Cambios en la porosidad del suelo asociados a la fertilización con purín porcino

A escala mundial y en el periodo de 1999 a 2013, la siembra directa (no laboreo o labranza cero) se expandió a un ritmo anual de 7,5 millones de hectáreas (Bashour et al., 2016). En 2021, esta técnica de manejo del suelo estaba implementada en un 15% de la superficie cultivada del mundo (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2021). La zona en la que la siembra directa está más extendida es en América del Sur (se practica en un 45% de la superficie agrícola) y en EE.UU. (32% de la superficie agrícola). En Europa, a diferencia del continente americano, la labranza 0 sigue siendo minoritaria. España contó con 768.173ha bajo no laboreo durante 2020 (Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, 2020).

El motivo de la expansión de la labranza 0 no responde, en la mayoría de casos, a una sensibilización medioambiental. En realidad, se trata de una tendencia con un marcado carácter económico, puesto que ayuda a reducir los costes de combustible (Sánchez-Girón et al., 2004 y 2007).

Más allá de su impacto positivo respecto a la reducción de costes, la siembra directa puede mejorar la estructura del suelo en la capa más superficial (entre 5-10cm) debido a la estratificación de la materia orgánica y, a largo plazo, puede favorecer la macroporosidad (Blanco-Canqui y Ruis, 2018). La estructura del suelo y su porosidad son 2 características físicas esenciales para determinar la capacidad del suelo para sostener la actividad agrícola, dada su importancia sobre el control de la erosión, en el enraizamiento de las plantas (Rabot et al., 2018), y en el almacenamiento/dinámica de agua en el suelo que es un factor limitante en condiciones de secano (Bescansa et al., 2006).

En contraposición, numerosos análisis micromorfológicos (Ball y Robertson, 1994; Morrás y Bonel, 2005; Sasal et al., 2006) demuestran que, bajo no laboreo y en la capa superficial del suelo, se desarrollan más fácilmente agregados laminares y poros planares; características asociadas a la compactación del suelo. En el caso de los suelos limosos, las potenciales ventajas de la siembra directa pueden también reducirse si el clima es árido o semiárido (Van den Putte et al., 2010), por ser más susceptible a procesos de compactación.

No obstante, el resultado final sobre la calidad física del suelo depende de otros factores. Así, bajo no laboreo pero con una rotación de cultivos que incluya una mayor proporción de gramíneas (por ejemplo trigo y maíz) frente al predominio de la soja se favorece el desarrollo de bioporos radiculares y la actividad de la fauna (Behrends-Kraemer y Morrás, 2018).

Aparte de las características físicas mencio-nadas, existen los llamados “bioindicadores” o seres vivos (como las lombrices de tierra) que dan información por su presencia, su ausencia o su comportamiento, de las condiciones edáficas de una zona (Van Gestel y Van Brummelen, 1996). VandenBygaart et al.(1999) observaron que el paso del laboreo a la labranza 0 supuso un aumento de la presencia de Lumbricus terrestris, hecho que tiene un impacto directo positivo sobre la agregación del suelo, su porosidad y la infiltración del agua.

Asimismo, los oribátidos (los primeros responsables de la transformación de la materia orgánica en el suelo) pueden ser analizados como bioindicadores y, en casos específicos, relacionarlos con la cantidad de purín aplicada en los terrenos en los que se encuentran. El aporte de purines es beneficioso para la población de oribátidos pero dosis excesivas comportan la reducción de especies y del número de estos artrópodos (Bosch-Serra et al., 2014).

La hipótesis de este trabajo es que bajo siembra directa, el efecto positivo de la aplicación de purín (estrechamente relacionado con la cantidad de nitrógeno que contiene) tiene un límite en cuanto a la dosis aplicada que pudiera revertir en una mejora de la porosidad del suelo y de la actividad de la macrofauna (desarrollo de galerías) asociadas. El objetivo de este artículo es determinar la influencia de la dosis de purín en el diámetro aparente de poros.

