https://doi.org/10.29312/remexca.v15i8.2970

elocation-id: e2970

Osuna-Ceja, Martínez-Gamiño, Padilla-Ramírez, and Pimentel-López: Indicadores de calidad de suelo y productividad sustentable con agricultura de conservación

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Journal Identifier: remexca [journal-id-type=publisher-id]

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Journal Title (Full): Revista mexicana de ciencias agrícolas

Abbreviated Journal Title: Rev. Mex. Cienc. Agríc [abbrev-type=publisher]

ISSN: 2007-0934 [pub-type=ppub]

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Publisher’s Name: Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias

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Article Identifier: 10.29312/remexca.v15i8.2970 [pub-id-type=doi]

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Subject Grouping Name: Artículo

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Article Title: Indicadores de calidad de suelo y productividad sustentable con agricultura de conservación

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Correspondence Information: [§] Autor para correspondencia: osuna.salvador@inifap.gob.mx. [id=c1]

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Year: 2024

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Season: Nov-Dec

Year: 2024

Volume Number: 15

Issue Number: 8

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Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons

Abstract

Title: Resumen

A partir del uso intensivo del arado de discos y su acción de volteo en los suelos agrícolas del semiárido de México ha generado degradación severa de propiedades físicas y químicas. El objetivo de este estudio fue evaluar el estado estructural de un suelo (Xerosol) sometido a agricultura de conservación, para conocer los indicadores de calidad del suelo (ICS) e índices de sustentabilidad. En un experimento de largo plazo (1995-2020), bajo una rotación maíz-triticale en riego, se evaluaron dos sistemas de manejo de suelo: 1) labranza convencional y 2) agricultura de conservación. Los indicadores evaluados fueron: textura, densidad aparente, carbono orgánico del suelo, Índice de estabilidad estructural, estabilidad de los agregados mediante el diámetro peso medio, porosidad total, distribución de poros, porosidad ocupada por aire, constantes de humedad (ɵ s , CC y PMP), lámina de agua almacenada, conductividad hidráulica saturada, pH, conductividad eléctrica y rendimiento de grano y forraje. Los resultados mostraron diferencia estadística entre labranza convencional y agricultura de conservación (ɑ= 0.05) en 18 de los 19 ICS analizados. La mayor sustentabilidad estimada fue para AC con 85% en comparación con labranza convencional que fue de 59%. La agricultura de conservación presentó mayor estabilidad estructural con valores mayores de porosidad y menor densidad aparente, lo cual es favorable para la sostenibilidad de la estructura del suelo y los rendimientos del cultivo.

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Title: Palabras claves:

Keyword: agricultura de conservación

Keyword: carbón orgánico del suelo

Keyword: estabilidad de agregados

Keyword: MESMIS

Keyword: sustentabilidad

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Resumen

A partir del uso intensivo del arado de discos y su acción de volteo en los suelos agrícolas del semiárido de México ha generado degradación severa de propiedades físicas y químicas. El objetivo de este estudio fue evaluar el estado estructural de un suelo (Xerosol) sometido a agricultura de conservación, para conocer los indicadores de calidad del suelo (ICS) e índices de sustentabilidad. En un experimento de largo plazo (1995-2020), bajo una rotación maíz-triticale en riego, se evaluaron dos sistemas de manejo de suelo: 1) labranza convencional y 2) agricultura de conservación. Los indicadores evaluados fueron: textura, densidad aparente, carbono orgánico del suelo, Índice de estabilidad estructural, estabilidad de los agregados mediante el diámetro peso medio, porosidad total, distribución de poros, porosidad ocupada por aire, constantes de humedad (ɵ s , CC y PMP), lámina de agua almacenada, conductividad hidráulica saturada, pH, conductividad eléctrica y rendimiento de grano y forraje. Los resultados mostraron diferencia estadística entre labranza convencional y agricultura de conservación (ɑ= 0.05) en 18 de los 19 ICS analizados. La mayor sustentabilidad estimada fue para AC con 85% en comparación con labranza convencional que fue de 59%. La agricultura de conservación presentó mayor estabilidad estructural con valores mayores de porosidad y menor densidad aparente, lo cual es favorable para la sostenibilidad de la estructura del suelo y los rendimientos del cultivo.

