In Cuba, rice is the most common food in the diet of Cubans, with a national demand of 700 thousand tons and an average consumption rate of more than 70 kg per person per year. However, national production only guarantees 40 percent of these demand, so the government is obliged to import more than 400,000 tons of rice annually (Reyes, 2019).

In that context, since 2012, a comprehensive development program has been carried out that anticipates, before 2030, guaranteeing 85 % of the national demand, with the incorporation of new areas, the introduction of modern technology and the gradual increase of yield in the fields, with the purpose of replacing imports. That effort contributed to reach in 2018 more than 300,000 tons, the largest historical record of rice production in our country (Reyes, 2019).

The rice is mainly cultivated in Cuba by traditional way, cultivation based on the disc harrow and permanent flooding, which contributes to soil degradation. In the current conditions of climate change, rice production must adapt to provide food to the population in a sustainable way and, at the same time, it needs to conserve and improve the soils.

Los Palacios Municipality, in Pinar del Río Province, is one of the main rice producers in the country. In that region, the crop is affected by the low physical and chemical fertility of the soils, their compaction and bad drainage, among other factors (Pozo et al., 2017 and Pérez et al., 2018).

A viable alternative may be the adoption of a climate-smart agricultural system like CA. The FAO cited by Kassam, (2018) defines CA as an agricultural system that is characterized by three fundamental principles: keep the soil permanently covered with crop residues or vegetation covers for at least 30%, a minimum disturbance of soil and a diversification of species grown in rotation.

Globally, CA is used with good results in approximately 180.4 million hectares worldwide, mainly in countries such as the United States, Brazil, Argentina, Canada and Australia, in soils that vary from 90 % of sand in Africa and Australia, to 80 % of clay in Brazil, and it can be applied to all crops. Even some South American countries like Argentina, Brazil, Paraguay and Uruguay, are using it in more than 70 % of their total cultivation area with experiences of transforming degraded areas into productive agricultural land (Kassam et al., 2018).

But, in the cultivation of irrigated rice, there are still few studies (Martins et al., 2017) and CA adoption rates in the leading countries are low. On the other hand, although there is a good acceptance in researchers and farmers in Brazil, China and India (Huang et al., 2018; Kaur and Singh, 2017 and Landers, 2018), there is a significant variability in the information on the effect of CA in different types of soil, and in Cuba, there is no practical experience on that way.

However, the determination of properties sensitive to soil use and management practices, such as organic matter, bulk density, porosity and resistance to penetration (Soracco et al 2018, Gómez et al., 2018, Singh et al., 2017 and Issaka et al., 2019) can be an effective tool to evaluate the effect of CA in the soil. The objective of the work is to evaluate the effect of CA on some physical and chemical properties of a Gleysol Nodular Ferruginoso soil dedicated to irrigated rice cultivation.

The research was carried out between 2017 and 2019, in an area of 2,63 ha, in The Unidad Científica Tecnológica de Base, Los Palacios, belonging to Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), Pinar del Río Province, in a Gleysol Nodular Ferruginoso Soil (Hernández et al., 2015) with more than 20 years under intensive rice cultivation.

The soil is characterized by a texture of sandy loam on the surface horizon, grayish brown in color, 15 cm thick and abundant pellets. The effective depth of the soil is 17 cm, where a ferruginous hard-pan appears. It is a soil with very low natural fertility and poor internal drainage, suitable for growing rice (Díaz et al., 2009).

To implement the basic principles of conservation agriculture in January 2017, a traditional tillage was carried out, based on the disc harrow, which consisted of breaking, crossing and fluffing the soil and leveling. Subsequently, the soil was scarified and left fallow for 170 days, then an herbicide (glyphosate at a rate of 3 l / ha) was applied. The existing plant material was settled and after 7 days corn was seeded. Subsequently, the sowing of rice was carried out for two consecutive seasons, followed by corn (Table 1).

The bulk density of the soil was determined in undisturbed samples, taken 98 cm³ cylinders, following the Cuban standard procedures (NC ISO 10272, 2003). The real density was determined following the Cuban standard procedures (NC ISO 11508, 2000). For each horizon, three replicates were taken for both determinations. The total porosity was estimated from the bulk density and the real density according to the Cuban standard procedure (NC 20, 2010). The natural humidity of the soil was determined by the gravimetric method, according to the Cuban standard procedure (NC 110, 2010). The organic matter was determined by the colorimetric method described in NC 51, 1999.

