Modelo de producción de biomasa en suelos ácidos de raña corregidos con productos calizos

 

E. Villa¹ & M. Vidal¹

¹ Escuela Superior y Técnica de Ingeniería Agraria, Universidad de León, 24071 León, España, e-mail: jevilb@unileon.es

 

RESUMEN

Se han realizado unos ensayos de campo de dos años de duración encaminados a la corrección de la acidez de un Typic Palexe­rult, de las formaciones de raña de la mese­ta norte de la provincia de León (España). El cultivo ensayado fue una variedad local de centeno, empleándose como materiales calizos en la enmienda del suelo el yeso, do­lomita, caliza y espumas de azucarería, con dosis de 6000 kg ha^-1 de CaCO3 equivalente. Además de la analítica general, se determi­naron las formas de Al solubles y fácilmente intercambiables (Al-CaCl2), además del Al extraído con KCl y con BaCl2. Los modelos de regresión lineal múltiple de la producción total de biomasa demuestran que durante el primer año son el Al-CaCl2, pH y CICE los parámetros más explicativos de la varianza (R² = 0,82). Por el contrario, durante el segundo año de cultivo son el Al-KCl y el porcentaje de saturación de bases las varia­bles más correlacionadas con la producción (R² = 0,80).

Palabras-clave: Al, biomasa, encalado, modelo, rañas.

 

Biomass production model for lime amended acid raña-soils

ABSTRACT

Field trials were carried out over a pe­riod of two years, aimed at correcting the acidity of a Typic Palexerult in raña for­mations in the northern mesa of León province (Spain). Gypsum, dolomite, limestone and sugar foam waste were em­ployed as liming materials to correct soil acidity, incorporating 6000 kg of CaCO3 equivalent per ha^-1, and crop trials were carried out using a local variety of rye. In addition to carrying out a general analy­sis, soluble and easily exchanged forms of A1 were identified (Al-CaCl2), as was A1 extracted using KC1 and BaCl2. Multiple linear regression models for total biomass production show that in the first year, variance (R² = 0.82) was largely ex­plained by the parameters Al-CaCl2, pH and CECE. However, in the second year of crop trials, production was most closely correlated with the variables Al-KCl and base saturation percentage (R² = 0.80).

Key-words: Al, biomass, liming, model, rañas.

 

INTRODUCCIÓN

Los Xerults son los Ultisols de la Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999) que presentan un régimen de humedad xérico y se corresponden, entre otros, con los alúmi­co Acrisols de la WRB (FAO, 1998). La experiencia con relación al uso y al manejo agrícola de los Ultisols bajo clima mediter­ráneo resulta más restringido que el que se tiene de los subórdenes Udults y Ustults, asociados a regiones con clima subtropical­más cálido y húmedo-y con una mayor dis­tribución geográfica a nivel mundial (Soil Survey Staff, 1999). El grupo de los Palexe­rults se encuentran bien representados en el centro, oeste y norte de la península Ibérica (España y Portugal). Normalmente, se ubi­can sobre las antiguas superficies de raña. Este último término se aplica a las formas de relieve caracterizadas por una pendiente ligera y presentar una cobertura detrítica continental, así como por estar asociadas a las alineaciones cuarcíticas de las sierras próximas, datando su formación durante el Plioceno medio superior (Espejo, 1987).

Las desventajas agronómicas de este tipo de suelos se centran, fundamentalmente, en dos aspectos. Por una parte, la presencia de horizontes argílicos caracterizados por una intensa alteración mineral, alto contenido de Al de cambio y, como consecuencia de lo anterior, con un escaso contenido de ele­mentos esenciales tales como el Ca, Mg, Cu, Zn y P. A medida que aumenta la pro­fundidad del horizonte en el perfil del suelo el pH decrece y se incrementa, simultánea­mente, el contenido de Al⁺³ fitotóxico, muy especialmente en los horizontes Bt subya­centes (Boul et al., 1994). El segundo factor limitante que presenta el suborden de los Xerults en relación con el de los Udults se deriva de su régimen de humedad xérico, tan propio del área mediterránea. Este aspecto condiciona la disponibilidad de agua durante la fase de crecimiento y desar­rollo de la vegetación, sometida durante el periodo estival a un intenso estrés hídrico.

Ambos factores condicionantes, la acidez extrema y las prolongadas condiciones de sequedad que padece la sección de control del suelo, sugieren que el buen manejo de los Palexerults vaya dirigido en un doble aspecto: por una parte, la disminución del Al⁺³ fitotóxico y, por otra, el crecimiento y la expansión del volumen de rizosfera, par­ticularmente la que se encuentra asociada a los horizontes AB y Bt. La naturaleza emi­nentemente arcillosa del horizonte argílico es un factor positivo en orden a incrementar potencialmente la reserva de agua del suelo asociada con la zona radicular (Ritchey et al., 1995).

