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“Latinoamérica unida protegiendo sus suelos” XIX CONGRESO LATINOAMERICANO DE LA CIENCIA DEL SUELO XXIII CONGRESO ARGENTINO DE LA CIENCIA DEL SUELO Mar del Plata, Argentina – 16 al 20 de abril de 2012 contribuciones@congresodesuelos.org.ar ROTACIONES Y CARBONO ORGANICO PARTICULADO DEL SUELO EN SIEMBRA DIRECTA CON RIEGO Sánchez, M.C.1,2,*; Fraño, A.3; Azar, A.E.1; Galizzi, F.A.2 ; Mondino, M.H.1,2 1 INTA EEA Santiago del Estero. GT Recursos Naturales; 2 Facultad de Agronomía y Agroindustrias. UNSE; 3 Estudiante de la carrera de Agronomía. Facultad de Agronomía y Agroindustrias. UNSE. * Autor de contacto: mcsanchez@santiago.inta.gov.ar; INTA EEA Santiago del Estero. Jujuy 850. 4200. Santiago del Estero. Teléfono: +54-0385-4224730/4430 RESUMEN La habilidad para alcanzar manejos productivos sustentables depende parcialmente del conocimiento de su impacto sobre las fracciones orgánicas del carbono del suelo (COS). La fracción lábil del COS, denominado carbono orgánico particulado (COP), es mas sensible a los cambios inducidos por manejos que el COS. Este trabajo se plantea como objetivo: evaluar el C total (COT), el C particulado (COP) y el C asociado (COA) en diez rotaciones agrícolas que incluyen Fases de 1 año agrícola (T1 a T4), Fase de 2 años (T5 a T9) y de 3 años (T 10). Las mismas incluyen monocultivo de algodón y soja (T1 y T2), y combinaciones de éstos cultivos con trigo, sorgo y maíz (T3 a T10). Al cabo de 3 años de iniciado el ensayo, se tomaron muestras de suelos en dos niveles de profundidad: 0-10 y 10-20 cm. Se analizaron COT, COP y COA. Las 10 rotaciones no influyeron significativamente en los cambios registrados de COT y COA (P<0,05) mientras que si lo fueron para COP y relación COP/COT en ambas profundidades. Se observó que el contenido de COP en los tratamientos con menor aporte de biomasa en los 3 años (T1, T2 y T3) disminuyó en forma altamente significativa (P< 0,008) respecto de T4 (Maíz/Soja 2º). A similares aportes de biomasa aérea en las fases de 2 años, el T9 presentó mejor relación COP/COT que el T6 (P<0,05) favorecido por la diversidad de cultivos en el mismo ciclo. Se concluye que el tipo de rotación afecta significativamente al COP y la relación COP/COT en cortos períodos para sistemas de siembra directa con riego en el semiárido. PALABRAS CLAVE COP; siembra directa; rotaciones INTRODUCCIÓN La materia orgánica del suelo (MOS) es el componente de suelo considerado clave para la fertilidad del suelo por su influencia en la mayoría de las funciones que éste desarrolla en un ecosistema (Weil y Magdoff, 2004; Galantini y Suñer 2008) Los niveles de MOS son afectados por las prácticas agrícolas y complejos procesos donde las labranzas (Dominguez et.al., 2009) y las rotaciones de cultivos (.Karlen et.al., 2006; Sánchez et.al., 2006) tienen una importante influencia en su estratificación y evolución (Hernanz et.al., 2002). La MOS alcanza un nuevo equilibrio con las condiciones ambientales inducidas por el manejo al cabo de décadas o centurias donde los aumentos o disminuciones del stock de carbono son estadísticamente difíciles de distinguir en el análisis del contexto general de la MOS que no se ve afectada (Leifeld y Kôgel-Knabner,2005) .Esto es porque la MOS se halla constituida en mayor proporción por fracciones orgánicas de ciclado lento por lo que se requiere varios años para detectar modificaciones. El otro componente de la MOS es la fracción lábil, sensible a los cambios inducidos por los sistemas de manejo (Galantini y Suñer 2008). La fracción lábil de la MOS se la denomina