Efecto de sistemas de labranza e incorporación deabono verde (lablab purpureus l) sobre la respiraciónedáfica en un yermosol háplico

Félix Alfredo Beltrán-Morales¹, José Luís García-Hernández², Ricardo David Valdez-Cepeda³, Bernardo Murillo-Amador⁴, Enrique Troyo-Diéguez⁵, Juan Ángel Larrinaga-Mayoral⁶ y Luís Felipe Beltrán-Morales⁷

¹Félix Alfredo Beltrán-Morales. Ingeniero Agrónomo y M.Sc., Universidad Autónoma de Baja California Sur (UABCS), México. M.Cs. en Agricultura Orgánica Sustentable, Universidad Juárez del Estado de Durango, México. Profesor-Investigador, UABCS, México. Dirección: Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR). Mar Bermejo No. 195, Col. Playa Palo Santa Rita, La Paz, B.C.S. CP. 23090, México. e-mail: abeltran04@cibnor.mx.

²José Luís García-Hernández. Ingeniero Agrónomo y Doctor en Ciencias en el Uso, Manejo y Preservación de los Recursos Naturales, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN), México. Investigador, Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, México. e-mail: jlgarcia04@cibnor.mx

³Ricardo David Valdez-Cepeda. Ingeniero Agrónomo en Suelos, UAAAN, México. M.Cs., Instituto Tecnológico Agropecuario, México. Doctor en Ciencias, Universidad Autónoma de Nuevo León, México. Profesor Investigador, Universidad Autónoma de Chapingo, México. e-mail: vacrida@hotmail.com

⁴Bernardo Murillo-Amador. M.Cs., UAAAN, México. Doctor en Ciencias, CIBNOR, México. Investigador, CIBNOR, México. e-mail: @cibnor.mx

⁵Enrique Troyo-Diéguez. M.Cs., Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, México. Doctor en Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Investigador, CIBNOR, México. e-mail: etroyo04@cibnor.mx

⁶Juan Ángel Larrinaga-Mayoral, Doctor en Ciencias, CIBNOR, México. Investigador, CIBNOR, México. e-mail: jlarrinag04@cibnor.mx

⁷Luís Felipe Beltrán-Morales. Doctor en Ciencias Ambientales, Centro EULA-Chile. Investigador, CIBNOR, México. e-mail: lbeltran04@cibnor.mx

Resumen

La adopción de sistemas de labranza reducida y utilización de abonos verdes en áreas de riego en México ha sido muy limitada, a pesar de múltiples reportes sobre los beneficios de tales prácticas. La preparación convencional de suelos, con un paso de arado, uno o dos rastreos y escasa incorporación de residuos orgánicos, ha propiciado una severa degradación del suelo, sobre todo en zonas áridas de baja fertilidad natural y principalmente en el contenido de materia orgánica (MO). Se evaluó el efecto de labranza convencional, reducida y mínima, y del uso de abono verde, en la recuperación de fertilidad en un suelo árido con pobres características nutrimentales y contenido de MO del 0,54%. Como abono verde se utilizó el frijol dolichos Lablab purpureus en dos condiciones (con o sin incorporación) y se consideraron dos fechas de muestreo. Las muestras de suelo a 0-30cm mostraron incrementos (promedio) de MO (0,12%), K (12,64mg·kg-1) y actividad microbiana (36,6%) en el segundo muestreo con respecto al primero, previo a la incorporación del abono verde. Las parcelas con incorporación de abono tuvieron incrementos de MO (0,17%), K (12,46mg·kg-1) y tasa de respiración (48,3%) en los primeros 10cm de suelo, respecto a las parcelas sin incorporación. Las variables estudiadas fueron analizadas en conjunto por correlación canónica (ACC) utilizando el programa CANOCO, cuyos resultados muestran un incremento significativo tras la incorporación del abono verde con respecto al contenido de carbón mineralizado, macronutrientes (N, P y K) y MO.

effect of tillage systems and green manure (lablab purpureus l) incorporation on edafic respiration in a haplic yermosol 

