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¿Cómo aumentar el carbono orgánico del suelo?

La fertilización con fosforo y azufre es clave para lograr niveles elevados de carbono edáfico.

RESUMEN

Las tecnologías sustentables deben estar integradas, entre otras, por aportes de rastrojos, siembra directa y fertilización. Se pretende incrementar el carbono edáfico (COS) pero no siempre hay evidencias, aún con tratamientos de larga duración. El objetivo del trabajo consistió en evaluar la fertilización P*S sobre el carbono orgánico aportado (COA) en 11 anos de una secuencia trigo/soja-maíz-soja y el (COS) a dos profundidades, 0-20 cm y 0-5 cm. El estudio se condujo sobre la serie Clason (Argiudol típico, arcillosa fina, illitica, térmica). Se combinaron tres niveles de P (0, 20 y 40 kg/ha) por cuatro de S (0, 12, 24 y 36 kg/ha) en un diseno de parcelas divididas en bloques completos al azar con cuatro repeticiones. El N fue uniforme para el maíz (100 kg/ha) y el trigo (60 kg/ha). La soja aportó el 31,7 % del COA y las gramíneas el 68,3 %. La fertilización produjo diferencias en el COA. El P aportó a razón de 172 kg de C/ha/ano/kg de P aplicado y el S 243 kg de C/ha/ano/kg de S aplicado. La fertilización no fue importante sobre el COS en ambas profundidades. Cuando el P se combinó con altos niveles de S hubo una tendencia creciente del COS. Para el factor P el Stock de C de 0-20 cm tendió a un aporte entre 0,77 t/ha y 1,11 t/ha. Para el S, exceptuando el nivel S0 (- 0,42 t/ha), la tendencia varió entre 1,31 t/ha y 1,67 t/ha de C.

INTRODUCCIÓN

El pasaje de un sistema de laboreo convencional a otro conservacionista como la siembra directa, fue un auténtico cambio de paradigma en la producción agrícola de la región pampeana (Vivas et al., 1988; Vivas, 1992). Se estima que a través del proceso y como ocurre en otras partes del mundo (Sombrero y De Benito, 2010) se inicia un camino sustentable al no laborear el suelo, aportar y acumular rastrojos en superficie y alcanzar mayor productividad en las cosechas. La producción de granos y fibras siempre extrae nutrientes, por consiguiente el manejo adecuado de los suelos debe limitar y balancear los procesos de degradación con los procesos de producción, para lo cual es necesario utilizar la aplicación de fertilizantes en los sitios con déficit (García, 2011). La fertilización permite no solo aumentar los rendimientos sino que contribuye con aportes proporcionales de biomasa o carbono orgánico (COA) que luego en parte constituirán los rastrojos (Vivas et al., 2010). La integración tecnológica se optimiza cuando se combina la rotación de cultivos con cosechas alternativas y la fertilización, dado sus influencias sobre los factores físicos y químicos de los suelos (Miglierina et al. 2000). La rotación exige una visión global del sistema, evitando la concentración del manejo en un solo cultivo, se diversifican los riesgos, varían los sistemas radiculares y las demandas de insumos. La secuencia de cultivos integrada permite un círculo virtuoso donde los aportes de nutrientes no solo provienen de los fertilizantes aplicados, sino también de la gradual descomposición de los residuos en superficie (Stanford et al., 1973) y por el reciclado del sistema radicular (Lauchli, 1984). Los rastrojos al proteger la superficie del suelo facilitan la absorción y acumulación de agua, el desarrollo radicular, el intercambio gaseoso y la mejor estructuración superficial. La mayor cantidad de COA podría generar modificaciones en el carbono orgánico del suelo (COS). Así fue referido por Paustian et al. (1997) quienes encontraron que la aplicación de fertilizantes minerales a largo plazo produjeron aumentos en los rendimientos y mayor cantidad de residuos, que posteriormente incrementaron el COS. Por el contrario, Rimatori et al. (2002), luego de 20 anos con siembra directa y fertilización, no encontraron diferencias significativas en el COS a pesar de haber incrementado el carbono orgánico de la biomasa (COA). Similares resultados obtuvieron Dominguez et al. (2009) para un ensayo de ocho anos en Balcarce donde el COS no fue modificado significativamente por las labranzas ni por la fertilización, asociando sus tendencias positivas o negativas a las condiciones ambientales y a la cantidad de rastrojos aportados.
Su descomposición permitiría incrementar el carbono orgánico total del suelo (COS) para aumentar la retención hídrica y la capacidad de intercambio catiónico (CIC), equilibrar el sistema poroso y proveer energía para los procesos microbianos (Conti, 2000). 
El objetivo del presente trabajo fue analizar los efectos de la fertilización con P y S sobre el carbono aportado por las cosechas (COA) y su influencia sobre el carbono orgánico del suelo (COS) luego de 11 anos de fertilización en una secuencia Tr/Sj-Mz-Sj.

MATERIALES Y MÉTODOS

La experiencia se condujo durante 11 anos en la Unidad Demostrativa Agrícola de Bernardo de Irigoyen (UDA), Departamento San Jerónimo, Santa Fe, sobre un suelo serie Clason (Argiudol típico, arcillosa fina, illitica, térmica). Algunas características morfológicas y químicas figuran en la Tabla 1.

