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EVOLUCION DE LAS CARACTERISTICAS QUIMICAS Y BIOLOGICAS DE
SUELOS SOMETIDOS A MANEJO CONVENCIONAL Y ECOLOGICO EN LA
RIBERA DEL EBRO DE NAVARRA
Mangado Urdániz J.M.1; Mijangos Amézaga I.2
1
ITG Ganadero. Avda Serapio Huici 22, edif. Peritos 31610 Villava (Navarra)
[email protected]
2
NEIKER-Tecnalia. Berreaga 1, Parque Tecnológico de Bizkaia 812 L. 48160 Derio
(Bizkaia) [email protected]
RESUMEN
En esta comunicación se presentan los resultados obtenidos en una experiencia que se
lleva a cabo en la Ribera del Ebro de Navarra, en condiciones climáticas de secano
semiárido. Se presenta la evolución de las características químicas y biológicas de suelos
agrícolas sometidos durante cuatro años a manejos convencional y ecológico. En el
primer caso las prácticas agrícolas y los inputs (fertilizantes, fitosanitarios) son los
habituales en esos entornos agroclimáticos mientras que en el segundo caso las únicas
aportaciones, cada año, son de estiércol de vacuno en dosis importantes.
Se parte de suelos de origen calcáreo, alcalinos, con contenidos muy altos en carbonatos
y caliza activa y en los que el calcio satura el complejo de cambio.
Al finalizar la experiencia los suelos sometidos a manejo ecológico mejoran sus niveles en
materia orgánica y en fósforo y potasio asimilables. Así mismo se reordena el contenido
de cationes presentes en el complejo de cambio alcanzando unas proporciones más
equilibradas. Los suelos sometidos a este manejo conservan más eficientemente la
humedad y mejoran su salud general estimada mediante la medición de la cantidad,
actividad y diversidad de la biomasa microbiana presente en el suelo.
Palabras clave: orografía, estiércol, caracterización química, salud del suelo.
INTRODUCCIÓN
La aportación de materiales orgánicos de diferentes orígenes ha sido la forma tradicional
de mantenimiento de la capacidad productiva de los suelos agrícolas. La revolución
agrícola, iniciada en la primera mitad del siglo pasado, introdujo nuevas técnicas
(mecanización, laboreo) y auxiliares de cultivo (abonos y biocidas químicos) con objetivos
productivos a corto plazo, abandonando la fertilización orgánica tradicional. Esto ha
provocado la disminución de la fertilidad de los suelos agrícolas, englobando en este
concepto “no solo la capacidad del suelo para aportar nutrientes minerales esenciales
sino, también, su capacidad para mantener un nivel de producción alto, sustentable en el
tiempo, sin perder por ello su diversidad biótica ni su complejidad estructural y todo ello
dentro de un equilibrio dinámico” (Labrador, 1996).
En los secanos semiáridos del Valle del Ebro, al inicio del siglo XX, se roturaron grandes
extensiones de pastizales para el cultivo de cereal de invierno. Con el paso del tiempo las
producciones, muy variables de acuerdo con este entorno agroclimático, fueron
descendiendo hasta llegar a situaciones de dudosa rentabilidad económica.
Con el objetivo de revertir esta situación se inició, en 2005, una experiencia para el
desarrollo de una rotación de cultivos adaptados a las condiciones ecológicas del secano
semiárido de la Ribera del Ebro en dos condiciones de manejo, convencional y ecológico,
y su aprovechamiento por pastoreo con ovino de carne de raza “navarra”, autóctona de la
Comunidad Foral de Navarra. La experiencia se desarrolla sobre la base territorial de la
finca “El Serrón” en Valtierra (Navarra), gestionada por ITG Ganadero, que es finca de
referencia de sistemas de ovino carne en condiciones de secano semiárido. El
planteamiento y desarrollo de la experiencia se recoge en Mangado et al. (2008).
En manejo convencional las prácticas de cultivo (laboreo, abonado, herbicidas) son las
habituales en la producción de cereal de invierno en estas latitudes, mientras que en
manejo ecológico las únicas aportaciones anuales son de estiércol de vacuno.
En esta comunicación se presenta la evolución que han tenido los parámetros químicos y
biológicos de los suelos a lo largo de los cuatro años de duración de la experiencia (2005
– 2009), según el manejo agrícola practicado.