   Summary

The adoption of reduced tillage fallow systems and green manure incorporation in irrigated zones of Mexico has been very limited, in spite of numerous reports about the benefits from those practices. Conventional tillage; consisting of one plough step, one or two harrow passes and the absence of residue-incorporation, has propitiated severe soil degradation, especially in arid zones where natural fertility is deficient, mainly on the organic matter (OM) content. The effects of conventional, reduced, and minimum tillage, and the use of green manure, on the recovery of fertility variables in a soil with poor nutrimental characteristics and initial OM of 0,54% were evaluated. The dolichos Lablab purpureus was utilized as green manure in two conditions (with incorporation or without incorporation), and two sampling dates were considered. In soil samples obtained at 0-30cm depth, average increments in OM (0.12%), in K (12.64mg·kg^-1) and on microbial activity (36.6%) were found at the second sampling, as compared to the first sampling, before the incorporation of green manure. Relative to green manure, plots with manure incorporation showed increases in OM (0.17%), K (12.46mg·kg^-1) and soil respiration rate (48.3%) at the upper 10cm of soil, as compared to plots without incorporation. The studied variables were jointly analyzed by canonical correlation (ACC) performed with the CANOCO program, showing significant increments of mineralized carbon, macronutrients (N, P and K) and OM after green manure incorporation.

Efeito de sistemas de lavragem e incorporação de abono verde (lablab purpureus l) sobre a respiração edáfica em um yermosol háplico

Resumo

A adoção de sistemas de labrança reduzida e utilização de abonos verdes em áreas de irrigação no México tem sido muito limitada, apesar de múltiplos reportes sobre os benefícios de tais práticas. A preparação convencional de solos, com uma passagem do arado, uma ou duas do rastelo e escasa incorporação de resíduos orgânicos, têm propiciado uma severa degradação do solo, sobretudo em zonas áridas de baixa fertilidade natural e principalmente no conteúdo de matéria orgânica (MO). Avaliou-se o efeito da lavragem convencional, reduzida e mínima, e do uso de abono verde, na recuperação da fertilidade em um solo árido com pobres características nutrimentais e conteúdo de MO de 0,54%. Como abono verde se utilizou o feijão Mangalô Lablab purpureus em duas condiçðes (com ou sem incorporação) e se consideraram duas datas de amostragem. As amostras de solo a 0-30cm mostraram incrementos (médios) de MO (0,12%), K (12,64mg·kg-1) e actividade microbiana (36,6%) na segunda amostragem em relação à primera, previamente à incorporação do abono verde. Os lotes com incorporação de abono tiveram incrementos de MO (0,17%), K (12,46mg·kg-1) e taxa de respiração (48,3%) nos primeiros 10cm de solo, em relação aos lotes sem incorporação. As variáveis estudadas foram analisadas em conjunto por correlação canônica (ACC) utilizando o programa CANOCO, cujos resultados mostram um incremento significativo apòs a incorporação do abono verde em relação ao conteúdo de carvão mineralizado, macronutrientes (N, P e K) e MO.

Palabra clave :Abono Verde, Análisis Multivariado, Fertilidad de Suelos,  Labranza Mínima, Respiración del Suelo.

Recibido: 06/10/2005. Modificado: 31/01/2006. Aceptado: 06/02/2006.

Introducción

Entre los métodos alternativos de agricultura sostenible, la agricultura bio-intensiva considera que la actividad de los microorganismos puede disminuir el consumo de fertilizantes nitrogenados y optimizar su aprovechamiento (Tate III, 1995). Grandes cantidades de nutrientes se pierden de los agrosistemas debido al uso continuo de prácticas de manejo inadecuadas, conduciendo a una degradación progresiva de los suelos que se refleja en descensos de rendimiento y aumentos en las necesidades de insumos agrícolas (Rodríguez, 1997). La incorporación de residuos constituye una alternativa para reponer parte de dichas pérdidas. La liberación de nutrientes a partir de residuos orgánicos depende de sus características físicas y químicas, así como de las condiciones ambientales y de las poblaciones microbianas (Labrador, 1996; Cadisch et al., 1998).

La actividad microbiana es importante para mantener la fertilidad del suelo y la nutrición de las plantas; los microorganismos conducen a la biodegradación de la materia orgánica y constituyen un importante reservorio de C, N y P (Díaz-Raviña et al., 1993). El interés agronómico en la actividad microbiana se debe a su potencial para reciclar los nutrientes, mejorar la nutrición de las plantas y disminuir o sustituir la aplicación de fertilizantes de origen industrial (Velazco et al., 2001; Alarcón et al., 2002). A pesar de los antecedentes, los estudios relacionados con los procesos de respiración microbiana en suelos de zonas áridas han recibido escasa atención (Conant et al., 2000), en principio debido a la escasez de materia orgánica en dichas regiones (Raich and Potter, 1995). Sin embargo, la investigación en tales áreas cobra relevancia al considerar que las regiones áridas y semiáridas ocupan una tercera parte de la superficie terrestre (Conant et al., 2000). El objetivo de este trabajo fue determinar la actividad microbiana, representada por la producción de CO2 relacionada con la incorporación de frijol dolichos como abono verde y con diferentes sistemas de labranza en un Yermosol háplico de la península de Baja California, México.

