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Introducción
El bioma de Cerrado es el segundo bioma brasileño más extenso, está compuesto predominantemente por Latosoles muy meteorizados, ácidos y de baja fertilidad natural (Lopes y Guimarães, 2016). La adopción de técnicas de producción, encalado, uso de insumos externos y cultivos adaptados hicieron posible que este bioma se convirtiera en una frontera agrícola con una de las mayores producciones y exportaciones de commodities del mundo (Dionizio et al., 2020). Sin embargo, el uso intensivo y muchas veces incorrecto del suelo a lo largo de los años, especialmente debido a la excesiva perturbación durante su preparación, ha reducido el stock de materia orgánica y ha afectado negativamente las propiedades físicas del suelo, lo cual ha intensificado el proceso de degradación (Fontana et al., 2016).
El mantenimiento de la calidad de esos suelos es un factor clave en la producción biológica de los cultivos (Liliane y Charles, 2020; Soares et al., 2021; Tahat et al., 2020). De esta forma, el uso de prácticas conservacionistas, como los abonos verdes, son fundamentales, ya que permiten la protección, mantenimiento y mejora de la calidad física del suelo, además de aumentar considerablemente los niveles de materia orgánica, y nutrientes, así como la riqueza (Chimouriya et al., 2018; Holman et al., 2022; Leite et al., 2010) y la heterogeneidad de la microbiota del suelo (Tao et al., 2017), lo que favorece el funcionamiento de los agroecosistemas.
En la región nordeste de Brasil, donde las precipitaciones son irregulares y bastante intensas (Da Silva et al., 2018), el mantenimiento y la mejora de la calidad física del suelo puede considerarse clave para la gestión de este, ya que contribuye a un mayor drenaje del agua en los períodos de mayor intensidad de las precipitaciones y a una mayor retención de la humedad del suelo para el período seco del año, así como a la reducción de las temperaturas extremas del suelo (Blanco-Canqui y Ruis, 2020).
Algunos estudios recientes muestran que el uso de cultivos de cobertura contribuye a mejorar las propiedades físicas del suelo (Gongora et al., 2022; Haruna et al., 2020; Ma et al., 2021). En un metaanálisis realizado por Ma et al. (2021) en el que se evaluaron los efectos de los abonos verdes sobre las propiedades del suelo, se observó una reducción de la densidad en las capas superficiales (0-20 cm) y subsuperficiales (20-40 cm) del suelo. Adeli et al. (2020), al evaluar el uso de cultivos de cobertura en un suelo de tierras altas, observaron un aumento de la infiltración, reducción de la densidad y resistencia a la penetración. Sin embargo, según Blanco-Canqui y Ruis, (2020) estas respuestas de los cultivos de cobertura sobre las propiedades físicas del suelo pueden variar dependiendo de algunos factores, como el tipo de suelo, las especies utilizadas, la producción de biomasa, el sistema de cultivo y el tipo de clima.
La baja fertilidad de los suelos del Cerrado y su fragilidad ante las prácticas de manejo utilizadas en el sistema convencional son factores que pueden reducir, a mediano y largo plazo, la calidad del suelo e impactar directamente en la productividad de los cultivos. De esa forma, la rotación de especies leguminosas/gramíneas puede ser una estrategia ventajosa, tanto para aumentar el aporte de materia orgánica y la fertilidad del suelo, como para brindar mayor protección física a su superficie. De acuerdo con las anteriores consideraciones, el objetivo de este estudio fue evaluar el desempeño de leguminosas/ gramíneas en rotación, utilizadas como abonos verdes, sobre las propiedades físicas en un Latosol Amarillo distrófico en el bioma de Cerrado en Maranhão, Brasil.
Materiales y métodos
El experimento fue realizado en condiciones de campo en el área experimental del Centro de Ciencias Agrícolas y Ambientales de la Universidad Federal de Maranhão, en el municipio de Chapadinha (3º44’12.62’S y 43º19’03.51’’O, 105 m de altitud), Maranhão, Brasil, de enero de 2019 a julio de 2020.
La clasificación climática de la región, según Köppen y Geiger, es Aw, es decir, es considerada como una zona tropical con invierno seco y verano lluvioso (Alvares et al., 2013), con precipitación anual de 2100 mm y dos estaciones bien definidas: una estación lluviosa que se extiende de enero a junio y una estación seca de julio a diciembre (Moura-Silva et al., 2016), con una temperatura media anual del aire de 27 °C (Figura 1) (INMET, 2020).
Figura 1 Precipitación y temperatura del aire en el municipio de Chapadinha-MA, Brasil, durante el desarrollo del experimento. Fuente: INMET, 2020.
El suelo del área experimental es un Latosol Amarillo distrófico (LAd) de textura franco-arenosa. Los datos del análisis químico del suelo pueden observarse en la Tabla 1.
El diseño experimental utilizado fue de bloques al azar en parcelas subdivididas, con cuatro tratamientos y seis repeticiones. Las parcelas, con una superficie de 12 m², fueron constituidas por las especies de cobertura y las subparcelas constituidas por los periodos de evaluación. En el año 2019 (1° año), los tratamientos correspondieron a tres especies de leguminosas: Cajanus cajan, Canavalia ensiformis, Mucuna aterrima y el testigo (vegetación espontánea). Mientras que en el año 2020 (2° año) los tratamientos correspondieron a tres especies de gramíneas: Pennisetum americanum, Sorghum bicolor, Sorghum sudanense y el testigo (vegetación espontánea).
La preparación del suelo para la siembra se realizó de forma manual, sin prácticas de corrección o fertilización. La siembra de leguminosas se realizó en febrero de 2019, con distancia de 0.5 m entre hileras, con densidades de 5, 4 y 13 plantas por metro lineal para C. ensiformis, M. aterrima y C. cajan, respectivamente. En cuanto a las gramíneas, la siembra se realizó en febrero de 2020, al voleo, en la cantidad de 15 kg de semillas por hectárea.
Las plantas se cortaron a ras del suelo en plena etapa de floración y se dejaron uniformemente sobre la superficie de sus respectivas parcelas como cobertura. Este manejo se realizó a los 90 días después de la siembra (DDS) para C. ensiformis, y a los 120 DDS para M. aterrima y C. cajan. En las especies gramíneas, el corte se efectuó a los 75 DDS para P. americanum, y para S. bicolor y S. sudanense a los 85 DDS.
Las variables evaluadas fueron: 1) la productividad de masa fresca y 2) la de masa seca de la parte aérea de las plantas de cobertura. Para la determinación de la productividad se consideraron las plantas presentes en el metro cuadrado central de cada parcela. Después del corte, las plantas se pesaron para determinar la masa fresca y luego se llevaron a una estufa de circulación forzada de aire durante 72 horas para obtener la masa seca.
Las características físicas del suelo evaluadas fueron: densidad, humedad gravimétrica y resistencia del suelo a la penetración (RSP). El muestreo para la caracterización física se dividió en dos temporadas. Temporada 1, antes de sembrar cultivos de cobertura, y temporada 2, después del corte y descomposición parcial de los cultivos de cobertura.
Después del muestreo de la temporada 1 se procedió a la siembra de las especies seleccionadas. Los muestreos en la temporada 2 del 1° año se realizaron 45 días después del corte de C. ensiformis y 60 días después del corte de M. aterrima, C. cajan y de la vegetación espontánea. En el 2° año el muestreo se realizó 30 días después del corte de las plantas.
Para estimar la RSP se utilizó un penetrómetro de impacto (IAA/Planalsucar-Stolf). Las capas se penetraron a profundidades de 0-10, 10-20, 20- 30 y 30-40 cm. En esas cuatro profundidades, se recolectaron muestras inalteradas para determinar la densidad según el método del anillo volumétrico, y muestras de suelo deformado para determinar la humedad gravimétrica, según los procedimientos descritos por Teixeira et al. (2017).
Los cálculos de RSP se realizaron con el uso del programa informático Excel-VBA (Stolf, 2014), que efectúa los cálculos según Stolf (1991). Los datos fueron sometidos a análisis de varianza y prueba F para verificar efectos significativos (p<0.05) de parcelas (especies de cobertura), subparcelas (temporada de evaluación) y la interacción parcela x subparcela. Cuando hubo efecto significativo, se compararon los promedios por Tukey al 5 % de probabilidad utilizando el software estadístico AgroEstat.
Resultados
Productividad
Los resultados del análisis mostraron un efecto significativo (p<005) de las coberturas para la productividad de masa seca en el primer año (Figura 2A), y de masa fresca y seca en el segundo año (Figura 2B). En el primer año, M. aterrima mostró una productividad de masa seca inferior a la de la vegetación espontánea (Figura 2A). En el segundo año, los promedios de productividad de masa fresca obtenidos por las gramíneas no presentaron diferencias (Figura 2B). Sin embargo, S. bicolor fue superior a la vegetación espontánea. En relación con la productividad de masa seca, S. bicolor y S. sudanense fueron superiores al testigo, con valores de 3.17, 2.55 y 0.93 mg ha-1, respectivamente.
Densidad del suelo
En relación con la variable densidad del suelo, en el 1° año, no hubo diferencia estadística para las coberturas y temporadas en las profundidades evaluadas (Figuras 3A y 3B). Sin embargo, en el 2° año se observaron efectos significativos de las temporadas para las profundidades de 20-30 y 30-40 cm (Figura 3D), en las que se presentó una reducción de la densidad del suelo después del cultivo de las gramíneas.
Figura 3. Densidad del suelo a profundidades de 0-10, 10-20, 20-30 y 30-40 cm antes y después del cultivo de leguminosas (A y B) y gramíneas (C y D). Medias seguidas de letras minúsculas iguales en la columna no difieren entre sí por la prueba de Tukey (p<0.05). Fuente: elaboración propia.
Adicionalmente, en el segundo año hubo interacción entre los factores cobertura y temporada (CxT) en la profundidad de 0 a 10 cm (Tabla 2). A esa profundidad, no hubo un efecto significativo de las gramíneas de cobertura dentro de la misma temporada, sin embargo, hubo diferencias entre temporadas. Se observó una reducción en la densidad del suelo después del cultivo de las gramíneas evaluadas (temporada 2).
Humedad gravimétrica
Con relación a la humedad gravimétrica, no hubo diferencias significativas entre las coberturas en el 1° y 2° año (Figuras 4A y 4C). Sin embargo, hubo una diferencia en los valores de humedad gravimétrica del suelo entre las temporadas a profundidades de 20-30 y 30-40 cm para las leguminosas (Figura 4B). En este sentido, se observó reducción en la humedad del suelo para la temporada 2 en las dos profundidades antes mencionadas. Por otra parte, en el 2° año se observó aumento significativo de humedad en la superficie del suelo, posterior al cultivo de las gramíneas (Figura 4D).
Resistencia del suelo a la penetración (RSP)
No hubo diferencia en la RSP entre las leguminosas (1° año) (Figura 5A) ni entre las gramíneas (2° año) (Figura 5C). Sin embargo, los valores de RSP para las temporadas difirieron, excepto en las profundidades de 10-20 cm en el 1° año (Figura 5B), de 20-30 y 30-40 cm en el 2º año (Figura 5D). En el 1er año se observó un aumento de la RSP tras el cultivo de las leguminosas, principalmente en las capas más profundas (20-30 y 30-40 cm); mientras que en el 2º año hubo una reducción de la RSP en las capas superficiales (0-10 y 10-20 cm) después del cultivo de las gramíneas (2° temporada). Adicionalmente, las medias de RSP en el 1° y 2° año muestran que las mayores resistencias se dieron en la profundidad de 20 a 40 cm, donde la presión promedio ejercida superó los 2.5 MPa.