The penetration resistance (Rp) was determined by Eijkelkamp manual penetrometer Model: P.O. Box 4, 6987 ZG Giesbeek, Dutch-made, equipped with an 11.28 mm diameter conical tip and 1cm² base area. The instrument is capable of registering values of 100-1000 N, from 1 to 50 cm in depth, with an appreciation of ± 8 %. Measurements of resistance to soil penetration were carried out together with moisture and density tests.

Figure 1 shows the bulk density values obtained per soil depth for the different moments of the study. After two years and four planting cycles under the principles of CA, it is observed a trend of increasing bulk density as soil depth increases and decreasing soil bulk density values over time, for the three depth levels evaluated.

The bulk density values obtained are higher than those obtained by Díaz et al. (2009) in the same soil (1,18 g cm^-3), but with more than 15 years of non-disturbance. They suggest for the good development of the crop of rice in the soil Hydromorphic Gley Nodular Ferruginous, bulk density values below 1,20 g m^-3, with a critical value of 1,26 g m^-3, which they associated with yield losses from 15 to 70 %. On the other hand, they are lower than those found by Pozo et al., (2017) when studying the same type of soil, under intensive cultivation of rice for more than 50 years, which were 1,6 g cm^-3 for the open texture horizons and 1,83 g cm^-3 in those with clay texture.

The increase in the values of bulk density with the increase in depth is a normal behavior in cultivated soils, and coincides with results published by other authors in different types of soil (Becerra, 2005 and Herrera et al., 2017). Similarly, Sánchez et al. (2003), suggest that the density of the soil increases with the crop cycle, which justifies the existence of such high values in 2017, even after two and a half years of the soil being fallowed, and also corroborates the state of degradation of this rice soil.

On the other hand, the behavior of bulk density in no-tillage systems, as well as during the transition process from a traditional system to a no-tillage system, has produced contradictory results. Generally, in long-term experiments with more than 5 years, an increase in bulk density is reported in rice soils planted with zero tillage. In this regard, Bonilla and Murillo (1998) affirm that the opposite can occur when the soil has a clayey texture or a high content of organic matter. However, Singh et al. (2017), in a similar three-year study, in northeast India on loamy soil, reported significantly lower soil bulk density and concluded that the adoption of CA can improve the productivity of the system, and the sequestration of C and N in the rice fields. Analogous behavior, obtained by Issaka et al., (2019) in Ghana, evaluating the effect of zero tillage on a Gleysol soil, for two years and they report a decrease in bulk density from 1,56 to 1,32 g.cm^-3.

The results show that after four sowing cycles, the CA produces an increase in organic matter from 2,41 to 3,66 % with respect to the base line, the total porosity was increased in 9,51 %, the bulk density decreased in 4 g.cm^-3 and the penetration resistance was reduced from 4,29 to 3,01 MPa.

Considering that the best physical, chemical and biological conditions for crops are preferably found in soils with a high OM content, the implementation of CA in the cultivation of irrigated rice can contribute to increase soil fertility.

En Cuba, el arroz es el alimento más común en la dieta de los cubanos, con una demanda nacional de 700 mil toneladas y un índice de consumo promedio de más de 70 kg por persona al año. Sin embargo, la producción nacional solo garantiza el 40 por ciento de esa demanda, por lo que el país está obligado a importar más de 400.000 toneladas de arroz anualmente (Reyes, 2019).

Ante esta situación, desde el año 2012 se lleva a cabo un programa integral de desarrollo que prevé antes del 2030 garantizar el 85 % de la demanda nacional, con la incorporación de nuevas zonas, la introducción de tecnología moderna y el incremento gradual del rendimiento en los campos, con el propósito de sustituir las importaciones, lo que contribuyó a alcanzar en 2018 más de 300 000 tonelada, el mayor registro histórico de producción de arroz en el país (Reyes, 2019).

Sin embargo, a pesar de la importancia del cultivo del arroz para Cuba, se cultiva mayoritariamente de forma tradicional, labranza basada en la grada de discos e inundación permanente, lo que contribuye a la degradación de los suelos. En las condiciones actuales de cambio climático, la producción arrocera en Cuba debe adaptarse para proveer de alimentos a la población de manera sostenible y a la vez necesita conservar y mejorar los suelos.