En general, la escasa solubilidad de los ma­teriales calizos utilizados en la práctica agro­nómica del encalado (caliza y dolomita) difi­culta la reducción eficaz de la toxicidad gene­rada por el Al⁺³ en los horizontes subsuperfi­ciales del suelo (Reeve & Summer, 1970; 1972). Como alternativa a la falta de movili­dad de aquellos materiales, se utiliza también el yeso o los residuos de azucarería (espu­mas) que resultan más solubles y, por tanto, más eficientes en la disminución del porcen­taje de saturación de Al del horizonte Bt (Shaimberg et al., 1989). En concreto, los efectos positivos que se atribuyen a la aplica­ción de yeso se relacionan con el aumento que experimenta la relación Ca/Al del suelo (Lund, 1970; Noble et al., 1988; Kinraide et al., 1992), así como por inducir la formación de pares iónicos del tipo AlSO4⁺ (Pavan et al., 1982; Kinraide & Parker, 1987) y al pro­pio efecto autoencalante descrito por Reeve and Summer (1970, 1972).

 

MATERIAL Y MÉTODOS

Los ensayos se realizaron en un Typic Pa­lexerul de la raña de Camposagrado (N de León, España) y tuvieron una duración de dos años. El cultivo ensayado fue una varie­dad local de centeno. Los materiales calizos empleados en la corrección fueron caliza, yeso, dolomita y espumas de azucarería, apli­cándose una dosis de cada uno de los produc­tos que fuera equivalente a 6000 kg ha^-1 de CaCO3 y la incorporación al suelo se realizó mediante pase de rotavator El análisis de la composición química de los cuatro productos correctores se llevó a cabo mediante espec­trometría de absorción atómica, previa fusión alcalina y digestión con HF y HClO4 (Jack­son, 1976).

El diseño experimental consistió en el establecimiento de unos bloques al azar, con cuatro repeticiones por tratamiento además de las parcelas control.

Cada parcela tenía un tamaño de 3x5 m², separadas por calles de 2 m.

En el abonado de fondo se aplicaron 12 kg N ha^-1, 22,5 kg P2O5 ha^-1 y 22,5 kg K2O ha^-1, procedentes de un abono complejo 8-15-15. En cobertera se aplicaron 38 kg N ha^-1 en for­ma de NAC del 33%. Este abonado se corres­ponde con el que de forma tradicional hacen los agricultores de la zona.

Durante la primavera se realizó un control de la flora adventicia de hoja ancha con un tra­tamiento con MCPA al 40% y a una dosis de 1 l ha^-1 .

La recolección se efectuó con una motose­gadora, dejando en el terreno un rastrojo de 16 cm aproximadamente, recogiendo el resto de la parte aérea para ser pesada posteriormente en el laboratorio. Esta parte recogida y pesada, es la evaluada como producción total de bio­masa de cada una de las parcelas.

El seguimiento de las experiencias se realizó mediante muestreos de los horizontes A y AB, subdividiendo a estos efectos el primero de ellos en dos profundidades: A1 (0-12 cm) y A2 (12-25 cm). Durante los dos años agrícolas se realizaron un total de cuatro muestreos: 2 en el mes de marzo y con el cultivo de centeno implantado, y 2 durante la postcosecha (mes de octubre). El análisis de las muestras de sue-lo consistió en la determinación del pH en agua y en KCl 1M (1:2.5), conductividad eléc­trica (CE) y materia orgánica (MO) (Walkley & Black, 1934). El análisis textural del suelo de las parcelas se realizó mediante la técnica propuesta por Kilmer & Alexander (1949). Las bases de cambio se extrajeron con NH4OAc 1M a pH 7 y cuantificadas por absorción atómica (Ca y Mg) y emisión de llama (Na y K); la CIC se determinó valoran­do el NH4⁺ en un destilador automático Kjel­dahl. El Al fue extraído con KCl 1M (Lin & Coleman, 1960) y determinado por ICP. Finalmente, se analizaron las formas de Al solubles y fácilmente intercambiables y extraí­das mediante CaCl2 0,01M (Al-CaCl2) pro­puesto por Hoyt and Nyborg (1972), así como el Al (Al-BaCl2) extraído con la solución de BaCl2 0,1M (Peech, 1947). A partir de los resultados anteriores se obtuvieron los paráme­tros de la CICE, porcentaje de saturación de bases y de Al (V-b% y V-Al%, respectiva­mente), así como la relación Ca/Al.