materia orgánica particulada (MOP) y la fracción mas estable se halla asociada a la fracción mineral del suelo inferior a 53 µm (COA) (Camberdella y Elliot, 1992). A la MOP se la define como la fracción transitoria de MOS que se encuentra en un estado intermedio entre la materia orgánica fresca y la humificada (Videla et.al., 2008) Por este motivo, que esta fracción puede ser utilizada como indicador temprano de efectos producidos por rotaciones, labranzas y fertilización (Galantini y Suñer, 2008). Entre las prácticas conservacionistas que permiten mejorar e incrementar el carbono orgánico del suelo son adecuadas secuencias de cultivos en la rotación (cantidad y calidad de residuos agrícolas) y la siembra directa donde los cambios mas importantes de la MOS ocurren en la capa superficial de suelo (Eiza et.al., 2005). Quiroga et.al. (2001) evaluaron el indicador COP/COT en diferentes manejos resultando una herramienta útil para conocer, a un mismo nivel de MOS, el grado de intensidad de cambio en la fracción lábil de la MOS (COP). En los suelos de la región semiárida del NOA, se han realizado estudios sobre el efecto de diferentes manejos en la MOS que corresponden a prácticas de manejo de monte (Gonzalez et.al., 2002) y de agricultura en secano (Albanesi et.al., 2003; Sánchez et.al., 2006). Para el área de riego del Río Dulce (ARD), la de mayor potencial productivo de la provincia (Prieto D. com. Personal.), se registra escasa información sobre el efecto que producen diferentes rotaciones agrícolas en siembra directa con riego. Ramsperberg (1992) registró una disminución del 70 % en la MOS a un año de iniciada la actividad agrícola con riego y al cabo de 5 años se registraba un valor sostenido de carbono sin mayores disminuciones. De esta forma, la pérdida de materia orgánica del suelo y su posterior mantenimiento o mejora es posible mediante determinadas prácticas agrícolas conservacionistas que incluye labranzas como siembra directa y adecuada selección de cultivos (Farage et.al, 2007). La disminución del COS en los suelos desencadenan una serie de procesos de degradación como la pérdida de estabilidad estructural y erosión eólica (Lal 2003), aspectos críticos para suelos limosos del área de estudio. Se plantea como objetivo de este trabajo evaluar el C total, el C particulado, C asociado y relación COP/COT en diez secuencias de cultivos en condiciones de manejo con siembra directa y riego, sin fertilización para proponer rotaciones agrícolas que resulten sustentables para zonas semiáridas MATERIALES Y MÉTODOS El trabajo de investigación se desarrolló en el campo Experimental “La María” de la Estacion Experimental Agropecuaria del INTA Santiago del Estero, entre las coordenadas 28º 05’ Latitud Sur y 64º 05’ Longitud Oeste. El suelo se clasifica como Haplustol torriorténtico, Serie La María, franca-gruesa-mixta, hipertérmica, de escaso desarrollo con secuencia de horizontes A-AC-C (Angueira et.al., 2007). El clima es semiárido, con precipitaciones medias anuales de 550 mm y temperatura media anual de 20,6 ºC. Las rotaciones agrícolas evaluadas comprenden diez tipos de secuencias con la combinación de los siguientes cultivos: algodón (Alg) (Gossypium hirsutum), maíz (Mz) (Zea mays), soja (Sj) (Glycine max), sorgo (Sg) (sorgum bicolor) y trigo (Tr) (triticum aestivum) combinados como se indica en la Tabla 1. Los tratamientos con fases de 1 año tuvieron 3 repeticiones en el tiempo mientras que el de 3 años completó un ciclo. Los tratamientos con fase de 2 años, al momento del muestreo completó 1,5 ciclos. Tabla 1. Esquema de las rotaciones. Cara rotación es considerada un tratamiento. 