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Agricultura Técnica, Vol. 63, No. 3, July-Sept, 2003, pp. 287-297 Investigación VARIACIÓN EN EL TIEMPO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN SUELO CON ADICIÓN DE ENMIENDAS ORGÁNICAS Changes in soil physical properties over time after the addition of organic amendments1 Oscar Seguel S.2 *, Víctor García de Cortázar G. de C.2 y Manuel Casanova P.2 1Recepción de originales: 13 de agosto de 2002 (reenviado). Code Number: at03032 ABSTRACT The present study had the objective of evaluating the potential of a biofertilizer and bovine manure as agents to improve soil physical properties. The applied biofertilizer came from residues produced by a Batch biodigestor and the manure came from a dairy. A soil amendment was made in plots of 6 x 3 m with four treatments and three replicates. The treatments, in a volumetric ratio, were: control without amendment; soil:biofertilizer mixture on a 3:1 ratio. Soil:biofertilizer mixture on a 1:1 ratio; soil:manure mixture on a 1:1 ratio. In the second year, the plots were divided in two, leaving subplots of 6 x 1.5 m, one of which had a second amendment with the same organic material and the same ratio. The effects of the treatments were evaluated at one month, one year and two years after the first application. The soil parameters evaluated were: bulk density, specific weight, water retention, water infiltration rate and aggregate stability. A cactus pear (Opuntia ficus - indica (L.) Mill.) plantation was established as a test plant. The application of organic material in great volume provoked a decrease on soil bulk density in the short run; consequently, total porosity increased, particularly the coarse pores (reflected in the pF curve). The specific weight and available water were not different between treatments, while the water infiltration rate increased with amendments. There was an increase in the aggregate stability in the short term, but with successive applications the effect disappeared. Finally, the biofertilizer applications promoted cactus growth of shoots and production of DM. Key words: aggregate stability, biofertilizer, manure, soil physical properties. RESUMEN La presente investigación tuvo como objetivo evaluar la potencialidad del bioabono y el estiércol de bovino como agente mejorador de las propiedades físicas del suelo. El bioabono aplicado provino de un biodigestor tipo Batch, mientras que el estiércol provino de una lechería. El acondicionamiento del suelo fue realizado en parcelas de 6 x 3 m, con 4 tratamientos y 3 repeticiones. Los tratamientos, en mezcla volumétrica, fueron: testigo sin acondicionar, mezcla de suelo:bioabono en relación 3:1, mezcla suelo:bioabono en relación 1:1 y mezcla suelo:estiércol en relación 1:1. En el segundo año, las parcelas fueron divididas en dos, generando subparcelas de 6 x 1,5 m, una de las cuales tuvo un segundo acondicionamiento con el mismo material y proporción. Las evaluaciones se realizaron un mes, un año y dos años después de la primera aplicación orgánica. Las propiedades de suelo evaluadas fueron: densidad aparente, densidad real, retención de agua, velocidad de infiltración y estabilidad de agregados. Se estableció un cultivo de tuna (Opuntia ficus - indica (L.) Mill.) como planta indicadora. Las aplicaciones de materia orgánica en grandes volúmenes provocaron en el corto plazo una disminución de la densidad aparente; consecuentemente, aumentó la porosidad total, especialmente los poros gruesos (reflejados en la curva pF). La densidad real y el agua aprovechable no presentaron diferencias entre tratamientos, mientras que la infiltración de agua aumentó con la aplicación de enmiendas. Hubo un incremento de la estabilidad de agregados en el corto plazo, pero con aplicaciones sucesivas el efecto desapareció. Finalmente, las aplicaciones de bioabono promovieron el desarrollo de brotes y la producción de MS de la tuna. Palabras claves: estabilidad de