registró un pH de 6.82, CE de 3.9 dS m^-1, 41.5% de MO que equivale a un contenido de carbono orgánico (CO) de 24.1%, contenidos nutrimentales de 0.73, 0.09, 0.64 % de N, P y K respectivamente, así como 2.14, 2.57, 1.07 Cmol⁺ kg^-1, de Ca Mg y Na respectivamente, la relación C/N fue de 33. Dicha composta se elaboró a partir de recortes de jardinería, los cuales fueron sometidos a un proceso de compostaje en pilas de 113 días, tiempo en el cual el material alcanzó una temperatura estable antre 25-45 °C (entre temperatura ambiente y rango termifilico).

El suministro de humedad y los volteos aeróbicos se realizaron conforme se requerieron en el proceso, para mantener la humedad a 60% y 70 °C respectivamente. De acuerdo con ^{Gallardo (2016)} una composta que proviene de este tipo de materiales, presentan contenidos bajos de N, por tener mayor riqueza de compuestos lignocelulócicos, situación favorable ya que permite mantener una relación C/N por arriba de 16, lo que contribuye a su mejor conservación en el suelo, al reducirse los niveles de mineralización rápida. La composta se incorporó a través de una labranza manual realizada con con pala y azadón a 30 cm de profundidad, cuidando que el suelo quedara mullido para facilitar la incorporación y mezcla del suelo con el material orgánico.

Se evaluaron cuatro dosis de composta (0, 20, 40, 60 Mg ha^-1) a través de un experimento diseñado en bloques completamente al azar con cuatro repeticiones, donde cada unidad experimental consistió en una parcela de de 5 * 5 m. Despues de un periodo de 11 meses después del aporte de la composta, se colectaron muestra compuestas (a partir de 10 submuestras) a una profundidad de 0-30 cm.

Indicadores de fertilidad/métodos analiticos. Se determinaron los contenidos de MO por oxidación húmeda (^{Walkley y Black, 1932}), pH por el método del potenciómetro (Jackson, 1964), CE por conductímetría (^{Rhoades, 1993}), CIC y PSB por extracción en acetato de amonio (^{Reeve y Sumner, 1971}), N-total por el método de Kjeldahl (^{Bremmer, 1965}), fósforo (P) por el método de Olsen (^{Olsen y Sommers, 1982}), micronutrientes (Cu²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺) por espectrofotometría de absorción atómica (^{Baker y Shur, 1982}). Asismismo se determinaron propiedades físicas como la ρ _b por el método del doble cilindro (^{Blake y Hartage, 1986}), la ρ _r por el método del Picnómetro (^{Kunze y Dixon, 1986}), la textura por el hidrómetro de Bouyoucos (^{Bouyoucos, 1962}), la conductividad hidráulica (Ks) por el permeámetro de carga constante (^{Loveday, 1974}), la resistencia mecánica a la penetración (RMP) mediante penetrometría de punta cónica (^{Dexter et al., 2007}), y distribución de tamaños de agregados (DTA) por el método de tamizado en seco (^{Chepil, 1953}). La porosidad total, se calculó mediante la ecuación 1 propuesta por ^{Skopp (2000)}.

Donde: ρ_b= densidad aparente; ρ_r= densidad real.

La distribución de tamaño de agregados se determinó por el método de tamizado en seco (^{Chepil, 1953}), a partir de esta se calculó el diámetro medio ponderado (DMP), mediante la ecuación 2 según ^{Eynard et al. (2004)}.

Donde: DMP= diámetro medio ponderado de los agregados tamizados en seco (mm); Xi= diámetro medio de la fracción de cada tamiz (mm); Wi= peso total de la muestra correspondiente a cada tamaño fracción; STW= peso total de la muestra.

La estabilidad de agregados se obtuvo mediante el método de Yoder, modificado por ^{Kemper y Rosenau (1986)}; a través de la ecuación 3.

Donde: EAH= agregados estables en agua; Ma+s= masa de agregados resistentes en agua más la arena (g); Ms= masa de la fracción de arena sola (g); Mt= masa total del suelo tamizado (g).