3 años Años T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 2005‐06 Alg Sj Tr/Sj 2º Mz/Sj 2º Alg Sg Sj Mz/Sj 2 Tr/Alg 2 Sj 2006‐07 Alg Sj Tr/Sj 2º Mz/Sj 2º Mz Alg Alg Alg Mz/Sj 2 Alg 2007‐08 Alg Sj Tr/Sj 2º Mz/Sj 2º Alg Sg Sj Mz/Sj 2 Tr/Alg 2 Mz Fase 1 ñao Fase de 2 años Todas las secuencias recibieron riego a demanda y no se aplicó fertilizante. El ensayo de investigación se implementó en Noviembre de 2005 previa nivelación y preparación del lote en Abril de 2004. Las muestras de suelo se extrajeron en el 3to año agrícola, a la siembra del siguiente años agrícola (octubre de 2008). El diseño experimental corresponde a un diseño en bloques completos al azar con 4 repeticiones La dimensión de laparcela es de 50 m x 50 m. En cada parcela, se sacaron muestras compuestas de los las profundidades 0-10 cm y 10-20 cm.(n=80 para cada tratamiento). Se analizaron COT (Nelson y Sommers 1982), COA, COP y relación COP/COT donde el COA se evalúa en la fracción mineral de suelo menor a 53 μm y el COP se obtiene por diferencia entre COT y COA (Cambardella y Elliot 1992). Los datos fueron analizados mediante análisis univariado (ANVA) y se utilizó el test LSD para análisis de significancia en la diferencia entre medias.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La producción de biomasa aérea (Kg.ha-1) para los 3 años fue de 14.514 (T1); 10.352 (T2); 9919 (T3); 18.467 (T4); 20.596 (T5); 24.229 (T6); 14.052 (T7); 26860 (T8); 20583 (T9) y 21.174 (T10) para cada tratamiento en orden creciente de T1 al T10. Al cabo de 3 años de rotación, el contenido medio de COT y COA, en las 10 secuencias no mostraron diferencias significativas (P< 0,35 y P<0,19 respectivamente (Tabla 2). En cambio la fracción lábil presentó valores significativamente menores (α=0,05) en las rotaciones correspondientes a los tratamientos T1, T2 y T3 respecto al T4. De esta forma, la secuencia con 50 % de maíz combinado con soja mejoró en forma importante la concentración de COP en los 20 cm de profundidad respecto a la combinación Trigo/soja y los monocultivos. El cultivo de maíz ha sido reportado como un cultivo importante en el mantenimiento de la fertilidad de los suelos (Gale et.al., 2000). Para este caso, todos los tratamientos que combinaron 2 o 3 cultivos en fases de 2 y 3 años resultaron con tendencia a mejorar la concentración de COP respecto del monocultivo y de la combinación Trigo/Soja. Karlen et.al, (2006) han observado que el índice de calidad de suelo era inferior en 20 años de monocultivo de maíz respecto a la rotación con al menos 3 años de otros cultivos con maíz. Concluyeron que cuanto mas diversificada es la rotación, mejor es la calidad del suelo en el tiempo. En cuanto a la concentración de COA, los valores encontrados son similares a los publicados por Sánchez et.al., (2006) en un trabajo sobre estos mismos suelos en rotaciones maíz-algodón- alfalfa (COA entre 7,5 - 6,3 g.Kg-1). Los autores encontraron disminución significativa del COA en la rotación Maíz-Algodón al cabo de 6 años. En este trabajo, ninguna de las rotaciones influyó significativamente sobre el COA aunque se observa una tendencia de menor valor en el T9, correspondiente al uso más intensivo del suelo (4 cultivos en 2 años) a pesar de registrar uno de los mayores aportes de biomasa (20583 kg.ha-1). Este resultado no coincide con los encontrados por Galantini (2001) en su estudio de fracciones de carbono en rotaciones con trigo. En este caso, se menciona la disminución significativa de la fracción estable del C al cabo de 9 años de agricultura en el monocultivo de trigo