FÍSICA, QUÍMICA Y FÍSICO-QUÍMICA DE LOS SUELOS

Determinación del intervalo hídrico óptimo en usoles de la región semiárida pampeana

Romina Fernández¹*; Alberto Quiroga^1-2; Carlos Lobartini³ & Elke Noellemeyer²

^1. INTA Anguil
^2. Facultad de Agronomía, UNLPam
^3. Departamento Agronomía, UNSur
* Autor de contacto: fernandez.romina@inta.gob.ar

Recibido: 11-11-16
Recibido con revisiones: 31-08-17
Aceptado: 03-09-17

RESUMEN

En la región semiárida pampeana el intervalo hídrico óptimo (IHO) no ha sido utilizado para valorar cambios en la calidad del suelo relacionados al manejo. El objetivo del trabajo fue caracterizar y evaluar el IHO en un suelo bajo uso en vegetación natural con gramíneas perennes (VN) y bajo uso agrícola (A). El estudio se desarrolló en Paleustoles petrocálcicos de la planicie con tosca de la Región Semiárida Pampeana Central. En un suelo VN y otro bajo uso A, y en estrato superior, medio e inferior del perfil respectivamente, se determinó, arcilla, limo, porosidad total, contenido de carbono, nitrógeno y el IHO. El uso A condicionó los valores del IHO en los dos primeros estratos y presentó mayores diferencias entre profundidades con respecto al suelo en VN. Los valores promedios del IHO para el suelo VN fueron 0,14; 0,15 y 0,15 cm³ cm^-3 y en el suelo A de 0,06, 0,01 y 0,18 cm³ cm^-3 en estratos superior, medio e inferior respectivamente. En ambos usos, el límite húmedo del IHO fue el contenido hídrico en capacidad de campo. El límite seco en el suelo A lo representó la curva de resistencia a la penetración, en cambio en el suelo VN el límite seco correspondió a la curva de punto de marchitez. Se observó que el IHO correlacionó con carbono y nitrógeno en el estrato superior e inferior, mientras que en el estrato medio del perfil esta relación no fue importante. En general se puede inferir que el intervalo hídrico óptimo fue un indicador sensible que reflejó los cambios en el sistema poroso del suelo bajo el uso agrícola con respecto a un suelo de similar textura bajo vegetación natural.

Palabras clave: Uso del suelo; Resistencia a la penetración; Densidad aparente; Agua disponible.

Determination of least limiting water range in ustolls of the semarid pampas

ABSTRACT

The Least Limiting Water Range (IHO) has not been used in the semiarid Pampas to describe the soil quality changes related to management. The objective of this work was to characterize and evaluate the IHO in soils under natural grassland vegetation (VN) and agriculture (A). The study was carried out on petrocalcic Paleustolls in the calcic plains of the central semiarid Pampas. Clay and silt, carbon and nitrogen contents, total porosity and IHO were determined on samples from upper, medium, and lower soil profile layers of a VN and an A soil. Agriculture affected IHO in the upper and medium layer, and showed more differences among layers than VN. Average IHO values for VN were 0.14, 0.15 y 0.15 cm³ cm^-3, and 0.06, 0.01 y 0.18 cm³ cm^-3 in the A soil for the upper, medium and lower layers, respectively. In both soils the IHO moist limit was determined by field capacity moisture contents, whereas the dry limit was defined by the penetration resistance curve in A and by the permanent wilting point moisture in VN. A positive relation between IHO and total soil carbon and nitrogen was observed for the upper and lower depth layers, while in the medium depth layer this relationship was not important. In general terms, it is concluded that the Least Limiting Water Range was a sensitive indicator which reflected the changes in the soil porous system under agricultural use compared to a soil with similar texture under natural vegetation.

Key words: Soil use; Penetration resistance; Bulk density; Water availability.