Procesamiento estadístico. La información obtenida fue procesada a través de análisis de varianza (Andeva), análisis de correlación, y pruebas de comparación de medias de Tukey, mediante el paquete estadístico SAS para Windows versión 6.12

Resultados y discusión

Cambios en la fertilidad física. Los resultados indican que el aporte de composta al suelo, en dosis mayores a 40 Mg ha^-1, provocó cambios en todas las propiedades físicas evaluadas (Cuadro 1).

Valores con la misma letra son estadísticamente iguales con un valor de probabilidad ≤ 0.05 determinado por pruebas de comparación de medias de Tukey

Cuadro 1 Cambios en las propiedades físicas del suelo debido al aporte de composta. 

Se observa que la ρ _b disminuyó al incrementar la dosis de composta; sin embargo solo la dosis de 60 Mg ha^-1 registró diferencias estadísticas significativas. La ρ _b pasó de 1 Mg m^-3 en el tratamiento control, a 0.9 Mg m^-3 al aportar 60 Mg ha^-1 de composta. De acuerdo con ^{Paredes et al. (2010)}, la ρ _b es una propiedad física que requiere un abonamiento mayor a 40 Mg ha^-1 de composta para poder ser modificada. Sin embargo esta disminución trae consigo otros beneficios como la reducción de la compactación, así como incrementos de la macroporosidad, tamaño de los agregados, PT, la K_s así como la permeabilidad de aire. ^{Verhulst et al. (2010)} indican que el abonamiento orgánico al suelo, incrementa el tamaño de los agregados, aunque el tamaño y estabilidad de los agregados depende de la cantidad y estabilidad de las fuentes orgánicas que se utilicen.

Así por ejemplo, mientras mayor sea el contenido de carbono organico soluble (COS) lábil, el tamaño de los agregados es mayor (^{Lutzow et al., 2007}), mientras que los agregados más pequeños podrían estar asociados a la fracción más humificada con períodos de residencia en el suelo mayor a siete años. por esta razón los microagregados son considerados como los almacenes de carbono (C) más estables en el suelo (^{Six et al., 2004}). Los resultados de esta investigación (Cuadro 5), indican que los incrementos de la dosis de composta produjeron agregados más pequeños y menos estables. El análisis de la distribución de tamaños de agregados indica que el diámetro de los agregados en el tratamiento de 60 Mg ha^-1 fue de 5.76 mm, tamaño menor a los registrados en el suelo control (0 Mg ha^-1) que fue 6.97 mm.

Este comportamiento en el tamaño de los agregados puede ser un reflejo de que la composta es una fuente de MO más lábil, con respecto a la MO más estable que se encuentra de manera natural en el suelo control tal a como lo refiere ^{Gallardo (2016)}. El modelo conceptual propuesto por ^{Six et al. (2004)}, señala que la MO fresca que se suministra al suelo a través de una enmienda orgánica, se incorpora a los macroagregados y constituye la materia organica particulada intra-agregados (MOP_i) gruesa, la cual al degradarse se fragmenta en MOP_i fina dentro de los agregados, esta MOP_i constituye los núcleos de nuevos microagregados que son protegidos físicamente de la descomposición, por lo que el contenido de C y la actividad microbiana se reducen y la producción de los agentes enlazantes disminuye (^{Six et al., 2004}).

La reducción en la actividad microbiana provoca la desestabilización y desagregación potencial de los macroagregados; tras la desagregación, los microagregados, la fracción mineral y la MOP son liberados. Posteriormente esas fracciones pueden ser reincorporadas dentro de nuevos macroagregados cuando se añaden residuos orgánicos frescos. Algunos macroagregados pueden seguir la misma secuencia bajo condiciones de labranza convencional, sin embargo la mayoría de ellos son perturbados y su ciclo de duración se acorta por un ciclaje de MO más rápido, lo que provoca una menor proporción de macroagregados enriquecidos con MOP_i en comparación con los que se pueden formar bajo labranza de conservación (^{Six et al., 2004}).

