ing agr. m sc. carina r. Álvarez cátedra de fertilidad y fertilizantes facultad de agronomía...

Ing Agr. M Sc. Carina R. ÁlvarezCátedra de Fertilidad y Fertilizantes

Facultad de Agronomía Universidad de Buenos Aires

“Calidad física del suelo”

Ambiente favorable para el desarrollo de raíces y la biota edáfica

Suministrar agua- amortiguar déficit hídricos

Resistente a la degradación

Funciones básicas del suelo Evaluación Ambiente favorable, profundidad efectiva y capacidad de enraizamiento

Profundidad al Bt o toscaDensidad aparenteCompactación relativaResistencia a la

penetraciónPerfil cultural

Aireación MacroporosidadEncostramiento superficial Rasgos redoximórficos

Suministro de agua y amortiguación de deficiencias hídricas

Cobertura (viva o muerta)Humedad del sueloLámina de agua útilInfiltración

Estabilidad o resistencia a la degradación Cobertura (viva o muerta)Estabilidad estructuralPendiente

Espesor horizonte A

Densidad aparente

Densidad aparente relativa

Resistencia a la penetración

Porosidad y macroporosidad

Infiltración

Cobertura

Estabilidad estructural

Materia orgánica total y partículada

Ambiente favorableSuministro de aguaAmortiguar déficit hídricos

Resistir la degradación

Características de las determinaciones físicas

• Requiere personal entrenado • Requieren tiempo, gran parte a campo• Instrumental de muestreo• No es un servicio difundido • Falta estandarización• Humedad dependiente• “Lo esencial es visible a los ojos”

Propiedad Características Umbrales

Densidad aparente

(método del cilindro)

Sencillo

Bajo costo

Depende de la textura

Depende carbono orgánico

Franco arenoso >1.6 t m-3

Franco; franco-limoso >1.4 t m-3

Arcilloso; franco-arcilloso >1.3 t m-3

Dapcrítica (tm-3)= 1.52-0.0065 * arc (%) (Pillatti, de Orellana 2000)

Porosidad total Se calcula a partir de la densidad aparente según:

PT (%)= 100*(1-DAP/DPART)

DPART= 2.6 t m-3

< 50 %

Macroporosidad

Porosidad de aireación

Hvolsat-Hvolcc < 10 %

Propiedad Características Umbrales

Densidad aparente relativa

(ASTM, 1982)

DAP REL %= (DAP/DAP MAX)*100

Independiente textura y C orgánico

Test de Proctor (no rutinaria)

Sino;DMAX (t m-3)= 1.44 – 0.033 MOS (%) +0.00297 ARENA (%) + 0.039 MANEJO;

n= 62 y R2= 0.78 (Micucci et al, 2006)

Optimo: 75-88 %

Resistencia mecánica

Penetrómetros-Instrumental específico

Medida puntual- Alta variabilidad

Depende de la humedad

Distintos ángulos

Punta de 30º >2-3 MPa

Punta de 60º >6 MPa

(Pilatti, de Orellana 2000)

Corregir por humedad

Interesa su valor durante el desarrollo radical

Infiltración

Metodología rápida USDA (1999)

Rápida; Variable;

Relacionada con la orientación de poros superficiales,

Puede tener problemas por derrame lateral

Aplicación con fines comparativos

Resistencia a la penetración Penetrómetro

Propiedad Características UmbralesCobertura superficial

(porcentaje y masa)

Cuerda con marcas a intervalos regulares. Cuadrantes de rastrojo.

Sencillo, sin costo

< 60 % (control de erosión), mayor valor crítico para control de evaporación

Diversos métodos

No es un análisis de rutina

Alta relación con el carbono orgánico

Relacionado limo

Comparativo,

O con umbrales

Según

metodología

Carbono orgánico

Carbono particulado

>53µm

Densidad aparente

Inestabilidad estructural

Densidad aparente máxima

CO determinación de rutina (baja sensibilidad)

Carbono partículado no rutinario (alta sensibilidad)

<1.7 a 2 % de C orgánico

Relacionado con los valores críticos de la IE, DAPMAX.

De trabajos de la región de Gomez et al 2001; Álvarez et al. 2006; Micucci et al. 2006; Pilatti, Orellana 2000

Dependiendo del contenido de limo

In/Estabilidad estructural

Distintos objetivos: distintas referencias

Situación/es manejo A

Situación/es manejo actual

Situación/es manejo actual

Situación/es establecimiento A

VS.

Situación/es manejo B

Situación/es prístino

Valores suelo ideal o límites críticos

Situación media, mín, máx grupo

Situación/es actual Situación/es futuroVS.