atribuido a las labranzas continuas y el bajo aporte de residuos. La tendencia observada en este trabajo de mayor concentración de COA en los tratamientos de menor COP, es coincidente con lo encontrado por Cambardella y Elliot (1992) quienes afirman que ante situaciones de agricultura es posible una redistribución del CO entre las fracciones pero que al pasar a formas mas estables, es posible una disminución en la disponibilidad de nutrientes para cultivos subsiguientes. La relación COP/COT en T9 y T4 fueron significativamente (α=0,05) a los tratamientos T1, T2 y T3. Esto significa, por un lado, mejor calidad de MOS en cuanto a disponibilidad de nutrientes (Cambardella y Elliot 1992) y por otro lado, que cuanto mas diversificada es una rotación y mejor calidad en aporte de residuos, mejores son las condiciones edáficas en cuanto a MOS (Bremer et.al., 1995) y los índices de calidad de suelo (Karlen et al 2006). La fracción de COP fue significativamente afectada por el tipo de rotaciones al cabo de 3 años. El COP fue menor en los tratamientos T1, T2 y T3 respecto al T4 donde la diferencia claramente distingue los grupos conformados por rotaciones sin maíz (T1, T2 y T3) con el resto que contiene maíz o sorgo en su rotación. Estos resultados coinciden con lo registrado por Gale et.al (2000) quienes observaron incremento de la fracción de COP en sistemas con cultivo de maíz indicando que la fuente principal del C en las fracciones son las raíces y no lo residuos cobertura. En este trabajo se observó que los cambios producidos en el COP son independientes a los registrados en COT en coincidencia con lo encontrado en otros trabajos (Bremer et.al., 1995; Sánchez et.al., 2006).. La estratificación del COT fue importante para todos los casos (Tabla 3). Las diferencias en la concentración de COT y COP entre las 2 profundidades fueron altamente significativas (P<0,001) al igual que la relación COP/COT. Estos resultados coinciden con otros anteriores a este trabajo para el mimo suelo (Sanchez et.al., 2006) donde se investigó comportamiento de fracciones de COT en secuencias maíz-algodón-alfalfa para diferentes sistemas de labranza en condiciones de secano. Por otro lado, el COA se mantuvo estable entre profundidades y por lo tanto menos afectada por las rotaciones agrícolas dado su mayor resistencia a la descomposición por la protección física de microagregados. Tabla 2. Concentración de las fracciones de la materia orgánica en 20 cm de profundidad para cada tratamiento al final de campaña agrícola 2007/2008 ROTACION COT (g.Kg-1) COP (g.Kg-1) COA (g.kg-1) COP/COT (%) T1 12,72 5,09 A 7,61 41 A T2 11,68 4,24 A 7,5 37 A T3 11,5 4,48 A 7,03 40 A T4 13 6,65 B 6,35 51 BC T5 13,75 6 AB 7,75 43 AB T6 11,5 4,7 AB 6,8 39 A T7 11,38 5,36 AB 6,01 46 ABC T8 13,13 6,2 AB 6,93 47 ABC T9 11,63 6,21 AB 5,41 52 B T10 12 5,54 AB 6,46 45 ABC Letras mayúsculas diferentes indican diferencias significativas entre rotaciones (P<0.008 para COP y P<0,02 para COP/COT). Las variables COT y COA no presentaron diferencias significativas entre tratamientos (p<0,35 y P<0,19 respectivamente) La estratificación fue mas notoria en COP donde la disminución en la concentración en la profundidad 10-20 cm es 30 % inferior al valor de la capa superior, mientras que para COT lo es de 11 % (valores inferiores a lo registrado por Albanesi et.al. (2003) en suelos agrícolas bajo secano de Santiago del Estero) y en COP/COT del 20 %. Tabla 3: Estratificación de las fracciones de carbono en las rotaciones Profundidad COT (g.Kg-1) COP (g.Kg-1) COA (g.kg-1) COP/COT (%) 0 - 10 cm 12,94 a 6,59 a 6,63 a 49 a 10 - 20 cm 11,51 b 4,55 b 6,93 a 39 b Franzluebbers (2004, 2009) encontró que los suelos con bajos niveles de MOS, tienen una fracción lábil muy activa que determina una mayor funcionalidad del suelo cuando se introducen prácticas conservacionistas de manejo. Esta alta reacción de la fracción lábil permitiría observar cambios en las fracciones componentes de la MOS (Lugato et.al., 2006), que podrían ser importantes en los primeros 5 a 10 años de producido el cambio en el uso de la tierra (Puget y Lal, 2005). CONCLUSIONES En el estudio de las secuencias de cultivos en siembra directa con riego superficial no mostraron cambios significativos de COT y COA entre monocultivos y rotaciones. Sin embargo, la fracción COP fue significativamente menor en los monocultivos de soja y de algodón al igual que la secuencia trigo/soja (en 1 año) ampliamente difundida en la provincia. A iguales contenidos de COT, la relación entre COP/COT es variable mostrando que la calidad de la MOS en cuanto a provisión de nutrientes se mantiene pero la cantidad puede disminuir favoreciendo procesos de degradación física como pérdida de estabilidad estructural y erosión eólica en el corto plazo. Este es un proceso de degradación física importante para estos suelos de texturas limosas y significativas amplitudes térmicas mensuales. Las únicas variables que resultaron significativamente diferente entre las secuenciasfue el COP y la relación COP/COT, lo cual induce a pensar que a similares valores de COT la velocidad de descomposición de los residuos generan diferentes procesos de transformación y degradación del componente lábil, favorecido por las condiciones de humedad y temperatura en el suelo. La estratificación del COT y COP fue importante en todas las secuencias, destacándose el COP como el de mayor amplitud entre profundidades. Esto indica un importante aporte de C en la capa superficial que favorece la formación de agregados y la estabilidad de los mismos en caso que el COT no disminuya, relación no analizada en este trabajo. Por los resultados obtenidos es importante continuar con el monitoreo de las fracciones componentes de la MOS en las rotaciones para conocer la variabilidad de las mismas en el tiempo y su relación con otros parámetros de suelo y de cultivo. Esto resulta de importancia para seleccionar una combinación de cultivos que favorezca tanto la calidad como la cantidad de MOS en forma sostenida en el tiempo. Los procesos involucrados en las transformaciones de las fracciones componentes ameritan mayor estudio para comprender la dinámica entre ellas y su influencia en la estabilidad de la MOS. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado con fondos del INTA correspondientes al Programa Nacional Cereales y Oleaginosos PNCER 022411: “Rotaciones, labranzas y otras estrategias de manejo de suelos y de cultivos para aumentar los rendimientos agrícolas en un marco de bajo impacto ambiental” y Proyecto Regional Llanura CENTRO de la EEA INTA Santiago del Estero. BIBLIOGRAFÍA Albanesi A., A. Anriquez y P. Sánchez. 2003. Efectos de la agricultura convencional sobre algunas formas del C en una toposecuencia de la Región Chaqueña, Argentina. Agriscientia, Vol. XX: 9-17. Angueira C., D. Prieto, J. López, G. Barraza. 2007. Sistemas de Información Geográfica de Santiago del Estero (SIGSE) V 2.0. ISBN 987-521-170-2 Bremer E., B.H. Ellert, y H.H. Janzen. 1995. Total and light-fraction carbon dynamics during four decades after cropping changes. Soil Sci. Soc. Am. Journal 59: 1398 – 1403) Cambardella C. y E. Elliot. 1992. 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