Se pudo observar que la modificación en el grado de estabilidad y tamaño de los agregados, tuvo efecto sobre la conductividad hidráulica (K_s). Como se puede observar en el Cuadro 1, al reducirse el DMP de los agregados la K_s aumenta, lo que queda de manifiesto con el nivel de correlacion resgistrada entre ambas variables (R= -0.58; p≤ 0.02). De acuerdo con ^{Ben-Hur et al. (2009)}, el incremento en el número y tamaño de los agregados del suelo tiene influencia en los flujos hídricos dentro del perfil, ya que si se incrementa el numero de agregados más pequeños (<1 mm), la K_s se reduce considerablemente. Los resultados que se presentan en el Cuadro 1 refuerzan lo señalado anteriormente, ya que las mayores K_s se observaron en los tratamientos con mayores dosis de composta, donde los agregados fueron más pequeños. Resultados similares a los de esta investigación fueron reportados por ^{Slawinski et al. (2011)}, quienes indicaron que la K_s fue mayor en suelos donde dominaron los agregados <0.25 mm, con respecto a suelos con fracciones de tamaños de agregados más grandes, debido a que la fracción de agregados <0.25 mm y 0.25-0.5 mm permiten que el flujo de transporte de agua ocurra entre los agregados, mientras que en fracciones mayores a esos tamaños, el transporte se lleva a cabo dentro de los agregados.

La porosidad total (PT) fue otra variable física que fue modificada debido al aumento en la dosis de composta, aunque solo en el tratamiento de 60 Mg ha^-1 se registró diferencia estadística (Cuadro 1). Según ^{Curaqueo et al. (2010)}, la estructura del suelo involucra la forma, grado y tamaño de los agregados, en consecuencia esta propiedad regula la porosidad, y por lo tanto, la retención y disponibilidad de agua, además de su capacidad para contener aire, así como el crecimiento de las raíces de los cultivos. La capacidad de retención de agua en el suelo depende del número de poros, de la distribución de tamaño de poros y de la superficie específica de cada suelo (^{Malamoud et al., 2009}). Por lo tanto, la MOS generalmente tiene un efecto positivo sobre la capacidad de retención de agua (^{Thierfelder y Wall, 2009}), aunque el efecto sinérgico de la MOS sobre ésta y otras propiedades no es totalmente claro (^{Malamoud et al., 2009)}.

Se observó que la dosis de 60 Mg ha^-1 de composta redujo significativamente la resistencia a la penetración (RP), particularmente más observable en la profundidad de -10 cm, mientras que en la profundidad de 20-30 cm, solo con la dosis de 40 Mg ha^-1 de composta se observó una reducción de la compactación (Figura 2). Este efecto podría explicarse ya que la MOS aumenta la macroporosidad interagregados y en consecuencia permite el reacomodo de los agregados al momento de que el suelo es penetrado por el instrumento de medición.

Figura 2 Niveles de resistencia mecánica a la penetración a tres profundidades en un Luvisol crómico tratado con diferentes dosis de composta.  

La compactación del suelo ocurre debido a una reducción del espacio poroso causado por una carga aplicada a la superficie del suelo, esta condición afecta a propiedades del suelo que se asocian directamente con el desarrollo de las plantas y las labores agrícolas, particularmente la ρ _b (^{Dexter et al., 2007}). La RP depende de la resistencia a la deformación del suelo, compresibilidad y fricción suelo-metal, relación C/N, grupo de suelo, así como de las condiciones ambientales de humedad y temperatura, y se puede inferir de manera indirecta a través propiedades fáciles de medir como la ρ _b , contenido de agua, MOS y cantidad de agentes cementantes (^{Dexter et al., 2007}). Según ^{Chen et al. (2012)} la resistencia a la penetración aumenta con la disminución de agua en el suelo, y disminuye con un incremento en la ρ _b . Algunas prácticas que pueden reducir la RP es la labranza en profundidad, así como la incorporación de MO. Por lo tanto el aporte de abonos orgánicos tiene efectos favorables sobre esta propiedad (^{Reichert et al., 2009}).