agregados, bioabono, estiércol, propiedades físicas de suelo. INTRODUCCIÓN La materia orgánica (MO) como componente natural del suelo, corresponde a la mezcla heterogénea de residuos de flora y fauna en vías de descomposición, y materiales húmicos polimerizados. Niveles adecuados de MO en el suelo promueven la formación de macroporos y, consecuentemente, mejoran la tasa de infiltración, además de facilitar la labranza y permitir una adecuada aireación del suelo (Kemper y Rosenau, 1986; Brady y Weil, 2000). Por estas razones, frente a niveles bajos de MO se recomienda la incorporación de residuos orgánicos, los que producirán cambios físicos y químicos favorables para el suelo. La densidad aparente (Db) es una de las propiedades más determinantes de las características de permeabilidad y aireación del suelo, y su persistencia en el tiempo es reflejo de la estabilidad de los agregados (EA). Así, diversos autores coinciden en señalar que aplicaciones de MO al suelo provocan una disminución de la Db, como consecuencia de un aumento de la macroporosidad (Kehr, 1983; Letey, 1985; Novoa et al., 1991; Kay et al., 1997). Además, de esta menor Db se obtienen incrementos notables en la infiltración del agua (Bruce et al., 1992; Le Bissonnais y Arrouays, 1997) y un mayor contenido de agua aprovechable del suelo (Hudson, 1994). La EA es definida como la persistencia de los agregados frente a determinadas fuerzas destructivas, sean éstos factores climáticos, de presión por tráfico u otros (Kemper y Rosenau, 1986; Kay y Angers, 2000). Está determinada por el tipo y contenido de arcilla, los iones asociados al complejo de intercambio, los óxidos de Fe y Al, la Db, el número de contactos entre partículas, la tensión de agua y los niveles de MO (Thompson y Troeh, 1982; Horn, 1993; Hartge, 2000), y su persistencia en el tiempo posee efectos ambientales en la conservación del suelo y el rendimiento de los cultivos (Olson et al., 1999; Brady y Weil, 2000). A pesar de todas estas ventajas aparentes, existe también un sinnúmero de investigaciones que no concuerdan plenamente con los resultados antes mencionados. Al respecto, en un estudio de la zona sur de Chile (Kehr, 1983) se compararon los efectos del estiércol, la cal y un acondicionador sintético sobre las propiedades físicas de un suelo, determinando ventajas del estiércol al producir un aumento en la macroporosidad (mejor aireación e infiltración), con formación de agregados de mayor tamaño, pero sin diferencias significativas respecto a los agentes químicos. Otro estudio (Caviedes y Vergara, 1988) en la zona central de Chile, concluyó que las aplicaciones de bioabono y compost no afectan la Db y la infiltración acumulada respecto a un testigo, y recomiendan estos productos sólo como fuente de nutrientes para una mayor producción de biomasa. Por otra parte, Novoa et al. (1991), en aplicaciones de estiércol versus fertilización química equivalente, obtuvieron una menor Db en el tratamiento con estiércol, pero no encontraron diferencias significativas en la retención de agua expresada en base a volumen. Estos mismos autores concluyeron que la aplicación de estiércol no tiene un beneficio que se refleje en los rendimientos de los cultivos, lo que es comparable a resultados de Chamy (1993), quien trabajando con bioabono, concluyó que la principal ventaja de la aplicación de MO al suelo está dada por su efecto acondicionador, siendo secundario su valor como fertilizante. Los resultados obtenidos en trabajos con enmiendas orgánicas varían dependiendo del tipo y grado de descomposición del material utilizado (Tisdall y Oades, 1982; Kay y Angers, 2000). Un rastrojo fresco de cosecha no tendrá la misma velocidad de descomposición, ni los mismos efectos que un aporte de estiércol fresco o algún residuo orgánico previamente estabilizado, como lo es el bioabono. Monier (1965, citado por Kay y Angers, 2000) señaló que los últimos productos de transformación de la MO del suelo (sustancias