MATERIAL Y MÉTODOS

Ubicación del experimento

Este estudio se llevó a cabo en una parcela experimental en Oliola, España. El suelo se clasificó como Xerofluvent típico (Soil Survey Staff, 2014). La capa superficial (0-0,3m) presenta una estructura débil en bloques angulares. La textura del suelo es franco-limosa (clasificación USDA) con porcentajes de arena, limo y arcilla que alcanzan el 13,1%, 60,9% y 26%, respectivamente. Los minerales arcillosos predominantes son la illita y la clorita. El pH es básico (8,2; 1:2,5 suelo:agua), no salino con baja conductividad eléctrica (CE 1:5 suelo:agua 0,18 dS·m–1 a 25°C) y el contenido de carbonato de calcio es alto (300 g·kg–1). El valor de materia orgánica es bajo (~20 g·kg–1) y la capacidad de intercambio catiónico (CIC) es de 11,1 cmol+·kg–1.

El área de estudio se halla bajo un clima mediterráneo seco con temperaturas medias altas en verano (>20°C), precipitaciones anuales bajas (<450 mm·año–1) y valores elevados (1.013 mm·año–1) de evapotranspiración del cultivo de referencia (calculada según la ecuación de Penman-Monteith).

Diseño del experimento

Se disponía de un experimento establecido en el año 2002 en donde los tratamientos fertilizantes se repetían anualmente a excepción de la campaña 2007/08 que se mantuvo en barbecho. 3 años antes del inicio de este trabajo (2012) se había introducido la siembra directa (dividiendo en 2 las parcelas experimentales). Para este estudio se muestrearon parcelas de labranza 0 bajo distintos tratamientos de fertilización en donde se aplicaban purines de cerdo de engorde (Tabla 1). El tratamiento de 135kg N·ha–1, el de 202kg N·ha–1 y el de 216kg N·ha–1 (C13, C20 y C22, respectivamente) se aplicaban en el ahijado del cereal de invierno en 1 única dosis en cobertera; el tratamiento de 176kg N·ha–1 se aplicaba en pre-siembra del cereal (S18) en una única dosis y los tratamientos de 289kg N·ha–1 y de 311kg N·ha–1 se aplicaban fraccionados entre pre-siembra y ahijado del cereal (I29 e I31, respectivamente). Además, se muestreó un control, en el que no se aplicó nitrógeno (S00) aunque sí fósforo y potasio en presiembra (Tabla 1). La aplicación de purines antes de la siembra mediante el método del abanico se realizó el 26 de octubre de 2011 y la cobertera el 7 de marzo de 2012. Los purines presentaban un contenido materia orgánica de 664 g·kg–1 y 725 g·kg–1 de materia seca, respectivamente.

Estudio micromorfológico

En mayo de 2012 y para cada uno de los 7 tratamientos se extrajo un prisma de la superficie del suelo de 6cm en profundidad, 9cm de ancho y 19cm de largo. Como la parcela experimental estaba compuesta por 3 bloques (3 réplicas para cada uno de los tratamientos) se obtuvieron un total 21 prismas rectangulares de suelo inalterado.

De cada uno de estos prismas se fabricó una lámina delgada horizontal siguiendo el procedimiento indicado por Benyarku y Stoops (2005). Los prismas se secaron al aire, se impregnaron con resina de poliéster con un colorante fluorescente a la luz ultravioleta y se cortaron en bloques, obteniendo las láminas delgadas de 5cm de alto, 13cm de longitud y 30µm de grosor. Estas láminas se estudiaron mediante un microscopio petrográfico. Se describió la tipología de poros: vesículas, bioporos, poros de empaquetamiento, huecos planares y cavidades mediante análisis visual en base al criterio morfológico de Stoops (2003).

Por cada una de las láminas se fotografiaron 2 campos de 3,15cm de alto y de 4,2cm de largo. Se analizaron un total de 42 campos (2 por cada una de las 21 láminas). De cada campo se extrajeron 3 imágenes a través de distintos tipos de iluminación:

• Luz polarizada transmitida.
• Luz polarizada transmitida bajo polarizadores cruzados (usando papel polarizado).
• Luz incidente ultravioleta (UV).

