EL TIPO DE LABRANZA COMO AGENTE MODIFICADOR DE LA MATERIA ORGÁNICA: UN MODELO PARA SUELOS DE SABANA DE LOS LLANOS CENTRALES VENEZOLANOS

Rosa Mary Hernández-Hernández y Danilo López-Hernández

Rosa Mary Hernández-Hernández. Bióloga, Universidad Central de Venezuela (UCV). Doctor en Ecología, UCV. Profesor Agregado, Universidad Simón Rodríguez (USR), Venezuela. Jefe, Laboratorio de Biogeoquímica, Instituto de Estudios Científicos y Tecnológicos (IDECYT-USR). Dirección: IDECYT-USR, Apdo. 47925, Estado Miranda, Venezuela. e-mail: rhernandez@reacciun.ve

Danilo López-Hernández. Biólogo, UCV. Doctor en Química de Suelos, Universidad de Londres. Profesor Titular, UCV. Presidente, FONACYT, Venezuela. Dirección: IZT-UCV, Apdo. 47058, Caracas, Venezuela. e-mail: idanilo@conicit.gov.ve

Resumen

Se presenta un modelo conceptual del funcionamiento de suelos de los Llanos Centrales Venezolanos, basado en las relaciones de estructura del suelo y de las fracciones activas y estabilizadas de la materia orgánica, que muestra cómo cambian los procesos del suelo según el manejo agronómico. Se consideran dos tipos de labranzas contrastantes, la siembra directa sin labranza y con presencia de una cobertura vegetal, y la labranza convencional con fuerte mecanización para romper el suelo y enterrar cualquier tipo de cobertura o residuo. Se consideran variables externas (labranza y coberturas), variables de estado (fracciones de materia orgánica) y los procesos involucrados. Dada la acidez de los suelos, su baja fertilidad con limitaciones para el uso agrícola, y su uso cada vez mayor para producción de cereales, en especial maíz, se discuten los cambios en las fracciones de la materia orgánica por la intensidad de la labranza y la ubicación de los residuos vegetales, aspectos que influyen en la producción de CO2 contribuyendo al efecto invernadero y que, por otra parte, pueden intensificar los procesos de erosión y pérdida de nutrimentos, agravando los problemas de fertilidad y de degradación de los suelos. El sistema convencional de labranza aumenta la liberación de CO2 e intensifica la degradación del suelo, disminuyendo la materia orgánica. Alternativamente, la siembra directa es conservacionista e incrementa los compartimientos activos y lentos que son fuente potencial de nutrimentos, aumentando la fertilidad a mediano plazo, los procesos de descomposición microbiana son más lentos y las emisiones de CO2 más bajas. El modelo de siembra directa es parecido al modelo de sabana virgen, tanto en las variables de estado relacionadas con la conservación como en los procesos de pérdida o conservación, siendo una alternativa de manejo que permite el uso más sostenido de los suelos de sabana.

Summary

A conceptual model of soil performance in the Venezuelan Central Plains is presented, based on the relations between soil structure and active and stabilized fractions of the organic matter. It shows how soil processes change with agronomic handling. Two contrasting types of farming are considered, direct sowing without tillage and with the presence of a vegetal cover, and conventional farming with strong mechanical procedures to break the soil and bury any kind of cover or residue. External variables (tillage and covers), state variables (organic matter fractions) and the processes involved are considered. Given the soil acidity, its low fertility with limitations for agricultural use and its ever increasing use for production of cereals, mostly maize, the changes in organic matter fractions due to tillage intensity and the location of vegetal residues are discussed. The latter aspects influence CO2 production, contributing to the greenhouse effect, and can also intensify erosion processes and nutrient losses, aggravating problems of fertility and soil degradation. The conventional farming process increases CO2 liberation and intensifies soil degradation, reducing organic matter. Alternatively, direct sowing is conservationist; it increases active and slow compartments which are potential sources of nutrients, improving fertility in the medium term, microbial decomposition processes are slower, and CO2 emissions are lower. The direct sowing model resembles the virgin savanna model, both in state variables related to conservation and in processes of loss and conservation, being an alternative that leads to a more sustained use of savanna soils.