húmicas) tienen un efecto pequeño pero a largo plazo en la estabilidad de agregados, mientras que residuos frescos, cuya descomposición genera polisacáridos como productos secundarios, poseen un efecto mayor sobre la estabilidad, pero en el corto plazo. Sin embargo, otros autores concluyeron que los residuos frescos o descompuestos tienen un efecto variable sobre la estabilidad de los agregados (Gupta et al., 1987; Rawitz et al., 1994; Zhang y Hartge, 1995). El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto del bioabono y el estiércol fresco sobre algunas propiedades físicas del suelo, mediante aplicaciones sucesivas, teniendo como planta indicadora un cultivo de tuna (Opuntia ficus-indica L. Mill.). Se espera que el estiércol, por ser un material orgánico menos estable, tenga efectos inmediatos y de mayor magnitud que el bioabono. MATERIALES Y MÉTODOS El estudio se realizó en la Región Metropolitana, en la Estación Experimental Antumapu de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile (33º 40' lat. S, 70º 38' long. O), en un suelo de la Serie Santiago (familia Franca gruesa, sobre arenosa esqueletal, mixta, térmica, Entic Haploxeroll). El ensayo de terreno se extendió desde enero de 1995 a marzo de 1997. Los análisis físicos y químicos se realizaron en los laboratorios de Riego y Reciclaje Orgánico de dicha Facultad. Las unidades experimentales, distribuidas en bloques completos al azar, consistieron en parcelas de 6 x 3 m, en cuyo centro se plantó, en el verano de 1995, una hilera de cladodios de tuna (Opuntia ficus indica (L.) Mill.), distanciados a 0,5 m. A ambos costados de las plantas, que no hacen aportes significativos de MO al suelo, se acondicionó volumétricamente, en fajas de 0,3 m de ancho y 0,3 m de profundidad, aplicando diferentes dosis de materiales orgánicos: bioabono y estiércol de bovino. El bioabono fue el resultado de una mezcla en iguales proporciones de rastrojo de trigo (Triticum aestivum L.) y estiércol fresco de bovino; provino de un digestor tipo Batch, donde se realizó una fermentación anaeróbica durante tres meses con drenaje de líquidos. El estiércol provino de un patio de alimentación con piso de tierra de una lechería, y se extrajo el material acumulado durante dos meses. Para el acondicionamiento se harnearon ambos materiales secos al aire a un tamaño menor a 0,5 cm; se procedió a retirar todo el suelo de las fajas, se ejecutó la mezcla en el exterior con cubos de 5 L, se mezcló el material con el suelo y finalmente se reincorporó al sitio. El suelo sobrante fue retirado del ensayo. En el caso del testigo se provocó una disturbación similar a la experimentada por los otros tratamientos. Al cabo de un año, en el verano de 1996, se efectuó un segundo acondicionamiento, pero sólo a un costado de la línea de plantas (lado sur). Los tratamientos fueron los siguientes: testigo, suelo sin acondicionador (T0); relación suelo:bioabono = 3:1 (B1); relación suelo:bioabono = 1:1 (B2); y relación suelo:estiércol = 1:1 (E1). Se indica con "n" los ensayos con aplicación durante un año, y con "s" los ensayos con dos años consecutivos. Cada tratamiento contó con tres repeticiones. Se regó permanentemente por surcos, ubicados en el lado externo de la zona disturbada, con el propósito de inundar la zona acondicionada. Las evaluaciones, principalmente físicas, se realizaron al tiempo cero (después del acondicionamiento de 1995) y dos años después, en marzo de 1997, tanto para los tratamientos con un único acondicionamiento inicial (lado norte, tratamientos n) como para los con acondicionamiento en 1995 y 1996 (lado sur, tratamientos s). La excepción la constituyó la estabilidad de agregados (EA), que fue evaluada, tanto en el lado norte como en el lado sur, en enero de 1996 (al cabo de un año del primer acondicionamiento, previo al segundo acondicionamiento de las fajas del lado sur) y al cabo de dos años (enero de 1997). La EA se determinó mediante el método de la relación de dispersión (RD) (Dermott, 1967, citado por Berryman et al., 1982), que evalúa la estabilidad de los microagregados y su variación en función del manejo; se basa en la metodología del hidrómetro de Bouyoucos, lo que lo hace sencillo de implementar. En este análisis se tomaron muestras (tres repeticiones) de suelo de entre 5 y 20 cm de profundidad de los sectores acondicionados, cada una de las cuales se separó en dos submuestras. De cada submuestra se seleccionaron 50 g de agregados de entre 1 y 2 mm, mediante tamizaje del suelo seco al aire; una de las submuestras fue sometida a una dispersión suave en 300 mL de agua destilada, mientras que la contramuestra se sometió a una dispersión drástica con agua destilada y 10 mL de oxalato de sodio. Las muestras se dejaron reposar una noche, y al día siguiente la muestra dispersada drásticamente fue agitada durante 10 min adicionales en un vaso metálico. Finalmente, en probeta enrasada a 1.000 mL de agua destilada, a ambas muestras se les determinó la densidad mediante hidrómetro y la temperatura a los 40 s desde que comienza el proceso de decantación. Así, mediante las fórmulas del método del hidrómetro de Bouyoucos, se expresa la densidad como contenido de arcilla más limo. La RD se estima mediante la relación porcentual entre el contenido de limo más arcilla obtenidos por la dispersión suave y limo más arcilla totales, dado por la contramuestra con dispersión drástica. Para obtener el valor numérico de RD se utiliza la fórmula: RD = 100 - [(L + A)ds / (L + A)dd] 100 Aparte de la EA, los análisis físicos realizados fueron: densidad aparente (Db), por el método del cilindro y del terrón; densidad real con picnómetro, sin eliminación de MO; retención de agua, con muestras no disturbadas, a través del plato y olla de presión; y velocidad de infiltración mediante cilindro infiltrómetro; todas las metodologías se encuentran descritas en Klute (1986). Los cilindros utilizados para la Db fueron de 85 cm3, mientras que para la retención de agua se utilizaron cilindros de 40 cm3, con relación alto:diámetro de 1:2 y 2:5, respectivamente. Finalmente, se midió el efecto de los tratamientos sobre el desarrollo de la tuna a través del número de brotes, precocidad de brotación y rendimiento de MS en el primer año del ensayo (enero de 1996). Los resultados fueron sometidos a ANDEVA, y cuando fue necesario se aplicó la prueba de comparación múltiple de Duncan (P ≤ 0,05), en cuyo caso los parámetros porcentuales fueron transformados a grados Bliss. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para efectos prácticos, si bien se aplicaron residuos orgánicos, Bohn et al. (1993) señalaron que al cabo de 40 a 180 días existe una importante mineralización de los residuos, disminuyendo a partir de este momento las tasas de descomposición. Como la mayoría de las evaluaciones se concentraron al cabo de un año o más desde el acondicionamiento, en el presente artículo se habla en forma general de MO del suelo. La Figura 1 presenta los resultados de Db para el método del cilindro, indicando los valores en el año cero (un mes y dos riegos después del primer acondicionamiento) y al segundo año, tanto para los tratamientos con dos aplicaciones como para aquellos con una única aplicación inicial. Sólo las aplicaciones de elevadas cantidades de MO presentan diferencias significativas que se mantienen en el tiempo; por otra parte, para aplicaciones sucesivas, sólo el estiércol mantuvo una condición mejoradora y permanente. Esta situación refleja que el bioabono, a pesar de ser un material estabilizado por fermentación anaeróbica, no es un acondicionador persistente en el tiempo, y probablemente sufre cambios importantes por descomposición al pasar a formar parte de un sistema aeróbico. Por otra parte, el estiércol presentó una mayor persistencia en el tiempo, a pesar de ser teóricamente un material de mayor tasa de descomposición que el bioabono. Sin embargo, este comportamiento también puede deberse a la