Cambios en la fertilidad química

La MO aumentó al incrementar los niveles de composta; sin embargo, sólo con dosis mayores de 40 Mg ha^-1 se detectaron diferencias estadísticas significativas (Cuadro 2).

Valores con la misma letra son estadísticamente iguales con un valor de probabilidad ≤ 0.05 determinado por pruebas de comparación de media de Tukey.

Cuadro 2 Cambios en las propiedades químicas del suelo debido al aporte de composta. 

La MO en el tratamiento control es de 6.92% considerado alto. A partir de ese nivel, todos los tratamientos que recibieron las enmiendas orgánicas, incrementaron sus contenidos de MO. Un cálculo basado en la ρ _b y el contenido de MO de cada tratamiento a una profundidad de 30 cm, da como resultado una cantidad de 206, 225, 303 y 295 Mg de MO ha^-1 para los aportes de 0, 20, 40 y 60 Mg ha^-1 de composta respectivamente. Es decir, que para el caso del tratamiento de 20 Mg ha^-1 de composta, la ganancia de MO en el suelo fue de 19 Mg de MO ha^-1 con respecto al contenido inicial, dicho contenido de MO es casi igual a la cantidad aportada, por lo que esta dosis se puede considerar como de mantenimiento para recuperarar los contenidos que se transfieren dentro del ciclo de la MO.

Sin embargo, los aportes de 40 y 60 Mg ha^-1 de composta registraron ganacias de 97 y 89 Mg de MO ha^-1 que equivalen a 47 y 43% con respecto al contenido de MO inicial. De acuerdo con ^{Liu et al. (2010)}, el incremento de MO en suelos enmendados con abonos orgánicos, obedece a un aumento en la biomasa microbiana, además hay un aumento en la productividad de biomasa y por lo tanto hay mayor cantidad de residuos particularmente de raíces que son reingresados al suelo, así como exudados que se suman a las reservas de MO edáfica, sin dejar de considerar que una fracción de la MO proveniente de abonos orgánicos suministardos no se mineralizan y por lo tanto se acumula en el suelo.

Se observó una correlación estrecha entre la MO con las propiedades físicas, así como con contenidos de nutrimentos, la CIC y el pH. Respecto a esta última, ^{Pérez-Esteban et al. (2014)}, señalaron que la formación de ácidos orgánicos de bajo peso molecular, durante el proceso de humificación de la MO, provocan un descenso del pH; sin embargo, si durante el proceso de humificación existe abundancia de grupos funcionales OH^-fenólicos y OH^-alcohólicos que son fuente de sitios cargados negativamente a pH>7, el pH del suelo tiende a mantenerse o a incrementarse después del aporte de un abono orgánico (^{Pérez-Esteban et al., 2014}). En el presente estudio, el aporte de la composta no tuvo efectos sobre la variable pH. Es probable que esta falta de cambio, haya obedecido al efecto tampón que ejerce la MO sobre cambios drásticos en el suelo.

^{Weaver et al. (2004)} estimaron el grado tampón de un suelo frente a cambios de pH, se determinó que en suelos con bajo nivel de CO, las variaciones de CO generan grandes cambios en la capacidad tampón. Sin embargo, en suelos con alto contenido de CO, las variaciones de este sólo genera cambios marginales de la capacidad tampón. Lo que confirma que debido a la riqueza de la MO que el suelo ya presentaba, un aumento debido al aporte de la composta, sólo pudo provocar un cambio rápido y temporal sobre la variable pH. Como se observa, el aporte de la composta incrementó la CE en rangos de 1.24-1.43 dS m^-1. Este se debe a que durante la mineralización de la MO se producen grupos activos que pueden modificar el medio.