Los 2 primeros tipos (84 imágenes) se usaron como controles visuales de la calidad de la binarización en blanco y negro de las 42 imágenes obtenidas con luz UV. Si se detectaba algún error, este se corregía manualmente. En todos los casos, se eliminó el ruido de fondo (rasgos por debajo de 1 pixel). La porosidad asociada a distintos intervalos de diámetros aparentes (DA) de poros se obtuvo mediante un algoritmo a partir de los trabajos de Vogel (2008). Los intervalos estudiados fueron: 15-30µm, 30-60µm, 60-100µm, 100-200µm y 200-400µm.

Análisis estadístico

La porosidad fraccionada en los distintos intervalos de diámetro aparente se analizó en relación a la cantidad total de nitrógeno aplicada. Se ajustó un modelo de regresión polinomial utilizando el paquete estadístico SAS v9.4 (SAS Institute Inc., 2002-2012).

Resultados

A través del análisis visual de las láminas delgadas, se comprobó que el suelo estudiado presentaba en todos los tratamientos una estructura laminar (Figuras 1, 2 y 3), la cual se asocia a un fenómeno de compactación tras 3 años en condiciones de siembra directa.

Sin embargo, los poros planares o fisuras horizontales asociados a la estructura laminar no tenían un grado elevado de acomodación, es decir, estaban deformados y sus paredes no “casaban”, debido a que, en algunos puntos, se observaba su uso por la fauna y la creación de cámaras a partir de esas fisuras e incluso se observaban canales verticales que los atravesaban.

El porcentaje de porosidad para el intervalo de diámetro aparente de poros comprendido entre 200µm y 400µm y en función del N aplicado (Figura 4) se ajustó a una relación cuadrática significativa (p = 0,049; R2 = 0,779).

La aplicación de purín porcino a partir de una dosis equivalente a 100kg N·ha–1 favoreció el incremento de poros de diámetro aparente entre 200-400µm, pero la tendencia positiva se invirtió cuando se superaron los 200kg N·ha–1.

En cambio, no se observó una relación significativa entre la dosis de N aplicada con el purín y el porcentaje de poros del suelo dentro de los demás intervalos de diámetro aparente: 15-30µm, 30-60µm, 60-100µm y 100-200µm estudiados. Los datos se muestran en la Tabla 2.

Discusión

En suelos de textura franco-limosa, como es el caso de este estudio, la compactación es un proceso muy frecuente y que puede agravarse con la siembra directa (Çelik et al., 2019; Lampurlanés y Cantero-Martínez, 2003). En este estudio, la presencia de compactación se corrobora por la estructura laminar que se observa en los primeros centímetros del suelo en el tratamiento control (Figura 1).

La adición de materia orgánica favorece la macroporosidad y la conectividad entre poros (Zhang et al., 2012). Los purines porcinos en cuanto a materia orgánica (MO) presentan valores bajos (Yagüe et al., 2012; Tabla 1) pero en este trabajo se ha observado que el uso de purines a dosis máximas de N de origen orgánico recomendadas en las zonas vulnerables (170kg N·ha–1) a la contaminación de las aguas subterráneas por nitratos o recomendadas en otras áreas no calificadas como vulnerables (por ejemplo, 210kg N·ha–1; DOCE (1991); DOGC, 2009) puede mejorar la estructura del suelo. Este efecto de mejora se percibe por el desarrollo de una estructura en bloques subangulares y en la aparición de poros planares no acomodados (deformados por actividad de la fauna) tras una aplicación continuada en el tiempo de purín porcino con un posible efecto acumulador de pequeñas cantidades de materia orgánica.