mayor compresibilidad de los materiales altamente humificados respecto a aquellos más frescos (Zhang y Hartge, 1995). El testigo (T0) del año 2 con "dos aplicaciones" tuvo una Db menor como efecto de la disturbación a la que fue sometido en el año 1996, lo que significa que al cabo de un año no se había asentado al nivel del control con una aplicación. La Db por el método del terrón no arrojó diferencias significativas, debido a que la alteración por el acondicionado no permitió la formación de macroestructura al cabo de dos años. Como consecuencia, es posible que el muestreo de terrones haya considerado agregados que no estuvieron en íntimo contacto con los materiales acondicionadores. Los resultados de las mediciones de densidad real, si bien tuvieron una tendencia a disminuir con las aplicaciones orgánicas, no presentaron diferencias estadísticas significativas con respecto al testigo (datos no presentados). En general, el método del picnómetro presenta una gran variabilidad para los tratamientos con altos contenidos de MO (Blake y Hartge, 1986), y sólo las aplicaciones continuas de estiércol permiten obtener tendencias claras en el tiempo. La densidad real de los materiales puros fue de 1,85 y 1,95 Mg m-3 para el estiércol y el bioabono, respectivamente, valores que resultaron mayores a los señalados por Skopp (2000), en torno a 1,0 Mg m-3, pero dentro del rango de 1,4 a 2,0 Mg m-3 indicado para suelos orgánicos (de Boodt, 1975; Das, 1997), por lo que no se descarta que en la recolección y manejo de los sustratos orgánicos existió contaminación con materiales minerales. En cuanto a las características de retención de agua, la Figura 2 presenta las curvas para los distintos tratamientos. Como puede verse, existe un importante aumento de la porosidad mayor a 3mm, resultado de la menor Db y mejor estructura. También existe un pequeño incremento de la porosidad muy fina (< 2 mm), debido a la contribución de porosidad fina de los materiales orgánicos. La tendencia fue similar en una segunda aplicación anual. Para el rango de agua disponible, en general a altas presiones (> 1000 kPa) las diferencias entre tratamientos desaparecieron. En términos gravimétricos, las aplicaciones de MO promovieron un incremento de retención de agua en toda la curva, pero debido a la menor Db generada en dichos tratamientos, la disponibilidad de agua fue similar (Cuadro 1), sin diferencias significativas entre los tratamientos. Dependiendo de la intensidad del acondicionamiento, existió un ligero incremento en la disponibilidad y retención de agua cuando se realizaron dos aplicaciones de MO, especialmente a bajas presiones (Figura 2, Cuadro 1). El aumento se verificó también en el control, lo cual probablemente indica que existió una cantidad de MO aportada por la descomposición de la raíz de la tuna. En concordancia con lo señalado por Novoa et al. (1991), no existieron diferencias significativas, tanto entre tratamientos como entre número de aplicaciones de acondicionador, debido principalmente a la menor Db generada por efecto de la incorporación de MO. Más aún, el tratamiento con estiércol (E1n) presentó valores de agua aprovechable menores que el testigo. El principal efecto de los residuos orgánicos probablemente se encuentre en la mayor cantidad de macroporos, lo que favorecería una mejor aireación e infiltración de agua. La Figura 3 presenta los volúmenes de poros mayores a 30mm, incluyendo el año cero, que correspondió a la evaluación un mes después del primer acondicionamiento. Se puede apreciar la mayor macroporosidad en los tratamientos acondicionados con mayores contenidos de materiales orgánicos. En cuanto a la intensidad de acondicionamiento, también existió un efecto positivo al acondicionar durante dos años consecutivos, esto a pesar de la menor densidad real inducida por la aplicación de MO. Estos resultados no concuerdan con los de Lal et al. (1997) y Kay et al. (1997), quienes señalaron que con el aumento de los