CAMBIOS EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN SUELO ARCILLOSO POR APORTES DE LOMBRICOMPUESTO DE CACHAZA Y ESTIÉRCOL

Rufo Sánchez Hernández, Víctor M. Ordaz Chaparro, Gerardo Sergio Benedicto Valdés, Claudia I. Hidalgo Moreno y David J. Palma López

Rufo Sánchez Hernández. Ingeniero Agrónomo y Maestro en Ciencias, Instituto de Recursos Genéticos y Productividad, México. Candidato a Doctor en Ciencias, Colegio de Postgraduados (CP), México. Dirección: Carr. México-Texcoco Km. 36.5, Montecillo, Texcoco, Estado de México C.P. 56230, México. e-mail: rsanchez@colpos.mx

Víctor M. Ordaz Chaparro. Doctor en Ciencias, Institut National Agronomique, Francia. Profesor Investigador, Instituto de Recursos Naturales (IRENAT), CP, Montecillo, México. e-mail: ordaz@colpos.mx

Sergio Benedicto Valdés. Ph.D., University of London, Inglaterra. Profesor Investigador, IRENAT, CP, Montecillo, México. e-mail: bsergio@colpos.mx

Claudia I. Hidalgo Moreno. Doctorado en Ciencias, Université Henri Poincaré, Nancy, Francia. Profesora Investigadora, IRENAT, CP, Montecillo, México. e-mail: hidalgo@colpos.mx

David J. Palma-López. Doctorado en Ciencias en Génesis y Clasificación de Suelos, Institut National Polytecnique de Lorraine, Francia. Profesor Investigador, CP, Campus Tabasco, México. e-mail: dapalma@colpos.mx

Resumen

Se aportaron dosis de 0, 20, 40 y 60Mg·ha-1 de una mezcla lombricompostada de cachaza y estiércol bovino (1:1) a un suelo vertisol para evaluar su efecto sobre las propiedades físicas de éste. El aporte de la enmienda se realizó en ene 2003; a partir de esa fecha se mantuvo el suelo sin alteración mecánica durante 18 meses. En jun 2004 se levantó un muestreo que permitió medir la densidad aparente, elaborar láminas delgadas, fraccionar los agregados del suelo de acuerdo a su tamaño y estabilidad, y determinar el carbono total asociado a cada fracción. La estructura y macroagregados se visualizaron por técnicas de láminas delgadas y microscopía. La densidad aparente disminuyó conforme se incrementó la dosis de lombricompuesto (r2= 0,9945, p=0,06). A través de las láminas delgadas se identificó una reconfiguración estructural en la superficie del suelo; en donde se aprecia que en los tratamientos de 40 y 60Mg·ha-1 hay un mayor número de macroagregados y espacio poroso. Los resultados del fraccionamiento por tamaños de agregados en húmedo indican que hay una mayor cantidad de macroagregados estables en los suelos que recibieron dosis mayores de la enmienda. Se observó que en los microagregados (<250µm) hay una menor concentración de carbono asociado; mientras que la mayor concentración se observó asociada a pequeños macroagregados (250-500µm).

Summary

Rates of 0, 20, 40 y 60Mg·ha-1 of a vermicomposted mixture of filter cake vermicompost and bovine manure (1:1) were added to a clay soil to evaluate the effects on its physical properties. The vermicompost addition took place in Jan 2003. The soil was kept without tillage during 18 months. Sampling was made in Jun 2004. Bulk density, dry aggregate stability, wet aggregate stability and soil total carbon were measured. The structure and macroaggregates were visualized through thin section techniques and microscopy. Bulk density decreases by the increasing of the vermicompost rate (r2= 0.09945, p=0.06). In thin sections a change in the structure of the soil surface was observed in both 40 and 60Mg·ha-1 treatments; both in amount of macroaggregates and in porosity. The size distribution of wet aggregates indicates that there are more stable macroaggregates in soil treated with high amendment rates. The lowest carbon concentration was found in microaggregates (<250µm), while the highest carbon concentration was present in small macroaggregates.