Resumo

Apresenta-se um modelo conceitual do funcionamento de solos de Los Llanos Centrais Venezuelanos, baseado nas relações de estrutura do solo e das frações ativas e estabilizadas da matéria orgânica, que mostra como mudam os processos do solo segundo o manejo agronómico. Consideram-se dois tipos de lavouras contrastantes, a sembra direta sem lavoura e com presença de uma cobertura vegetal, e a lavoura convencional com forte mecanização para romper o solo e enterrar qualquer tipo de cobertura ou resíduo. Consideram-se variáveis externas (lavoura e coberturas), variáveis de estado (frações de matéria orgânica) e os processos involucrados. Devido a acidez dos solos, sua baixa fertilidade com limitações para o uso agrícola, e seu uso cada vez maior para produção de cereais, especialmente milho, discutem-se as mudanças nas frações da matéria orgânica pela intensidade da lavoura e a localização dos resíduos vegetais, aspectos que influem na produção de CO2 contribuindo ao efeito invernação e que, por outra parte, podem intensificar os processos de erosão e perda de nutrimentos, agravando os problemas de fertilidade e de degradação dos solos. O sistema convencional de lavoura aumenta a liberação de CO2 e intensifica a degradação do solo, diminuindo a matéria orgânica. Alternativamente, a plantação direta é conservacionista e incrementa os compartimentos ativos e lentos que são fonte potencial de nutrimentos, aumentando a fertilidade a mediano prazo, os processos de descomposição microbiana são mais lentos e as emissões de CO2 mais baixas. O modelo de plantação direta é parecido ao modelo de savana virgem, tanto nas variáveis de estado relacionadas com a conservação como nos processos de perda ou conservação, sendo uma alternativa de manejo que permite o uso mais sustentável dos solos de savana.

PALABRAS CLAVE / Labranza / Llanos Centrales Venezolanos / Sabana / Siembra Directa / Suelo /

Recibido: 10/07/2001. Modificado: 09/08/2002. Aceptado: 22/08/2002

Las sabanas son ecosistemas tropicales caracterizados por una dominancia del componente herbáceo: gramíneas y ciperáceas, que se desarrollan principalmente en suelos ácidos de baja fertilidad, con escaso contenido de materia orgánica (MO), baja capacidad de intercambio catiónico y por ende una limitada disponibilidad de nutrimentos esenciales (COPLANARH, 1974; San José y García-Miragaya, 1979). En Venezuela existen cerca de 300000km2 de sabanas, con un alto porcentaje (61%) representado por las sabanas de Trachypogon sp, las cuales se desarrollan sobre suelos bien drenados en la región de los llanos centrales y orientales (Ramia, 1967).

Las condiciones climáticas y edáficas de las sabanas llaneras han determinado su uso en ganadería extensiva que hace uso de pastizales naturales. Sin embargo, cada vez se extiende más su conversión a sistemas de producción agrícola (López-Hernández y Ojeda, 1996). En este contexto, el Estado Guárico, con una importante extensión de su territorio bajo el ecosistema de sabanas, se ha perfilado como uno de los potenciales productores de cereales del país, y en los últimos 35 años, el patrón de uso de la tierra en las sabanas ha pasado de ser un área con predominancia de ganadería extensiva, hacia la producción de cultivos limpios con doble propósito, (producción de grano y alimentación animal con la soca). Este sistema de producción, junto con la quema y la deforestación han provocado el deterioro de la calidad de los recursos suelos y aguas (Bravo, 1997), lo que puede conllevar a una potencial disminución en la producción de los cultivos. Es por ello que autores como Pla (1983), Lobo (1990), Bravo y Florentino (1999), Hernández et al., (2000) han resaltado la condición de poca sustentabilidad de los suelos de sabana dentro del contexto actual del manejo agropecuario doble propósito (cereal-ganadería).

Sistemas de manejo de labranza convencional y conservacionistas

El principal tipo de labranza utilizado en los sistemas de producción de cereales en las sabanas del Estado Guárico es la labranza convencional (Sánchez, 1989; Bravo y Andreu, 1995; Hernández y Domínguez, 2002). Este sistema de manejo implica un conjunto de operaciones primarias de gran intensidad con el propósito de crear un sitio adecuado para la germinación de la semilla a ser cultivada (Mannering y Fenster, 1983).

La labranza convencional tiene como objetivo el control de malezas, la preparación de la cama de siembra y el acondicionamiento de las propiedades del suelo. Por otra parte, puede incrementar, al momento de la labranza, la porosidad de aireación (Marcano et al., 1993), aumentar la fertilidad del suelo al incorporar rastrojos o residuos vegetales (FAO, 1992) y con esta práctica se puede alcanzar altos rendimientos del cultivo de forma inmediata (Sá, 1999). Sin embargo, una fuerte y continua mecanización conlleva a la compactación (FAO, 1992; Marcano et al., 1993) y a la formación de costras y de piso de arado (Bravo y Florentino, 1999). Por otra parte produce cambios en el balance hídrico del suelo, disminuyendo la infiltración (Lal, 1997) y el intercambio gaseoso que afecta la actividad y número de microorganismos (Doran et al., 1998; Hernández, 1998). Estos cambios pueden activar procesos de erosión intensos que llevan a la degradación del suelo y finalmente, a largo plazo, la disminución de la producción (Rosales, 1989; Bravo y Andreu, 1995; Hernández y Domínguez, 2002).