OBJETIVOS
Los objetivos generales de este Proyecto experimental son:
1. Desarrollar una rotación de cultivos adaptados a las condiciones edafoclimáticas
del Valle del Ebro que maximizen el número de raciones obtenidas en pastoreo
por ovino de la raza autóctona “navarra” y con periodos de aprovechamiento
secuenciados, de forma que se maximize, también, el periodo anual de pastoreo.
2. Comprobar si existen diferencias en la producción vegetal y/o animal entre los
manejos convencional o ecológico de la base territorial.
3.
Ver la evolución que siguen los suelos a lo largo de la experiencia y si se dan
diferencias entre los manejos convencional y ecológico.
4. Obtener, para cada manejo, los costes económicos y energéticos de las
producciones vegetal y animal y la emisión de gases de efecto invernadero
imputables a las raciones de mantenimiento obtenidas en pastoreo.
En esta comunicación se presentan y analizan los resultados obtenidos en cumplimiento
del objetivo 3.
MATERIAL Y MÉTODOS.
Los suelos sobre los que se trabaja son suelos aluviales, profundos y con abundantísima
presencia de canto rodado de tamaño medio-alto en todo su perfil. Atendiendo a su
topografía diferenciamos tres situaciones:
ƒ
Plano superior (S). Superficie prácticamente llana situada en un plano superior al
resto de la finca.
ƒ
Plano inferior (I). Superficie prácticamente llana situada en la parte baja de la
finca.
ƒ
Pendiente (P). Nexo de unión de las dos situaciones anteriores. Superficie con
pendiente moderada (15-18 %).
Al inicio de la experiencia se caracterizó el perfil superficial (0-20 cm) de cada una de las
tres situaciones. Se analizaron tanto datos físicos (textura, densidad) como químicos
(acidez, materia orgánica, P y K asimilables, C/N, carbonatos y caliza activa,
conductividad eléctrica y capacidad de intercambio catiónico total y de sus cationes).
Las tres situaciones topográficas se presentan de forma transversal a la rotación de
cultivos para cada manejo por lo que al finalizar el proyecto se ha llevado a cabo la
rotación de cultivos completa sobre cada situación de suelos y para cada uno de los dos
manejos.
En manejo convencional se hace una aportación anual de fertilizante químico N-P-K en
preseimbra (9-23-30 en dosis de 300 kg/ha) y una o dos aportaciones de N mineral en
cobertera. Así mismo se hace un tratamiento químico anual para el control de adventicias
sobre los cultivos de cereal. En manejo ecológico la aportación anual única es de estiércol
de vacuno, procedente de una explotación próxima, en presiembra. En la tabla 1 se
recogen las aportaciones de estiércol en cada año de la experiencia. Los análisis de los
estiércoles utilizados se llevaron a cabo en el laboratorio AGROLAB®.
Al finalizar el cuarto año de la rotación de cultivos se volvieron a tomar muestras de los
suelos, diferenciando situaciones de suelo y manejo, y muestreando por separado el perfil
superficial (0-8 cm) y el subsuperficial (8-20 cm). Se analizaron los mismos parámetros
químicos que en la situación inicial. Estos análisis se llevaron a cabo en el Laboratorio
Agrario de Navarra.
Para evaluar el efecto de los dos manejos sobre la salud del suelo se tomó como
referencia un suelo control inalterado, que fue el de una parcela contigüa cubierta de
vegetación natural. En la franja superficial (0-8 cm) de toda situación y manejo se hizo una
caracterización biológica de los suelos, analizando los perfiles catabólicos de las
comunidades microbianas como una medida de su actividad, y su diversidad funcionalcatabólica. Se analizó el contenido en carbono (C) de la biomasa microbiana (Vance et
al., 1987) y la actividad y diversidad fisiológicas bacterianas en ecoplacas de Biolog®
(Epelde et al., 2008). Estos análisis se realizaron en el laboratorio de Neiker-Tecnalia.