contenidos de carbono orgánico del suelo aumenta la porosidad menor a 30mm (Figuras 2 y 3). Sin embargo, Anderson et al. (1990) encontraron un aumento de la porosidad gruesa (> 25 mm) cuando se realizan aplicaciones anuales de estiércol; la porosidad menor a 25 mm no sufriría cambios cuando en los suelos dominan arcillas expandibles. El testigo aumentó su porosidad gruesa debido a que fue alterado al comienzo de cada año como parte de la metodología de los tratamientos; sin embargo, tampoco hay que descartar el efecto de las raíces de la tuna. Por otra parte, la mayor porosidad explica la mayor infiltración acumulada en los tratamientos orgánicos. En la Figura 4 se presentan los datos de la evaluación del año uno, antes de la segunda aplicación de MO. La mayor tasa de infiltración fue producto de la mayor estabilidad de los macroporos, debido a la depositación de MO en las paredes de éstos; mientras menor sea el contenido de MO, mayor será el riesgo de colapso de la estructura al regar el suelo (Mitchell et al., 1995; Le Bissonnais y Arrouays, 1997), ya que se pierde el efecto de la hidrofobicidad generada por la MO (Ellies et al., 1996). En cuanto a la EA, en la Figura 5 se presentan los resultados de las evaluaciones realizadas al cabo de un año de la primera aplicación (año 1, enero de 1996 y previo al segundo acondicionamiento) y al cabo de dos años de esta primera aplicación. Al comparar los tratamientos en la evaluación del año 1, se aprecia una gran respuesta del suelo ante un manejo que altera fuertemente sus características estructurales; al cabo de un año de acondicionar, la recuperación del tratamiento con estiércol fue significativamente superior respecto al testigo, esto debido al mayor aporte de polisacáridos, que favorecen más eficientemente la unión de partículas, como resultado de la descomposición de los materiales frescos (Havlin et al., 1999). La EA se ve favorecida en el mediano y corto plazo por las aplicaciones de MO (Figura 5). Sin embargo, las diferencias entre tratamientos sólo fueron estadísticamente significativas entre el tratamiento con estiércol y el testigo; con aplicaciones anuales de grandes cantidades de MO (dos aplicaciones) las diferencias desaparecen. La menor respuesta a la aplicación de bioabono puede estar dada por el tamaño de agregado que se evaluó (1-2 mm), ya que Tisdall y Oades (1982) señalaron que, dependiendo del grado de descomposición del residuo, el efecto estabilizante de las partículas se produce sobre distintos tamaños de agregados. Al respecto, es necesario corroborar los resultados y otros ensayos similares con metodologías alternativas de estabilidad. A pesar de los cambios positivos que genera el estiércol sobre las propiedades físicas, su efecto en el desarrollo de la tuna se vio enmascarado por las propiedades químicas, teniendo el bioabono los mejores resultados. Si el ensayo no hubiese considerado riegos continuos, el resultado en el desarrollo de la tuna debiese haber reflejado ventajas para las aplicaciones de estiércol. CONCLUSIONES - La aplicación de materia orgánica (MO) en grandes volúmenes favoreció las propiedades físicas del suelo, especialmente cuando se acondicionó con estiércol. Los resultados más importantes correspondieron a la disminución de la densidad aparente, con un aumento de la porosidad gruesa. El riego enmascaró parte de estos beneficios, prevaleciendo las características químicas favorecidas por el biofertilizante sobre el desarrollo de la tuna. - El acondicionamiento con MO no generó un efecto importante sobre la retención de agua del suelo, pero la infiltración de agua mejoró respecto al tratamiento testigo. - El tratamiento con estiércol, un año después de la aplicación, tuvo una recuperación significativa de la estabilidad de los agregados, evaluada por el método de la relación de dispersión. El efecto tendió a desaparecer en el segundo año y con las aplicaciones sucesivas.
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