Tabla 1. Algunas características morfológicas y químicas del perfil del suelo bajo estudio. Bernardo de Irigoyen. 2011.

Horizontes	A1	B1	B21t	B22t	B23t	B3
Prof. (cm)	0-21	21-34	34-56	56-79	79-103	103-134
MO	2,6	1,28	0,98	0,58	0,28	0,12
Bray I	11,2	7,6	4,1	8,4	7,3	9,5
pH	6,2	6,4	6,7	6,9	7,0	7,2

La secuencia fue Trigo/Soja-Maíz-Soja (2000-2011) y los tratamientos una combinación de: P (0, 20 y 40 kg/ha) y S (0, 12, 24 y 36 kg/ha) en un diseno de parcelas divididas en bloques completos al azar con cuatro repeticiones. El P constituyó la parcela principal y el S la sub-parcela. El P se aplicó bajo la forma de superfosfato triple de calcio (P= 20%) y el S como Yeso (S= 18%) y la fertilización se realizó cada dos cosechas a la siembra de Trigo y de Maíz. Además, se aplicó N como Urea (N=46%) a los cultivos de maíz y trigo en dosis de100 kg/ha para el primero y 60 kg/ha para el segundo. Para el presente trabajo se analizaron los datos obtenidos de 15 cosechas que incluyeron tres rotaciones completas (12 cultivos) más los cultivos de trigo/soja de segunda y maíz, de la cuarta rotación. Se registró el rendimiento en grano de cada cultivo y se calculó el rendimiento promedio para cada tratamiento en los 11 anos (kg/ha/ano). A partir de los mismos y utilizando los índices desarrollados por Alvarez et al. (2011) para maíz, soja y trigo, se estimó la cantidad promedio de COA. En el período de estudio la soja aportó 12442 kg/ha de materia seca (MS) (31,7%) mientras que el trigo y el maíz 26845 kg/ha de MS, (68,3%). Luego de la cosecha del maíz 2010-11 se tomaron muestras de suelo (0-5 cm y 0-20 cm) en todas las parcelas para evaluar el contenido de COS siguiendo la técnica de Walkley y Black, (1945). Con los valores de C (0-20 cm) se calculó el stock de carbono según la expresión: Stock de COS (t/ha)= Contenido de C*Densidad del Suelo (1,25 g/cm3)*Volumen en estudio. Los rendimientos de granos, el COA, el COS y el stock de carbono edáfico se analizaron mediante ANOVA, (P < 0,05) y para la comparación de medias el test LSD (SAS, 2003).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La producción media de granos y el carbono orgánico de la biomasa estuvieron linealmente relacionados (R2= 0,995), por lo que se mostrarán solo datos del COA (Figura 1). La interacción P*S no fue significativa (P > 0,05) pero sí el efecto P y S (P < 0,05), por lo tanto uno y otro se comportaron de forma independiente y aditiva. Al igual que lo apreciado para la producción de granos, los aumentos de biomasa debido a la fertilización azufrada también ocurrieron en los tratamientos que durante 11 anos no recibieron fertilización fosfatada (Vivas et al., 2010). Queda así demostrada la independencia del S, capaz de aumentar la producción de grano y de biomasa, aún con bajos niveles de P extractable (Bray= 6 ppm). 
En la Figura 1 se aprecian las diferencias de COA por la fertilización con fósforo o azufre a través de los niveles del otro factor. En ambos, el incremento fue lineal. Para el P correspondieron 172 kg de COA/ha/ano por cada kg de P aplicado y para el S 243 kg de COA/ha/ano por cada kg de S utilizado.

Figura 1. Influencia del P y del S sobre la producción de COA en 11 anos de la secuencia Trigo/Soja-Maíz-Soja. Bernardo de Irigoyen, 2011. Medias de tratamientos seguidas de la misma letra no difieren entre sí, LSD al 5%.

Los aumentos de COA logrados con P20 y P40 sobre el testigo P0 fueron de 270 kg/ha/ano y 344 kg/ha/ano de MS, equivalentes al 8 y 10% anual, respectivamente. Mientras que para el S, a través de todos los niveles de P, las diferencias también fueron significativas pero los incrementos fueron mayores. Con S12, S24 y S36 respecto de S0 los aumentos fueron de 501 kg/ha/ano, 619 kg/ha/ano y 770 kg/ha/ano de MS, equivalentes al 16%, 20% y 25%, respectivamente. Fue evidente la gran capacidad que tuvo el S para la generación de biomasa carbonada que prácticamente duplicó a la generada por el P. Posiblemente la fertilización con S en sus dosis mayores contribuyó en aumentar la eficiencia de uso del nitrógeno edáfico, permitiendo a través de dicha sinergia una mayor generación de biomasa y producción. Esta relación fue observada en trigo por Salvagiotti y Miralles, (2008), Salvagiotti et al., (2009) y por Chen et al., (2008) para maíz. A partir de los valores de carbono en cada tratamiento y repetición se obtuvo el correspondiente Stock, teniendo en cuenta la densidad aparente y el volumen. El valor de referencia fue el tratamiento P0S0= 39,25 t/ha. Las cantidades para cada tratamiento se pueden ver en la Figura 2. 

