Table 1. Sand, silt and clay content in different soil use. Pasto llorón (LL), fescue+wheatgrass (F+A), 2, lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag)
MANEJO Y CONSERVACIÓN DE SUELOS Y AGUAS. RIEGO Y DRENAJE
Efecto de las pasturas perennes en la fertilidad física y biológica en molisoles de la región semiárida pampeana
Effect of perennial pastures in physical and biological ertility in mollisols of the semiarid pampas region
Romina Fernández1; Natanael Ezequiel Furch2; Mateo Bissolino2, Ileana Frasier1; Eric Daniel Scherger1; Alberto Raul Quiroga1-2
1 Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, INTA Anguil. Argentina
2 Facultad de Agronomía, UNLPam. Argentina
Autor de contacto: fernandez.romina@inta.gob.ar.
Recibido: 20/03/2019
Recibido con revisiones: 07/01/2020
Aceptado: 07/01/2020
RESUMEN
El estudio tuvo como finalidad caracterizar el sistema poroso en diferentes usos del suelo y determinar si los indicadores
físico-hídricos bajo el planteo mixto de rotación (cultivos anuales-pasturas), se aproximan a los niveles
de los indicadores bajo el uso con pastura permanente de gramínea (línea de base) para suelos francos de la Región
Semiárida Pampeana. Sobre Paleustoles petrocálcicos, se seleccionaron 3 usos diferentes, correspondientes
a ensayos de larga duración: pastura permanente de Pasto Llorón (LL) considerado como suelo línea de base,
pasturas perennes de Festuca+Agropiro (F+A) y Alfalfa+Agropiro (A+A) y uso agrícola (Ag). Sobre estos usos
se determinó materia orgánica, densidad aparente, densidad aparente máxima, compactación relativa, humedad
critica, porosidad total, macroporosidad, resistencia a la penetración, infiltración y cantidad de raíces. Los valores
de los indicadores evaluados en las dos pasturas perennes (F+A y A+A), se encontraron más próximos a los
valores de LL que al uso Ag, aunque particularmente la pastura A+A fue la que más se aproximó a la situación
de referencia. El uso del suelo tuvo mayor incidencia en los primeros 6 cm de profundidad en la mayoría de los
indicadores, aunque los resultados demuestran la importante contribución bajo el uso A+A en la porosidad total,
macroporos, densidad aparente y raíces a mayor profundidad (6-12, 12-18 cm). Estos resultados demuestran
el potencial de las pasturas perennes, y más aún si incluyen especies leguminosas, en la recuperación de la
fertilidad física y biológica en suelos que se encuentran en proceso de degradación.
Palabras clave: ensayo de larga duración, suelo línea de base, indicadores físico-hídricos
ABSTRACT
The objective of the study was to characterize soil porosity in different land uses and to determine if physical-hydric
indicators under mixed rotation (annual crops-pastures) will approach to the levels of land use with permanent
grassland (baseline) in loam soils of Semiarid Pampas Region. Three different land uses were selected on
petrocalcic Paleustolls, corresponding to long-term trials: permanent grassland of weeping grass considered as
baseline soil (LL), perennial pastures of fescue + wheatgrass (F+A) and Lucerne + wheatgrass (A+A) and an
agricultural use (Ag). On each soil use, indicators such as organic matter, bulk density, maximum bulk density,
relative compaction, critical moisture content, total porosity, macroporosity, penetration resistance, infiltration
and quantity of roots were determined. The values of the indicators evaluated in the two perennial pastures (F+A
and A+A), were closer to the values of LL than to the Ag use, and particularly the A+A pasture was the closest
to the reference situation. Land use had a greater incidence in the 0-6 cm depth in most of the indicators, although
the results show the important contribution under the A+A use in total porosity, macropores, bulk density
and roots at greater depth (6-12, 12-18 cm). These results demonstrate the potential of perennial pastures,
especially if they include leguminous species, in the recovery of physical and biological fertility in soils that are
in degradation process.
Key words: long-term trials, baseline values soils, physical-hydric indicators.
INTRODUCCIÓN
Históricamente la pérdida de carbono orgánico del suelo (COS) se ha asociado al uso de sistemas de labranzas y monocultivos con largos periodos de barbecho (Franzluebbers et al., 1994), lo que ha provocado el deterioro de la condición física de los suelos y el incremento de la superficie afectada por procesos erosivos (Quiroga & Studdert, 2014). La bibliografía plantea que estas pérdidas de carbono serían del orden del 35 al 56 % en regiones semiáridas (Zach et al., 2006; Quiroga et al., 2009) mientras que en regiones más húmedas se encontrarían entre el 10 al 55 % (Burke et al., 1989).
La adopción de la siembra directa (SD), como práctica de manejo conservacionista, respecto a la siembra convencional permitió atenuar estas pérdidas y en algunos casos mantener los contenidos de COS incidiendo positivamente sobre el rendimiento de los cultivos (Hollinger et al., 2005). Noellemeyer et al. (2013) concluyeron que la SD contribuyó a mejorar la captación, almacenaje y eficiencia en el uso del agua, y el ciclado de nutrientes a través de una mayor actividad biológica (Frasier et al., 2016b). Brasil, Argentina y Paraguay tienen más del 70 % de las tierras de cultivo bajo manejo en SD. No obstante, solamente el 9 % de las tierras cultivadas mundialmente se encuentran bajo SD (Blanco-Canqui & Ruis, 2018). En algunos casos y condicionado por la inclusión de gramíneas en la rotación de cultivos, los planteos en SD han logrado mantener los niveles de COS con respecto al contenido inicial (Fernández et al., 2017), mientras que asociado a monocultivos con bajo aporte de residuos se comprobaron pérdidas de materia orgánica y degradación física de los suelos (Quiroga et al., 2016; Fernández et al., 2016).