Palabras claves:

agricultura de conservación, carbón orgánico del suelo, estabilidad de agregados, MESMIS, sustentabilidad.

Introducción

El suelo es un recurso natural qué bajo agricultura intensiva, su aprovechamiento es poco sustentable y se ha demostrado afecta negativamente la calidad en sus tres aspectos principales: físico, químico y biológico (Astier-Calderón et al., 2002; Dexter, 2004; Navarro et al., 2008). Los sistemas agrícolas convencionales de producción de cultivos practican la labranza intensiva y aplican insumos externos como estrategias para incrementar la fertilidad del suelo y el rendimiento.

Las consecuencias del laboreo intensivo disminuyen la calidad del suelo, que se refleja en problemas de compactación, bajas tasas de infiltración de agua, deficiente aireación, pérdida de la biodiversidad edáfica, contaminación del suelo y el agua por el uso excesivo de agroquímicos, así como el incremento de la erosión (Verhulst et al., 2015).

Por el contrario, la agricultura de conservación (AC) genera mayor sostenibilidad para la producción de cultivo, con atributos de productividad, estabilidad y resiliencia, al impactar positivamente la calidad del suelo, producto del mejoramiento de las propiedades físicas, químicas y biológicas del mismo (Torres et al., 2006; Verhulst et al., 2015; FAO, 2016).

Las principales ventajas de la AC son: aumentar el contenido de materia orgánica (así como el secuestro de carbono) en la superficie del suelo, coadyuvar al desarrollo estructural y estabilidad de agregados, incrementar la retención de agua, reducir el escurrimiento y la erosión del suelo (Verhulst et al., 2015). Lo anterior, promueve un aumento en la calidad física del suelo y del ambiente (Dexter, 2004).

Para cuantificar los cambios en la calidad física del suelo que produce la AC a largo plazo, es indispensable medir indicadores e índices cualitativos a través de la evaluación de las propiedades del suelo (físicas, químicas y biológicas), las cuales deben ser fáciles de medir, aún los más sensibles cambios generados por el conjunto de prácticas de manejo (cero labranza, retención de residuos en la superficie y rotación de cultivos) que integra la AC, a magnitudes que explicarían la calidad del suelo, que es un paso práctico orientado a tener sustentabilidad y resiliencia ambiental (Dexter, 2004; Navarro et al., 2008; Verhulst et al., 2015).

Dichos cambios de los atributos físicos asociados a las prácticas de labranza presentan síntomas que tienen una causa común: el deterioro de la estructura del suelo (arreglo geométrico y topológico de los poros que se forman entre los agregados del suelo y su estabilidad en tiempo y espacio). Los flujos de agua y gases y el crecimiento de las raíces están asociadas a este atributo del medio poroso (Osuna et al., 2006; Martínez y Gómez, 2012).

El objetivo de este estudio fue evaluar el estado estructural de un suelo (Xerosol) sometido a agricultura de conservación, para conocer los indicadores de calidad del suelo (ICS) e índices de sustentabilidad.

Materiales y métodos

El ensayo se hizo en el Campo Experimental San Luis, que se ubica en las coordenadas geográficas 22° 13’ 45.8” latitud norte y 100° 51’ 01.5” longitud oeste a una altitud de1 838 m. La precipitación y temperatura media anual es de 210 mm y 16.2 °C y el suelo es un Xerosol (CGSNEGI, 1995), de textura franco arcillo-arenosa, con pH de 8.1, con 1.4% MO y CE de 0.81 dS m-1 con problemas de compactación en todo el perfil. El agua para riego registró una CE de 0.29 dS m-1 y RAS de 1.26, baja en salinidad y sodicidad (Sarabia et al., 2011).

Desde 1995 se conduce un experimento de largo plazo (25 años) bajo condiciones de riego, donde se compararon dos sistemas de manejo de suelo: 1) LC-labranza convencional barbecho más rastra (Br + Ra) y 2) agricultura de conservación (AC) con una rotación maíz-triticale. Cada unidad experimental tuvo 240 m2 y se usaron dos repeticiones (Martínez et al., 2019).