En este trabajo, el incremento de porosidad entre 200µm y 400µm se asocia al desarrollo de poros planares cuando las aportaciones de N total mediante purines porcinos se sitúan en el intervalo de 100-200kg N·ha–1 (<3Mg MO·ha–1·año–1; Tabla 1). Estos poros, principalmente con orientación horizontal, son aprovechados por la fauna para crear canales, por lo tanto deben considerarse estables para que la fauna los utilice. A pesar de tratarse de estructuras laminares, la fauna es capaz, de forma temporal, de crear canales verticales que en algunos sectores transforma la estructura en bloques subangulares. No se observa tal desarrollo de estructura en las aportaciones menores de 100kg N·ha–1 ni en las que se encuentran alrededor de 300kg N·ha–1. Un aumento de la bioturbación causada por las lombrices de tierra tras la aplicación de purín porcino también ha sido detectado por otros autores (Valdez et al., 2019) a dosis similares (96kg N·ha–1). Esta dosis (umbral inferior de aplicación) estaría asociada a una mínima cantidad de MO adicional (~1,4Mg·ha–1·año–1, Tabla 1) efectiva para incidir sobre una mejora de la calidad física del suelo. Ello se traduciría también en que puede contribuir al incremento de las producciones (Tabla 1) siguiendo la ley de Mitscherlich o ley de los rendimientos menos que proporcionales, de manera que a medida que se aumenta la cantidad aplicada de fertilizante, el aumento de producción que se obtiene es cada vez menor. El incremento de la macroporosidad en el intervalo 200-400m podría verse negativamente afectado por la aplicación de mayores dosis de N en forma amoniacal (~67% de N aplicado) que perjudicarían la fauna del suelo. En el mismo experimento de Oliola (Valdez-Ibañez et al., 2019) y respecto a la actividad de las lombrices, ya se detectó que la especie anécica Nicodrilus trapezoides desparecía en las parcelas que habían recibido en cobertera dosis elevadas de purín porcino (>265kg N·ha–1). También, en el caso de la especie de oribátidos Oribatula connexa, su población empezó a decaer cuando la aplicación de purines en siembra y en una sola dosis superaba los 200kg N·ha–1 o aproximadamente al equivalente de 140kg N-NH4+·ha–1 (Bosch-Serra et al., 2014). En las condiciones del ensayo, también podría existir un efecto aditivo de otros componentes no analizados y probablemente asociados a la cantidad de materia orgánica aplicada (Valdez-Ibañez et al., 2019), ya que bajo siembra directa ésta no se incorpora en el suelo; es decir, no existiría en los primeros centímetros el efecto dilución en función de la profundidad de laboreo, lo que podría afectar negativamente al hábitat de la macrofauna.

El incremento de la porosidad en el intervalo entre 200m y 400m no es solamente un indicador de la mejora de la estructura del suelo, sino también de la mejora de la conectividad entre poros asociado a la actividad de la macrofauna, por lo que es de esperar que se facilite la circulación del agua a través del suelo y mejore el aprovechamiento de ésta por parte de la planta. La disponibilidad de agua es factor determinante en la producción de los cultivos en condiciones de secano de climas semiáridos.

Conclusiones

En condiciones de siembra directa, la porosidad entre 200m y 400m se relaciona con la cantidad de N aplicada con el purín porcino. Estos cambios pueden expresarse, significativamente, a través de una curva polinómica de 2º grado. A efectos prácticos, dentro de un contexto en el que el suelo esté compactado y tenga una estructura laminar, la relación hallada apunta hacia la evolución de la forma estructural, esto es, hacia un incipiente desarrollo de una estructura en bloques subangulares. Esta mejora se observa cuando las aplicaciones anuales de purín porcino superan el equivalente a 100kg N·ha–1, pero no rebasan el límite de 200kg N·ha–1. La evolución positiva de la estructura podría atribuirse a la actividad de la macrofauna, actividad que se vería limitada tanto en las dosis bajas como en las dosis demasiado elevadas de purín.

Autores

• Ángela D. Bosch-Serra, Noemí Mateo-Marín, Rosa M. Poch, y Montserrat M. Boixadera-Bosch. Departamento de Medio Ambiente y Ciencia del Suelo, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agraria,
  Universitat de Lleida. España.
• María Gabriela Molina. Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Católica de Córdoba. Argentina.

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