Para el análisis estadístico de los datos obtenidos se utilizó el paquete estadístico SPSS
versión 8.0
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
En las tablas 2 y 3 se presentan las características físicas y químicas de los 20 primeros
centímetros del perfil del suelo al inicio de la experiencia para cada una de las situaciones
topográficas. En lo que respecta a sus características texturales son suelos similares,
aunque en la zona de pendiente parece darse un lavado y arrastre de materiales limosos
lo que hace que cambie su clasificación textural. Esto puede deberse al régimen torrencial
de las precipitaciones propias de estos entornos, que no disuelven los materiales finos ni
son tan importantes como para arrastrar los materiales gruesos, pero que sí son capaces
de arrastrar los materiales intermedios.
En lo referente a los caracteres químicos no se encuentran diferencias significativas entre
las tres situaciones en acidez (alcalinos), contenido en materia orgánica (medio-bajo),
relación C/N y conductividad eléctrica (no salinos). En P y K asimilables encontramos un
decalage de los entornos elevados de la parcela hacia los más bajos que, en el caso de
los cationes más móviles (potasio), no permanecen en las zonas en pendiente y son
arrastrados hacia las partes bajas.
La principal limitación que presentan estos suelos es su origen calcáreo. Los contenidos
en carbonatos totales y caliza activa son de muy altos a excesivos según varias
referencias citadas por Saña et al. (1996). El catión Ca2+ procedente de la meteorización
de la roca madre satura el complejo de cambio y desplaza al resto de cationes esenciales.
Esto provoca la pérdida de la disponibilidad de estos cationes y el empobrecimiento de los
suelos desde el punto de vista de nutrición vegetal. La conjunción de alto contenido en
calcio y pH elevado también puede favorecer la formación de fosfatos cálcicos insolubles,
secuestrando fósforo necesario en alimentación vegetal. Así mismo el alto contenido en
carbonatos dificulta la descomposición de la materia orgánica ya humificada, limitando los
beneficios nutricionales y estructurales que aporta la materia orgánica en los suelos.
Las características de los estiércoles utilizados a lo largo de la experiencia se recogen en
las tablas 4 y 5. Proceden de una explotación de vacuno de carne próxima a la finca y se
mantienen en amontonamientos sobre suelo natural sin cubierta. La dosificación se hace
por remolques y se dispone de los resultados analíticos después de la aportación. Debido
a todo ello los resultados sobre producto natural presentan una gran dispersión, aunque
contemplados sobre materia seca esta variabilidad se reduce de una forma notable. Las
aportaciones totales de elementos fertilizantes por unidad de superficie se recogen en la
tabla 6. Son aportaciones copiosas pero su variación es menor que la existente cuando se
contemplan los datos dados sobre producto natural.
Las características químicas de los suelos al final el período de rotación de cultivos, para
cada situación topográfica y para cada manejo, y diferenciando el horizonte superficial de
los 8 primeros centímetros y el subsuperficial entre 8 y 20 cm, se presentan en las tablas
7 y 8. Aún reconociendo que en edafología un plazo de 4 años es muy corto, ya se
encuentran diferencias y se observan tendencias.
En pH, carbonatos totales y caliza activa se mantienen los parámetros iniciales no
encontrándose diferencias ni entre la profundidad de la muestra ni por manejo. Tampoco
se encuentran diferencias por profundidad de muestra ni por manejo en la relacción C/N,
aunque en la situación final este parámetro se encuentra unos 3 puntos por debajo de la
situación inicial. Los suelos en manejo ecológico superan a los de manejo convencional
en las dos profundidades de muestreo en su contenido en materia orgánica oxidable. En
todas las situaciones se superan los niveles iniciales de este parámetro salvo en la de
muestra profunda en manejo convencional. Esto puede deberse a que la producción
agrícola se aprovecha en pastoreo, por lo que se da una menor exportación de materia
orgánica (y un mayor retorno) incluso en manejo convencional. El fósforo y potasio
asimilables siguen un patrón similar. Los contenidos en suelos de manejo ecológico
superan a los de manejo convencional en toda profundidad y manejo, de forma
estadísticamente significativa en todos los casos salvo en el de fósforo en la muestra
superficial en toda situación topográfica. La conductividad eléctrica de los suelos en
manejo ecológico se incrementa de forma estadísticamente significativa en toda situación
y manejo, permaneciendo en todos los casos en situaciones de no riesgo por salinidad. La
conductividad de los suelos en manejo convencional al final de la experiencia es similar a
la de la situación inicial. La capacidad de intercambio catiónico de las muestras
superficiales tiende a ser mayor en los suelos en manejo ecológico, sin embargo en las
muestras en profundidad no se encuentran, en general, diferencias por manejo. Tampoco
se encuentran tendencias marcadas para este parámetro entre la situación inicial y final.