Resumo

Aportaram-se doses de 0, 20, 40 e 60Mg·ha-1 de uma mistura lombricomposto de cachaça e esterco bovino (1:1) a um solo vertisol para avaliar seu efeito sobre as propriedades físicas deste. O aporte da emenda se realizou em janeiro de 2003; a partir dessa data se manteve o solo sem alteração mecânica durante 18 meses. Em junho de 2004 se levantou uma amostragem que permitiu medir a densidade aparente, elaborar lâminas delgadas, fracionar os agregados do solo de acordo ao seu tamanho e estabilidade, e determinar o carbono total associado a cada fração. A estrutura e macroagregados visualizaram-se por técnicas de lâminas delgadas e microscopia. A densidade aparente diminuiu conforme se incrementou a dose de lombricomposto (r2= 0,9945, p=0,06). Através das lâminas delgadas se identificou uma re-configuração estrutural na superfície do solo; onde se aprecia que nos tratamentos de 40 e 60Mg·ha-1 existe um maior número de macroagregados e espaço poroso. Os resultados do fracionamento por tamanhos dos agregados em meio úmido indicam que existe uma maior quantidade de macroagregados estáveis nos solos que receberam doses maiores da emenda. Observou-se que nos microagregados (<250µm) existe uma menor concentração de carbono associado; enquanto que a maior concentração observou-se associada a pequenos macroagregados (250-500µm).

Palabras clave / Abono / Enmiendas Orgánicas / Estabilidad de Agregados / Suelos Arcillosos /

Recibido: 02/05/2005. Modificado: 03/11/2005. Aceptado: 04/11/2005.

Introducción

La pérdida de materia orgánica (MO) es un proceso que provoca degradación física en los suelos, la cual se refleja en problemas asociados con la estructura como, por ejemplo, disminución de la porosidad y mayor compactación. En suelos arcillosos los problemas se agudizan debido a que la falta de MO provoca un aumento en la cohesión entre las partículas más finas. En el estado de Tabasco, México, los suelos arcillosos más representativos son los Vertisoles, los cuales ocupan una importante superficie con respecto al total del territorio. Uno de los principales factores que inciden negativamente en la productividad de estos suelos, son sus propiedades físicas, las que se caracterizan por una baja agregación y drenaje deficiente. El aporte de enmiendas orgánicas al suelo puede ayudar a conservar y fomentar la estructura, debido a que la MO es considerada como un agente activo que favorece la agregación a través de mecanismos físicos y químicos.

Dos de las principales actividades económicas del estado de Tabasco son el cultivo de la caña de azúcar y la ganadería bovina. Ambas generan importantes volúmenes de cachaza y estiércol, los cuales son susceptibles de utilizarse para mejorar la fertilidad de los suelos. La cachaza es un desecho de la industria azucarera y está compuesta por una mezcla de tierra, cenizas y MO que se generan durante el proceso de extracción del jugo de la caña. En algunos ingenios se utiliza el hidróxido de calcio o cal viva (Ca (OH)2) para precipitar las impurezas antes mencionadas, por lo que eventualmente la cal es otro componente de la cachaza. Los estiércoles son residuos orgánicos que presentan valores altos de carbono total (Ct) y nitrógeno total (Nt), por lo que se consideran muy apropiados para el compostaje, en particular el de los rumiantes (Capistrán et al., 2001).

El empleo de cachaza y estiércol como enmiendas orgánicas no es posible sin que antes haya un proceso de estabilización ya que estos residuos, cuando se encuentran frescos, inician un proceso de descomposición que incluye una fermentación aeróbica que hace que se incremente la temperatura, por lo que puede afectar a plantas u organismos del suelo (Armida, 1999). El compostaje es una técnica que permite la descomposición controlada de residuos orgánicos, por lo que al final los residuos se pueden utilizar sin riesgo para el cultivo o suelo. El compostaje se define como un proceso de oxidación biológica de los residuos bajo condiciones controladas de humedad, temperatura y aireación (Santamaría-Romero y Ferrera-Cerrato, 2002). Una forma de compostar residuos orgánicos es a través del vermicompostaje. En esta técnica intervienen lombrices especializadas que ingieren los residuos y después de pasar por su tracto digestivo son excretados en forma de turrículos o "cast", los que se caracterizan por presentar alta carga microbiana. A la masa total de excreciones se le conoce como lombricompuesto (Ferruzi, 1987). Según Capistrán et al. (2001) una de las especies de lombrices más difundidas para el vermicompostaje es Eisenia andrei, ya que manifiesta alta eficiencia para transformar residuos.

La utilización de estiércoles en el vermicompostaje es variable. Santamaría-Romero y Ferrera-Cerrato (2002) argumentaron que cuando se utilizan estiércoles, el pH se eleva por arriba de 9, lo que ocasiona la muerte de las lombrices. A pesar de ello, Labrador (1996) aclaró que los estiércoles son materiales muy heterogéneos debido a que hay influencia del grado de descomposición del material, tipo de ganado del que provienen, así como el manejo que se les da a los animales y al estiércol mismo. Teniendo en cuenta que un material por si solo puede presentar algunas restricciones químicas, físicas o biológicas; se sugiere que en una pila de vermicompostaje, dos o más residuos sean mezclados; de esta forma se permite que las desventajas que algún residuo pudiera presentar, sea compensada con las ventajas que otro residuo tenga. Así por ejemplo, los desechos de jardín o de cosechas, tales como hojas secas, arbustos o cáscaras, los cuales se caracterizan por presentar factores desfavorables como altas relaciones C/N, pueden enriquecerse con otros materiales cuyo contenido nutrimental, agua y relación C/N sean más favorables, por ejemplo, estiércoles y orines (Castillo, 1999).

De acuerdo con Ribón et al. (2003) los beneficios de la utilización de enmiendas orgánicas en los suelos son diversos. Los autores mencionan que el monocultivo prolongado de la caña de azúcar provoca una pérdida en la fertilidad del suelo, principalmente por la disminución de la MO y Nt, por lo que ante esta situación, el uso de la cachaza como fuente de MO representa una gran oportunidad como un mejorador del suelo. Ruiz (1996), sugirió que una labor importante para mejorar las propiedades de suelos compactados es el aporte de materiales orgánicos; con esto se busca mejorar la estructura y hacer más eficiente los flujos internos. Al respecto, Mora et al. (2001) señalaron que los aportes de MO a los suelos agrícolas permiten incrementar el C orgánico así como la biomasa microbiana, dando como resultado, a través del tiempo, una mejor fertilidad, agregación y estabilidad estructural. En este sentido Laird et al. (2001) sostienen que cuando se utilizan enmiendas orgánicas en el suelo, se logra mejorar la estructura y por otro lado mantener atrapado el C en el suelo, evitando así las emisiones de CO2 a la atmósfera.

El objetivo de este trabajo fue observar la evolución estructural de un suelo arcilloso en el estado de Tabasco, México, debida a los aportes de una enmienda orgánica elaborada a partir de una mezcla de cachaza y estiércol bovino (1:1), y cuantificar el porcentaje de C orgánico que se asocia a cada fracción jerárquica de la estructura.

Materiales y Métodos

Obtención del lombricompuesto

Se preparó una mezcla de cachaza con estiércol bovino (1:1) y se le practicó un compostaje hasta su fase termofílica. Se realizaron volteos de aireación cada 8 días y la temperatura se monitoreó cada tercer día hasta determinar la estabilidad térmica de las pilas, lo que se alcanzó a los dos meses del compostaje, cuando la temperatura se sostuvo alrededor de 20±2ºC. La humedad se ajustó permanentemente alrededor del 80%; para lograr este control, cada tercer día se tomaron muestras, las cuales fueron secadas a 110ºC durante 24h, se calculó la humedad gravimétrica y se aportó agua cuando las pilas lo requirieron. Cuando las condiciones de humedad y temperatura de la mezcla lo permitieron, se inocularon 10kg de lombrices adultas de la especie Eisenia andrei. Al igual que en la primera fase, la temperatura fue monitoreada y la humedad se mantuvo ajustada al 80%.

Dos meses después de la inoculación de las lombrices, se realizó la colecta del lombricompuesto. Para ese momento la mezcla de cachaza y estiércol cambió su aspecto físico, de una masa compacta al de una masa granulada oscura e inodora. Se calculó la densidad aparente (rb) del lombricompuesto y se caracterizó químicamente su composición.

Establecimiento del experimento en campo

En un suelo clasificado como Oxiaquic hapludert según las claves para la taxonomía de suelos de USDA (2003), se aportaron dosis crecientes de lombricompuesto y, se evaluó su efecto sobre algunas propiedades físicas. Las dosis que se aportaron fueron 0, 20, 40 y 60Mg·ha-1 de lombricompuesto. Para ello se delimitaron microparcelas de 1m2 en las que el suelo fue arado y desmenuzado manualmente, simulando un laboreo mecánico. Las diferentes dosis del lombricompuesto fueron incorporadas en la superficie. El suelo se mantuvo sin alteración mecánica y se eliminaron manualmente las malezas en el momento de su aparición para evitar que el efecto de agregación por parte de las raíces pudiera interferir con la interpretación de los resultados. El muestreo del suelo fue tomado 18 meses después de haberse aportado la enmienda. Para tal efecto, se tomaron tres series de muestras en cada unidad experimental, la primera se utilizó para medir la densidad aparente (rb; Brewer, 1964), la segunda para determinar la distribución de agregados estables en agua (AEA; Kemper y Rosenau, 1986) y el carbono total (Ct) mediante un equipo analizador de C modelo TOC-5050 (Shimadzu). Finalmente, la tercera muestra fue utilizada para visualizar los arreglos estructurales a través de la técnica de láminas delgadas (FitzPatrick y Gudmundson, 1978). El análisis de las imágenes se realizó mediante un dispositivo conectado a una computadora. El dispositivo cuenta con una cámara Hitachi KP-D50 montada a un estereoscopio marca Olimpus modelo SZ-CTV; la computadora cuenta con el programa IMAGE-PRO-PLUS Versión 3.0, el cual permite captar la imagen a través del estereoscopio, fotografiarla y archivarla para realizar posteriores análisis. El diseño experimental utilizado fue uno de bloques completamente al azar con cuatro repeticiones. Los resultados obtenidos fueron procesados mediante, análisis de varianza, correlación múltiple y pruebas de comparación de medias de Tukey, utilizando para tal efecto el programa SAS para Windows versión 6.12.

Resultados y Discusión

Los resultados de los análisis físicos y químicos que fueron practicados al lombricompuesto, reflejan un contenido de Nt de 0,92%, pH de 6,4, CE de 1,92,dS m-1, MO de 52,7% y rb de 1,2Mg·m-3.

De acuerdo con los resultados obtenidos, el tratamiento testigo registró una rb de 1,39Mg·m-3, mientras que el tratamiento que recibió mayor cantidad de lombricompuesto fue el que presentó el valor más bajo de rb con 1,29Mg·m-3 (Figura 1). Aunque la diferencia mínima significativa que se observa en las medias de los tratamientos no permite diferenciarlos estadísticamente, es evidente que el incremento en la dosis de lombricompuesto, provoca una disminución lineal en la rb. A este respecto, Sánchez et al. (2003) encontraron que el aporte de materiales orgánicos a suelos arcillosos durante dos años, disminuye la rb de 1,34 a 1,16Mg·m-3.

Resultados similares obtuvieron Muñoz et al. (1990) y Ruiz (1996); quienes coincidieron en que la descomposición de la MO produce sustancias y aglutinantes microbianos que pueden ayudar a estabilizar la estructura del suelo, favoreciendo la porosidad y reduciendo la rb. De acuerdo con Wolf (1999), una rb muy alta generalmente no permite un adecuado flujo de agua y nutrientes, lo que ocasiona dificultad en la penetración de las raíces; señala que una mejor penetración radicular ocurre en suelos cuya rb está entre 1,0 y 1,4Mg·m-3. Núñez y Bisbal (1999), agregaron que la compactación del suelo afecta el rendimiento de los cultivos debido a que la dureza superficial limita el crecimiento radicular en la fase inicial del crecimiento.

En cuanto a la estabilidad de agregados en agua, los resultados mostraron que el aporte de 60Mg·m-3 de lombricompuesto incrementó la estabilidad de los agregados, particularmente favoreciendo la formación de macroagregados >3,36mm (Figura 2). Esto concuerda con lo expuesto por Whalen et al. (2003) quienes señalaron que los agregados >4mm estables en agua se incrementaron cinco meses después de la aplicación de compost y el efecto se mantuvo después de dos años del aporte. Señalaron que el efecto es lineal con respecto al C orgánico del suelo y citan al compost como una fuente de C. Blair et al. (1997), evidenciaron que un indicativo de la degradación o transformación de los agregados es la disminución de su tamaño, la cual se correlaciona con un abatimiento del Ct, por lo que una recuperación en el nivel del C del suelo permite un incremento en los macroagregados.