El análisis de los resultados permitió esta­blecer los modelos empíricos de la produc­ción de biomasa de centeno, aplicando los modelos estadísticos de regresión lineal múl­tiple por mínimos cuadrados (OLS) y siguiendo el método de stepwise. El paquete estadístico utilizado fue el SPSS v.15.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 En la Tabla 1 se presenta los resultados correspondientes al análisis químico de los materiales calizos utilizados en la en­mienda del suelo. Cabe destacar cómo la dolomita es el producto de mayor contenido de Mg, mientras que la caliza y las espumas se muestran más enriquecidas en Ca. Tam­bién resulta normal que la presencia de Al, derivada de los silicatos existentes en algu­nos de estos materiales, sea mayor en la ca­liza y en la dolomita. A diferencia de los otros productos, las espumas de azucarería tienen 79 g kg^-1 de materia orgánica, con una relación C/N=11,0.

 

Tabla 1-Composición química de los materiales calizos. Los valores CaO, MgO, Na2O, K2O y MO están expresados en (g kg^-1); Al, Fe, Mn, Zn y Cu en (mg kg^-1)

 

De igual modo, la caracterización física y química de los tres primeros horizontes del suelo se exponen en las Tablas 2 y 3.

 

Tabla 2-Caracterización general del suelo

 

Tabla 3 -Composición del complejo de cambio. Valores en cmol(+) kg^-1

 

La diferencia entre el pH-KCl y el pH­H2O supera ligeramente la unidad, lo que es indicador de la importante carga neta que presenta este suelo. Por otra parte, la rela­ción entre los pH y los porcentajes de satu­ración de bases (V-b%) se corresponde estrechamente con los que exhibe la caolo­nita, que es la especie mineralógica domi­nante. Los contenidos de P asimilable ponen de manifiesto la pobreza natural que presen­ta el suelo y la necesidad de una corrección P-K. El Al resulta ser el catión dominante en el complejo de cambio, como lo reflejan los valores de V-Al correspondientes a los horizontes AB y Bt1. En las tres profundi­dades se superan ampliamente el 20% que es el nivel que se considera como umbral de fitotoxicidad.

En la Figura 1 se representan los valores medios de la producción de centeno obteni­da durante los dos años de cultivo y para cada una de las enmiendas calizas emplea­das. El efecto corrector se manifiesta más claramente durante el segundo año, resul­tando el tratamiento con espuma de azucare­ría el más efectivo de los cuatro productos, seguido por la dolomita y caliza.

 

Figura 1-Valores medios de la producción de centeno por tratamiento y año de cultivo

 

En base a la totalidad de los parámetros analíticos obtenidos durante los dos años y los cuatro muestreos realizados, así como los cuatro materiales calizos, se han estable­cido los modelos de regresión lineal múlti­ple por mínimos cuadrados predictivos de la producción total de biomasa de centeno. El método aplicado fue el de stepwise en el que cada una de las variables se examina en cada paso para entrar o salir del modelo de acuerdo con los criterios especificados.

Junto a las ecuaciones deducidas para cada modelo, se presentan los estadísticos que evalúan el ajuste del modelo de regre­sión. Se trata del coeficiente de determina­ción R² y la prueba F de la ANOVA que nos permite contrastar globalmente si existe una relación significativa entre los pará­metros medidos y la producción obtenida. Además, a efectos de evaluar la estabili­dad y la verosimilitud de los coeficientes de regresión estandarizados e individuales se tuvieron en cuenta las significaciones correspondientes tanto a la constante como al resto de los coeficientes de regre­sión. Finalmente, para cada uno de los modelos predictivos se presenta el esta­dístico de Darwin-Watson como un esti­mador de la posible autocorrelación entre los errores; cuando estos son aleatorios e independientes el estadístico Dw presen­tará un valor próximo a 2.

Modelos de producción correspondien­te al primer año de cultivo

Se han desarrollado tres modelos. En el primero se consideran los parámetros cor­respondientes a las tres profundidades muestreadas: A1-A2-AB; en el segundo únicamente los dos subhorizontes del A (A1-A2), y en el tercer modelo sólo se considera el subhorizonte más superficial, es decir el A1.

Modelo con horizontes A1-A2-AB

Producción=4453,9-0,850*V-Al­0,594*MO-0,332*CE+0,398*Al-BaCl2­0,214 Na

R² = 0,412; F = 0,000; Dw = 0,848

Modelo con horizontes A1-A2

Producción=4261,1-0,903*V-Al­-0,432*CE-0,333*Ca/Al-0,228*Na R² = 0,591; F = 0,000; Dw = 1,038