INTRODUCCIÓN

Los indicadores de calidad física de suelos más utilizados, tales como densidad aparente, resistencia a la penetración, porosidad total y agua disponible no alcanzan a representar la estructura edáfica en sus aspectos funcionales (Hagan et al., 1959; Benjamin et al., 2003). El concepto de agua útil propuesto por Veihmeyer & Hendrickson (1931) describe el agua comprendida entre capacidad de campo y punto de marchitez permanente, y presume que el agua se encuentra totalmente disponible para los cultivos (Kirkham, 2005). Este concepto está basado en la energía potencial del agua en el suelo y no considera otras propiedades físicas que afectan la absorción del agua por las raíces de las plantas (Asgarzadeh et al., 2010). Escaso suministro de oxígeno, baja conductividad hidráulica, alta resistencia a la penetración afectan el crecimiento de las raíces y por ende inciden sobre la absorción de agua (Letey, 1985; Da Silva et al., 1994). En tal sentido existe controversia sobre la definición del agua útil (Hagan et al., 1959), ya que según lo expresó Letey (1985), el crecimiento del cultivo se puede ver afectado antes de que el agua del suelo alcance el punto de marchitez permanente.
El intervalo hídrico óptimo (IHO) ha sido propuesto como una variable integradora que refleja la influencia del agua edáfica y algunas propiedades físicas sobre el crecimiento de los cultivos (Letey, 1985; Da Silva et al., 1994: Topp et al., 1994; Leão et al., 2006) y fue más sensible que el contenido de agua útil para detectar la degradación estructural de los suelos (Asgarzadeh et al., 2010; Benjamin & Karlen, 2014). Este indicador tendría la potencialidad de identificar las condiciones físicas que afectan la funcionalidad de los procesos físicos, químicos y biológicos. El IHO se define como el rango de agua del suelo en el cual el crecimiento de las plantas no se encuentra limitado por el potencial agua (-0,03 MPa a -1,5 MPa), por la aireación (> de 10% de macroporos), ni por la resistencia a la penetración (< 2 MPa) (Da Silva et al., 1994). El IHO está delimitado por el suministro de oxígeno en el límite húmedo y/o por el suministro de agua o la resistencia mecánica en el límite seco. En un suelo compactado, Boone et al. (1987) demostraron que las restricciones al crecimiento de las plantas por excesiva resistencia o reducida difusión de oxígeno fueron dependientes de la variabilidad del agua disponible. Tormena et al. (1998) encontraron que menores IHO se relacionaron con alta resistencia a la penetración. El IHO ha sido identificado como un indicador más sensible que la densidad aparente y el agua disponible para detectar, describir y cuantificar los efectos de las variaciones en la estructura del suelo sobre las limitaciones físicas para el crecimiento de las plantas (Letey, 1985; Da Silva et al., 1994; Tormena et al., 1998; Lapen et al., 2004; Leao et al., 2006). Cuando aumenta la compactación, el IHO disminuye, siendo la resistencia a la penetración el factor más limitante para el crecimiento de las raíces (Da Silva et al., 1994). Se ha comprobado que el IHO fue influenciado por el contenido de materia orgánica, la estructura y la composición granulométrica de los suelos, como también por la biomasa aérea y de raíces producida por los distintos cultivos de la rotación (Da Silva et al., 1994; Da Silva & Kay, 1997; Kay et al., 1997; Stirzaker, 1997; Benjamin et al., 2003, Pilatti et al., 2012; Benjamin et al., 2013; Benjamin& Karlen, 2014; Imhoff et al., 2016; Tormena et al., 2016). Sin embargo el IHO no brinda información acerca de la captación y transmisión del agua en el suelo, por lo que Pilatti & Orellana (2012) proponen incorporar a los estudios propiedades físico-hídricas tales como conductividad hidráulica e infiltración.
En la Argentina, este indicador ha sido estudiado en suelos de la región pampeana húmeda (Wilson & Cerana, 2004; Imhoff et al., 2006; Uberto, 2008; Damiano & Moschini, 2011; Minetti, 2012; Pilatti et al., 2012) con resultados promisorios, ya que fue lo suficientemente sensible para detectar diferencias entre manejos y condiciones climáticas. Aunque Imhoff et al. (2016) señalan que existe poca información acerca de las relaciones entre el IHO e indicadores de compactación en suelos de la Argentina.
Específicamente, en la región semiárida pampeana este indicador no ha sido utilizado para valorar cambios en la calidad del suelo influenciados por el manejo.
Se planteó como hipótesis que el intervalo hídricoóptimo sería un indicador sensible que refleja los cambios en el sistema poroso del suelo bajo el uso agrícola en Paleustoles, sobre todo por el efecto de la compactación en el límite seco. Por lo cual, el objetivo fue caracterizar y evaluar el intervalo hídrico óptimo en suelos bajo uso agrícola y en suelos bajo vegetación natural con gramíneas perennes de la región semiárida pampeana.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se desarrolló sobre Paleustoles petrocalcicos (USDA NRCS, 2014a) ubicados en el sur de la planicie con tosca de la región semiárida pampeana (Fig 1).

Figura 1. Mapa de la Argentina y de la provincia de La Pampa, donde se detalla la zona de estudio.
Figure 1. Map of Argentina and La Pampa, with a detailed map of the study area.