En el equilibrio entre los cationes que integran el complejo de cambio es donde se
encuentran las diferencias más notables. En manejo ecológico el calcio presente en el
complejo de cambio disminuye de forma significativa en toda situación y manejo, salvo en
la situación P de la muestra superficial (p-valor 0,08). La oportunidad que se crea por la
disminución del calcio en el complejo de cambio en manejo ecológico la aprovechan el
resto de cationes (Mg2+, Na+, K+) que incrementan su presencia en el complejo en los
suelos en manejo ecológico de forma significativa en toda situación y profundidad (salvo
Na en la toma superficial de la situación I). En manejo convencional el equilibrio de
cationes en el complejo de cambio al finalizar la experiencia es similar al de la situación
inicial. Esta mejor distribución de cationes asimilables en el complejo de cambio que
encontramos en los suelos en manejo ecológico romperá los bloqueos en la absorción de
ciertos nutrientes que ocasiona la excesiva presencia de calcio en el complejo y
favorecerá la nutrición equilibrada de los cultivos que se desarrollen sobre ellos.
En la Tabla 9 se presentan los resultados de los análisis biológicos y de humedad del
suelo realizados al final del período de rotación de cultivos, para cada situación
topográfica y para cada manejo. En esta ocasión se incluye una columna correspondiente
al suelo control usado como referencia, que fue el de una parcela contigua inalterada,
cubierta por vegetación natural. Este suelo inalterado mostró siempre los valores máximos
de actividad media (AWCD) y de diversidad fisiológica microbiana (S e índice de Shanon,
calculados a partir de las ecoplacas de Biolog®), así como de humedad gravimétrica, todo
ello en comparación con las parcelas cultivadas. La ausencia de laboreo contribuyó, sin
duda, a conservar la humedad y esto favoreció la actividad microbiana en el suelo control.
Asimismo, la presencia de una cobertura vegetal polifítica proporciona una diversidad de
exhudados y nichos ecológicos que puede dar lugar a una comunidad microbiana más
diversa. Por el contrario, la ausencia de abonado en el control hizo que no albergara una
biomasa microbiana significativamente superior a las parcelas cultivadas.
En cuanto a las parcelas cultivadas, dentro de cada situación topográfica, el manejo
ecológico mostró en los suelos valores de biomasa, actividad y diversidad superiores a los
suelos en manejo convencional, en términos generales, aunque la variabilidad entre
réplicas hizo que las diferencias únicamente fueran estadísticamente significativas para la
humedad. No obstante, los suelos en manejo convencional mostraron índices de
diversidad fisiológica (S e índice de Shanon) significativamente inferiores al control en las
tres situaciones topográficas (excepto el índice de Shanon en la situación P), lo cual no
ocurrió con las parcelas ecológicas (a excepción de S en la situación I). Todo ello parece
indicar que el estiércol es una fuente de nutrientes más variada que la fertilización mineral
y ello favorece la actividad biológica en los suelos que lo reciben. En cuanto a las
diferencias de humedad, el incremento del contenido en materia orgánica de los suelos en
manejo ecológico parece que contribuye a conservar más eficientemente la humedad del
suelo.
CONCLUSIONES
Las aportaciones copiosas y sistemáticas de estiércol sobre suelos calizos en ambientes
semiáridos mejoran el equilibrio entre los cationes presentes en el complejo de cambio.
Así mismo se incrementan los contenidos de los suelos en materia orgánica oxidable y en
fósforo y potasio asimilables. Todo ello conlleva una mejora en el nivel fertilizante de los
suelos y en sus características estructurales.
De igual forma estas aportaciones de estiércol mejoran la salud de los suelos mejorando
la cantidad, actividad y diversidad de la biomasa microbiana a la vez que contribuye a
conservar más eficientemente la humedad en los suelos.
BIBLIOGRAFÍA
Epelde, L., Becerril, J.M., Hernández-Allica, J., Barrutia, O., Garbisu, C., 2008. Functional
diversity as indicator of the recovery of soil health derived from Thlaspi caerulescens
growth and metal phytoextraction. Applied Soil Ecology 39, 299-310.