Comparación temporal (filmando una película)

Comparación puntual (tomando una fotografía)

Calidad de suelos: Un estudio a escala regional

Caracterizar a escala regional el estado de la calidad de los

suelos bajo distintos sistemas de labranza, utilizando

situaciones cuasi-prístinas como referencia.

Seleccionar un conjunto mínimo de variables que resulten

sensibles a los distintos manejos para monitorear cambios

en la salud del suelo.

Objetivos

Materiales y métodos

Ubicación

Capítulo 1

Materiales y métodos

Factores evaluados

Momento de muestreo: barbecho invernal

Manejo

Clase textural

Referencia n=6

LC n=18

SD= 21

Franco n= 20

Franco limosos/franco arcillo limoso n= 25

Capítulo 1

Materiales y métodos

Determinaciones

► Textura; ►Espesor del horizonte A; ► Estructura superficial

► Carbono orgánico total, C particulado (>53µm) y C resistente (<53 µm)

► Inestabilidad estructural (cambio del diámetro medio ponderado)

► Densidad aparente

► Compactación relativa (Densidad aparente/D máxima Proctor)

► Resistencia a la penetración; ► Número de lombrices; ► Infiltración

► Humedad edáfica

Análisis estadístico

► ANOVA; DMS

► Regresiones simples o múltiples (Stepwise)

Table 2: Thickness of A horizon and main measured soil properties in the top 0-15 cm depth.

A

thickness TOC POC ROC CS SI BD MAXBD RC PR

cm ——————— g kg-1 ——————— Mg ha-1 mm _______ Mg m-3 ____ % MPa Soil management

Non-cropped Mean 30.3 27.47 a 9.5 a 17.97 44.78a 0.317 a 1.10 a 1.41 77.5 a 2.61 n= 6 SE 1.4 0.86 1.56 1.21 1.79 0.090 0.03 0.006 2.4 0.47

Min 26.0 24.60 5.37 12.75 38.35 0.080 0.95 1.39 66.0 1.58 Max 35.5 30.40 15.08 21.69 50.63 0.687 1.15 1.44 81.8 4.35

CT Mean 26.8 20.16 b 4.66 b 15.50 35.76b 0.723 b 1.19 b 1.41 83.7 b 2.13 n= 18 SE 1.1 0.60 0.44 0.52 1.24 0.087 0.06 0.010 1.09 0.16

Min 17.8 15.49 2.12 10.81 28.65 0.102 1.06 1.34 78.4 1.35 Max 39.2 24.29 8.42 19.96 42.97 1.400 1.33 1.50 96.4 3.91

NT Mean 26.0 19.62 b 4.65 b 14.97 34.32b 0.573 ab 1.19 b 1.42 83.6 b 2.65 n= 21 SE 0.8 0.70 0.30 0.64 0.95 0.049 0.02 0.010 1.2 0.13

Min 18.7 14.86 1.93 10.82 28.91 0.174 1.03 1.34 73.7 1.83 Max 33.5 27.82 7.71 21.77 44.21 0.970 1.33 1.52 96.7 4.54

p value 0.09 <0.001 <0.001 0.07 <0.001 0.030 0.02 0.839 0.03 0.08 Textural group

Loam Mean 26.8 21.65 6.34 15.30 37.16 0.498 1.17 1.45 80.0 2.46 n= 20 SE 0.8 0.86 0.55 0.68 1.13 0.063 0.02 0.006 0.9 0.16

Min 18.7 15.98 2.71 10.81 29.84 0.080 0.95 1.41 66.0 1.52 Max 33.5 28.08 15.08 21.77 46.38 0.973 1.25 1.52 85.2 4.54

Silty Loam / Mean 27.0 20.28 4.47 15.81 35.6 00.680 1.18 1.39 85.1 2.41 Silty Clay Loam SE 1.0 0.75 0.48 0.52 1.33 0.064 0.01 0.004 1.09 0.15

n= 25 Min 17.8 14.86 1.93 10.82 28.56 0.183 1.03 1.34 74.4 1.35 Max 39.2 30.43 12.93 19.96 50.63 1.400 1.33 1.42 96.7 4.35

p value 0.49 0.45 0.03 0.46 0.98 0.170 0.26 <0.001 0.004 0.90 Soil management x Textural group Interaction

p value 0.25 0.67 0.46 0.76 0.21 0.27 0.65 0.08 0.92 0.83 Thickness of A horizon (A thickness), total organic carbon (TOC), particulate organic carbon (POC), resistant organic carbon (ROC), carbon stock (CS), structural instability (SI), bulk density (BD), maximum bulk density by Proctor test (MAXBD), relative compaction (RC), penetration resistance (PR). NT: no-till soils and CT: conventionally tilled soils; Non-cropped: quasi-pristine situations.Different letters within each

Correlación

Coeficiente de correlación entre pares de indicadores de calidad de suelo (p<0.01)

Carbono orgánico total (COT), carbono orgánico particulado (COP), carbono orgánico resistente (COR), inestabilidad estructural (IE), densidad aparente (DAP), compactación relativa (CR) y resistencia a la penetración (RP).

Espesor A Arcilla Limo TOC COP COR IE DAP CR PR Arcilla 1 Limo 0.66 1 COT 0.40 1 COP -0.47 -0.31 0.68 1 COR 0.74 1

IE 0.45 -0.53 -0.45 1 DAP -0.61 -0.49 -0.38 1 CR 0.42 -0.61 -0.55 0.89 1 RP 1

EstratificaciónEstratificación

0

1

2

3

4

5

CO > 53 µm RESPMIC CO < 53 µm COT

Re

lac

ión

0-5

cm

/5-1

5 c

mCuasi pristino

Siembra Directa

Laboreados

•Relación entre el contenido de la fracción orgánica de 0 a 5 cm respecto de 5 a 15 cm.

•SD y Cuasi prístino: Enriquecimiento superficial fracciones más activas del CO.

•Incrementaría estabilidad estructural superficial, atenuando procesos erosivos.

Índice de estratificaciónÍndice de estratificación

y = 4.43 e-0.104 x

r2 = 0.36

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 5 10 15 20 25 30 35

TOC (g kg-1)

SI

(mm

)

y = 1.09 e-0.145 x

r2 = 0.32

0 5 10 15 20 25 30 35

POC (g kg-1)

0 5 10 15 20 25 30 35

ROC (g kg-1)

NTCTUncropped

Relación negativa entre la inestabilidad estructural con el COT y CO>53µm

El modelo de regresión linear múltiple que obtuvo mejor ajuste fue:

∆DMP= 0.547 + 0.0015*limo – 0.0418*CO>53µm – 0.0338*CO< 53µm;

R2= 0.41; las variables independientes están expresadas en g kg-1 de suelo.

31 %41 %

20 %

Componentes del carbono e inestabilidad estructuralComponentes del carbono e inestabilidad estructural

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

10 15 20 25 30 35 40

COT (g kg-1)

DE

NS

IDA

D A

PA

RE

NT

E (

Mg

m-3

) 0-5 cm

5-15 cm

DAP (Mg m-3)= 1.2666 - 0.00846*TOC (g kg-1)+ 0.1299*Prof R2= 0.59; P<0.001

DAP (Mg m-3)= 1.29-0.01457 * CO> 53µm (g kg-1) - 0.000523 ARC (g kg-1)+ 0.12136*Prof

•La densidad aparente

estuvo relacionada con COT

y la profundidad.

•Sin embargo COT puede

reemplazarse por CO>53

µm sin perder ajuste.

•PROF: variable dummy;

valor 0 para 0-5 cm y 1 para

5-15 cm.

Componentes del carbono y la densidad aparenteComponentes del carbono y la densidad aparente

Resistencia a la penetración

RP (MPa) = 3.56-0.0737 humedad (%)+ 0.77 SL

R2 = 0.53; P< 0.001

0

1

2

3

4

5

6

10 15 20 25 30 35 40

Contenido de humedad (%)

Re

sis

ten

cia

a la

pe

ne

tra

ció

n (

MP

a)

SD LC

•Relación inversa con humedad.

•De 0-5 cm SD > resistencia LC

•≠ ordenada al origen; = pendiente

•SD: ↑resistenia no asociado a ↑DAP

•Endurecimiento no densificación

•Combinación + tránsito

+ ausencia de remoción

+ consolidación

Capítulo 1

Resultados y discusión

0

50

100

150

200

250

300

350

Franco Franco limoso/arcillolimoso

Infi

ltra

ció

n (

mm

h-1

) SD LC

10 5 11 11• Suelos francos SD laboreados, aunque SD tendencia > infiltración

• Suelos franco-limosos y franco arcillo limosos SD << Laboreados

• En SD presencia de estructura superficial laminar

• Dominio de poros horizontales

Agregación laminar en los primeros cm.

•Interacción labranza x textura

PR

Athickne

BD

TOC

RC

POC

ROC

SI

Soil man

Axis 1A

xis

2

42 %

15 %

Cuasi pristinos

Agrícolas

Shaded squares are no-till soils (NT), open triangles are

conventionally tilled soils (CT);

and solid circles are uncropped or quasi-pristine

situations.

PR

Athickne

BD

TOC

RC

POC

ROC

SI

Soil man

Axis 1A

xis

2

42 %

15 %

Cuasi pristinos

Laboreados

Siembra directa

Shaded squares are no-till soils (NT), open triangles are

conventionally tilled soils (CT);

and solid circles are uncropped or quasi-pristine

situations.