En relación a la intensidad de labranza, en el otro extremo están los sistemas conservacionistas de manejo como la siembra directa y mínima labranza, que llevan la mecanización para la siembra y el control de malezas a su mínima expresión (FAO, 1992). En estos manejos se usa, como mínimo, una cobertura vegetal (viva o muerta) de 30% de residuos.

Los sistemas conservacionistas de preparación del suelo, si bien no son novedosos, han sido menos usados debido a i) la avanzada tecnología agrícola desarrollada en el pasado siglo, como la biotecnología, el aumento del uso de agroquímicos y de fertilizantes que han permitido incrementar los niveles de productividad en los cultivos pero que han enmascarado los efectos deletéreos en el suelo (Siqueira et al., 1999); ii) la resistencia al cambio por parte de los agricultores, motivado por el temor a no poder controlar plagas y malezas, así como a la inexistencia de estudios económicos del costo de este tipo de manejos (Swift et al., 1994); iii) la dificultad para producir con base en sistemas conservacionistas los crecientes e inmediatos requerimientos de alimentos de la población; y iv) la política de subsidio estatal que se asignó, para fertilizantes y otros insumos, por parte de algunos gobiernos, en particular el venezolano, durante la década del 70 y buena parte de los años 80 (López-Hernández y Ojeda, 1996). Sin embargo en las últimas décadas, debido entre otras causas al elevado costo alcanzado por los insumos agrícolas convencionales y los daños causados en el suelo por la continua mecanización, se ha hecho más frecuente la aplicación de la mínima o cero labranza (FAO, 1992).

En suelos de regiones templadas y en algunos suelos tropicales se ha encontrado que la labranza conservacionista reduce los procesos de erosión hídrica (Pla et al., 1981; Lobo, 1990), mejora la estructura y el contenido de materia orgánica del suelo (Follet y Schimel, 1989; Pérez et al., 1995; Hernández, 1998), aumenta la infiltración y la condición de humedad (Rivas, 1993), y a su vez puede llegar a mejorar la calidad biológica del suelo (Andreu et al., 1992; Doran et al., 1998; Hernández, 1998). Bajo labranza conservacionista la descomposición se lleva a cabo en un mayor número de pasos de transición mediados biológicamente, como consecuencia del menor contacto residuo-suelo. Estos pasos son mostrados en la Figura 1 como X1, X2,... Xn. La mayor lentitud del proceso con respecto a la labranza convencional puede incidir en menores rendimientos del cultivo (House et al., 1984).

Figura 1. Diagrama conceptual de vías de descomposición en agroecosistemas labrados y no labrados (Tomado de House et al., 1984).

La labranza y los aspectos biofísicos del suelo

La labranza puede servir de eje transformador del funcionamiento del agroecosistema al influir en la formación y estabilidad de los agregados del suelo y en el mantenimiento de la materia orgánica (Oades, 1993; Hernández, 1998; Six et al., 2000).

Los cambios en las propiedades físicas del suelo por el tipo de labranza no pueden desligarse de los cambios producidos en el contenido de la materia orgánica (Elliott, 1986) y de sus fracciones de más fácil descomposición como la biomasa microbiana (Hendrix et al., 1986; Follet y Schimel, 1989), la fracción ligera constituida por material orgánico muy fragmentado (Bremer et al., 1995; Hassink, 1995), y la materia orgánica particulada físicamente protegida en los agregados del suelo (Hernández, 1998; Six et al., 2000). Todas estas fracciones pueden usarse como indicadores bioquímicos y microbiológicos de calidad del suelo, los cuales han sido escasamente estudiados en los suelos tropicales.

Considerando que la forma predominante de manejo en las unidades de producción de cereales en la zona de interés es la labranza convencional, la escogencia de un manejo conservacionista para los suelos de sabana puede tener no solo connotaciones desde el punto de vista de la fertilidad y producción, sino desde el punto de vista ambiental. El Programa Internacional para el Estudio de la Biología y la Fertilidad de los Suelos Tropicales (TSBF) considera de suma relevancia la cuantificación de las fracciones funcionales de la materia orgánica en los suelos del trópico, con el fin de detectar diferencias en susceptibilidad a las estrategias de manejo de los suelos. En dicho Programa se ha destacado la escasez de ensayos experimentales que propongan sistemas alternativos de manejo y de estudio del funcionamiento de dichos manejos en suelos de sabanas (Anderson e Ingram, 1993; Swift et al., 1994).

El caso de los suelos de sabana

En las sabanas es importante dilucidar los mecanismos de funcionamiento del suelo en relación a las fracciones de la materia orgánica y de la estructura del mismo, ya que sin duda, en una buena proporción las fronteras agrícolas se trasladaron hacia las sabanas. Tal situación adquiere características relevantes si se considera que las condiciones típicas del clima tropical, con cambios periódicos de ciclos de fuerte humedad-sequía, contribuyen a la fractura física del suelo, sobre todo si éste tiene pocos agentes orgánicos que le sirvan de unión, condición que es característica de suelos altamente lavados y meteorizados como los de sabana (Sharpenseel, 1988; Ruiz et al., 1995; Feller et al., 1997).

El presente trabajo tiene como objetivo establecer modelos conceptuales con base a la relación entre la materia orgánica y la estructura del suelo, que permitan entender el funcionamiento de los suelos de sabanas de los llanos centrales venezolanos, cuando son manejados con labranza convencional y con siembra directa.

Características ecológicas de las sabanas con unidades de producción de maíz en los llanos centrales venezolanos

Clima. El clima de los llanos centrales venezolanos es marcadamente biestacional; la temporada seca comprende desde noviembre a mayo y la de lluvia desde junio a octubre. La precipitación fluctúa entre 400 a 1300mm anuales y el régimen de temperatura es isohipertérmico con promedio anual mayor a los 25°C (Matheus, 1986; Ministerio de la Defensa, 1986).

Vegetación. La vegetación característica de los llanos centrales está constituida por la típica de sabanas, con un estrato dominante de gramíneas, con especies de Trachypogon sp. y Axonopus sp, y un estrato arbóreo con especies dominantes de Curatella americana, Byrsonimia crassifolia y Bowdichia virgilioides (Ramia, 1967). Igualmente está presente, en las zonas más altas, el bosque seco tropical decíduo, con especies de árboles leguminosos forrajeros como el Cují-yaque, Acacia macarantha; el Cují aromo, Prosopis juliflora; el samán, Pithecellobium saman; y el Caro, Enterolobium cyclocarpum. En las áreas deforestadas aparecen gramíneas como la Granadilla, Panicum fasciculatum; y Leptochloa sp, y leguminosas anuales como Centrosema sp. y Stylosanthes sp., que poseen buena palatabilidad y aceptable valor nutritivo.

Suelo. Hacia el norte de los llanos centrales la región se caracteriza fisiográficamente como una altiplanicie colinosa con valles encajados y relieves con pendientes comprendidas entre 4 y 20%, y hacia la zona sur-oriental como una planicie aluvial con relieve suavemente ondulado cuyas pendientes oscilan entre 1 y 3% (Matheus, 1986).

Los suelos predominantes de la parte alta de los llanos centrales pertenecen a los órdenes alfisoles y vertisoles (Bravo, 1997). Hacia la parte sur-oriental del Estado Guárico se ubica una gran variedad de suelos de los órdenes ultisoles, oxisoles y vertisoles (Matheus, 1986). Los valores de las características químicas de los suelos representan a un perfil de una baja fertilidad natural, por lo que no cubren los requerimientos para el establecimiento de cultivos de cereales. Entre dichas características destacan pH ácido, baja CIC y altos contenidos de Fe y Al (Tabla I).

Manejo agronómico de las sabanas estudiadas

El área estudiada en la región de los llanos centrales del Estado Guárico se ubicó entre el sector el Calvario y el Sombrero, correspondiente a las zonas más planas con pendientes de las formas de terreno menores de 5%. Esta zona cuenta con parcelamientos donde hay unidades de producción de maíz bajo la forma de fincas semicomerciales. En estas fincas la forma de manejo tradicional predominante es la labranza convencional que incluye cuatro pases de rastras y dos aplicaciones de herbicidas. Sin embargo, en la actualidad se está implementando la producción de maíz también a través del uso de la siembra directa (Bravo, 1997). Bajo esta modalidad se cuentan con experiencias de varios años de siembra de maíz dejando restos de residuos de la cosecha anterior (Hernández, 1998) o el uso de la asociación de maíz con coberturas perennes de gramíneas y leguminosas (Pérez et al., 1995). La forma usual de manejo conservacionista implica ningún o solo un pase de rastra superficial, con uno o dos pases de rotativa, aplicación de herbicida sistémico, siembra y fertilización mecanizada mediante un equipo diseñado para siembra directa. Las combinaciones de fertilizantes usadas son NPK al momento de la siembra y úrea como reabono 30 días después de esta práctica.