Una alternativa para reestablecer parte de la calidad del suelo es incrementar los aportes de materia orgánica, a partir de la inclusión de pasturas perennes y/o cultivos de cobertura (Franzluebbers et al., 2014). Suelos bajo prácticas de uso conservacionistas, generalmente poseen mayor volumen de macroporos (McGarry et al., 2000; López et al., 2016) debido a la mayor actividad de la fauna edáfica (Logsdon & Kaspar, 1995) y a mayores contenidos de COS (Duval et al., 2016). El efecto de la materia orgánica se puede constatar a través de la reducción en la densidad aparente y en la resistencia a la penetración, y de incrementos en la infiltración (Quiroga et al., 1999; Franzluebbers, 2002). En relación a estas variables existe abundante información en la bibliografía, pero son escasos los estudios que abordan la caracterización del sistema poroso y su relación con propiedades físico-hídricas. En regiones semiáridas estas son las principales condicionantes para la productividad agropecuaria, ya que determinan la eficiencia de captación, almacenaje y uso de las precipitaciones, determinantes de la disponibilidad del agua y la producción de los cultivos (Glab et al., 2014).
Se plantearon como objetivos:
• Caracterizar el sistema poroso y establecer relaciones con indicadores físico-hídricos en Paleustoles petrocálcicos influenciados por distintos usos del suelo: uso ganadero bajo pasturas permanentes, uso mixto agrícola-ganadero y uso agrícola.
• Determinar si los indicadores físico-hídricos bajo el planteo mixto de rotación (cultivos anuales-pasturas), se aproximan a los niveles de los indicadores bajo el uso con pastura permanente de gramínea, considerado como línea de base para suelos francos de la Región Semiárida Pampeana.
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se desarrolló sobre Paleustoles petrocálcicos, ubicados en el sur de la planicie con tosca de la Región Semiárida Pampeana. Se seleccionaron suelos de textura franca, con similar contenido de arcilla, limo y arena (Tabla 1), bajo 3 usos diferentes que corresponden a ensayos de larga duración que se encuentran dentro del campo de la EEA Anguil.
1) Uso ganadero de pastura permanente de pasto llorón (Eragrostis curvula) con 60 años de efecto acumulado (LL). Este suelo es considerado "línea de base" para los indicadores que se relacionan con la calidad física-hídrica y biológica (Fernández et al., 2018). Los valores "línea de base" expresan un valor de referencia de un determinado indicador (Micó et al., 2007). Estos valores se obtienen, generalmente, en suelos que corresponden a un estado deseable de salud o de calidad. En muchos casos, estos serían suelos bajo vegetación prístina, pero también se están utilizando aquéllos que se encuentren lo menos disturbados posible cuando no existen situaciones de vegetación nativa y/o prístina (Thackway & Specht, 2015). En este contexto, los valores de línea de base resultarían útiles para interpretar los niveles actuales de las variables indicadoras y evaluar el efecto de las prácticas de uso de los suelos.
2) Uso mixto agrícola-ganadero, con rotación de cultivos anuales y pastura perenne establecidos en siembra directa. Los muestreos fueron efectuados al quinto año de la fase de pasturas perennes. Esta secuencia comenzó en el año 2006, sobre pastura permanente de pasto llorón y los cultivos fueron: cultivo de cobertura de centeno (Secale cereale) + vicia (Vicia villosa ssp. dasycarpa), sorgo (Sorghum bicolor), maíz (Zea mays), girasol (Helianthus annuus), cultivo de cobertura centeno, sorgo, girasol, y centeno como cultivo de cobertura. El 2/5//2012 se implantaron dos pasturas bifíticas las cuales fueron utilizadas para corte mecánico: una de ellas a base de festuca (Festuca arundinacea var. Flecha) con Agropiro alargado (Thinopyrum ponticum var. Hulk) (F+A), y la otra de alfalfa (Medicago sativa) con Agropiro alargado (A+A).
3) Uso agrícola (Ag), desde el año 2006 sobre pastura permanente de pasto llorón, se establecieron cultivos en siembra directa que alternaron con laboreo del suelo empleando rastra de discos dobles. El muestreo se realizó luego de 4 años de haber labrado el suelo. En la secuencia de cultivos anuales participaron cultivos de verano como girasol, soja (Glicine max) y cereales de invierno para cosecha como centeno y triticale (x Triticosecale Wittmack).
Tabla 1. Contenido de arena, limo y arcilla en los diferentes usos de suelo. Pasto
llorón (LL), festuca+agropiro (F+A), agropiro+alfalfa (A+A) y agrícola (Ag).