Se seleccionaron 2 suelos por diferencias en las prácticas de producción, uno de ellos con vegetación de gramíneas permanentes y el otro en agricultura, ambos por más de 50 años. El suelo con vegetación de gramíneas permanentes (VN), de pastizales naturales presentó Stipa tennuis, Poa ligularis, Bromus brevis, Piptochaetium napostaense y se encuentra localizado en las coordenadas 36°25´03.67´´S, 64°03´08.55´´O a 164 m sobre el nivel del mar. El suelo agrícola (A) localizado en las coordenadas 36°25’37.87´ ´ S, 64°02´27.51´´O a 164 m sobre el nivel del mar, fue utilizado en siembra directa no continua que alternó con labranza de discos, y los cultivos más frecuentes fueron trigo (Triticum aestivum), girasol (Heliantus annus), maíz (Zea mays), sorgo (Sorghum bicolor), cebada (Hordeum vulgare).
En cada suelo se muestrearon tres perfiles equidistantes 10 metros cada uno. En cada perfil fueron considerados tres estratos, estrato superior a 0-6 cm de profundidad relacionado con la captación del agua de las precipitaciones, estrato medio a 18-23 cm de profundidad donde mayormente ocurren las densificaciones de suelo y estrato inferior a 40-46 cm de profundidad que representaría las características del material parental ya que corresponde al horizonte C. Se extrajeron muestras disturbadas de los tres estratos y sobre suelo seco al aire y tamizado por 2 mm, se determinaron las siguientes variables:
• Contenido de arcilla y limo mediante el método de la pipeta de Robinson (Gee & Bauder, 1986) y contenido de arena por tamizado. En cada perfil de suelo se tomó una muestra, compuesta de 3 submuestras por estrato.
• Contenido de carbono y nitrógeno total por combustión seca (LECO Truspec™). En cada perfil de suelo se tomaron 2 muestras compuestas de 3 submuestras por cada estrato de profundidad.
• La curva de retención hídrica se determinó mediante la mesa de tensión y el equipo de tensión de Richard (Klute & Klute, 1986). En cada perfil de suelo se extrajeron 5 cilindros de acero inoxidable de 6 cm de diámetro por 5 cm de altura, por estrato de profundidad. Las muestras en los cilindros fueron saturadas por capilaridad y cada cilindro fue calibrado a una tensión diferente: 5, 10, 33, 100, 500 KPa. Para la determinación del contenido de agua en 5 y 10 KPa se utilizó una mesa de tensión formada por una capa de arena de 8 cm de espesor sobre la cual se colocaron los cilindros. Para la determinación del contenido de agua a 33, 100, 500 y 1500 KPa se utilizó un equipo de olla de presión y placas cerámicas. Para la determinación del contenido de humedad a 1500 KPa se utilizó muestra disturbada, tamizada por 2 mm. Una vez alcanzado el equilibrio, las muestras fueron pesadas y a cada cilindro se le registraron 3 lecturas de resistencia a la penetración con penetrómetro digital de laboratorio de 60° de ángulo de cono y 4,9 mm de diámetro basal (Bradford, 1980). Luego, las muestras se secaron en estufa a 105 ºC hasta peso constante a fin de determinar el contenido de agua y la densidad aparente (Black & Hartge, 1986) a cada potencial mátrico de la curva de retención hídrica.
• De cada cilindro se calculó la porosidad total (PT) considerando el contenido de humedad de la muestra de suelo saturada (Phs) y la muestra de suelo seco (Ps), de acuerdo con la siguiente ecuación, PT: ((Phs-Ps)/Ps))* 100.
Para determinar el IHO es necesario obtener curvas de retención de agua, de resistencia a la penetración y de porosidad de aireación (Tormena et al., 1998). Estas curvas se obtienen a través de expresiones matemáticas denominadas funciones de pedotransferencia, que permiten relacionar diferentes características y propiedades de los suelos (Bouma & Van Lanen, 1987).
El ajuste de la curva de retención por medio del procedimiento descripto por Da Silva et al. (1994) permite incorporar la densidad aparente (DA) para estimar la humedad del suelo. De tal manera que se utilizó la ecuación 1 mediante un algoritmo simplificado desarrollado en hoja de cálculo Excel (Leao& Da Silva et al., 2004) para estimar los contenidos de agua en capacidad de campo a 33 KPa (curva de CC) y punto de marchitez permanente a 1500 KPa (curva de PMP).
Ecuación 1:
θ: exp ^{(d+e* DA)} * (ψ^f)
θ: contenido volumétrico de agua (cm³ cm^-3).
DA: densidad aparente (g cm^-3).
ψ: potencial (KPa).
d,e, f: Son los parámetros de ajuste de la curva de retención hídrica del suelo La resistencia a la penetración es influenciada por la DA y el contenido de agua del suelo (θ) por lo que una relación funcional entre resistencia a la penetración, DA y θ puede ser identificada como curva de resistencia del suelo (RP) (Da Silva& Kay, 1997; Tormena et al., 1998). Esta curva fue ajustada por medio de un modelo no lineal propuesto por Busscher (1990) adoptando los procedimientos descriptos por Da Silva et al. (1994). Para determinar el contenido hídrico del suelo en el que se alcanza un valor de resistencia a la penetración de 2 MPa considerado restrictivo para el crecimiento de las raíces (Taylor et al., 1966) se utilizó la ecuación 3.
Ecuación 2:
RP: a θ^b DA^c
Ecuación 3:
θ: (RP/(a*DA^c))^1/b
RP: resistencia a la penetración (MPa).
θ: contenido volumétrico de agua (cm³ cm^-3).
DA: densidad aparente (g cm^-3).
a, b, c son los parámetros de ajustes de la curva de resistencia a la penetración.
El contenido hídrico del suelo comprendido a 10% de porosidad de aireación, considerado adecuado para los cultivos, se determinó por medio de la ecuación 4.
Ecuación 4:
θ_PA : [(1-DA/DP)-0,10]
DA: densidad aparente (g cm^-3)
DP: densidad de las partículas (g cm^-3)
DP= 2,65 g cm^-3

