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: Plano superior (S). Superficie prácticamente llana situada en un plano superior al resto de la finca. Plano inferior (I). Superficie prácticamente llana situada en la parte baja de la finca. 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.