Figura 5. Resistencia a la penetración a profundidades de 0-10, 10-20, 20-30 y 30-40 cm antes y después del cultivo de leguminosas (A y B) y gramíneas (C y D). Medias seguidas de letras minúsculas iguales en la columna no difieren entre sí por la prueba de Tukey (p<0.05). Fuente: elaboración propia.
Discusión
Productividad
La vegetación espontánea mostró una productividad media de masa seca 56.4 % superior al de M. aterrima (Figura 2A). Esta mayor acumulación de fitomasa puede estar asociada a la gran emergencia de plantas espontáneas en las parcelas del tratamiento testigo debido al banco de semillas en el suelo, lo que se traduce en una mayor densidad de plantas en el área de la parcela y, por tanto, en una mayor productividad. Además, cabe señalar que luego del inicio de las lluvias, las semillas de las plantas espontáneas germinan rápidamente y tienen un gran crecimiento inicial.
S. bicolor mostró una mayor productividad de masa seca en comparación con P. americanum (Figura 2). Estos resultados corroboran los encontrados por Torres et al. (2008) en el Cerrado de Minas Gerais, al evaluar la producción de masa de plantas de cobertura y la mineralización de sus residuos; aunque en el presente estudio los valores de productividad de masa seca de S. bicolor fueron inferiores a los valores encontrados por los autores antes mencionados. La diferencia observada en la productividad de los cultivos de cobertura es una respuesta esperada, ya que la productividad de una misma especie vegetal puede variar según la ubicación, las condiciones climáticas, la temperatura, la precipitación, la fertilidad del suelo o el ciclo del cultivo (Sousa et al., 2019). Adicionalmente, esa respuesta puede estar asociada al ciclo de los cultivos de cobertura, ya que según Lima et al. (2014) los cultivos de cobertura con un desarrollo inicial rápido pueden reducir significativamente la incidencia y la competencia de malezas en comparación con otros con un desarrollo inicial más lento.
En general, en este estudio se observó una producción de materia seca relativamente baja (menos de 2 mg ha-1 para leguminosas y menos de 4 mg ha-1 para gramíneas), especialmente para leguminosas en el 1° año, en comparación con otros estudios (por ejemplo, Rodrigues et al., 2012; Pissinati et al., 2018). Estos resultados se atribuyen a la acidez y baja fertilidad del suelo, ya que se implantaron leguminosas adaptadas a las condiciones climáticas de la región y el cultivo se realizó en la época de mayor disponibilidad hídrica, aunque se haya observado una mayor precipitación durante el cultivo de las gramíneas (2° año). La baja productividad de fitomasa está relacionada con las condiciones físicas del suelo, como la alta RSP en las capas más subsuperficiales y la densidad del suelo, mayor de 1.5 mg m-3. A esto se suma el hecho de que no se efectuó ninguna preparación del suelo antes de la implantación de los cultivos de cobertura.
Densidad del suelo
La reducción en la densidad del suelo en la segunda temporada del 2º año en las profundidades de 20-30 y 30-40 cm indica un efecto positivo de las gramíneas. Ese resultado también muestra que hubo una mejora en el estado físico del suelo a mayor profundidad en un periodo corto con el uso de gramíneas.
La reducción en la densidad del suelo se atribuye a la distribución y alta densidad de raíces de las gramíneas, lo cual promueve una mayor agregación de las partículas del suelo, tanto por la renovación de raíces como por la liberación de exudados que aumentan la actividad microbiana, lo cual resulta en una mejor estabilidad de los agregados (Nascente y Stone, 2018; Kondo et al., 2012). Sin embargo, en el presente estudio, los valores de densidad encontrados fueron superiores a otros estudios realizados en Cerrado de Oxisoles (por ejemplo, Feitosa et al. 2020; Nunes et al., 2020).