El nivel de CE de 3.9 dS m^-1 que presentó la composta representa la principal fuente de salinidad, ya que este nivel corresponde al límite máximo permisible en un abono orgánico. Por lo anterior, con ese nivel de CE es importante vigilar el efecto de la composta sobre el suelo. La CIC es una variable sensible a los aportes de MO debido a que la principal fuente de esta propiedad es la superficie especifica de la MOS y de las arcillas. Sin embargo, en esta investigación sólo la dosis de 60 Mg ha^-1 registró diferencias estadísticas significativas (Cuadro 2). Esto sugiere que en suelos con altos contenidos de MO y arcillas como el involucrado en este estudio, los cambios en la CIC provocados por el aporte de composta no se expresan de manera drástica ni prolongada.

Se pudo observar que con altas dosis de composta, es posible mejorar el PSB del suelo, llevándolo de un nivel de ~55% de las dosis bajas (0, 20 Mg ha^-1), hasta ~73% de las dosis altas (40, 60 Mg ha^-1), lo que se puede considerar como benefico, ya que el porcentaje de saturación de bases (PSB) proporciona información útil de la acidez, la disponibilidad de nutrientes y de la fertilidad del suelo en general, además de que permite determinar la capacidad del suelo para actuar como amortiguador frente a la acumulación de ácido y el potencial de lixiviación de minerales. El PSB representa el porcentaje de los sitios de intercambio en el suelo, que están ocupados por los iones básicos Ca, Mg, Na y K.

La diferencia entre ese número y 100 es el porcentaje de los sitios de intercambio ocupados por los cationes ácidos H y Al. En la mayoría de las situaciones, una saturación con bases relativamente alta (>60%) es deseable. En cuanto al contenido nutrimental del suelo después del abonamiento orgánico, no se observaron diferencias estadísticas en el caso del P, aunque se observó una tendencia a incrementarse conforme se aumentó la dosis de la composta, particularmente a partir de la dosis de 40 Mg ha^-1. Se pudo precisar que los aportes de la composta generan una tendencia a mejorar los contenidos de K; permitiendo llevar un contenido bajo de 0.38 Cmol⁺ kg^-1, hasta 0.41 Cmol⁺ kg^-1 hacia el final del experimento. Una situación similar se observó en el caso del Ca y el Mg (Cuadro 3).

Valores con la misma letra son estadísticamente iguales con un valor de probabilidad ≤ 0.05 determinado por pruebas de comparación de media de Tukey.

Cuadro 3 Cambios en los contenidos nutrimentales del suelo debido al aporte de composta. 

Se observaron niveles más elevados de estos elementos, en las dosis altas (40 y 60 Mg ha^-1) con respecto a las dosis bajas (0 y 20 Mg ha^-1). El valor más bajo se registro en tratamiento de 20 Mg ha^-1 En el caso de los microelementos Fe y Zn, se observó que el incremento en la dosis de composta aumentó la concentración de estos elementos. En tanto que el Cu y Mn, no se apreciaron diferencias estadísticamente significativas.

Conclusiones

Los aportes de más de 40 Mg ha^-1 de composta a un suelo Luvisol crómico de ladera provocaron una disminución en el tamaño (DMP) y estabilidad de agregados en húmedo (EAH), que se interpreta como la formación y destrucción de macroagregados que corresponde a la etapa intermedia de un rápido proceso de agregación-desagregación-agregación. Dichos macroagregados tendieron a estabilizarse conforme se agota la MO fresca recién aportada. Las modificaciones en la estructura del suelo provocaron un incremento en la conductividad hidráulica (K_s) y una reducción en la resistencia a la penetración (compactación), particularmente en la capa superficial (-10 cm). Se observaron aumentos de MO, CIC y PSB en suelos tratados con más de 40 Mg ha^-1. La CE de 3.9 dS m^-1 de la composta ocasionó un ligero incremento en la salinidad del suelo. Se observó que el aporte de composta mejoró los contenidos de K, Ca, Mg, Fe y Zn, mientras que en P, Cu y Mn fueron muy ligeros. No se observaron diferencias estadísticamente significativas en el pH.