La cosecha de maíz grano se realizó en forma manual, cuando el grano mostró aproximadamente un 15% de humedad. Se cosecharon dos muestras al azar de 6 m de longitud por tratamiento en los dos surcos centrales de cada unidad experimental. En el caso del triticale, éste se cosechó cuando el grano presentaba un estado lechoso-masoso y se tomaron dos muestras de 1 m2 por tratamiento.

En la etapa de cosecha del maíz ciclo primavera- verano (P-V) 2020, se colectaron muestras de suelo a 0-10 cm de profundidad en las que se determinaron: textura (% arcilla, limo y arena), CH- constantes de humedad (a saturación ɵ s , capacidad de campo CC y punto de marchitamiento permanente PMP), pH, conductividad eléctrica (CE), materia orgánica (MO) y carbón orgánico del suelo (COS).

Se utilizaron los siguientes procedimientos: textura (hidrómetro de Bouyoucos), CH en olla y membrana de presión; CE en extracto; pH en una relación agua: suelo 2.5:1 (Page et al., 1982), MO se realizó con el método de Walkley y Black (AS-07) y en el caso de COS se determinó con muestras de suelo preparadas según el método AS-01 (SEMARNAT, 2000).

La densidad aparente (p b ) se determinó mediante la barrena de doble cilindro (Jury et al., 1991). La porosidad total (f T ) se estimó en base a la densidad real (p a ) igual a 2.65 Mg m-3. La distribución de poros correspondientes, del espacio poroso total del suelo, se determinaron a partir de las curvas de retención de humedad (Dexter, 2004).

Se estimó: la estabilidad de agregados del suelo en agua mediante el diámetro peso medio (DPMa) según Franzluebbers et al. (2000) el índice de estabilidad estructural (IEE), de acuerdo con Duval et al. (2015) y la conductividad hidráulica saturada (Ks) con el método de Reynols y Elrick (1990).

Se realizaron análisis de varianza de acuerdo con un diseño completamente al azar con dos repeticiones de las variables medidas, pruebas de medias mediante el criterio de Tukey (0.05) y correlación por pares de parámetros de los atributos medidos. Se usó el software statistical analysis systems, versión 9.1.3 (SAS, 2013) y se efectúo un análisis de sustentabilidad mediante el diagrama radial tipo Amiba (Masera et al., 2000).

Resultados y discusión

Se detectó diferencia entre la AC y la LC (ɑ= 0.05) en el contenido de arena y limo (Cuadro 1), no hubo diferencia estadística en arcilla, aunque lo anterior no modificó la clasificación textural franco arcillo-arenosa (Verhulst et al., 2015). En densidad aparente (p a ) se observaron diferencia estadística (ɑ= 0.05) entre tratamientos (Cuadro 1). El valor más bajo lo presentó la el tratamiento con AC + 33% C, lo cual se atribuyó al desarrollo de una mejor estructura porosa propiciada por el mayor contenido de materia orgánica (MO) y la ausencia de compactación por el tránsito de maquinaria (Hamza y Anderson, 2005).

Cuadro 1

Cuadro 1. Efecto de los sistemas de manejo del suelo sobre el contenido de arena, limo y arcilla, densidad aparente (pb), materia orgánica (MO), carbón orgánico del suelo (COS), índice de estabilidad estructural (IEE) y diámetro peso medio de agregados estables al agua (DPMa). Campo Experimental San Luis, 2020.

Sistemas Arena Limo Arcilla pb MO COS IEE DPMa
(g kg-1) (Mg m-3) (g kg-1) (%) (mm)
0-10 cm
Labranza convencional 413.8 b 327 a 259.2 a 1.37 a 12.66 b 6.74 b 2.91 b 0.14 b
Agricultura de conservación 502.3 a 220.8 b 276.9 a 1.19 b 45.92 a 20.06 a 11.49 a 1.2 a
CV (%) 7.43 13.89 8.09 4.94 12.86 24.14 16.1 18.28

[i] Promedios con distinta letra en una columna por parámetro son estadísticamente diferentes según Tukey (0.05).