Metodología

Las fracciones de materia orgánica del suelo utilizadas (Tabla II) en la elaboración de los modelos conceptuales fueron las descritas por Parton et al. (1987) y Theng et al. (1989). Según estos autores las fracciones pueden separarse en compartimientos activos de la materia orgánica como la biomasa microbiana, compartimientos lábiles o lentos como la fracción ligera y compartimientos pasivos o de difícil descomposición. A través de estos compartimientos fluye el nitrógeno, cuya dinámica está muy ligada a la del carbono.

Los modelos se conformaron con información básica tomada de Hernández y López-Hernández (1998), Hernández (1998) y Hernández et al. (2000). Las metodologías analíticas usadas para las determinaciones de los parámetros de suelo que actuaron como variables de estado en la construcción de los modelos en el presente trabajo, aparecen en la Tabla III. Se consideraron las concentraciones de C y N en los diferentes compartimientos de la materia orgánica valoradas en la época de lluvia. Estos datos fueron transformados y ponderados de manera de tener los aportes relativos de C y N por cada fracción de materia orgánica. La información fue obtenida en suelos de sabana de los llanos centrales, donde se ubicaban ensayos con maíz que tenían entre 5 y 13 años de uso de siembra directa y labranza convencional. Las determinaciones están basadas en cuantificaciones hechas en los primeros 5cm de profundidad, donde el efecto de las coberturas de residuos sobre la superficie y la acción de la labranza tiene la mayor repercusión en la biomasa y actividades microbianas.

Los Modelos Conceptuales

Los modelos conceptuales fueron construidos para cada situación de manejo de labranza y para el suelo de sabana natural. Como variables de estado se establecieron los compartimientos de la materia orgánica arriba señalados. Los tamaños de estas variables son comparativos y están representados por rectángulos.

Las variables externas al sistema, que proveen material o energía y que influencian la dinámica del mismo aparecen como nubes para estos modelos, y solo se consideran la labranza y la cobertura vegetal. Dependiendo si estas son importantes o no en el agroecosistema, aparecerán los símbolos con los bordes pun teados (poco importante o nula) y con bordes gruesos (muy importante). Los procesos fueron considerados como variables auxiliares y están representados por elipses donde igualmente, si los bordes son gruesos indica si este es importante en el funcionamiento del suelo del agroecosistema. Los flujos son representados por flechas; las más gruesas indican la dominancia del flujo y las finas son flujos poco intensos.

Para establecer las relaciones entre las diferentes variables se consideraron las siguientes premisas:

- Que la mineralización de N cuantificada es neta, es decir el N mineral disponible es el resultante de la inmovilización y de la mineralización microbiana, procesos que ocurren simultáneamente (Viera, 1986).

- Que la fracción pesada de materia orgánica corresponde a la fracción pasiva de la materia orgánica químicamente protegida por asociaciones orgánico minerales (Parton et al., 1987).

- Que debido a las características de fuerte estabilidad de la fracción pasiva ésta no es influenciada por el tipo de manejo (Elliott, 1986).

- Solo se consideran las relaciones entre las fracciones propuestas de materia orgánica, no se incluyen otras variables externas como fertilización, fijación del N, y fuentes o variables de salida como lixiviación, pastoreo, denitrificación y cosecha.

En el caso del suelo de sabana no se consideran las pérdidas por quemas.

Funcionamiento del Suelo de Sabana: Caso los Llanos Centrales

De las variables externas consideradas en el modelo de sabana (Figura 2), la presencia continua de cobertura vegetal es importante y está dada principalmente por la vegetación herbácea de gramíneas y ciperáceas y por la hojarasca de árboles dispersos. Esta cobertura vegetal mantiene un aporte continuo de residuos orgánicos al suelo que sigue la dinámica de los ciclos de desarrollo de las especies vegetales dominantes, en este caso las gramíneas. Sin embargo, debido a las características de la vegetación de sabana, que mantiene una gran proporción de biomasa muerta en pie (Bulla, 1980), el aporte al suelo de materia orgánica es poco intenso. Igualmente, la calidad de estos residuos orgánicos, caracterizados por altas relaciones C/N, puede influir en la velocidad de descomposición de los mismos (Hernández, 1996).