Labrador J., 1996. La materia orgánica en los agrosistemas. Ministerio de Agricultura,
Pesca y Alimentación. Ed Mundi-Prensa. 174 pp. Madrid.
Mangado J.M., Barbería A., Oiarbide J., 2008. Rotaciones forrajeras en pastoreo en
manejo convencional y ecológico en el secano semiárido del Valle del Ebro. I producción
vegetal y animal. Actas del VIII Congreso SEAE. Agricultura y alimentación ecológica.
www.agroecologia.net . Bullas (Murcia)
Saña J., Moré J.C., Cohí A., 1996. La gestión de la fertilidad de los suelos. Ministerio de
Agricultura, Pesca y Alimentación. 277 pp. Madrid
Vance, E.D., Brookes, P.C., Jenkinson, D.S., 1987. An extraction method for measuring
soil microbial biomass C. Soil Biology and Biochemistry 19, 703-707.
Tabla 1.- “El Serrón”. Aportaciones de estiércol en manejo ecológico (t/ha)
2006
2007
2008
2009
m. fresca
m. seca
m. fresca
m. seca
m. fresca
m. seca
m. fresca
m. seca
25,6
17,2
34,0
12,7
35,9
22,7
39,0
11,7
Tabla 2.- “El Serrón”. Características físicas iniciales de los suelos
situación densidad (t/m3) % arena
% limo
% arcilla
textura
1,07
42,0
38,4
19,6
franco arcillosa
S
1,05
46,0
33,5
20,5
franco arcillo arenosa
P
1,15
44,7
35,3
20,0
franco arcillosa
I
Tabla 3.- “El Serrón”. Características químicas iniciales de los suelos
parámetro
unidades
S
P
I
--8,1
8,1
8,0
pH agua
%
2,55
2,59
2,5
materia orgánica oxidable
ppm
48,0 a
55,2 b
58,6 b
P2O5 asimilable
ppm
157,2 b
126,2 a
179,7 b
K2O asimilable
--11,7
11,8
11,6
C/N
%
31,6 a
38,0 b
30,1 a
carbonatos totales
%
13,2 b
14,8 c
9,7 a
caliza activa
dS/m
0,45
0,66
0,51
conductividad eléctrica
cmol (+) /kg
10,8 b
9,3 a
9,3 a
capacidad intercambio catiónico
cmol (+) /kg
9,2 b
7,9 ab
7,6 a
Ca cambiable
cmol (+) /kg
0,80 ab
0,76 a
0,83 b
Mg cambiable
cmol (+) /kg
0,48
0,33
0,52
Na cambiable
cmol (+) /kg
0,33 b
0,27 a
0,38 b
K cambiable
En la misma fila valores seguidos por distinta letra difieren significativamente (p<0,05) Duncan
Tabla 4.- “El Serrón”. Características del estiércol utilizado
2006
2007
2008
2009
67.1
37.3
63.2
29.9
materia seca (%)
8.1
7.5
8.2
7.7
pH
10.8
11.0
11.5
11.0
cond. eléctrica (dS/m)
9
12
12
14
C/N
Tabla 5.- “El Serrón”. Analítica del estiércol utilizado (%)
2006
2007
2008
1
2
1
2
1
2
49.8
74.3 29.1 78.1 31.6 49.9
materia orgánica total
49.2
73.3 26.0 69.8 27.4 43.3
materia orgánica oxidable
2.8
4.2
1.2
3.2
1.4
2.2
nitrógeno total (N)
0.2
0.3
0.03 0.07 0.32 0.5
nitrógeno amoniacal (N-NH4+)
2.6
3.9
1.17 3.13 1.08 1.7
nitrógeno orgánico
1.7
2.6
1.0
2.8
1.7
2.7
fósforo (P2O5)
2.5
3.8
1.2
3.1
2.3
3.7
potasio (K2O)
2009
1
2
23.6 78.9
23.3 78.0
0.8
2.8
0.4
1.5
0.4
1.3
0.8
2.6
1.1
3.7
1 (fondo blanco).- sobre producto fresco // 2 (fondo sombreado).- sobre materia seca
Tabla 6.- “El Serrón”. Elementos totales aportados por el estiércol (g/m2)
2006
2007
2008
2009
1260
890
980
910
materia orgánica oxidable
72
41
50
33
nitrógeno total
44.7
35.6
61.3
30.4
fósforo (P2O5)
65.4
39.4
84.0
43.3
potasio (K2O)
Tabla 7.- “El Serrón”. Características químicas finales de los suelos (0 – 8 cm)
S
P
I
pH agua
m.o. oxidable
P2O5 asimilable
K2O asimilable
C/N
carbonatos tot.