El IHO se calculó según la metodología propuesta por Da Silva et al. (1994) a partir de la diferencia entre el límite superior (definido como el menor valor entre las curva de CC y PA) y el límite inferior (definido como el mayor valor entre las curvas de PMP y RP) para cada valor de DA.
Los resultados de carbono, nitrógeno e IHO se analizaron estadísticamente mediante ANOVA y las diferencias entre medias a través del test de Tukey (p< 0,10). Además se utilizó análisis multivariado en el programa InfoStat (Di Rienzo et al., 2013), para obtener una representación gráfica de las variables edáficas en el plano de las dos primeras componentes principales.

RESULTADOS

La clase textural de los suelos fue relativamente homogénea y varió entre franco y franco arenoso (Tabla 1). El contenido de carbono y nitrógeno fue menor en suelo agrícola con respecto al suelo en vegetación natural, y disminuyó con la profundidad del perfil.

Tabla 1. Caracterización de los suelos bajo vegetación natural (VN) y agrícola (A). Letras distintas indican diferencias significativas entre usos para el mismo estrato. Porosidad total (PT), densidad aparente (DA).
Table 1. Soil characterization under natural vegetation (VN) and agriculture (A). Different letters indicate significant differences between soil uses for the same depth layer. Total porosity (PT), bulk density (DA).

Los parámetros de ajuste obtenidos de las curvas de retención hídrica del suelo tomaron diferentes valores entre estratos para un mismo suelo como también entre usos (Tabla 2). Los parámetros ‘‘d’’ y ‘‘e’’ tuvieron mayor rango en el estrato superior que en los estratos medio e inferior, en cambio el parámetro ‘‘f’’ presentó mayor valor negativo en profundidad. En general, las ecuaciones obtenidas dieron como resultado un ajuste aceptable con R² entre 40 y 90% en vegetación natural y entre 50 y 86% bajo uso agrícola.

Tabla 2. Parámetros de ajuste de la curva de retención hídrica del suelo.
Table 2. Parameters of fit for the water retention curve.

Los coeficientes de ajuste del modelo de RP (Ecuación 2) se presentan en la Tabla 3. Los coeficientes de la densidad aparente (‘‘a’’ y ‘‘c’’) presentaron valores positivos mientras que el coeficiente de humedad ‘‘b’’ tuvo valores negativos, por lo cual se afirma que la resistencia a la penetración varió positivamente con la densidad aparente y negativamente con los contenidos de agua. Los R² obtenidos se encontraron entre 49 y 95% en vegetación natural y entre el 51 y 87% para el uso agrícola.

Tabla 3. Parámetros de ajuste de la curva de resistencia a la penetración.
Table 3. Parameters of fit for the penetration resistance curve.

Suelo bajo vegetación natural
En el estrato superior, medio e inferior del perfil del suelo en VN, mayores valores en la DA resultaron en incrementos en la curva de RP y disminución en la de PA, mientras que las curvas hídricas se mantuvieron estables (Fig 2a,b y c, respectivamente). El límite superior del IHO para los tres estratos fue la curva de CC, y el límite inferior estuvo representado por la curva de PMP en los estratos superior y medio, en cambio en el estrato inferior la curva de RP representó el límite inferior. Con mayores valores en la DA, el IHO se mantuvo estable en el estrato superior (Fig 3a), aumentó en el estrato medio (Fig 3b) y disminuyo en el estrato inferior (Fig 3c).