Table 1. Sand, silt and clay content in different soil use. Pasto llorón (LL),
fescue+wheatgrass (F+A), 2, lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag)
Ambas pasturas perennes (F+A y A+A) y el suelo bajo uso agrícola se encontraban en fajas apareadas con 3 repeticiones y el tamaño de cada faja corresponde a 100 m x 10 m. El suelo bajo uso en pastura permanente (LL) limita con A+A, F+A y Ag.
De cada uso del suelo durante el otoño (2018), se tomaron 4 muestras compuestas de suelo de 0-6, 6-12 y 12-18 cm de profundidad, las cuales se secaron a temperatura ambiente y se tamizaron por 2 mm a fin de determinar:
• Contenido de arcilla, limo y arena, mediante el método de la Pipeta de Robinson.
• Fraccionamiento físico de suelo de acuerdo a la técnica descripta por Cambardella & Elliott (1993) modificada por Noellemeyer et al. (2006), para obtener las fracciones <50 μm y 50-2000 μm, a las cuales posteriormente se les determinó contenido de carbono y nitrógeno total por el método de combustión en seco (LECO Truspec ™). El valor obtenido de carbono total fue considerado como carbono orgánico ya que los suelos no presentaron carbonato de calcio libre. El carbono se convirtió a materia orgánica (MO) utilizando el factor de conversión de 1,724 (Nelson & Sommers et al., 1996) y los resultados se expresaron como MO joven (agregados 50-2000 μm, MOJ) y MO vieja (agregados < 50 μm, MOV). La suma de estas dos fracciones se consideró MO total.
Esta determinación (MO y MOJ) también fue realizada en los cuatro usos de suelo a los 0-10 y 10-20 cm de profundidad en el año 2012 (momento de la siembra de las pasturas F+A y A+A) y al finalizar el ciclo de las mismas que correspondió al año 2018.
Las determinaciones de propiedades relacionadas al sistema poroso fueron las siguientes:
• Densidad aparente (DA): se determinó mediante el método del cilindro (Blake & Hartge, 1986).
• Distribución del tamaño de poros y curva de retención hídrica: se determinaron en muestras disturbadas mediante mesa de tensión y el equipo de tensión de Richard (Klute & Klute, 1986). Se estableció como capacidad de campo (CC) el contenido de agua a 33 kPa y como punto de marchitez permanente (PMP) la cantidad de agua retenida a 1500 kPa.
• A partir de muestras sin disturbar (cilindros) se calculó la humedad gravimétrica al estado de saturación, donde la totalidad de los poros se encuentran ocupados por agua (PT).
Contenido de agua de la muestra de suelo saturada (Phs) y la muestra de suelo seco a estufa (Ps)
• Resistencia a la penetración (RP), mediante un penetrómetro de golpe (O' Sullivan et al., 1987) a intervalos de 5 cm hasta los 40 cm de profundidad. Considerando que la RP varía en función del contenido de agua del suelo (Krüger et al., 2008) se efectuaron determinaciones periódicas a fin de obtener los valores de RP con diferentes contenidos de agua del suelo. A partir de las curvas que relacionan ambos parámetros se obtuvieron los valores de RP a diferentes contenidos de agua gravimétrica (cercanos a PMP y CC).
• Para conocer la infiltración de agua en el suelo se realizaron ensayos a campo con infiltrómetro de doble anillo (Método de Kostiakov descripto por Fernández et al., 1971).
• Se determinó la densidad aparente máxima (DAM), humedad crítica (HC) y susceptibilidad a la compactación (SC) a partir del test Proctor de Compactación (Stengel et al., 1984). Se calculó la compactación relativa (CR) a partir de la DA y DAM (Lipiec & Hatano, 2003).
• Para evaluar la biomasa de raíces cada 20 cm hasta los 100 cm de profundidad se siguió el método propuesto por Frasier et al. (2016a). Los resultados se analizaron estadísticamente mediante ANOVA, análisis de regresión y para detectar las diferencias entre medias se utilizó el test de Tukey (p<0,10). Además, se usó análisis multivariado de componentes principales. Para evaluar el efecto del uso del suelo en los contenidos de MO entre el año 2012 y el 2018 se realizó prueba T para muestras apareadas. Todos los análisis estadísticos se realizaron en el programa InfoStat (Di Rienzo et al., 2013).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los contenidos de MO (0 a 6 cm) y especialmente las fracciones lábiles fueron influenciados significativamente por el uso del suelo (Tabla 2). Distintos autores (Duval et al., 2013; Fernández et al., 2016) señalaron que el contenido de MO resulta relevante al momento de evaluar la influencia del uso del suelo sobre la sustentabilidad de los sistemas de producción. Los resultados del presente estudio mostraron para los primeros 0-6 cm de profundidad, que el suelo Ag tuvo 30 % menos de MO con respecto al uso en LL, mientras que en el suelo con pasturas la diferencia fue menor (12 y 6% para F+A y A+A, respectivamente). En cambio, para 6-12 y 12-18 cm de profundidad, no se encontraron diferencias significativas entre diferentes usos, aunque sí se observaron mayores contenidos en 6-12 cm, con respecto a 12-18 cm.
Tabla 2. Contenido de Materia Orgánica Total (MO), Materia Orgánica Joven (MOJ), Materia Orgánica Vieja (MOV),
para los distintos usos de suelo Llorón (LL), festuca+agropiro (F+A), alfalfa+agropiro (A+A) y agrícola (Ag)
Table 2. Total organic matter, particulate organic matter, mineral organic matter in different soil use pasto llorón (LL),
fescue+wheatgrass (F+A), lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag).