Materiales y Métodos

La investigación se realizó en el Campo Agrícola Experimental de La Universidad Autónoma de Baja California Sur (UABCS), localizada en la ciudad de La Paz, Baja California Sur, en la parte meridional de la Península de Baja California, en el noroeste de México, entre los 22º52' y 28º00'N y los 109º15' y 115º05'O. El estado de Baja California Sur limita al norte con el estado de Baja California, al sur y al oeste con el Océano Pacifico y al este con el Golfo de California que lo separa del resto del territorio mexicano. La mayoría de los suelos del área de estudio presentan una textura franco-arenosa y un contenido promedio de materia orgánica de 0,4%. En esta zona se presenta un clima BW(h')hw(e), es decir seco desértico cálido, con temperatura media anual >22ºC, con lluvias predominantes en verano siendo la precipitación promedio anual de 184mm. El suelo del sitio experimental se clasifica como Yermosol háplico y presenta un contenido de 75% de arena, 15% de limo y 10% de arcilla.

El estudio se realizó durante los años 2002 y 2003, utilizando un diseño de bloques completos al azar con arreglo en parcelas divididas y tres repeticiones. La unidad experimental fue de 6×10m. En el factor A se evaluaron tres niveles de labranza, L1: labranza convencional, consistente en un paso de arado de discos y dos de rastra; L2: labranza reducida, consistente en dos pasos de rastra; y L3: labranza mínima con un solo paso de rastra para incorporar los residuos. El factor B consistió en la incorporación de abono verde (con incorporación y sin incorporación) sobre cada uno de los tres niveles de labranza. El abono verde utilizado fue frijol dolichos, una especie leguminosa de amplia aceptación en Centroamérica como abono verde en agroecosistemas conservacionistas (Murphy y Colucci, 1999). La incorporación del abono, el cual se sembró únicamente en las unidades correspondientes al tratamiento "con incorporación", se realizó cuando el frijol dolichos presentó un 10% de floración, a los 90 días después de la siembra. El abono verde fue sembrado en las parcelas dentro de la unidad experimental y posteriormente se incorporó enterrándolo en el suelo con una rastra excéntrica de discos cuya profundidad de trabajo oscila entre 15 y 20cm. Las variables de control fueron materia orgánica (MO; %), que se determinó mediante la técnica de Walkey y Black, nitrógeno total (Nt, %), que se obtuvo mediante el digestor Kjeldahl, el fósforo (P; mg·kg-1) determinado por el método de Olsen, el potasio (K; mg·kg-1) por el método de Pech y la densidad aparente (gr·cm-3) por el método de la parafina. Los muestreos de suelo se realizaron a una profundidad de 0-30cm. El primer muestreo exploratorio se realizó en febrero de 2003 y el segundo muestreo, en junio de 2003, un mes después de la incorporación del frijol dolichos.

La cantidad de abono incorporado por parcela en promedio fue de 50t de materia verde (13t de materia seca) y sus características nutricionales (% promedio) fueron 2,66 N; 0,276 P; 1,97 K; 1,57 Ca; 0,58 Mg; 0,066 Na; 0,11 Fe; 0,016 Mn; 0,0026 Zn; y 0,0026 Cu. La respiración microbiana se midió a una profundidad de 0-10cm a través de la cuantificación de la producción de CO2 según Anderson (1982), donde se obtiene la cantidad de carbono mineralizado por kg de suelo por día (C).

Para el análisis de datos se realizó un análisis de varianza (ANVA) atendiendo al modelo de parcelas divididas, con el fin de detectar diferencias significativas en los efectos primarios y secundarios de los factores en estudio. Posteriormente se valoró el efecto del tiempo en los factores del experimento, realizando el ANVA para serie de experimentos (análisis seriado y factores jerarquizantes) mediante el programa estadístico SAS 6.2 (SAS, 1998). Asimismo se realizaron comparaciones de medias para los factores de incorporación de abono verde y fechas. Este último factor fue incluido como una tercera fuente de variación en el modelo estadístico. Finalmente, los datos de todas las variables en conjunto fueron analizados con el programa de cómputo CANOCO para Windows, versión 4.0 (Ter Braak y Smilauer, 1998), utilizando el análisis de correlación canónica. El CANOCO ha sido utilizado para el análisis de datos ambientales, ecología y agricultura, dado que es una herramienta útil para obtener información multivariada de datos (Beltrán-Morales et al., 2003). Las gráficas fueron calculadas y elaboradas con el programa CANODRAW disponible en la versión 4 de CANOCO para Windows.