Figura 2. Variación del contenido hídrico volumétrico con la densidad aparente, curvas de porosidad de aireación (PA), capacidad de campo (CC), punto de marchitez permanente (PMP) y resistencia a la penetración (RP), en un suelo bajo uso en vegetación natural en estrato a) superior, b) medio y c) inferior.
Figure 2. Variation of soil volumetric moisture contents with bulk density (DA), air-filled pore space (PA), field capacity (CC), permanent wilting point (PMP), and penetration resistance (RP) in a soil under natural vegetation in upper (a), medium (b), and lower (c) depth layers of the profile.

Figura 3. Variación del intervalo hídrico óptimo (IHO) en función de la densidad del suelo bajo uso en vegetación natural en estrato a) superior, b) medio y c) inferior del perfil de suelo.
Figure 3. Variation of the least limiting water range (IHO) as function of bulk density (DA) in a soil under natural vegetation in upper (a), medium (b), and lower (c) depth layers of the profile.

Suelo bajo uso agrícola
En el estrato superior del suelo A mayores valores en la DA incrementaron en mayor grado la RP y dieron lugar a disminución en la PA (Fig 4a). La curva de RP, fue el límite inferior del IHO a partir de 1,17 g cm^-3. En el estrato medio del perfil la curva de RP y PA mostraron similar comportamiento que en el estrato superior ante incrementos en la DA, mientras que la curva de CC y PMP se mantuvieron relativamente constantes (Fig 4b). El límite inferior del IHO para todas las DA medidas fue la curva de RP. En el estrato inferior del perfil, a medida que la DA aumentó, las curvas de CC, PMP y RP se mantuvieron relativamente constantes, aunque el límite inferior del IHO para cada densidad aparente estuvo dado por la curva de RP y no por el contenido hídrico en PMP (Fig 4c). La relación funcional entre el IHO y la densidad del suelo se presenta en la Figura 5. En el estrato superior (Fig 5a) el IHO se relacionó positivamente con la DA hasta 1,15 g cm^-3 y negativamente para valores superiores. Para el estrato medio del perfil (Fig 5b), el IHO se relacionó negativamente con la DA y valores superiores a 1,22 g cm^-3 de DA definido como densidad crítica (Tormenaet al., 1999) condujo a contenidos de IHO de 0 cm³ cm^-3.

Figura 4. Variación del contenido hídrico volumétrico con la densidad aparente, curvas de porosidad de aireación (PA), capacidad de campo (CC), punto de marchitez permanente (PMP) y resistencia a la penetración (RP), en suelo bajo uso agrícola en estrato a) superior, b) medio y c) inferior.
Figure 4. Variation of soil volumetric moisture contents with bulk density (DA), air-filled pore space (PA), field capacity (CC), permanent wilting point (PMP), and penetration resistance (RP) in a soil under agriculture in upper (a), medium (b), and lower (c) depth layers of the profile.

Figura 5. Variación del intervalo hídrico óptimo (IHO) en función de la densidad aparente del suelo bajo uso agrícola en estrato a) superior, b) medio y c) inferior del perfil de suelo.
Figure 5. Variation of the least limiting water range (IHO) as function of bulk density (DA) in a soil under agriculture in upper (a), medium (b), and lower (c) depth layers of the profile.

En el estrato inferior del perfil (Fig 5 c) el IHO aumentó con la densidad del suelo, registrándose el valor máximo en 1,32 g cm^-3.
Bajo uso agrícola y en los tres estratos considerados se comprobó que el límite superior del IHO fue el contenido hídrico en CC, no obstante, la tendencia en algunos estratos fue a una importante disminución en la curva de PA.

Comparación del IHO entre suelos en vegetación natural y agrícola.
Los valores promedios del IHO se muestran en la Figura 6. El uso A condicionó los valores del IHO en los dos primeros estratos y presentó mayores diferencias entre profundidades con respecto al suelo en vegetación natural. En el estrato superior los rangos del IHO fueron 0,03 a 0,08 cm³ cm^-3 bajo uso A y 0,13 a 0,14 cm³ cm^-3 en VN. En el estrato medio también se comprobó el efecto del uso del suelo sobre el IHO, con un rango en suelos A de 0,00 a 0,05 cm³ cm^-3 y en VN de 0,14 a 0,17 cm³ cm^-3.
El suelo bajo uso VN presentó pocas diferencias entre los tres estratos evaluados. En cambio bajo uso A mayores valores de IHO se obtuvieron en el estrato inferior con respecto a los dos superiores.