Letras distintas en la misma profundidad indican diferencias significativas entre usos.
En relación a la MOJ, los usos LL, A+A y F+A tuvieron similar contenido diferenciándose solo los dos primeros de Ag en el estrato 0-6 cm. En 6-12 y 12-18 cm no se encontraron diferencias significativas. Con respecto a la MOV, no se hallaron diferencias significativas entre los distintos usos en los tres estratos de suelo evaluados.
Los contenidos de MOJ representaron un 45, 49, 49 y 36% de la MO, para LL, F+A, A+A y Ag, respectivamente. Esta menor proporción de MOJ en Ag podría estar relacionada a procesos de degradación. Ha sido ampliamente demostrado que la degradación asociada al uso agrícola reduce la fracción lábil/joven de la MO en primera instancia (Bono et al., 2008; Eaton & Lawrence, 2009), ya que es más sensible a los cambios en el uso y afecta en mayor medida la condición física del suelo (Cambardella & Elliott, 1993; Zach et al., 2006). Por lo tanto, cuando un suelo pierde calidad se observa un predominio de las fracciones más estables asociadas a la fracción mineral (Casanovas et al., 1995; Riestra et al., 2012). Es por ello que la fracción joven resulta clave para interpretar cambios en la fertilidad del suelo y potencialmente puede ser utilizada como un indicador de calidad de los mismos (Veum et al., 2013; Wang et al., 2014).
La PT varió entre los suelos bajo distintos usos tal como se muestra en la Figura 1. La PT en los primeros 0-6 cm de profundidad varió entre 42,4 y 54,7 % con diferencias significativas entre LL y los restantes usos. El mayor valor correspondió a LL (54,7 %), F+A y A+A presentaron valores intermedios (47,2; 48,4%, respectivamente) y el uso Ag el menor valor (42,4 %) (Figura 1A). Para la profundidad 6-12 cm y 12-18 cm, los mayores valores de PT se registraron en A+A diferenciándose significativamente de Ag en el estrato de 6 a 12 cm y de Ag y LL en el más profundo (Figura 1B y C).
Con respecto a la macroporosidad, para los primeros 6 cm de profundidad el patrón fue similar a lo obtenido con la PT. Las diferencias entre LL y A+A no fueron significativas, lo mismo entre F+A y A+A, y entre F+A y Ag. Para las profundidades comprendidas entre 6-12 y 12-18 cm, A+A fue el uso que tuvo la mayor macroporosidad, coincidiendo con lo registrado en PT.
La compactación altera la PT del suelo y la distribución del tamaño de los poros, de tal manera que se produce una disminución en la relación macroporos/microporos, lo cual se traduce en aumentos de DA (Andriulo & Rosell, 1988). La disminución en la porosidad total de los suelos bajo uso Ag, tendría lugar a expensas de pérdidas de macroporosidad. Si bien los macroporos resultan esenciales para el crecimiento de la raíz, el transporte del agua y el intercambio de gases (Moret & Arrué, 2007), son escasos los estudios que brinden mayor detalle en cuanto a la caracterización de los poros mayores de 10 μm de diámetro (Rasa et al., 2012). La bibliografía plantea como valores umbral de macroporosidad el 10% (Greenland et al., 1981) y el 15 % (Pilatti et al. 2012), a partir de los cuales no existirían limitantes para el funcionamiento físico-hídrico de los suelos. Sin embargo, los resultados del presente trabajo demuestran que si bien la macroporosidad en Ag fue mayor al valor umbral, esta disminuyó significativamente en superficie con respecto a LL, después de 13 años bajo agricultura.
Figura 1. Porosidad total (PT) y Macroporosidad (Ma) en llorón (LL), festuca+agropiro (F+A), alfalfa+agropiro (A+A) y uso agrícola
(Ag) para cada profundidad: a. 0-6 cm, b. 6-12 cm y c. 12-18 cm. Letras distintas para cada profundidad indican diferencias
significativas entre uso de suelo.
Figure 1. Total porosity (PT) and Macroporosity (Ma) in pasto lloron, fescue+wheatgrass (F+A), lucerne+wheatgrass (A+A) and
agricultural use (Ag) for a. 0-6 cm, b. 6-12 cm y c. 12-18 cm. Different letters for each depth indicate significant differences between
soil use
Los resultados obtenidos en las propiedades que reflejan la compactación del suelo se muestran en la Tabla 3. Con respecto a la densidad aparente, en 0-6 cm de profundidad se hallaron diferencias significativas entre Ag que presentó el mayor valor (1,27 Mg m-3), respecto a A+A y LL. Los resultados para F+A, A+A y LL fueron un 12, 14 y 22 % menor, respectivamente, respecto a Ag. Similar tendencia se observó en el estrato 6-12 cm, mientras que no se detectaron diferencias significativas en 12-18 cm. La bibliografía plantea que el uso agrícola del suelo aumenta la DA, principalmente cuando se registra pérdida de MO (Quiroga et al., 2016). En el presente estudio, el valor de DA bajo el uso Ag no superó 1,40 Mg m-3 y por ende, en suelos de textura franca no reflejaría limitaciones en el sistema poroso (USDA NRCS et al., 2014). No obstante, Fernández et al. (2016) encontraron que a un valor de DA considerado bajo (1,17 Mg m-3) para suelos agrícolas de textura franca, existirían limitantes en el aprovechamiento de agua por las raíces, las que no podrían aprovechar el agua físicamente disponible comprendida entre CC y PMP. En este sentido, la bibliografía plantea que la DA no sería un indicador que refleje la calidad del suelo (Dexter et al., 2007), ya que por si sola no logra explicar cambios en las propiedades hidráulicas del suelo como consecuencia de los diferentes manejos. Debido a ello, resulta necesario complementar los valores de DA con otros indicadores tales como la distribución del tamaño de poros, su estabilidad y fundamentalmente la continuidad del sistema poroso (Soracco et al., 2003).