Figura 2. Variación del stock de carbono por efecto de la fertilización con P y S en una rotación durante 11 anos y 15 cosechas. Bernardo de Irigoyen. 2011.

No hubo diferencias significativas (P > 0,05) pero se puede describir una tendencia con la fertilización. Cuando al valor del factor P o S en la Figura 2 se le restó la cantidad testigo del stock de carbono se obtuvo un valor considerado aporte o pérdida en toneladas de carbono para el tiempo de estudio (cantidad incluida en las barras de la Figura 2). La Figura 2 también muestra que el tratamiento S0 a través de todos los niveles de P fue el único que introdujo pérdidas (-0,42 t C/ha). Los aportes para los niveles P variaron entre 0,77 y 1,11 t/ha de C mientras que para los niveles de S variaron entre -0,42 y 1,67 t/ha de C. 
La posterior descomposición de los rastrojos permitirá una gradual liberación de nutrientes y su asimilación por las nuevas cosechas, lo cual según Delwiche (1970), constituye el marco básico del reciclado. La tasa de descomposición dependerá de la composición química de los residuos y de las condiciones del suelo que afecten el desarrollo y la actividad microbiana (Parr y Papendick, 1978). 
Sobre el COS de 0-20 cm de profundidad no se encontraron diferencias significativas de la fertilización sobre las cantidades de carbono producido (P > 0,05) (Figura 3). La interacción P*S no fue importante y tampoco los efectos de P y S.

Figura 3. Carbono orgánico del suelo (COS) (0-20 cm) luego de 15 cosechas y 11 anos de fertilización con P y S en la rotación trigo/soja-maíz-soja. Bernardo de Irigoyen 2011. 

A pesar del tiempo transcurrido y los diferentes niveles de productividad de grano y biomasa alcanzados, no fue posible encontrar diferencias significativas para el COS. Sin embargo, a partir de la expresión gráfica y visualizando una amplia escala en la ordenada, fue posible observar con claridad alrededor de un promedio de 1,608 %, una tendencia ascendente del COS según los niveles de S. Para todos los niveles de P estudiados, los menores valores de COS siempre estuvieron asociados al menor nivel de azufre, S0. Por el contrario, la tendencia se revirtió hacia un aumento de COS a medida que las dosis de S fueron mayores, lo que puede corresponderse con el gran efecto del S sobre el COA destacado en las Figuras, 1 y 2. Es necesario notar que del total del S extraído por el trigo el 60% permanece en el rastrojo y el de maíz un 75%. En cambio la soja restituye solo un 25% (Ciampitti y García, 2007). Con la descomposición de las gramíneas el reciclaje de S al suelo podría ser muy relevante.
El COS en superficie, 0-5 cm, se pueden apreciar en la Figura 4. Tampoco hubo interacción significativa P*S ni diferencias por la fertilización con P o S (P > 0,05).

Figura 4. Carbono orgánico del suelo (COS) (0-5 cm) luego de 15 cosechas y 11 anos de fertilización con P y S en la rotación trigo/soja-maíz-soja. Bernardo de Irigoyen 2011.

Los resultados fueron similares a los encontrados en la profundidad de 0-20 cm (Figura 3) con la diferencia que en la Figura 4 la tendencia de todos los niveles de P con S0 fue más notable respecto de todos los niveles de P combinados con las mayores dosis de S.
El análisis futuro de la materia orgánica particulada podría ofrecer mayor claridad a los resultados.

CONCLUSIÓN

Los aumentos medios de rendimientos de grano en 15 cosechas durante 11 anos, debido a la fertilización combinada P*S, se relacionaron positivamente con el carbono orgánico aportado por la biomasa (COA) (R2= 0,995).
Para el COA no hubo interacción significativa P*S (P > 0,05) y las respuestas debido al P y al S fueron importantes (P < 0,05).
El factor S se destacó por su influencia en la generación de biomasa carbonada de hasta un 20% sobre su testigo, superando al aporte del P que solo alcanzó un 10% sobre su testigo.
Luego de 11 anos de fertilización combinada de Fósforo y Azufre en una rotación, los mayores valores del COA no se transmitieron en aumentos del carbono edáfico (COS) en 0-20 cm como en 0-5 cm de profundidad. Para el P de 0-20 cm, la tendencia fue un aporte entre 0,77 t/ha y 1,11 t/ha de C mientras que para el S fue entre -0,42 t/ha a 1,67 t/ha de C.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece la financiación de este trabajo a dos Proyectos del INTA: Proyecto Específico PNCER 52022411 y Proyecto Regional Agrícola 61610021. Además la colaboración operativa y del sitio correspondiente a la Cooperativa Bernardo de Irigoyen, Departamento San Jerónimo, Santa Fe, Argentina.

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Fuente:
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Trabajo presentado en el XIC Congreso Latinoamericano y XXIII Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo.