La demanda, cada vez mayor, de alimentos para la población ha conducido a la explotación intensiva de los suelos agrícolas; generalmente basada en la mecanización intensiva basada en el uso dela maquinaria agrícolabajo disimiles condiciones de suelo. Tal sobreexplotación genera prácticas inadecuadas que ocasiona condiciones adversas observables como la desagregación de la estructura superficial, inestabilidad y formación de sellos, así como en cambios estructurales en la capa arable, indicados por estados masivos resultantes del proceso de compactación sub-superficial (Bronick y Lal, 2005).El deterioro de los suelos se considera entre los problemas más apremiantes de la crisis alimentaria mundial, éste es mucho más acentuado y acelerado en regiones tropicales y subtropicales debido a las interacciones de las características de los mismos, el clima y las prácticas inadecuadas de manejo agrícola. (Reinert et al., 2001) señala que una de las causas principales de la degradación de los suelos en América Latina es, sin dudas, la aplicación de técnicas de labranzas inadecuadas, con el consiguiente deterioro de las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos, la disminución de los rendimientos agrícolas y más importante aún, el deterioro del medio ambiente.
Consecuentemente, los suelos para su uso sustentable, manejo y conservación requieren necesariamente del entendimiento de procesos y propiedades que gobiernan su funcionalidad y del conocimiento del impacto de perturbaciones debida a causas naturales y antropogénicas.
En Venezuela se están desarrollando proyectos de gran envergadura tendientes a garantizar la alimentación del pueblo y por ende la soberanía alimentaria. Igualmente se da la tendencia de la degradación de los suelos agrícolas, cuya severidad es debido a un uso excesivo de maquinarias e insumos (fertilizantes y pesticidas), entre otros (Pla, 1993; Mogollón y Comerma, 1994; Rodríguez et al., 1996; Mazzani, 1999; Lozano, 2011).La labranza convencional que se realiza en Venezuela es muy compleja debido a la inexistencia de las condiciones de humedad óptima para realizar la labranza primaria y secundaria, además los tiempos oportunos operacionales son muy cortos, creando cuellos de botellas en el proceso productivo debido al factor lluvia; además, involucra altos costos. La rastra de disco es el apero más común en los campos agrícolas de todo el país, empleada generalmente para la labranza secundaria, debido a las condiciones inadecuadas de friabilidad, el tiempo oportuno de la operación, precio de adquisición, fácil uso y mantenimiento, el fácil y más rápido control de malezas, así como la aplicación de cal (Hossne et al., 2009).
En su porción oriental se distinguen las áreas de la Mesa de Guanipa, estado Anzoátegui, la cual cuenta un marcado patrón de variabilidad en cuanto a frecuencia y variabilidad de las precipitaciones, un gran acuífero subterráneo y alrededor de 300 mil hectáreas destinadas a labores agropecuarias por Empresas Integrales de Producción Agraria con alto grado de mecanización y en menor medida por productores privados. Dicha mesa presenta suelos de textura muy gruesa con baja capacidad de retención de humedad, susceptibilidad a la compactación, riesgos de erosión por impacto de las gotas de lluvia y escorrentía, que demuestra la gran fragilidad y vulnerabilidad de sus suelos.
El estudio tiene como objetivo evaluar las propiedades físico, químicas y mecánicas de un Entisol de la Mesa de Guanipa sometidosa práctica de manejos convencionales por más de 30 años.
El área pertenece a la Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui” (UPTJAA) ubicado en las coordenadas 8°51’33” LN y 64°12’58” LO. La misma está enmarcada en la zona de influencia de la cuenca del Orinoco, al sur del Estado Anzoátegui, Municipio Simón Rodríguez, en la denominada Mesa de Guanipa (Figura 3).La Mesa se corresponde a la zona de vida Bosque Seco Tropical según el Sistema de Clasificación de Holdridge(Comerma y Chirinos, 1977).
El suelo del área bajo estudio clasifica en orden Entisol, subgrupo Quarzipsamments (USDA SoilTaxonomy) y Arenosols (World Reference Base), el cual se correlaciona con los Suelos Poco Evolucionados de la Nueva Versión de Clasificación Genética de los suelos de Cuba (Hernández et al., 1999).
La Figura 2 representa la componente real y potencial de la evapotranspiración (Eto y Etr) y la precipitación efectiva o útil a partir del balance hídrico en la zona de la Mesa de Guanipa, el cual tiene en cuenta los registros de la Estación climatológica del Servicio de Agrometeorología - INIA, El Tigre, comprendidos entre 1998 y 2014. La precipitación efectiva se corresponde con la que se infiltra en el suelo, sin llegar a perderse por escorrentía o por filtración profunda y permanece a disposición de las raíces de las plantas.
La figura permite sintetizar el período histórico de déficit y excesos hídrico manifiestos desde noviembre hasta marzo y de abril a octubre, respectivamente. Ello arroja claridad en relación a los escenarios y las complejidades del uso de la maquinaria agrícola y sus consecuencias para los suelos de la región de la Mesa de Guanipa.
Los métodos de labranzas por excelencia utilizados son los establecidos convencionalmente, apoyado en el uso continuado de la maquinaria agrícola, sobretodo la rastra de disco. El laboreo se realiza en cualquier época del año, sequía y lluvia, sin un análisis consensuado que tuviese en cuenta las particularidades del clima y del suelo en cuestión, como por ejemplo la humedad óptima de labranza. Ello es particularmente conducente a procesos erosivos y de degradación de la estructura, tales como compactación del suelo por rodadura y/o formación del piso de arado.
Se utilizó un muestreo aleatorio sistemático que combina las ventajas de una rejilla regular y la aleatorización. Con este fin se superpuso una rejilla regular principal con 36 nodos (Figura 2), conformada por celdas de 17m de ancho por 18 m de largo. El largo y alto de las celdas satisfacen el propósito de conservar las mismas proporciones relativas a las dimensiones de la parcela (≈0,8 ha). La localización de los puntos de muestreo es el resultado de seleccionar para cada subconjunto de celdas que conforma una columna, un valor de la coordenada X fijo para toda esa columna y un valor de Y variable para cada celda de la misma. Tanto el valor de X como los de Y se obtuvieron mediante generación aleatoria de números entre 1 y 50, a partir del esquema de subdivisión secundario.
La resistencia a la penetración fue medida con el auxilio de un penetrómetro dinámico de cono de punta cónica con área de la base 5,06 x10-04m2, ángulo del cono de 60°, distancia de caída libre de 0,6 m y masa total y de impacto de 7 y 2,3 kg, respectivamente. Se registraron lecturas del número de golpes a intervalos de 5cm hasta los 30 cm de profundidad, donde las condiciones del suelo así lo permitían. Las lecturas obtenidas fueron traducidas a valores de RP mediante la formulación 1 citada por (Stolf et al., 2005), conforme a (García et al., 2016).
A
- área de la base del cono
g
- aceleración de la gravedad
h
- altura de caída
M
- masa de impacto
m
- masa del penetrómetro sin considerar M
x
- distancia de penetración por golpes o efectiva
Las determinaciones de la Da y de la RP son acompañadas por las determinaciones de la humedad en el momento del muestreo. A partir de los parámetros del semivariograma se implementa la técnica de interpolación KrigingWarricket al.(1986), que constituye la base delosanálisis espaciales llevado a cabo en el trabajo.
El comportamiento de la composición del tamaño de partículas (Tabla 2) denota un marcado predominio de la fracción arena y muy bajos contenidos de limo y arcilla, lo cual se ajusta a lo reportado para los suelos de la región, caracterizados por poseer en común capas superficiales muy arenosas (Comerma y Chirinos, 1977).
La variabilidad espacial del contenido de arcilla a la profundidad de estudio(20 cm)es relativamente baja debido a que los tipos de suelos presentes en la región no se caracterizan por diferencias apreciables en los valores de esta fracción. Nótese que el coeficiente de variación de la arcilla (no incluido para ganar en brevedad) es inferior al de las otras dos fracciones texturales.
En determinados sitios del área se advierte la existencia de hoyos realizados por la acción biológica, circundados de una deposición de suelos de coloración visiblemente más rojiza que denotan que existen capas de mayores contenidos de arcilla en profundidad (del grupo de la caolinita). Ello coincide con la descripción de horizontes argílicos, con acumulación de arcilla, de la serie de suelos de pertenencia del área experimental y de la región de la Mesa de Guanipa.
La textura o distribución del tamaño de partículas es una de las propiedades más estable del suelo, por tanto, su comportamiento y variabilidad espacial no pueden ser explicados directamente asociada a las prácticas mecanizadas en la parcela de estudio.
Atendiendo a su valor medio y desviación, los valores de la densidad aparente medidos resultan elevados. Esta tendencia esperada de incremento de los valores de densidad aparente es un rasgo común de los suelos agrícolas por el efecto directo del empleo de la maquinaria. Ello también está estrechamente ligado a los bajos contenidos de materia orgánica, lo cual será discutido más adelante en términos de la correlación entre estas dos variables.
Asimismo, otros estudios en suelos agrícolas de textura arenosa de Venezuela reportan variaciones de la densidad aparente entre los 1,5 y 1,7 g.cm-3(Hossne, 2006 ), con un valor promedio de 1,66 g/cm3 y un máximo de 1,84 g/cm3 para humedades gravimétricas entre el 7 y 9%, con un mínimo de 1,39 g/cm3 para un 3 % de humedad (Hossne et al., 2009).
(Eliasson, 2005), reporta entre los 10 y 20 cm de un suelo de textura areno-limoso un aumento vertiginoso de la Da, tanto con el número de pases de la maquinaria como con el aumento de la presión de inflado de los neumáticos. Con posterioridad a los 20 cm la Da se mantiene relativamente constante o crece de manera discreta.
En el presente estudio, a los 20 cm de profundidad el 60 % de los sitios muestreados sobrepasan los 1,6 g.cm-3 y el 28% los 1,7 g.cm-3. Coincidentemente, estos valores se manejan en la literatura para fijar el valor de densidad crítico de suelos de textura arenosa, el cual condiciona el comportamiento de esta propiedad como un factor limitante para el crecimiento radicular de los cultivos. Este valor crítico está estrechamente relacionado con el contenido de arcilla(Jones, 1983).
(Reinert et al., 2001), refieren para suelos de textura arenosa un valor crítico de densidad de 1,65 mg.m-3 y Pla (1995) niveles > 1,6 g.cm-3, los cuales satisfacen la condición física de la mayoría de los sitios muestreados. Por su parte, (Griffith, 1977) y (Jones, 1983)fijan el valor umbral de densidad aparente de suelos arenosos en 1,7 g.cm-3, que también se satisface en varios puntos muestreados, aunque en menor cuantía que los que se manifiesta siguiendo los límites anteriores. Durante el experimento, fue un hecho corroborado durante la fase de muestreo de este estudio el confinamiento de la densidad de raíces de las especies de plantas del área experimental en barbecho, a profundidades alrededor de los 15 cm.
De las propiedades medidas que usualmente evalúan la fertilidad del suelo se advierte baja disponibilidad de calcio (Ca < 50 mg.kg-1) en un porcentaje elevado de los puntos medidos, no así en el caso del fósforo (P > 10 mg.kg-1) y magnesio (Mg > 40 mg.kg-1) para casi la totalidad de los puntos analizados. Al igual que en el caso de la textura, este comportamiento clasifica dentro del rango de valores estipulado para la región (INDER/INIA, 2012).
El bajo valor promedio de la MO (0,91 %) con un máximo de 1,15 % satisface rango de variación típico (0,1 - 1,3 %) reportado para estos suelos (INDER/INIA, 2012)y se asocia con las prácticas de manejos y su influencia en la degradación de sus contenidos en los suelos de Venezuela (Mogollón y Comerma, 1994; Rodríguez et al., 1996; Mazzani, 1999; Lozano et al., 2002; Lozano, 2011). También del comportamiento del pH se advierten suelos ligeramente menos ácidos con respecto a los valores promedio de pH esperados (4,5 - 5,1), según el informe de (INDER/INIA, 2012).
El análisis geoestadísticoreveló dependencia espacial para la Da, el Ca, MO y la arena ysemivariogramas ajustados a modelos de tipo gaussiano y exponenciales con alcances que varían entre los 10 y 20 m.
De la RP promedio se denotan que el suelo ofrece una elevada resistencia mecánica para los bajos niveles de humedad de muestreo (Tabla 2). La Figura 2 ilustra las distribuciones en profundidad de los valores promedios de la RP medidos. Los mayores valores de resistencia a la penetración tienen lugar entre los 15 y 25 cm de profundidad, lo cual reafirma las restricciones físicas del suelo para el crecimiento y desarrollo de las raíces en toda el área experimental. En el caso de la penetración por golpes, o sea la distancia efectiva de avance de la punta cónica por golpes, disminuye apreciablemente por debajo de los 10 cm de profundidad a valores promedios del orden o inferiores 0.002 cm en cada golpe de la masa de impacto.
La misma tendencia se refleja en el comportamiento en profundidad de número de golpes (Tabla 3). En no pocos casos, entre 0 y 3cm, el valor del número de golpes es cero. En estos los primeros centímetros del suelo apenas poseen estructura, propiciándose que la puna cónica se hinque varios centímetros de profundidad debido solo al peso del penetrómetro en posición vertical, es decir sin golpe alguno o aporte de energía por caída libre de la masa de impacto.
(Nacci y Pla, 1992), igualmente reportan como tendencia que los mayores valores de la RP se localizan entre los 10 y 20 cm de los suelos de Venezuela estudiados, empleando distintos tipos de penetrómetro y variantes de puntas cónicas. Estos autores hallan igual tendencia para la Da y atribuyen el resultado a la presencia de una capa compacta.
Se genera a partir del semivariograma de la RP ajustado a un modelo de tipo gaussiano se obtuvo por kriging el mapa de la Figura 3. En este sentido, igualmente (Mogollón y Comerma, 1994) ajustaroneste tipo de modelo a los valores de RP hasta 30 cm de profundidad. También este autor empleo los de tipo de exponencial y gaussiano para las fracciones texturales del suelo en estudio.
Desde el punto de vista de su comportamiento espacial las mayores RP se localizan en la dirección este-oeste del límite norte de área (Figura 3) a profundidades entre los 20 y 30 cm, lo cual está inexorablemente asociado a la maquinaria como tal y a la correspondencia de esta zona con la de viraje en esta cabecera de la parcela, recayendo el peso del apero sobre el eje del tractor generando en este caso compactación del suelo por rodadura. En el resto de los puntos y a profundidades menores es más difícil de discernir y no se puede ser tan categórico a causa del carácter arenoso, poco estructurado y bien drenado de estos suelos. Aunque desde el punto de vista estadístico existe asociciación lineal entre RP y la densidad, la distribución espacial de la RP no está estrechamente asociada a los patrones de altos valores de Da del área de estudio.
Se debe apuntar que mediante el mapa de la Figura 3 se persigue el propósito de mostrar las principales tendencias de esta propiedad en el área experimental con vista a la toma de decisiones en ulteriores manejos y medidas de recuperación del suelo.
Al igual que para la Da, se maneja un valor de resistencia crítico en función en este caso de la relación entre la presión efectuada por las raíces y lo medido con el penetrómetro, la cual es dependiente del contenido de arcilla inherente al suelo en cuestión. Para un suelo arenoso con porcentajes de la fracción arcilla entre el 5 y el 10 %, como el de estudio, se le atribuye un valor de RP critico de 7,2 MPa, el cual se satisface en varios de los sitios muestreados entre los que clasifican los anteriormente destacados en el análisis de variabilidad espacial. Los límites críticos de trabajos en la literatura para la RP generalmente fluctúan desde 2 hasta 6 MPa, lo cual reafirma y tipifica aún más el resultado obtenido. En cualquiera de los casos, se evidencia que impera en el suelo del área una resistencia mecánica que potencialmente es causa limitante para el desarrollo de las raíces, lo cual es también relativo al tipo de cultivo como tal.
Todo ello sin obviar que es consabido que lo registrado por el PDC u otro similares suele ser mayor a los valores de RP que experimenta una raíz creciendo en el mismo suelo, por su capacidad de adaptabilidad. En ello pesa que los registros del penetrómetro llevan implícito una sobreestimación de la impedancia del suelo, una vez que no discriminan del valor que registra la sonda cónica el correspondiente a la fuerza de fricción entre el vástago del equipo y el suelo. La magnitud de esta fuerza adicional registrada es dependiente de la relación entre la longitud y el diámetro del vástago en contacto con el suelo y el área de la base del cono (Ramos et al., 2014).
Resulta de interés evaluar el valor de la correlación de Pearson entre estas propiedades físicas, químicas y mecánicas, pues constituye un primer acercamiento cuantitativo al vínculo que en la práctica existe entre ellas y que puede arrojar luz en relación a los manejos de suelo. La Tabla 4 muestra la matriz de correlación entre un grupo de variables en las cuales se sintetizan los aspectos más relevantes de ese vínculo.
Se llama la atención acerca del alto grado de correlación entre sí de las fracciones de las partículas primarias del suelo calculadas, lo que responde al procedimiento usualmente empleado donde la suma de sus porcentajes debe ser igual al 100%. Debido a que estas magnitudes son linealmente dependientes es incorrecto desde el punto de vista estadístico el uso, al mismo tiempo, de los porcentajes de arena, limo y arcilla, por ejemplo, en ecuaciones de regresión.
En el caso de la fracción arcilla se destaca su correlación con el contenido de calcio, siendo la tendencia adecuada, aunque el nexo es débil. En este caso, las partículas arcillosas ya sea de forma directa (atracción electrostática) como indirecta (mediante elementos unificadores como el calcio), forman los complejos órgano minerales que contribuyen a estabilizar la materia orgánica del suelo.
En sentido general, el patrón de correlación de la arcilla puede estar asociado a la poca variación de la composición textural de los suelos analizados. De manera que, su protagonismo puede manifestarse a través de otras propiedades y procesos relacionados. Tal es el caso de su correlación con el pH (-0,31), significando que con el aumento de este se incrementan las cargas negativas de la superficie de la arcilla (Bronick y Lal, 2005), dando lugar a un dominio de las fuerzas repulsivas, las cuales causan dispersión si esas cargas no son compensadas por las bases intercambiables.
La Da figura entre las propiedades del suelo que más afectan las propiedades hidráulicas y los procesos relacionados (Strudley et al., 2008).Aunque no reportados en la tabla se constata una correlación inversa entre la Da y la humedad (- 0,54). Los suelos bajo manejos convencionales y cultivación continua se afecta la característica de transmisión de agua, debido a que experimentan una tendencia a la disminución del número poros con el transcurso del tiempo en la capa arable (Abid y Lal, 2009).