caliza activa
cond. eléctrica
C.I.C
Ca cambiable
Mg cambiable
Na cambiable
K cambiable
ECO
CONV
sign
ECO
CONV
sign
ECO
CONV
sign
8.0
5.1
396
1636
8.6
28.7
11.9
1.84
11.1
4.19
2.49
0.9
3.5
8.0
2.8
35
236
8.6
29.4
12.6
0.69
8.9
7.03
0.88
0.5
0.5
NS
NS
NS
***
NS
NS
NS
**
NS
*
**
***
***
7.9
5.1
395
1274
7.9
35.8
14.3
1.75
11.8
5.9
2.4
0.77
2.7
7.9
2.9
46
212
9.1
36.3
14.1
0.65
9.3
7.5
0.9
0.49
0.5
NS
**
NS
***
NS
NS
NS
***
*
NS
*
**
***
7.9
3.6
250
1143
7.8
29.7
8.9
1.46
9.4
4.5
1.7
0.71
2.44
8.0
2.6
52
285
8.3
29.5
9.9
0.54
8.8
6.8
0.9
0.47
0.61
NS
NS
NS
**
**
NS
*
**
NS
*
**
NS
**
t - Student * p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001, NS no significativa
Tabla 8.- “El Serrón”. Características químicas finales de los suelos (8 – 20 cm)
S
P
I
pH agua
m.o. oxidable
P2O5 asimilable
K2O asimilable
C/N
carbonatos tot.
caliza activa
cond. eléctrica
C.I.C
Ca cambiable
Mg cambiable
Na cambiable
K cambiable
ECO
CONV
sign
ECO
CONV
sign
ECO
CONV
sign
8.1
3.5
178
1171
8.7
29.5
11.6
1.16
8.9
3.9
1.73
0.74
2.5
8.0
2.5
24
154
8.6
30.2
12.4
0.64
8.8
7.2
0.83
0.48
0.33
NS
*
*
**
NS
NS
NS
**
NS
**
***
***
**
8.0
3.2
116
1087
9.0
36.7
15.3
1.22
7.9
3.4
1.5
0.64
2.3
8.0
2.7
24
144
9.3
35.1
15.2
0.61
7.9
6.3
0.8
0.47
0.3
NS
*
*
***
NS
NS
NS
***
NS
*
*
***
***
8.1
2.6
100
864
7.9
30.0
8.8
0.94
7.6
3.7
1.4
0.62
1.84
8.0
2.4
34
201
8.1
31.8
9.8
0.59
9.0
7.1
0.9
0.47
0.43
NS
NS
**
***
NS
NS
NS
*
*
***
***
*
***
t - Student * p<0,05, ** p<0,01, *** p<0,001, NS no significativa
Tabla 9.- “El Serrón”. Características biológicas y de humedad finales (0 – 8 cm)
S
P
I
ECO
CONV
ECO
CONV
ECO
CONV
control
410 ab
524 a
453 a
402 ab
359 b
411 ab
306 b
CBM
0.44 a
0.34 ab
0.28 b
0.32 b
0.30 b
0.26 b
0.28 b
AWCD
18.0 a
14.3 ab
12.3 b
13.7 ab
12.7 b
12.3 b
12.7 b
S
4.0
a
3.7
ab
3.4
b
3.6
ab
3.5
ab
3.5
ab
3.4 b
Shanon
17.9 a
13.0 b
11.9 c
14.7 b
11.2 c
13.7 b
10.9 c
HG
En cada fila letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos (p<0,05 en ANOVA
seguida de test de Fisher).
CBM carbono de la biomasa microbiana (mg C Kg suelo-1 )
AWCD desarrollo medio de color en las ecoplacas de Biolog®;
S número de sustratos utilizados en las ecoplacas;
HG % de humedad gravimétrica.