Tabla 3. Densidad aparente (DA), Compactación Relativa (CR), Densidad Aparente Máxima (DAM), para los
distintos usos de suelo y las profundidades estudiadas, en llorón (LL), festuca+agropiro (F+A), alfalfa+agropiro
(A+A) y agrícola (Ag).
Table 3. Bulk density (DA), relative compaction (CR), maximum bulk density (DAM) for different soil use and
depth, in pasto llorón (LL), fescue + wheatgrass (F+A), lucerne + wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag).
Letras distintas para cada profundidad indican diferencias significativas entre usos de suelo.
Para las condiciones bajo estudio, en las tres profundidades se encontró que si bien los valores de DAM fueron mayores bajo el uso Ag, no se encontraron diferencias estadísticas significativas entre ellos. La bibliografía sugiere que al comparar situaciones que presentan distinta compactación inicial, resulta necesario utilizar el indicador compactación relativa (CR), el que relaciona la densidad aparente actual respecto a la DAM (Lipiec & Hatano, 2003). En los primeros 0-6 cm de profundidad, la CR fue mayor bajo el uso Ag con respecto a los demás usos. En este sentido se encontraron valores de 13, 14 y 20 % menores para los usos A+A, F+A y LL, respectivamente. En cambio, en las profundidades 6-12 y 12-18 cm no se hallaron diferencias significativas en la CR entre los distintos usos del suelo. Los valores de CR entre 75-87% se corresponden con condiciones físicas del suelo que no presentan dificultades para el desarrollo de los cultivos, valores superiores al 90 % condicionarían perdidas de rendimientos (Carter et al., 1990). El uso Ag presentó valores superiores a este umbral de CR (en 0-6 y 6-12 cm) mientras que los suelos bajo pastura tuvieron valores inferiores.
Entre las propiedades hidráulicas que permiten caracterizar el sistema poroso, se consideran la infiltración acumulada (I Ac), infiltración básica (IB) y la conductividad hidráulica (Yu et al., 2015). La I Ac fue significativamente superior bajo el suelo LL con respecto a los demas usos. Bajo las condiciones del estudio se encontró que para A+A, F+A y Ag la I Ac fue un 22, 34, 61 % menor con respecto a LL (Figura 2). Si bien ambas pasturas (A+A y F+A) presentaron valores intermedios entre LL y Ag, resultó interesante que el suelo bajo A+A tuvo mayor valor de I Ac aunque sin diferenciarse estadísticamente de F+A. Estos resultados ponen de manifiesto que el suelo bajo Ag ha sufrido cambios en el comportamiento hidráulico, que posiblemente podrían ser causados por la disminución de la PT y la macroporosidad, tal como se planteó anteriormente. La IB se encontró entre 1,21 mm min-1 para el suelo bajo Ag, que presentó diferencias significativas con respecto a los usos LL (3,23 mm min-1), A+A (2,51 mm min-1) y F+A (2,32 mm min-1).
Figura 2. Infiltración acumulada (I Ac) en llorón
(LL), festuca+agropiro (F+A), alfalfa+agropiro (A+A)
y agrícola (Ag). Letras distintas indican diferencias
significativas entre los diferentes usos para la
infiltración total a los 90 minutos.
Figure 2. Acumulated infiltration (I Ac)
in Pasto lloron, fescue+wheatgrass (F+A),
lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural
use (Ag). Different letters indicate significant
differences in total infiltration after 90 minutes.
Los resultados obtenidos de RP de los distintos usos del suelo se pueden observar en la Figura 3. El suelo LL no presentó variación de la RP con la variación del contenido de agua en el suelo (8 a 28%) en ninguna de las profundidades evaluadas (Figura 3.1A-B-C y D). Los valores promedio fueron inferiores a 0,5 MPa. En los suelos bajo pasturas la RP fue mayor, alcanzando valores de 1,9 MPa para A+A y 1,6 MPa para F+A en el estrato de 10-20 cm (Figura 3.2B y 3.3B). Por su parte, el suelo Ag mostró mayor variación de la RP ante cambios en la humedad del suelo, principalmente en 0-10 cm (0,3-2,8 MPa) y 10-20 cm (0,5-2,4 MPa) (Figura 3.4 A y B). Estos valores encontrados en el estudio resultaron superiores a los considerados críticos para el crecimiento de las raíces (Ehlers et al., 1983). Quiroga et al. (1999) comprobaron que el incremento en la RP se relacionó con disminuciones en el contenido de MO, comprobándose además una fuerte reducción en la conductividad hidráulica e incremento en la susceptibilidad de los suelos a la compactación.
Figura 3. Resistencia a la
Penetración (RP) en función
al contenido de agua en 1:
llorón, 2: festuca+agropiro, 3:
agropiro+alfalfa y 4: agrícola, a.
0-10, b. 10-20, c. 20-30, d. 30-40 cm
de profundidad. Capacidad de
Campo (CC) y Punto de Marchitez
Permanente (PMP).
Figure 3. Penetration resistance
(RP) related water content in 1:
pasto lloron, 2: fescue+wheatgrass
(F+A), lucerne+wheatgrass (A+A) 4:
agricultural use (Ag), a. 0-10, b. 10-
20, c. 20-30, d. 30-40 cm of depth.
Filed capacity (CC) and permanent
wilting point (PMP)
La biomasa de raíces presentó importantes variaciones entre los diferentes usos del suelo (Figura 4). Bajo el uso Ag la cantidad de raíces fue significativamente menor con respecto a los demás usos en los primeros 20 cm de profundidad. Analizando la distribución en el perfil hasta los 100cm, en 0-20 cm se concentró la mayor proporción de raíces (78, 70, 53, y 53 % para LL, F+A, A+A y Ag, respectivamente). Similares resultados fueron obtenidos por Frasier et al. (2019), comprobando que entre el 47 y 82% del total de raíces se concentran en los primeros 20 cm del perfil.
Figura 4. Distribución de biomasa de raíces en llorón (LL), agropiro+alfalfa (A+A), festuca+agropiro (F+A) y agrícola (Ag) hasta 100
cm de profundidad. Letras diferentes indican diferencias significativas entre usos de suelo en cada profundidad.
Figure 4. Root biomass distribution in pasto llorón (LL), fescue+wheatgrass (F+A), lucerne +wheatgrass (A+A) and agricultural use
(Ag), up to 100 cm depth. Different letters indicate significant differences among soil uses at each depth stratum
La relación entre la biomasa de raíces y la biomasa aérea ha sido utilizada como un indicador de cambios en la partición de fotoasimilados a estos órganos según la especie (Iwasa & Roughgarden, 1984) y el ambiente en el cual se desarrolla (Wilson et al., 1988). Los resultados de esta relación indicaron que F+A (4,1) y LL (4) presentaron un valor superior a A+A (2,9) y Ag (0,35), encontrando diferencias significativas entre LL, F+A y A+A con Ag. Las relaciones obtenidas indican que bajo pastura existe entre 3 y 4 veces más biomasa (en peso) en las raíces que en la parte aérea. Estudios realizados en el Caldenal de la Región Semiárida Pampeana, sobre pastizales naturales de Stipa tenuis y Piptochaetium napostaense, reportaron una relación de 7, mientras que para el pasto llorón (Eragrostis curvula) la relación fue menor (4) (Golberg et al., 2011). Los datos obtenidos en este trabajo se encuentran en concordancia con lo expuesto por Golberg et al. (2011), quienes concluyeron además que en zonas áridas y semiáridas las plantas deben invertir una considerable proporción de su productividad anual en la formación y mantenimiento del sistema radical para asegurar un suministro apropiado de agua. Además, esta relación responde a la disponibilidad de nutrientes, aumentando cuando existe una limitante en el suelo (Andrews et al., 1999). Siguiendo con este concepto, la mayor relación encontrada en F+A (4,1) podría ser atribuida a la limitación del nitrógeno edáfico, en cambio en A+A (2,9) el aporte del nitrógeno por parte de la leguminosa produciría un ambiente con menos limitación nitrogenada, resultando menor cantidad de raíces con respecto a la producción de biomasa aérea. En la región semiárida se cuenta con información de diferentes cultivos invernales, acerca de la cantidad y distribución de raíces. En este sentido Oderiz et al. (2017) encontraron relaciones de 0,35 para centeno, mientras que valores superiores se determinaron en el cultivo de vicia (1,08). Actualmente han sido reportadas distintas relaciones biomasa de raíces/ biomasa aérea bajo diferentes usos de suelo: vegetación natural (5,1), pastura perenne (1,9) y pastura permanente (4,2), las que son significativamente mayores a la de los cultivos anuales (1) (Frasier et al., 2019).
El mayor valor de biomasa de raíces respecto a la biomasa aérea encontrado en la pastura, le confiere un gran potencial de fijar carbono en profundidad a través de la producción de biomasa radicular, lo que explicaría el aumento de la materia orgánica en la etapa de pastura de la rotación. Frasier et al., (2019) han encontrado que el contenido de materia orgánica se relacionó principalmente con la biomasa de raíces y en menor medida con la de los residuos dejados sobre la superficie del suelo.
La Figura 5 muestra la distribución de los usos del suelo evaluados en el plano de las dos primeras componentes principales, comprobándose que las variables consideradas se encontraron adecuadamente representadas. La componente principal 1 explicó el 59,9 % de la variabilidad y la componente principal 2 el 31,8 %. Las variables que correlacionaron positivamente con la componente 1 fueron raíces, Ma, PT, IB, MO y MOJ y las variables que estuvieron asociadas negativamente fueron DA, DAM, CR, PMP. Para la componente principal 2 se encontraron relaciones positivas con MOV, HC, N y CC.
Los suelos A+A y LL se ubicaron en el mismo cuadrante, por lo cual se podría inferir que presentarían características similares relacionándose positivamente con algunas variables (Raíces, Ma, PT, IB) y negativamente con otras (DA, DAM, CR, PMP y SC). Por otro lado, F+A presenta una posición intermedia en cuanto a las variables que definen la componente principal 1 asociándose positivamente con MOV, N, CC y HC. El uso de suelo Ag se asoció positivamente a CR, DA, DAM y negativamente a IB, PT, Ma y raíces.
Figura 5. Análisis bi-plot de componentes principales (CP) en suelos bajo uso pasto llorón (LL), festuca+agropiro (F+A),
agropiro+alfalfa (A+A) y agrícola (Ag). Materia orgánica (MO),nitrógeno (N), materia orgánica joven (MOJ), materia orgánica vieja
(MOV), porosidad total (PT), densidad aparente (DA), densidad aparente máxima (DAM), infiltración básica (IB), capacidad de
campo (CC), macroporos (Ma), punto de marchitez permanente (PMP), humedad critica (HC), susceptibilidad a la compactación
(SC) y compactación relativa (CR).
Figure 5. Bi-plot of the main component (CP) in soils under Pasto llorón (LL), fescue+wheatgrass (F+A), lucerne+wheatgrass (A+A)
and agricultural use (Ag). Organic matter (MO), nitrogen (N), particulate organic matter (MOJ), mineral organic matter (MOV),
total porosity (PT), bulk density (DA), maximum bulk density (DAM), infiltration rate (IB), field capacity (CC), macropores (Ma),
permanent wilting point (PMP), critical moisture (HC), susceptibility to compaction (SC) and relative compaction (CR).
Con el objetivo de establecer relaciones entre indicadores físico-hídricos, en la Tabla 4 se presenta la matriz de correlación entre los mismos. Se pudo comprobar que la MO se correlacionó positivamente con la MOJ, PT, IB, CC, Ma y en menor medida con raíces. La disminución en la PT a causa del uso implicó un aumento en la DA, DAM, SC. Sin embargo, los poros más susceptibles a los procesos de degradación-compactación fueron los Ma, encargados de la aireación del suelo y del movimiento del agua. El cambio en la PT y en la proporción de Ma asociados a la pérdida de MO, son las principales causas de los efectos sobre los procesos físico hídricos de los suelos (Czachor et al., 2013; Fernández et al., 2019). Nuestros resultados pudieron corroborar esta afirmación, ya que la macroporosidad se asoció positivamente con la IB (r=0,84).
Tabla 4. Matriz de coeficientes de correlación entre indicadores.
Table 4. Bi-plot of the main components for some indicator variables in soils.
Materia orgánica (MO),nitrógeno (N), materia orgánica joven (MOJ), materia orgánica vieja (MOV) porosidad total (PT), densidad aparente (DA), densidad
aparente máxima (DAM), infiltración básica (IB), capacidad de campo (CC), macroporos (Ma), punto de marchitez permanente (PMP), densidad aparente
máxima (DAM), humedad critica (HC), susceptibilidad a la compactación (SC), compactación relativa (CR).
No solo la cantidad de poros define el comportamiento hídrico del suelo, sino que también influye su forma, tamaño y distribución (Fernández et al., 2019). La arquitectura de las raíces favoreció cambios en la estructura del suelo, dando como resultado relaciones positivas entre raíces con PT (r= 0,69) y con Ma (r=0,76). Se ha reportado que las raíces tienen un menor crecimiento en suelos densificados/compactados (Clark et al., 2003) debido a la dificultad de penetrar y desplazar el suelo a fin de generar nuevos poros.
Las rotaciones de cultivos resultaron ser una buena herramienta de manejo para considerar en suelos donde existen problemas de compactación o densificación. Al introducir plantas cuyas raíces puedan penetrar y explorar mayor profundidad de suelo, se pueden crear poros estables, que al descomponerse las raíces formen bioporos, los cuales pueden ser empleados por las raíces de los cultivos posteriores. Esta perforación biológica (Greogory et al., 2006) es dependiente de los cultivos que integran la rotación. Algunos reportes indican que la formación de bioporos es menor en rotaciones de oleaginosas y leguminosas anuales con respecto a cultivos perennes como la alfalfa (Rasse & Smucker, 1998; Torres- Guerrero et al., 2013), debido a que esta pastura puede potenciar la generación de una mejor estructura de suelo con macroporos más estables. En el mismo sentido Imhoff et al. (2010) remarcaron que rotaciones más diversificadas y con mayor proporción de gramíneas presentan una mejor condición física, mejorando la proporción de poros, en relación a aquellas rotaciones menos diversificadas.