Conclusión

0

0.5

1

1.5

2

2.5

RP

DAP

COT

CRCOP

COR

IE

REFERENCIA

0

0.5

1

1.5

2

2.5

RP

DAP

COT

CRCOP

COR

IE

REFERENCIASDLC

Deterioro físico y disminución del componente orgánico y sus fracciones por el uso agrícola.

SD muesta cierta recuperación de la estabilidad estructural, pero se registran aumentos en la resistencia a la penetración y un comportamiento diferencial de la velocidad de infiltración según la textura del suelo.

CO>53µm resultó un indicador sensible a las distintas prácticas de manejo.

Permite explicar la variación favorables de la estabilidad estructural y la densidad aparente independientemente del manejo.

Resulta de interés para monitorear cambios introducidos por el manejo en el corto plazo; a la infiltración y resistencia a la penetración.

Conclusión

- 35 experimentos

- Todo igual excepto el sistema de labranza

- Distintos sistemas de labranzas: PT; RT y NT

- NT Y RT se agruparon como limited tillage (LT) para gráficos

- Distintos años.

Materiales y métodos

Densidad aparenteResistencia a la penetraciónInfiltraciónHumedad de suelo en momento críticoContenido de nitratosRendimiento Alguno fert otros no

Densidad aparenteDensidad aparente

Comparación entre el valor de PT con LT; puntos llenos NT; puntos vacíos RT

- LT 4% más que PT; NT > RT sig no da %; hasta densidad 1.3 g ml-1

Resistencia a la penetraciónResistencia a la penetración

Comparación entre el valor de PT con LT; puntos llenos NT; puntos vacíos RT

-LT mayor que PT; NT > RT sig. Alta sensibilidad, diferencia muy marcada. Los tres sistemas se diferencian: NT>RT>PT.

Inestabilidad estructuralInestabilidad estructural

Comparación entre el valor de PT con LT; puntos llenos NT; puntos vacíos RT

-LT menor que PT; PT 70> LT; Alta sensibilidad, diferencia muy marcada. Los tres sistemas se diferencian: NT<RT<NT

Comparación entre el valor de PT con LT; puntos llenos NT; puntos vacíos RT

-LT mayor que PT; NT > RT. Mayor diferencia a mayores tasas

InfiltraciónInfiltración

Comparación entre el valor de PT con LT; puntos llenos NT; puntos vacíos RT

-PT = RT; NT > RT y PT. 16 mm más. Mayor diferencia en arenosos (18 mm) menor en finos (9 mm)

Humedad Humedad

ConclusionesConclusiones

• En SD mejora estabilidad (resistencia a la degradación).

• Endurecimiento y densificación.

• SD mejora infiltración contradicción con trabajo regional. Evaluar este factor con particular atención.

Buenas prácticas agronómicas relacionadas con las propiedades físicas

Sostener buenos niveles de carbono orgánico especialmente particulado

DMAX (t m-3)= 1.44 – 0.033 MOS (%) + 0.00297 ARENA (%) + 0.039 MANEJO; n= 62 y R2= 0.78; MANEJO: 0 pastura y monte, 1 siembra directa y 2 suelos laboreados (Micucci et al, 2006)

y = 4.426 e-0.1041x

R2 = 0.36

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

COT (g kg-1)

D d

iám

etr

o m

ed

io p

on

de

rad

o

y = 1.086 e-0.1451x

R2 = 0.319

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

CO > 53 mm (g kg-1)

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0

CO < 53mm (g kg-1)

Siembra DirectaLaboreadosCuasi Pristino

INESTABILIDAD ESTRUCTRAL

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

10 15 20 25 30 35 40

DAP (Mg m-3)= 1.2666 - 0.00846*TOC (g kg-1)+ 0.1299*Prof R2= 0.59; P<0.001

DAP (Mg m-3)= 1.29-0.01457 * CO> 53µm (g kg-1) - 0.000523 ARC (g kg-1)+ 0.12136*Prof

Controlar el transito

Resistencia a la penetración e infiltración

CHC (%)= 21.61 + 1.859 MOS (%) – 0.101 Arena (%); R2= 0.64; P<0.001

Transito controlado en el lote

No transitar con contenido cercanos al contenido hídrico critico

CHC: Contenido de humedad del suelo donde se produce se alcanza la DMAXTest Proctor

Variables Unidad Media Mínimo Máximo

MOS % 3.95 0.986 10.5

Arena % 36.25 7.3 77.3

Arcilla % 22.8 6.1 40.7

DMAX t m-3 1.46 1.1 1.76

CHC % 25.23 15 43.1 (Micucci et al, 2006)