Figura 6. Intervalo hídrico óptimo (IHO) en estrato superior (S), medio (M) e inferior (I), para suelos bajo uso a) vegetación natural y b) agrícola. Letras distintas indican diferencias estadísticas significativas entre uso para el mismo estrato.
Figure 6. Least limiting water range (IHO) in upper (S), medium (M) and lower (I) depth layers of profile for a) natural vegetation and b) agriculture soils. Letters indicate statistically significant differences between soil uses for the same depth layer.

Relación entre el IHO y propiedades edáficas influenciadas por distintas prácticas de uso
La relación entre el IHO y la densidad aparente dependió principalmente del uso del suelo pero también del estrato evaluado. En suelo bajo VN el IHO no se relacionó con los valores obtenidos de DA, ya que el estrato superior presentó menores valores de DA con respecto a los estratos medio e inferior, pero los IHO fueron similares entre sí. En cambio, el uso agrícola se comportó de manera diferente: los valores de DA presentaron menor amplitud que en VN, pero los valores del IHO por estrato fueron muy distintos, en el estrato medio fueron bajos, mientras que los obtenidos en el estrato inferior fueron altos, y similares a los hallados en el uso VN.
La matriz de correlación entre el IHO con variables relacionadas a la compactación y fertilidad del suelo se presenta en la Tabla 4. En términos generales, para el estrato superior se observó que el carbono (C), nitrógeno (N) y arena fina (50-250 µm) fueron las variables que influenciaron positivamente sobre IHO, mientras que los contenidos de arcilla, limo y en menor medida la DA presentaron relación negativa. En el estrato medio, la porosidad total (PT), arena fina y arcilla presentaron las relaciones más altas, comprobándose menores valores del IHO a mayores contenidos de arcilla. En el estrato inferior, las variables que más se relacionaron con el IHO fueron limo, arcilla, C, N y PT, mientras que arena fina y DA influenciaron negativamente.

Tabla 4. Coeficientes de correlación en estratos superior, medio e inferior bajo uso agrícola y vegetación natural, para las relaciones entre el intervalo hídrico óptimo (IHO) y carbono (C), nitrógeno (N), densidad aparente (DA), porosidad total (PT), arcilla (Ar), limo (li) y arena fina (AF).
Table 4. Correlation coefficients in upper, medium and lower depth layers in agricultural and natural vegetation soil profiles for relationships between the least limiting water range (IHO) and carbon (C), nitrogen (N), bulk density (DA), total porosity (PT), clay (Ar), silt (Li) and fine sand (AF).

La Figura 7 muestra la distribución de los sitios evaluados en el plano de las dos primeras componentes principales para los estratos superior, medio e inferior. Para el estrato superior la componente principal 1 explicó el 96,5% de la variabilidad y la componente principal 2 el 3,2%, resultando en un 99,7% de la variabilidad total de los datos (Fig 7a). Las variables que definieron positivamente la componente 1 fueron IHO, PT, C, N y arena fina, mientras que las variables que estuvieron asociadas negativamente fueron DA, arcilla y limo. Para la componente principal 2 se encontró una relación positiva con arcilla.

Figura 7. Bi-plot de componentes principales en suelos en vegetación natural (VN, tres replicas) y agrícola (A, tres replicas), en a) estrato superior, b) estrato medio y c) estrato inferior. Las variables son: intervalo hídrico optimo (IHO) y carbono (C), nitrógeno (N), relación C/N, densidad aparente (DA), porosidad total (PT), arcilla (Ar), limo (li) y arena fina (AF).
Figure 7. Bi-plot of principal components in a) upper, b) medium, and c) lower depth layers of profile for natural vegetation (VN, three repetitions) and agriculture (A, three repetitions) soils. Variables are: least limiting water range (IHO), carbon (C), nitrogen (N), carbon-nitrogen ratio (C/N), bulk density (DA), total porosity (PT), clay (Ar), silt (Li), and fine sand (AF).

En el estrato medio (Fig 7b) la componente principal 1 explicó el 84,3% de la variabilidad y la componente principal 2 el 14,3%, resultando en un 98,6% de la variabilidad total de los datos. Las variables que definieron positivamente la componente 1 fueron C, arcilla, limo y DA, mientras que aquellas que estuvieron asociadas negativamente fueron IHO, PT y arena fina. Para la componente principal 2 se encontraron relaciones positivas con N y en menor medida con C.
En estrato inferior (Fig 7c) la componente principal 1 explicó el 88,8% de la variabilidad y la componente principal 2 el 9,5%, resultando un 98,3% de la variabilidad total de los datos. Las variables que definieron positivamente la componente 1 fueron DA y arena fina y negativas IHO, C, N, PT, arcilla y limo. La componente principal 2 se relacionó DA.
Las variables que más se relacionaron en el uso A, en estrato superior y medio del perfil, fueron los contenidos de limo y DA, mientras que en VN fueron el IHO, y la PT. En cambio en estrato inferior el uso A se relacionó mayormente con el IHO, C y N, mientras que VN se asoció con arena fina.