En relación al objetivo que se habia planteado acerca de si los indicadores físico-hídricos bajo el planteo mixto de rotación, se aproximan a los niveles de los indicadores bajo el uso con pastura permanente de gramínea (LL), se confeccionó la Tabla 5. En la misma, el suelo bajo uso LL es considerado condición de referencia (100%), debido a que representa un suelo en un óptimo estado de conservación para las condiciones edafoclimáticas de la región (Fernández, 2018). Los valores de los indicadores evaluados bajo las dos pasturas perennes (F+A y A+A), se encontraron más próximos a los valores del LL que al uso Ag. Particularmente la pastura A+A fue la que más próxima se encontró a la situación de referencia, presentando además una cantidad de raíces que superó a las presentes en el uso LL. Estos resultados indicarían que sistemas mixtos de rotación con pasturas perennes, y más aún si se incluyen especies leguminosas, podrían mantener condiciones muy favorables de fertilidad física y biológica, generando condiciones adecuadas para la acumulación de carbono en el suelo (Studdert et al., 2017). La mayor dificultad para captar el agua de lluvia en el uso Ag resulta preocupante si consideramos que en ambientes semiáridos las precipitaciones no logran cubrir normalmente el uso consuntivo de los cultivos, constituyendo la principal limitante de los sistemas de producción.
Tabla 5. Valores relativos de los indicadores de suelo con respecto al uso bajo pasto llorón (LL), para
festuca+agropiro (F+A), agropiro+alfalfa (A+A) y agrícola (Ag).
Table 5. Relative values of the soil indicators with respect to the use under pasto lloron (LL), for
fescue+wheatgrass (F+A), lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag).
Materia orgánica total (MO),materia orgánica joven (MOJ), densidad aparente (DA), porosidad total (PT), macroporos (Ma), compactación
relativa (CR), densidad aparente máxima (DAM), infiltración acumulada (IAc), infiltración básica (I B).
A fin de evaluar el efecto del uso del suelo sobre los contenidos de materia orgánica a través del tiempo, se presentan los contenidos de la misma entre los años 2012 y 2018 (Figura 6). Los resultados muestran en 0-10 cm de profundidad, que tanto en LL como en Ag no se encontraron diferencias significativas entre 2012 y 2018 (p=0.15 y p=0.64, respectivamente), en cambio en F+A y A+A los contenidos de MO aumentaron significativamente (p=0.0071 y 0.0036, respectivamente) entre el 2012 y 2018 (Figura 6 1A). Tambien en 10-20 cm (Figura 6 2A) el uso del suelo tuvo incidencia en los contenidos de MO en los años evaluados, donde se encontraron menores contenidos de MO en LL, F+A y Ag en el 2018 con respecto al 2012. En relacion a la MOJ, los usos Ag y LL mantuvieron el nivel en 0,82 y 1,35 % respectivamente y no presentaron diferencias significativas entre el 2012 y 2018. Por su parte, las pasturas consociadas al cabo de 5 años aumentaron significativamente el contenido de MOJ, resultando similares al uso LL (Figura 6 1B). En 10-20 cm de profundidad los valores fueron similares entre sí y no se encontraron diferencias signficativas entre años en cada uso de suelo (Figura 6 2B).
Figura 6. a) Materia orgánica total (MO) y b) Materia orgánica joven (MOJ) para los distintos usos de suelo: llorón (LL),
festuca+agropiro (F+A), agropiro+alfalfa (A+A) y agrícola (Ag) en 1: 0-10 y 2: 10-20 cm de profundidad. Letras distintas indican
diferencias significativas en cada uso entre 2012 y 2018.
Figure 6. a) Total organic matter (MO) and b) particulate organic matter (MOJ) for different soil use: pasto lloron (LL),
fescue+wheatgrass (F+A), lucerne+wheatgrass (A+A) and agricultural use (Ag) in 1: 0-10 and 2: 10-20 cm of depth. Different
letters indicated significant differences among soil uses between 2018 and 2018.
Al momento de la siembra de las pasturas (2012), el contenido de MO se encontraba en 2,45 %, luego de 5 años de producción aumentó a 2,92 y 3,05 % para F+A y A+A, respectivamente. Estos resultados reflejan un incremento del 19% en el caso de F+A y de un 24 % para A+A, comfirmando el efecto benéfico de la rotación con pasturas perennes sobre el balance de carbono. Por su parte los usos Ag (2,57%) y LL (3%) mantuvieron los valores iniciales. Fernandez et al. (2016) obtuvieron un valor de MO cercano al 3 % como umbral a partir del cual los indicadores fisico hidricos no limitan la captación, el almacenaje y el uso del agua por los cultivos. Las pasturas estudiadas en la experiencia (F+A y A+A) lograron alcanzar durante los 5 años este valor umbral de 3 % de MO.
CONCLUSIONES
El trabajo confirmó el efecto benéfico de incluir pasturas perennes en la rotación sobre indicadores físico-hídricos y sobre el contenido de materia orgánica y sus fracciones en Paleustoles petrocálcicos de la provincia de La Pampa.
Los valores de los indicadores en las rotaciones con pasturas perennes se aproximaron al suelo considerado como línea de base o de referencia (LL). La pastura compuesta por leguminosa y gramínea (A+A) fue la más cercana a la situación de referencia. No obstante, se encontró una estratificación importante, siendo el estrato superior donde los indicadores fueron fundamentalmente influenciados por los diferentes usos de suelo.
Asociado con la disminución en el contenido de materia orgánica, en el suelo bajo uso Ag se produjeron cambios a nivel de macroporosidad. Los cultivos anuales no serían suficientemente efectivos en mantener y o formar macroporos, al ser comparado su efecto con los de las pasturas perennes y permanentes. Uno de los indicadores más afectado fue la infiltración, la que se redujo ampliamente luego de 13 años de agricultura continua.
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