Resultados y Discusión

Los valores promedio obtenidos en cada tratamiento para cada variable (Tabla I) permiten apreciar los diferentes efectos relativos a las fuentes de variación del diseño experimental. Se distingue que el C mantuvo constantemente valores más altos en los tratamientos con incorporación que en aquellos sin incorporación de abono verde. De igual forma destaca la diferencia entre los valores de K en los tratamientos con incorporación y sin incorporación, especialmente en la segunda fecha. Este mismo comportamiento, en menor escala, se observa para NT y P. Sin embargo, dada la complejidad dimensional de las variables y con la finalidad de determinar diferencias estadísticamente significativas y facilitar la interpretación, se realizó también el análisis de varianza (Tabla II), que mostró la mayor variación significativa para los factores de fechas con respecto al contenido de MO, C, pH y K, y de incorporación de abono verde en las variables C, MO, pH, NT y K. De igual forma, la interacción de ambos factores fue significativa para las mismas variables.

Al comparar las fechas de muestreo se encontraron incrementos de un 0,12% de MO y de 12,64mg·kg-1 en K, así como un 36,6% de aumento en la actividad microbiana en el segundo muestreo de suelo con respecto al primero, donde aun no se incorporaba el abono verde (Tabla III). Con relación al abono verde se encontró que las parcelas con incorporación tuvieron incrementos de 0,17% MO; 12,46mg·kg-1 K y 48,3% en la tasa de respiración del suelo con respecto a las parcelas sin incorporar. Este efecto no es observado para los factores de labranza (Tabla II). Solo los niveles de pH aparecen altamente significativos con respecto a labranza. De acuerdo con Trangmar et al. (1987) y Valdez-Cepeda (1997), la respuesta no significativa en forma simple o en interacción del factor labranza se explica por la heterogeneidad presentada en este tipo de estudios donde el suelo es sujeto de estudio. En este sentido, estos autores mencionan que en estudios de suelo no es recomendable realizar análisis univariados, ya que el comportamiento de los tratamientos depende de un elevado número de factores, y no solo aquellos considerados en el diseño experimental (Warren y Méndez, 1982). En el mismo sentido, Morkoc et al. (1985) señalan que es aconsejable usar otras técnicas estadísticas de análisis, interpretación y estimación que tomen en cuenta la heterogeneidad en la parcela experimental.

Dado que la variación del suelo es de naturaleza continua y no discreta (Odeh et al., 1992) y que las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo varían espacialmente debido a la naturaleza dinámica del material de origen (Riha et al., 1986), se recomienda utilizar análisis multivariados para la correcta interpretación de resultados en estudios de campo en los cuales se considere la medición de la variabilidad (Parkin et al., 1990; Johnson, 1998). Los sistemas conservacionistas y la utilización de abonado verde generalmente necesitan periodos prolongados antes de mostrar diferencias significativas en las características físicas, químicas y biológicas del suelo (Thönnissen et al., 2000a, b; Bayer et al., 2001).

En la Tabla III se observa que en el segundo muestreo, realizado dos meses después de la incorporación, presenta valores significativamente mayores para la cantidad de C mineralizado, el contenido porcentual de MO y los minerales N, P y K. Este aumento al segundo mes concuerda con la mayor parte de los estudios, que indican que deben transcurrir al menos 60 días para propiciar la mineralización de los abonos orgánicos aplicados en terrenos bajo condiciones de riego (Murphy y Colucci, 1999). Con respecto a la respiración microbiana del suelo, ésta fue mayor después de la incorporación del abono verde, tal como se observa en la comparación de medias descritas en la Tabla III.