DISCUSIÓN

En el suelo A los valores del IHO representan un 52 y 96% menos para los estratos superior y medio respectivamente, en cambio, en el estrato inferior el IHO fue un 22% mayor con respecto a VN. Los valores del IHO obtenidos en este estudio se encuentran dentro de los rangos reportados por la bibliografía en suelos de distinta composición granulométrica. En suelos arcillosos se han obtenido valores entre 0-0,17 cm³ cm^-3 (Cecagno et al., 2016), 0-0,14 (Lima et al., 2012) y 0-0,11 cm³ cm^-3 (Tormena et al., 1999); en suelo franco arcillosos 0,03-0,11 cm³ cm^-3 (Safadoust et al., 2014), franco limosos 0-0,19 cm³ cm^-3 (Minetti, 2012), 011-0,18 cm³ cm^-3 ( Pilatti & Orellana 1993) y 0,15-0,20 cm³ cm^-3 (Damiano & Moschini, 2011), francos 0,-0,17 cm³ cm^-3 (Imhoff et al., 2016), 0,05-0,13 cm³ cm^-3 (Benjamin et al., 2003), y en suelo franco arenoso 0,05-0,20 cm³ cm^-3 (Chen et al., 2014) y 0,08- 0,11 cm³ cm^-3 (Safadoust et al., 2014).
Orellana & Pilatti (1998) concluyeron que suelos con altos IHO presentaron resiliencia al estrés ambiental. Profundizando en estos aspectos Pilatti & Orellana (2012) evaluaron la calidad física de Argiudoles bajo vegetación natural y obtuvieron valores del IHO de 0,19 cm³ cm^-3, sugiriendo que estos suelos con mayores contenidos de C con respecto a situaciones agrícolas, ofrecen buen estado físico para el establecimiento, exploración y actividad radical.
Los resultados del presente estudio demuestran que también en Paleustoles de la región semiárida pampeana bajo vegetación natural fue posible alcanzar valores del IHO similares a los hallados en la región húmeda pampeana con granulometrías más finas.
La compactación altera la porosidad total del suelo y la distribución del tamaño de los poros, de tal manera que se produce una disminución de los macroporos y un aumento de los microporos, lo cual debería manifestarse en los valores de densidad aparente (Hamza & Anderson, 2005; Kay et al., 1997). En promedio el suelo A presentó mayores valores de DA con respecto a VN, sin embargo los valores de DA en suelos agrícolas no superaron 1,40 g cm^-3, y por ende en suelos de textura franca no reflejarían limitaciones en el sistema poroso (USDA NRCS, 2014b). Pero los datos obtenidos reflejaron que la variación en la DA presentó un importante impacto sobre las curvas de resistencia a la penetración, principalmente en el suelo agrícola. La curva de RP fue el límite inferior del IHO bajo agricultura en el estrato superior y medio, mientras que en el estrato inferior ésta se encontró próxima a la de PMP y constituyó el límite inferior del IHO a un valor considerablemente menor de DA (1,17 g cm^-3). Estos resultados estarían indicando que los cultivos serán afectados por la elevada resistencia a la penetración antes de que el suelo alcance el punto de marchitez permanente, lo cual significa que las raíces no podrán aprovechar el agua físicamente disponible comprendida entre capacidad de campo y punto de marchitez permanente, aún a un valor de DA considerado bajo (1,17 g cm^-3). Por lo consiguiente se podría estipular que la DA no sería un buen indicador de calidad en estos suelos, como ya fue observado para otras regiones climáticas y tipos de suelos por Benjamín et al. (2003); Logsdon & Karlen (2004); Dexter et al. (2007) y Asgarzadeh et al. (2010).
En ambos usos, en los tres estratos evaluados, el límite superior del IHO fue el contenido hídrico en CC, lo cual demostraría que dentro del rango de las DA medidas no existirían problemas de falta de oxígeno para las raíces de los cultivos, aún a densidades aparentes altas. Estos resultados podrían explicarse por la composición granulométrica de los suelos en estudio, siendo de textura franco y franco arenoso (Tabla 1), teniendo en cuenta que no se han reportado limitaciones en la porosidad de aireación en suelos de texturas arenoso franco (Safadoust et al., 2014; Cecagno et al., 2016). En cambio en suelos con granulometrías más finas esto ha sido observado frecuentemente. Estudios realizados por Micucci & Taboada (2006) y Taboada et al., (2008) han permitido saber que los suelos limosos pampeanos poseen baja porosidad estructural, responsable de la aireación, perjudicando el contenido de agua disponible.