Valores superiores a 1.5 mg m-3 son considerados altos e indican el adensamento del suelo. El adensamiento en las capas más profundas fue reportado por Fontana et al. (2016) en Latosoles en la región occidental de Bahía, en áreas de bioma de Cerrado sin tráfico de maquinaria (condición similar al manejo del área de estudio), donde el aumento de la densidad del suelo ocurrió por debajo de los 30 cm de profundidad. Sin embargo, para áreas bajo cultivo continuo, la capa densificada comenzó más cerca de la superficie; como consecuencia, esto trajo una reducción en la conductividad hidráulica del suelo.
La reducción de la densidad en la capa más superficial del suelo (0-10 cm) en el 2º año es consecuencia del mayor aporte de residuos orgánicos al suelo tanto durante el cultivo, donde se dio aporte de hojarasca, como resultado del manejo de residuos en la superficie del suelo después del corte de las plantas de cobertura en dos años consecutivos.
Humedad gravimétrica
La reducción de la humedad del suelo a profundidades de 20-30 y 30-40 cm después del cultivo de leguminosas (Figura 4B) se debe a la menor incidencia de lluvia durante el período de muestreo de campo. En el 2º año, después del cultivo de gramíneas (temporada 2), se observó mayor humedad en la capa superficial del suelo (0-10 cm) (Figura 4D), lo que indica que las gramíneas brindaron mayor cobertura, pues normalmente tienen mayor producción de fitomasa (Pires et al. 2020) y alta relación C:N, y permanecen en la superficie del suelo por más tiempo (Pissinati et al., 2018), lo que contribuye a mantenimiento de la humedad.
Resistencia del suelo a la penetración
Los resultados revelaron una RSP mayor en las profundidades de 20 a 40 cm, lo que puede limitar el crecimiento de las raíces. En las demás profundidades los resultados fueron inferiores a 2.5 MPa. Según Catania et al. (2018), una resistencia a la penetración de hasta 2.5 MPa no es perjudicial para el desarrollo radicular. El aumento de la RSP en la temporada 2 del 1° año, especialmente en las capas del subsuperficiales, se puede atribuir a la menor humedad del suelo (Figura 4B), producto de la baja precipitación en el período (Figura 1).
En la temporada 2 del primer año, el aumento de RSP se atribuye a una reducción de la humedad gravimétrica. Según Silveira et al. (2010), debido a la correlación inversa entre humedad y RSP, a menor humedad del suelo, mayor RSP. Así pues, se observó una tendencia opuesta para RSP en el 2º año para la profundidad de 0-10 cm, donde hubo una reducción significativa de este atributo para la temporada 2. Por otro lado, en la profundidad de 10-20 cm, que también mostró una reducción en RSP después del cultivo de las gramíneas, no hubo diferencia en la humedad, lo que indica que es una respuesta al estado real de compactación del suelo.
El cultivo de gramíneas contribuyó a la reducción de RSP en las capas superficiales del suelo (0-10, 10-20 cm) (Figura 5D). Esta reducción de RSP en el segundo año de cultivo demuestra la ventaja de las gramíneas para mejorar la condición física del suelo. Esa respuesta puede estar relacionada con las características morfológicas de las raíces de las gramíneas, las cuales, de acuerdo con Soares et al. (2021) presentan un diámetro reducido y una apariencia fasciculada, con gran exploración de la capa superficial del suelo, lo que contribuye al aumento de la porosidad y, en consecuencia, reducen la resistencia a la penetración.
A pesar de que en este estudio no se observaron diferencias marcadas para las propiedades físicas del suelo (densidad y RSP) en un corto período (2 años de cultivo), ya se obtuvieron pequeños cambios, tanto en la densidad del suelo como en RSP.
Conclusiones
Las especies C. ensiformis y S. bicolor presentan las mayores productividades de masa fresca y seca, lo que demuestra una mejor adaptación de esas especies a las condiciones edafoclimáticas de la región. Las especies leguminosas del primer año no proporcionaron mejorías a las características físicas del suelo. Las especies de gramíneas del segundo año, cultivadas en rotación con las leguminosas, contribuyeron a reducir la densidad y la resistencia del suelo a la penetración.