Tomando como base la clasificación de los agregados según su tamaño, propuesta por Tisdall y Oades (1982), la cual sugiere que los macroagregados son aquellos >0,25mm y los microagregados son de menor tamaño. La separación de macroagregados realizada en esta investigación reveló que la mayor cantidad de éstos se presentó en los suelos que recibieron 60Mg·ha-1 de la enmienda (Figura 2).

Los microagregados (<0,25mm) figuraron mayormente en el tratamiento sin enmienda. Al respecto, Six et al. (2004) mencionaron que la formación de macroagregados se debe a la presencia de MO recién aportada, por lo que su estabilidad es menor que la de los microagregados, ya que en estos últimos los agentes que unen las partículas individuales corresponden a MO más vieja y humificada, y por ese motivo son más resistentes a la degradación.

Al igual que en las variables anteriores, se puede observar que la mayor concentración de C se encuentra en el tratamiento que recibió mayor cantidad de lombricompuesto, siendo en los agregados entre 250-500µm en donde se localizaron las mayores concentraciones de C (Tabla I). Datos similares fueron presentados por Leifeld et al. (2001), quienes señalaron que la acumulación de C orgánico en la fracción más fina del suelo ocurre inmediatamente después de la aplicación de compost, presumiblemente por la acelerada absorción de los sitios no ocupados en la matriz mineral del suelo. En este sentido, Fortuna et al. (2003) argumentaron que en los materiales compostados, el C se encuentra como materia orgánica particulada (MOP) hasta en un 85%, por lo que el aporte de compost a los suelos, permite incrementar el C en la superficie hasta en un 45%, lo que ayuda a incrementar la estabilidad estructural, particularmente la de los macroagregados. Tisdall y Oades (1982) señalaron que los cambios en la cantidad de C de la MOP son un indicador temprano del incremento en el C orgánico de suelos manejados con compost y puede ser un indicador del incremento en la estabilización de los macroagregados.

Whalen y Chang (2002) mencionaron que los suelos enmendados con 30Mg·ha-1· año-1 de estiércol, contienen más C, N y P que los suelos no enmendados y señalan que en comparación con otros tamaños de agregados, aquellos que están entre 0,47 y 2mm tienden a ser más enriquecidos con C, aunque reconocen que es necesario profundizar más en estas investigaciones para comprender mejor porqué estas fracciones son mayormente enriquecidas. Six et al. (2000) identificaron diferentes mecanismos de protección del C; uno de ellos es la protección física que ocurre en los agregados de 250-500µm, y consideran que la mayoría del C del suelo se asocia a esta fracción.

Las imágenes microscópicas obtenidas del suelo testigo y del mismo suelo después de 18 meses sin laboreo y enmendados con 20, 40 y 60Mg·ha-1 de lombricompuesto se muestran en la Figura 3.

En el análisis comparativo se aprecia que el suelo que no fue enmendado presentó una estructura masiva y más compacta, mientras que los suelos mejorados, particularmente con dosis de 40 y 60Mg·ha-1, presentaron mayores espacios entre los agregados del suelo. Este efecto puede ser considerado de gran beneficio, ya que al haber mayor espacio poroso, los flujos de aire y agua en el suelo son más eficientes, lo que favorece la actividad microbiana y el desarrollo radicular de las plantas.

Conclusión

El aporte de 60Mg·ha-1 de lombricompuesto disminuyó la densidad aparente y fomentó la formación de agregados estables en agua, particularmente la de los macroagregados. Se apreció que la asociación del C total en los agregados ocurrió mayormente en aquellos de entre 250 y 500µm, lo que se puede considerar como ventajoso ya que estos agregados son más estables que aquellos de tamaño superior y por lo tanto la permanencia del C puede ser más prolongada. Se observó una estructura más granulada y menos compacta en suelos tratados con dosis mayores de lombricompuesto.

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