Para (Assouline, 2006), el rápido incremento de la densidad aparente debido al movimiento relativo de los agregados del suelo, reforma la distribución del tamaño de poros y, consecuente, la CRHS. En este sentido, (García y Campos, 2012),demostraron que existe una fuerte dependencia inversa entre la densidad aparente y los contenidos de humedad en todo el rango de la curva característica de retención de humedad.
También se destaca el valor de correlación de la Da con la MO del suelo (-0,38), que desde el punto de vista físico como el peso específico de la MO es más bajo que el de los componentes minerales de los suelos, se comprende que exista una relación entre el contenido de materia orgánica y la densidad volumétrica de los horizontes superiores del suelo. Ello justifica lo apuntado, en la descripción de las propiedades, en relación a los valores de la Da y acerca de la tendencia al aumento en los suelos agrícolas que por lo general acusan pérdida de fertilidad.Esta tendencia es también coherente con la observada en numerosos estudios a nivel mundial(Zacharias y Wessolek, 2007; Stavi et al., 2008) y se manifiesta en una tendencia de desarrollar funciones de pedotransferenciapara estimar la densidad donde la MO es un predictor esencial de estas funciones(Benites et al., 2007).
En este sentido, la tendencia manifiesta entre la Da y la arena refleja el hecho que los suelos de textura gruesa resultan por lo general más densos (Alonso, 1986; Delgado, 1987).
En el caso de RP del suelo se destaca su significante correlación con la arena (0,73), evidenciando el papel de la distribución del tamaño de partículas o textura como factor importante en la determinación de la RP. Como se conoce los suelos arenosos pueden desarrollar niveles de RP mayores a los que se derivan de su cohesividad, debido a la fricción entre partículas, lo cual se acentúa a los más bajos niveles de humedad del suelo. Ello explica porque los valores de la RP que se manejan como críticos en suelos arcillosos no tienen la menor relevancia si se hubiesen registrado en suelos arenoso, donde estos valores críticos manejados son muy superiores.
Es destacables además la dependencia de la RP con la Da (0,51) y con la M.O (-0,32), cuyas tendencias es un resultado documentado en la literatura y empleado en el desarrollo de modelos empíricos que permiten correlacionar las lecturas de sensores con la magnitud de la compactación del suelo, medida a partir de la densidad volumétrica.
Desde el punto de vista físico refleja que el incremento de la RP asociado al secado del suelo es tanto más marcado cuanto mayor es la densidad aparente. Tal es en el uso de la maquinaria agrícola, en muchos casos con peso considerable, consolidando las partículas de suelo, lo cual está en función de la humedad, generándose un aumento de la densidad con el correspondiente aumento de resistencia a ser penetrado.
En lo segundo mucho implica el carácter variable de la RP con los contenidos de humedad. La propiedad hidrófila de los contenidos de materia orgánica es capaz de afectar los procesos relacionados con la retención de manera directa o indirecta a través de sus efectos sobre la estructura del suelo y la susceptibilidad de los suelos a la erosión, la compactación y otros procesos degradantes (Klute, 1986; Dick y Gregorich, 2004; Lal y Shukla, 2014).
Los valores de la composición del tamaño de partículas denotan un marcado predominio de la fracción arena y muy bajos contenidos de limo y arcilla, acordeal igual que las propiedades químicas con las características de los suelos de la región, por tanto, su comportamiento y variabilidad espacial no pueden ser directamente asociado a las prácticas mecanizadas.
A los 20 cm de profundidad existen elevados valores de la densidad aparente (1,62 ± 0,11 g.cm-3) que obedecen al carácter arenoso de este suelo y a una tendencia esperada de incremento de estos valores como rasgo común de los suelos agrícolas.
Los valores de resistencia a la penetración se incrementan a partir de los 15 y hasta los 30 cm, con valores máximos a los 25 cm, siendo las profundidades mayores inaccesibles por el penetrómetro a causa de la elevada impedancia mecánica del suelo ligada a las prácticas mecanizadas.