Los valores de COS en 0-10 cm fue estadísticamente diferente entre ambos sistemas de manejo (ɑ= 0.05). El mayor valor de COS lo presenta el suelo bajo AC con relación al suelo con LC (Cuadro 1). Esto reflejó la mayor masa de raíces y la acumulación de residuos vegetales en la capa superficial del suelo que existen bajo el sistema de la AC, respecto al suelo cultivado con LC (Duval et al., 2015).

El índice de estabilidad estructural (IEE) es un estimador de la ‘capacidad de recuperación o resiliencia’ de la estructura del suelo, el cual relaciona el COS con la textura del suelo (limo + arcilla). Los valores del índice de estabilidad estructural (IEE) indican diferencia estadística (ɑ= 0.05) entre tratamientos (Cuadro 1), por lo que se observó un estado estructural del suelo mayor en la AC con relación a la LC.

En el Cuadro 1 se observó que la estabilidad estructural a través del DPMa presentó diferencias (ɑ= 0.05) entre tratamientos. La AC presentó un valor de DPMa moderadamente estable con un valor promedio de 1.2 mm, frente a la LC con un valor promedio de 0.14 mm, considerado un estado estructural muy inestable (Le Bissonnais, 1996). DPMa aumentó con el tiempo en la AC, debido al aporte de residuos, lo que sugiere un efecto de la MO en el incremento de la estabilidad estructural dentro de los primeros 10 cm de profundidad. Lo anterior se manifestó después de 25 años con la AC, en donde el suelo tiende a presentar resiliencia estructural.

La porosidad total, y su clasificación en macroporos, mesoporos y microporos reportaron diferencias entre tratamientos (ɑ= 0.05). La AC presentó los valores más altos, en comparación con la LC. Esto indica que las aportaciones continuas de residuos y su descomposición superficial, incrementan la incorporación de MO al suelo y propicia un desarrollo de una estructura más porosa (Osuna et al., 2006). Este estudio mostró que la continua labranza disminuyó significativamente estas diferentes clases de poros, en aproximadamente 12, 14 y 15%, respectivamente, con respecto a la AC.

En el caso de la LC, el barbecho más rastra causa daños significativos en la estabilidad estructural por lo que se reduce la porosidad, la infiltración del agua y el intercambio gaseoso; afectan negativamente el crecimiento y desarrollo de la raíz y su aporte a la parte aérea de los nutrientes y agua necesario para el desarrollo de la panta (Ceballos et al., 2010).

Para la porosidad ocupada por aire (ƒa), se registraron diferencias (ɑ= 0.05) entre sistemas de manejo. En la prueba de medias de ƒa (Cuadro 1), la AC tuvo un contenido volumétrico de aire superior a la LC, lo cual representa un 14% más alto. Esta tendencia se correlaciona con la disminución de ƒma y ƒme detectada en el suelo con la LC.

El valor del contenido de agua a saturación (ɵ S ) fue mayor para la AC (0. 496 cm3 cm-3) que en LC (0.419 cm3 cm-3) para la profundidad 0-10 cm (ɑ= 0.05) (Cuadro 2). Los contenidos de agua a CC y PMP fueron diferentes (ɑ= 0.05) también más altos para la AC que para la LC, dando valores mayores de humedad aprovechable en términos de lámina (La), lo cual se atribuyó a que la porosidad y el contenido de MO fueron mayores en la AC, con respecto a la LC. Resultados similares han sido reportados por Rubio et al. (2008).

Cuadro 2

Cuadro 2. Efecto de los sistemas de manejo del suelo sobre la porosidad total (ƒT) y su clasificación: macroporos (ƒma), mesoporos (ƒme) y microporos (ƒmi) y porosidad ocupada por aire (ƒa), contenido de agua a saturación (ɵS), capacidad de campo (CC), punto de marchitamiento permanente (PMP), lámina de agua aprovechable (La) y conductividad hidráulica saturada (Ks). Campo Experimental San Luis, 2020.