Tormena et al. (1999) y Lima et al. (2012) concluyeron que en un suelo arcilloso el límite superior del IHO fue dado por la curva de CC, mientras que en un suelo limoso (Minetti, 2012), otro arcilloso (Topp et al., 1994) y otro franco arcilloso (Safadoust et al., 2014) la curva de PA reemplazó en el límite superior a la curva de CC.
En el suelo bajo VN el IHO estuvo definido entre la curva de CC y la de PMP en los tres estratos, en cambio bajo uso A el límite inferior no correspondió a la curva de PMP para todas las DA medidas. En este sentido se obtuvo que la curva de CC representó el límite superior y la curva de RP el límite inferior a partir de 1,17 g cm^-3 de DA (en estrato superior y medio). El IHO disminuyó bajo uso agrícola en los estratos superior y medio con mayores valores de DA, lo cual implicaría que estas profundidades se encuentran más afectadas por la compactación del suelo.
A nivel general se puede expresar que las propiedades edáficas que influenciaron en mayor grado sobre el IHO variaron entre el uso del suelo y el estrato considerado. Por ejemplo, el suelo en VN presentó en los 3 estratos diferentes contenidos de C y N pero los valores hallados del IHO fueron similares entre sí. De la misma manera bajo uso A, el estrato inferior con menor contenido de C y N (Tabla 1) fue el que presentó mayor IHO. Sin embargo, en términos generales, se observó que el IHO correlacionó con C y N en el estrato superior e inferior, mientras que en el estrato medio los contenidos de arcilla, arena finas, PT y DA influenciaron en mayor grado sobre el IHO. Esto indicaría que el estrato medio de estos suelos representó un espesor diferente con respecto a los demás, donde se producirían los procesos de densificación y compactación a causa del uso. La complejidad de las relaciones entre IHO y otras variables edáficas que representan la fertilidad y estructura están evidentes en los bi-plot de los análisis de componentes principales donde se pudo observar que la asociación entre las variables tomó distintos patrones de acuerdo al estrato de profundidad.
En suelos de similar granulometría algunos autores han obtenido relaciones positivas entre el IHO y los contenidos de C (Kay et al., 1997). Estudios más recientes demostraron que el IHO además de estar afectado por los contenidos de C, se relacionó con DA, arcilla y carbonato de calcio (Safadoust et al., 2014). Imhoff et al. (2016) proponen que la textura, el C y el contenido de agua son los factores más importantes que controlan la degradación física de los suelos. Esto se condice con los resultados de este estudio, que indicaron que en suelos de similar textura a mayores contenidos de C el IHO adquiere los valores más altos, ya que en promedio este fue mayor en suelos en vegetación natural (0,15 cm³ cm^-3) con respecto al uso agrícola (0,08 cm³ cm^-3).
Puede inferirse que la producción de los cultivos en suelos con IHO más bajos dependerá en mayor medida de la distribución y cantidad de las precipitaciones durante el ciclo. En condiciones climáticas con precipitaciones frecuentes, las propiedades físicas que limitan la disponibilidad de agua no serían perjudiciales para el crecimiento y el desarrollo del cultivo, cuando el IHO es condicionado en su límite inferior por la RP. Mientras que en ciclos más secos, con menor frecuencia de precipitaciones, la resistencia a la penetración antes que el agua útil limitaría la producción de los cultivos. El estudio del IHO en zonas semiáridas es reciente, no existen antecedentes sobre las interacciones entre el sistema poroso y el desarrollo y actividad de las raíces de los cultivos.

CONCLUSIONES

Estos resultados preliminares para Ustoles de la región semiárida pampeana muestran que el intervalo hídrico óptimo resultó un indicador sensible que reflejó los cambios en el sistema poroso del suelo bajo uso agrícola con respecto a un suelo de similar granulometría bajo vegetación natural.
En ambos usos, el límite superior del IHO fue el contenido hídrico en CC, lo cual demostraría que no existirían restricciones por falta de oxígeno para las raíces de los cultivos. El límite inferior en suelos A lo representó la curva de RP, indicando procesos de densificación y compactación a causa del uso, principalmente en el estrato medio del perfil. En cambio en el suelo bajo uso en VN el límite inferior correspondió la curva de PMP, no mostrando limitaciones de compactación que dificulten la absorción del agua por parte de los cultivos.

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