Por otra parte, el clima tropical con dos estaciones contrastantes de marcada intensidad y las altas temperaturas, constituyen factores que hacen que los suelos sean altamente meteorizados, con presencia de sesquióxido de hierro y aluminio, los cuales se comportan como agentes inorgánicos de unión muy fuertes (Tisdall y Oades, 1982) que pueden ser los responsables de la alta estabilidad de los agregados en estos suelos. Dicha estabilidad puede limitar el acceso de los microorganismos al sustrato orgánico, coadyuvando a que el proceso de descomposición sea poco intenso y los niveles de CO2 producido (73kg·ha-1; Hernández, 1998) puedan ser bajos en comparación con los valores para este mismo suelo cuando es cultivado (164 y 156kg·ha-1 para labranza convencional y siembra directa, respectivamente; Figuras 3 y 4). Por otro lado, la menor descomposición del material orgánico ocluído en los agregados implica una menor mineralización de N. La fracción ligera tiene un contenido mucho mayor de C en relación al N, lo cual es otra evidencia de la baja calidad de los residuos vegetales de los suelos de sabana. El almacenamiento de N en la biomasa microbiana es comparativamente más alto (aproximadamente en 20%) en relación a los suelos de otros ecosistemas tropicales como los bosques húmedos (Motavalli et al., 1995) y es una muestra de las deficiencias de N en este suelo, por lo cual los microorganismos tienden a incrementar la inmovilización del N en relación a la mineralización.

Figura 3. Modelo conceptual de la dinámica del C y N en suelo ultisol con labranza convencional. C y N en Kg·ha-1 (valores tomados de Hernández, 1998 y Hernández y López-Hernández, 1998). F.L.: fracción ligera; B.M.: Biomasa microbiana; F.P.: Fracción pesada; Nm: N mineral; Macroag.: Macroagregado; Microag.: Microagregado; Ct: Carbono total; Nt: Nitrógeno total; Inmovilz.: Inmovilización.

Figura 4. Modelo conceptual de la dinámica del C y N en suelo ultisol con siembra directa. C y N en kg·ha-1 (valores tomados de Hernández 1998, Hernández y López-Hernández, 1998). F.L.: fracción ligera; B.M.: Biomasa microbiana; F.P.: Fracción pesada; Nm: N mineral; Macroag.: Macroagregado; Microag.: Microagregado; Ct: Carbono total; Nt: Nitrógeno total; Inmovilz.: Inmovilización.

Aunque los compartimientos de las fracciones activas (biomasa microbiana) y pasivas (fracción ligera) de la materia orgánica no son pequeños al compararlos con los del modelo del suelo con siembra directa (Figura 4), estos contribuyen poco en la estabilización de los agregados del suelo virgen y por ello la flecha de línea delgada. En este sentido, el C y el N protegido físicamente en los macroagregados estables constituye una fracción de materia orgánica pasiva de tamaño considerable como consecuencia, principalmente, del proceso intenso de estabilización por la presencia de los agentes de unión del tipo orgánico-mineral, ya mencionados. Lo anterior constituye la vía dominante de conservación del N y C en los suelos de estas sabanas, ya que por la estabilidad de los agregados hay pocas pérdidas por erosión -proceso poco importante en este suelo en particular- y por otra parte, también hay menores pérdidas por descomposición de la materia orgánica ocluída en los agregados y que es aportada, en parte, por la fracción ligera.

En el suelo de sabana predomina el proceso de inmovilización sobre el de mineralización, si se considera el tenor tan bajo del N mineral comparado a lo inmovilizado en la biomasa microbiana. Un comportamiento similar se observa en el modelo para el suelo con siembra directa (Figura 4), siendo muy distinto a lo mostrado para el modelo de labranza convencional (Figura 3), en el cual los tenores de N mineral y microbiano son similares.

Funcionamiento del suelo de sabana en agroecosistemas de maíz manejados con labranza convencional

En este tipo de manejo, la labranza es una variable externa muy importante en el funcionamiento del suelo (Figura 3). Las labores primarias de cuatro pases de rastra hasta una profundidad más o menos de 10cm antes del comienzo de lluvias implican una fuerte intensidad de laboreo para estos suelos. Por otro lado, simultaneamente con los pases de rastra se entierran los residuos de la cosecha anterior y se destruyen las plantas consideradas malezas para el cultivo; en consecuencia, el suelo queda desnudo al comienzo de la siembra y por ello la otra variable externa, la presencia de cobertura, aparece como insignificante en el modelo (bordes punteados).