Sistemas ƒ T ƒ ma ƒ me ƒ mi ƒ a ɵ S CC PMP La KS
(cm cm-3) (cm) (cm hr-1)
0-10 cm
LC 0.49 b 0.06 b 0.221 b 0.204 b 0.282 b 0.419 b 0.316 b 0.166 b 1.97 b 0.154 b
AC 0.55 a 0.067 a 0.252 a 0.235 a 0.321 a 0.496 a 0.377 a 0.192 a 2.29 a 8.5 a
CV (%) 6.09 4.98 3.27 2.88 2.35 6.91 9.12 7.89 7.91 32.12

[i] Labranza convencional (LC); agricultura de conservación (AC). Promedios con distinta letra en una columna por parámetro son diferentes. Tukey (0.05).

Con relación a la Ks, se observó que ésta fue más alta en la AC en comparación con la LC, lo cual confirma la degradación de la estructura por efecto del laboreo del suelo. El análisis de los datos muestra que la movilidad del agua es claramente superior en el suelo con la AC, evidenciando su mayor capacidad para transportar y redistribuir el agua a través del medio poroso, debido a la creación de poros grandes, estables y continuos que producen mayores tasas de infiltración en la capa arable (Shukla et al., 2003; Navarro et al., 2008).

Los valores promedios de pH fueron de 7.9 para la AC y de 8.3 en la LC y cuya diferencia fue significativa (ɑ= 0.05). La tendencia a disminuir de este parámetro en el suelo con AC, probablemente se deba a la acumulación de MO en la capa superficial del suelo, ya que genera acidez por el proceso de descomposición o quizás puede deberse al efecto acidificante de los fertilizantes con nitrógeno y fósforo aplicados de manera más superficial en la AC que con la LC (Verhulst et al., 2015; Báez et al., 2017). Por su parte, la CE presentó valores de 0.76 y 1.4 dS m-1 y hubo diferencia entre ambos tratamientos (ɑ= 0.05). El mayor valor lo presentó el suelo con AC; sin embargo, este parámetro está aún por abajo del valor crítico señalado (<3) (Shukla et al., 2003).

Se encontró una correlación (p <0.05) entre 138 de los 171 pares de atributos del suelo. La pa se correlacionó fuerte y negativamente con fa, fT, fma, DPMa y IEE (r ≥0.8). Altas correlaciones positivas fueron obtenidas entre DPMa y IEE, COS, KS, ɵS, MO y fma (r >0.82) y correlaciones negativas con pH y Li (r ≥0.72). La Ks fue alta y positivamente correlacionada con MO, COS, IEE, ɵS, fma, fa y fT (r ≥0.74) y correlacionada negativamente con pH (r= -0.8). La CE y pH se correlacionaron negativamente (r= -0.9). Por el contrario, la MO se correlacionó significativa y positivamente con COS, IEE, fma y fa (r ≥0.74), así como también, La se correlacionó significativamente fme, fmi, fT, fma y fa (≥0.72).

La calidad física del suelo se define en base a sus propiedades intrínsecas, así como su capacidad productiva y de amortiguadores ambientales (Astier-Calderón et al., 2002). La AC, produce un mejoramiento de la calidad física edáfica, ya que se percibe, en general, incrementos y decrementos en el valor de algunos atributos, relacionados con la estructura y su estabilidad.

Por ejemplo, puede incrementarse la tasa de infiltración o de aireación, debido a un aumento de la cantidad de macroporos, a un mayor tamaño y estabilidad de agregados y una mayor cantidad de MO, que producen incrementos en la transmisión, y disponibilidad de agua del suelo para las plantas en el largo plazo (25 años), lo cual coincide con otros autores (Navarro et al., 2008; García et al., 2018).