La producción de materia seca del frijol dolichos fue de aproximadamente de 6Mg·ha^-1 y en virtud de que cada Mg de materia seca aporta aproximadamente un 3% de N, podemos inferir que con la incorporación de este abono verde se aportan al suelo hasta 180kg de N, entre otros nutrientes esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. En climas templados el aporte de N mediante la mineralización neta anual es de unos 45 a 150kg·ha^-1 en los primeros 30cm del suelo, considerando la relación C/N que presenta el abono verde (Beltrán-Morales, 2003). En el caso del N, el fenómeno es explicado por el incremento en la velocidad de pérdida mediante la incorporación de residuos de cosecha (Eck y Jones, 1992; Rice et al., 1996; Salazar-Sosa et al., 2003a). Por otro lado, entre las variables de suelo en las que de acuerdo a la comparación de medias (Tabla II) no se encontraron tendencias definidas, destaca la densidad aparente, propiedad que no es sensible a la incorporación de materia orgánica y a la respiración microbiana del suelo, ya que se trata de una característica que depende en mayor grado de la textura del suelo que del contenido de materia orgánica y los nutrimentos minerales (Riha et al., 1986). Las diferencias significativas para la mayoría de las características del suelo se manifiestan hasta después de varios ciclos de labranza, de 5 a 15 años (Thönnissen et al., 2000a, b; Bayer et al., 2001; Salazar-Sosa et al., 2003a, b).

Con respecto al análisis de correlación canónica (Figura 1) se observa el efecto de la incorporación del abono verde de frijol dolichos y su relación positiva en el contenido de C (kg·día^-1), MO y NT. En la Figura se aprecia el agrupamiento de los muestreos de suelos según su orden, observándose en el muestreo dos, realizado un mes después de haber incorporado el abono verde, un efecto positivo con relación a la incorporación de materia verde en el suelo. Lo anterior se demuestra con la agrupación de los datos en la sección positiva de los ejes canónicos (Beltrán-Morales et al., 2003).

El efecto de los abonos verdes sobre la estructura del suelo, actividad biológica y ciclo de los nutrientes, depende de la composición química, así como de la relación C/N, concentración de lignina y polifenoles, el tamaño de las partículas del suelo y del contacto del abono verde con el suelo (Nyborg et al., 1995). Los residuos de cultivos y los abonos verdes son considerados como una fuente vital natural para la conservación y la sustentabilidad de la productividad del suelo, representando la fuente principal de reposición de la materia orgánica del suelo, y la utilización de residuos de cultivos provee los nutrientes esenciales para la mayoría de las especies de plantas (Walters et al., 1992). Nyborg et al. (1995) han señalado que además de mejorar la condición física y biológica del suelo, la incorporación de residuos puede prevenir por completo su degradación. Según Humphreys (1995) la utilización de frijol dolichos como abono verde conserva la fertilidad del suelo y aporta N mediante la fijación biológica enriqueciendo el suelo de una manera ambientalmente limpia. La agrupación de datos que se aprecia en la Figura 1 con relación a la respiración del suelo y a la incorporación de materia verde proporciona evidencias de una estrecha relación positiva entre la incorporación de materia verde en el segundo muestreo, mientras que no se aprecian diferencias entre los sistemas de la labranza utilizados en este experimento. Con respecto al contenido de C mineralizado, al porcentaje de MO y macronutrientes en el suelo, Fox y Bandel (1986) determinaron que con la disminución de pasos de maquinaria para preparar el suelo, bajo el sistema de labranza mínima y labranza cero, se reducen las pérdidas de materia orgánica y se incrementa la actividad microbiana. De igual forma, Havlin et al. (1990) concluyeron que la labranza mínima incrementa la cantidad de residuos de cosecha sobre la superficie del suelo e incrementa la disponibilidad de nitrógeno. En este contexto, Dick (1983) y Kitur et al. (1984) coincidieron en que el incremento de la materia orgánica en el suelo bajo los sistemas de labranza mínima y labranza cero promueve un mayor potencial de inmovilización y una mayor disponibilidad del nitrógeno para las plantas.

Conclusiones

En un suelo de zona árida las leguminosas pueden ser usadas como aportantes de materia orgánica, para incrementar la fertilidad biológica y aportan nutrientes esenciales para el desarrollo de las plantas. La incorporación de frijol dolichos como abono verde en dosis de 6t de materia seca implica un aporte nitrogenado al suelo de 240kg·ha^-1, lo cual confirma observaciones previas que establecen la potencialidad de dicha leguminosa como abono verde para incorporar de 120 a 160kg·ha^-1 a los 160 días de establecida. Se confirmó que el análisis de correlación canónica con componentes principales es una herramienta apropiada para discernir los efectos significativos en estudios de alta heterogeneidad como son los estudios de suelo.

Agradecimiento

Los autores agradecen el apoyo económico de la Fundación Produce (BCS, México) y el Programa de Mejoramiento de Profesores (PROMEP).

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