Modelo con el horizonte A1

Producción=3468,5-0,779*Al-KCl R² = 0,606; F = 0,000; Dw = 1,423

Modelos de producción correspondien­te al segundo año de cultivo

Modelo con horizontes A1-A2-AB

Producción=7031,6-0,785*V-Al-0,407*MO R² = 0,519; F = 0,000; Dw = 0,984

Modelo con horizontes A1-A2 Producción=2837,9-0,494*V-Al­-0,279*Na+0,398* pH-H2O

R² = 0,705; F = 0,000; Dw = 1,796

Modelo con el horizonte A1

Producción=2391,0+1,500*V-b­-0,678*Ca

R² = 0,865; F = 0,000; Dw = 1,792

A la vista de los modelos obtenidos ca­be destacar, en primer lugar, cómo los va­lores de R² (explicación de la varianza) aumentan conforme disminuye, a su vez, el número de horizontes considerados en el modelo predictivo. Este aspecto se pone de manifiesto tanto en el primero como en el segundo año de ensayo. Por otra parte, se comprueba que la máxima explicación de la varianza de la produc­ción (R²=0,865) se obtiene durante el segundo año de cultivo y para el caso concreto de considerar únicamente el subhorizonte A1 (R²=0,865). De igual modo, se observa que la complejidad del modelo crece, aumentando así el número de variables explicativas que entran en la ecuación, cuando se tienen en cuenta los tres horizontes de muestreo.

En todos los casos las F resultan signi­ficativas al nivel de p=0,05, lo que prueba la existencia de relación lineal entre la producción y los parámetros que entran en cada modelo. La independencia de resi­duos queda garantizada particularmente en el caso de considerar sólo el subhori­zonte A1, donde el estadístico de Durwin-Watson oscila en el intervalo de 1,5-1,8.

Como resulta lógico, los parámetros de V-Al, contenido de MO y el Al-KCl in­fluyen negativamente sobre el pronóstico de la producción. Por el contrario, los incrementos que experimentaron tanto el porcentaje de saturación de bases (V-b) como el pH-H2O, entre el primero y el segundo año de cultivo, se tradujo en un efecto positivo sobre la producción. Finalmente, la posible explicación que justifica el carácter negativo que presenta el coeficiente de regresión correspondien­te al Ca de cambio durante el segundo año hay que atribuirla a la reducida incorpora­ción y solubilización que experimentaron, a lo largo de los dos años, los productos calizos aplicados al suelo.

Finalmente, se exponen los modelos de regresión obtenidos a partir únicamente de las tres formas de Al analizadas, es de­cir el Al-CaCl2, Al-KCl y el Al-BaCl2, y considerando únicamente el subhorizonte más superficial (A1)

Modelo con el horizonte A1 y para el primer año de cultivo

Producción = 3362,0-0,810*Al-CaCl2

R² = 0,656; F = 0,000; Dw = 2,218

Modelo con el horizonte A1 y para el segundo año de cultivo

P= 5374,5-0,858Al-KCl

R² = 0,737; F = 0,000; Dw = 1,881

De estos últimos resultados cabe desta­car que el mejor ajuste logrado en este ti­po de modelo (R²) se alcanza también du­rante el segundo año de cultivo (R²=73,3%). Las F resultan igualmente significativas al nivel de p=0,05. Estos nuevos resultados parecen confirmar tam­bién que la forma de Al más tóxica duran­te el primer año hay que asociarla al Al­CaCl2, es decir el considerado como solu­ble y fácilmente intercambiable, mientras que durante el segundo año la fitotoxici­dad se atribuye más bien al contenido remanente de Al-KCl.

 

CONCLUSIONES

Se han establecido unos modelos de regresión lineal múltiple para explicar la producción total de biomasa de centeno obtenida sobre un suelo extraácido de raña (León, España) que previamente fue corregido con cuatro productos calizos: caliza, dolomita, espumas de azucarería y yeso. Los ensayos duraron dos años. Los resultados demuestran, por una parte, que la bondad del modelo explicativo y, por tanto la varianza explicada aumenta con- forme  disminuye  el  número  de  hori-modelo. Los máximos valores de R² se zontes de suelo  considerados en el obtuvieron considerando únicamente el subhorizonte A1 (0-12 cm), alcanzándose una R²=0,865. Los parámetros de suelo más correlacionados con la producción fueron el V-Al, V-b y el Al-KCl. Finalmente, se obtuvieron los modelos de regresión lineal múltiple en el intervinie-ron solamente las tres formas de Al anali-zados durante los ensayos: el Al-CaCl₂, Al-KCl y el Al-BaCl₂. También, para el caso de considerar el subhorizonte más superficial A1, los valores explicativos resultaron altos: R²=0,656 para el primer año y en función únicamente del Al-CaCl₂, y de R²=0,737 para el segundo año, siendo el KCl el parámetro mejor correlacionado con la producción.

 

AGRADECIMIENTOS

A la Consejería de Educación y Univer­sidades de la Junta de Castilla y León por la concesión del proyecto de investigación LE-04/01, gracias al cual hemos podido realizar este trabajo. A la Junta Vecinal de Rioseco de Tapia (León) por la cesión del terreno donde se ubicaron las parcelas de ensayo.

 

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