Bajo esta forma de laboreo los compartimientos correspondientes a la fracción ligera y a la biomasa microbiana de la materia orgánica, son los más pequeños entre los mostrados en los tres modelos, y a diferencia del modelo de siembra directa y el de sabana, aquí el compartimiento de la fracción ligera es menor que el de la biomasa microbiana. La reducción de estos compartimientos se debe a i) la labranza expone a los residuos diminutos que conforman la fracción ligera al ataque microbiano; ii) hay una mayor susceptibilidad a perderse la fracción ligera con el suelo erodado; y iii) la exposición y descomposición de la fracción ligera ocluída en los agregados del suelo. Con la labranza también se expone a la biomasa microbiana que está atrapada en los agregados a la acción de sus depredadores, contribuyendo por esta vía indirecta al proceso global de mineralización de la materia orgánica (Hendrix et al., 1986).

Al igual que sucede en el suelo de sabana, estas dos fracciones de materia orgánica del suelo influyen escasamente en la estabilización de los agregados, pero en el caso de la labranza convencional el escaso efecto se debe al poco aporte de material orgánico sobre la superficie del suelo. La continua labranza destruye los agentes de cementación, que pudieran estar actuando en la estabilización de los agregados del suelo bajo siembra directa (Figura 4). Según Six et al. (2000), las pérdidas de C en los suelos bajo labranza convencional son debidas principalmente a una formación de macroagregados más rápida que la tasa de formación de estos mismos agregados en la siembra directa, lo cual le confiere menor estabilidad y menor oportunidad de secuestrar C de los residuos recientemente incorporados en el suelo. Tomando en consideración este último proceso, para el caso particular del suelo de sabana estudiado, la menor estabilidad de los agregados harían a estos suelos más susceptibles a los continuos ciclos de humedad-sequía típicos del clima tropical, generándose mayor cantidad de microagregados con bajo contenido de C y N como es diagramado en la Figura 3.

En estos suelos continuamente perturbados y más activos biologicamente se promueve la mineralización del N, por lo que puede haber más N disponible a las plantas a corto plazo, pero con un fuerte riesgo a perderse por lixiviación en caso que no exista una buena sincronización en la toma de nutrimentos por las plantas, ya sea los suministrados por el fertilizante o los provenientes de los residuos orgánicos.

El modelo muestra que en el suelo manejado convencionalmente se favorecen los procesos de pérdida debido a que i) a través de la descomposición aumentan las pérdidas de CO2 a la atmósfera; ii) se incrementa la mineralización de N; iii) el tamaño de los compartimientos de la materia orgánica es menor; y iv) la erosión es favorecida por la poca estabilidad de los agregados del suelo. Esto explica los menores valores de C y N total encontrados en el suelo bajo labranza convencional, en relación a lo mostrado en el modelo para el suelo de sabana (Hernández, 1998; Hernández y López-Hernández, 1998).

Funcionamiento del suelo de sabana en agroecosistemas de maíz manejados con siembra directa

En el sistema de siembra directa la presencia de una cobertura vegetal y la ausencia de la labranza son las variables externas que influyen fuertemente en el funcionamiento del suelo (Figura 4). La cobertura vegetal puede corresponder a residuos de la cosecha anterior y/o residuos de otras coberturas elegidas por el productor como pastos o leguminosas. En el modelo esta variable aparece como una nube con los bordes gruesos. Por su parte, el no roturar el suelo es una variable externa mostrada con los bordes punteados.

La presencia de coberturas sobre la superficie es una variable intensa que actúa principalmente como fuente orgánica al suelo, teniendo una influencia directa como aporte de sustrato para los microorganismos y la fauna del suelo, y en consecuencia se constituye en una fuente directa de la fracción ligera de la materia orgánica y de biomasa microbiana, lo que genera un aumento de estos dos compartimientos de la materia orgánica, apareciendo en el modelo con los bordes más marcados y en mayor tamaño que el señalado en el modelo del suelo de la labranza convencional (Figura 3). Otro aspecto que influye en lo anterior, es el poco contacto entre residuo y suelo por menor laboreo, que favorece el proceso de inmovilización sobre la mineralización, incrementando el C y N que se conserva en la fracción ligera y la biomasa microbiana (Figura 4). En el estudio de Hernández (1998) los valores fueron 154kg·ha-1 para el C microbiano y 39,7kg·ha-1 para el N microbiano. La menor intensidad del proceso de descomposición hace que se produzca una menor pérdida de CO2 a la atmósfera en estos suelos y exista una menor disponibilidad de N mineral a corto plazo para las plantas.