Mediante el diagrama radial tipo AMIBA (Masera et al., 2000), se pudo visualizar gráficamente las deficiencias de cada sistema de manejo a partir de los indicadores seleccionados (Figura 1). La AC presentó un valor de sustentabilidad de 85%, mientras que la LC alcanzó 59% (Cuadro 3). La AC tendió hacia el valor óptimo de sustentabilidad en la mayoría de los atributos, mientras que LC se retrajo hacia el centro de la gráfica (Figura 1). Se infiere que la calidad del suelo con AC se encuentra en una condición eficiente y más sustentable que LC (Alonso, 2004; Altieri y Nicholls, 2005).

Figura 1

Figura 1. Comparación de la sustentabilidad de la labranza convencional (LC) y la agricultura de conservación (AC) por medio del marco de evaluación de sistemas de manejo de recursos naturales incorporando indicadores de sustentabilidad (MESMIS).

2007-0934-remexca-15-08-e2970-gf1.jpg

Cuadro 3

Cuadro 3. Selección y ponderación de indicadores de suelo bajo dos sistemas de manejo. Campo Experimental San Luis, 2020.

Indicador VR LC AC
Estabilidad de la estructura 10 2 6
2. Lámina de agua aprovechable (La, cm) 10 7 10
3.Tipo de textura 10 7 7
4. Conductividad hidráulica saturada (Ks, cm hr-1 ) 10 4 10
5. Diámetro peso medio de agregados estables en agua (mm) 10 2 4
6. Porosidad de macroporos (cm cm-3) 10 7 10
7. pH del extracto de saturación 10 7 10
8. C.E. del extracto de saturación (dS m-1) 10 10 8
9. Densidad aparente (Mg m-3) 10 8 10
10. Materia orgánica (g kg-1) 10 5 10
Total favorable máximo posible (suma superior) 100 59 85

El análisis estadístico para el rendimiento de grano y materia seca de maíz y triticale reportó diferencia entre sistemas de manejo (ɑ= 0.05) (Cuadro 4). Los mayores rendimientos de grano y forraje de maíz y triticale obtenidos en la AC, se atribuyen a la mejora de la calidad del suelo, asociada con la estabilidad y resiliencia de la estructura edáfica. La relación AC/LC indica que el rendimiento relativo de ambos cultivos en la AC superó en 54 y 34% a la LC debido al mejoramiento sustentable de los atributos físicos, químicos y biológicos del suelo (Martínez-Gamiño et al., 2019).

Cuadro 4

Cuadro 4. Rendimiento promedio de grano de maíz y materia seca (MS) de triticale con labranza de convencional (LC) y agricultura de conservación (AC). Campo Experimental San Luis, 2020.

Rendimiento de grano y MS (t ha-1)
Cultivos en rotación Maíz Triticale
LC 6.9 b 6.5 b
AC 10.5 a 8.7 a
AC/LC (%) 154 134

[i] LC= labranza convencional; AC= agricultura de conservación; promedios con distintas letras en una columna son estadísticamente diferentes según Tukey (0.05).

Conclusiones

El suelo estudiado se caracteriza por una estabilidad estructural frágil. Este problema se acentúa con el uso de prácticas intensivas de labranza, como el arado y la rastra que favorecen la erosión hídrica y eólica en estos suelos del semiárido, por lo que la AC es una alternativa más promisoria para una resiliencia estructural sostenible en estos suelos de condiciones secas.

La introducción de la AC que combina los tres principios de manejo: labranza cero, retención de residuos en la superficie y rotación de cultivos, promueven a mediano y largo plazo la conservación y mejoramiento de la calidad del suelo; favorecen la estabilidad estructural y aumentan el contenido de COS y la transmisión y retención de agua en el suelo. Esta técnica, posibilita el desarrollo de una agricultura sustentable en las zonas semiáridas de México.

En el suelo con AC, la mayoría de los atributos que representan, las propiedades físicas, químicas y de transmisión de agua fueron indicadores apropiados para evaluar la degradación de la calidad del suelo, puesto que mostraron sensibilidad al impacto de las prácticas de labranza. Esto indica que el sistema estructural es susceptible a la degradación física; AC presentó mejor estabilidad estructural y un mayor incremento del COS, lo cual es favorable para la sostenibilidad del sistema estructural del suelo y rendimientos del cultivo.

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