Al no haber labranza y concomitantemente haber un aumento de los compartimientos de materia orgánica que se descomponen en un tiempo relativamente corto o a mediano plazo, se promueve la existencia de mayor cantidad de agentes orgánicos cementantes de las partículas de suelo, incrementándose el proceso de estabilización de los agregados. Six et al. (2000) encontraron para el caso de los suelos con siembra directa que las tasas de retorno de formación de los macroagregados es dos veces más lenta que en suelos bajo labranza convencional, donde los macroagregados se forman más rapidamente pero son más inestables. Este hallazgo podría explicar la mayor estabilidad de los agregados en el suelo con siembra directa, que favorece la conservación de N y C físicamente protegido en los macroagregados estables al agua. Estos agregados de suelos de sabana bajo siembra directa son más resistentes a la fuerza física de rompimiento generada por los cambios climáticos y el proceso erosivo es menos intenso (bordes punteados).

Una comparación entre los tres modelos propuestos permite señalar que la siembra directa es una forma de manejo que crea condiciones en el suelo que propician un funcionamiento similar al suelo de sabana natural. En ambos casos se favorecen los compartimientos de materia orgánica que conservan N y C en un plazo corto de tiempo y se minimiza la activación de los procesos de erosión por una alta estabilidad de los agregados. La inmovilización predomina sobre el proceso de mineralización y los procesos de ganancia de materia orgánica prevalecen sobre los procesos de pérdida. En este sentido hay un menor impacto en las emisiones de CO2 al ambiente por esta vía. Si se considera que entre 1995 y 1997 hubo un incremento de 78,6% en el área de sabanas de los llanos centrales venezolanos sembradas con siembra directa (Bravo, 1997), y que según los modelos de las Figuras 2, 3 y 4, la siembra directa aumenta en un 36% el C total del suelo comparado con la labranza convencional, y 7% con respecto a la sabana natural, puede evidenciarse el papel destacado de la siembra directa en el aumento potencial del secuestro de C en el suelo de sabana.

En contraposición a lo anterior, la labranza convencional promueve los procesos de pérdida de la materia orgánica al disminuir los compartimientos de fácil y lenta descomposición, favorece la descomposición sobre la inmovilización, disminuye la estabilización de los agregados y activa los procesos de erosión. Como resultado de este funcionamiento, no obstante que se usen cantidades considerables de fertilizantes, la tendencia es que estos sean ineficientemente utilizados en el agroecosistema, por la intensificación de los procesos que restringen los mecanismos de conservación de elementos.

Se ha constatado que hay una mayor eficiencia de la siembra directa en comparación con el sistema convencional, mejorando no solo las propiedades del suelo, sino el entorno económico del productor. No obstante, como las necesidades en cuanto a encalado y fertilizantes difieren de la preparación convencional, debe adoptarse criterios específicos de recomendación. Por otra parte, para su uso debe considerarse tanto las condiciones físicas del suelo, el tipo de paisaje y, en igual nivel de importancia, las condiciones socioeconómicas del productor.

Conclusión

Los suelos de los llanos centrales que están bajo siembra directa pueden tener una dinámica más lenta del N y C, y menor disponibilidad de nutrimentos a las plantas, pero a mediano plazo posiblemente se constituyan en formas de manejo que permitan un uso más sostenido de los suelos de sabana, al lograr un incremento de la estabilidad de los agregados ante los cambios cíclicos de humedad-sequía de este ambiente y aumentar aquellos compartimientos de materia orgánica que pueden conservar nutrimentos esenciales a las plantas.

En la actualidad, el incremento de las áreas manejadas con siembra directa en los países tropicales es cada vez mayor. Solamente en Brasil se estima que alrededor de 10 a 12 millones de ha son cultivadas con esta práctica, donde la producción de granos constituye un 25% del área (Veiga, 1997). En los llanos centrales venezolanos existe una gran potencialidad de tierras para aplicar la siembra directa en cultivos anuales mecanizados, sobre todo por su efecto en la conservación de suelo y agua. El rápido incremento de la superficie sembrada con prácticas conservacionistas en esta región ha estado ligada a una generación de mejor infraestructura, a los planes de expansión de las asociaciones de productores y a un mayor dominio de la tecnología. El fortalecimiento de la misma vendrá dado por un mayor e intenso estudio de sus efectos en los diferentes aspectos de los agroecosistemas, con el fin de lograr que estos sistemas se conviertan en una verdadera alternativa agroecológica para los medianos y grandes productores de la región.

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