El municipio Los Palacios, en la Provincia de Pinar del Río, es uno de los principales productores de arroz en el país, pero la producción arrocera del territorio, es afectada por la baja fertilidad física y química de los suelos, la compactación y el mal drenaje, entre otros factores (Pozo et al., 2017; Pérez et al., 2018).

Una alternativa viable puede ser la adopción de un sistema agrícola climáticamente inteligente como la AC. La FAO citado por Kassam et al. (2018) define la AC como un sistema agrícola que se caracteriza por tres principio fundamentales: mantener permanente el suelo cubierto con restos de cosecha o cubiertas vegetales al menos en un 30 %, una perturbación mínima del terreno y una diversificación de las especies cultivadas en rotación.

Mundialmente la AC es utilizada con buenos resultados en aproximadamente 180.4 millones de hectáreas en todo el mundo, fundamentalmente en países como Estados Unidos, Brasil, Argentina, Canadá y Australia. En suelos que varían desde 90 % de arena en África y Australia, hasta 80% de arcilla en Brasil, pudiendo aplicarse a todos los cultivos. Incluso en países de América del Sur (Argentina, Brasil, Paraguay y Uruguay) la están utilizando en más del 70 % de su área de cultivo total. Con experiencias de restauración de áreas degradadas a tierras agrícolas productivas (Kassam et al., 2018).

Pero en el cultivo del arroz irrigado aún son pocos los estudios realizados según Martins et al. (2017) y las tasas de adopción en los países de vanguardia son bajas. Por otro lado, aunque se nota buena aceptación en investigadores y productores de Brasil, China y la India según Kaur y Singh (2017); Huang et al. (2018); Landers (2018), existe una variabilidad significativa en la información sobre el efecto de la AC en diferentes tipos de suelo, y en Cuba, no existe experiencia práctica de su aplicación.

Sin embargo, la determinación de propiedades sensibles al uso del suelo y las prácticas de manejo, como la materia orgánica, la densidad aparente, la porosidad y la resistencia a la penetración según Singh et al. (2017); Gómez et al. (2018); Soracco et al. (2018); Issaka et al. (2019), puede ser una herramienta eficaz para evaluar el efecto de la AC en el suelo. Es el objetivo del presente trabajo evaluar el efecto de la AC en algunas propiedades físicas y químicas de un suelo Gleysol Nodular Ferruginoso dedicado al cultivo del arroz irrigado.

La investigación se realizó entre los años 2017 y 2019, en un área de 2,63 ha, en la Unidad Científica Tecnológica de Base, Los Palacios, perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), situada en el Municipio Los Palacios, provincia de Pinar del Río, en un suelo Gleysol Nodular Ferruginoso según Hernández et al. (2015), con más de 20 años bajo cultivo intensivo del arroz.

El suelo se caracteriza por una textura en el horizonte superficial loam arenoso, de color pardo grisáceo con 15 cm de espesor y abundantes perdigones. La profundidad efectiva del suelo es de 17 cm, donde aparece un hard-pan ferruginoso. Es un suelo de muy baja fertilidad natural y mal drenaje interno, adecuado para el cultivo del arroz (Díaz et al., 2009).

Para implementar los principios básicos de la agricultura de conservación en enero del 2017 se realizó una labranza tradicional, basada en la grada de discos, que consistió en rotura, cruce y mullido del suelo, para garantizar suficiente suelo suelto y realizar la nivelación del campo. Posteriormente se escarificó el suelo y se dejó en barbecho por 170 días, luego se aplicó herbicida (glifosato a razón de 3 L/ha), se realizó el acamado del material vegetal existente, a los 7 días, y se procedió a la siembra de maíz. Seguidamente se efectuó la siembra de arroz por dos campañas consecutivas y finalmente, de maíz nuevamente. La secuencia de labores empleadas para la siembra, los medios mecanizados utilizados y la profundidad que alcanzó cada labor se muestran en la Tabla 1.

La densidad aparente del suelo se determinó en muestras no disturbadas, tomadas en cilindros de 98 cm³, siguiendo norma cubana NC ISO 10272: 2003, (2003). El peso específico se determinó siguiendo norma cubana NC ISO 11508: (2000). Por cada horizonte se tomaron tres replicas para ambas determinaciones. La porosidad total fue estimada a partir de la densidad volumétrica y el peso específico, según norma cubana NC 20: 2010 (2010). La humedad natural del suelo se determinó por el método gravimétrico, según norma cubana NC 110: 2010 (2010). La materia orgánica se determinó por el método colorimétrico, descrito en norma cubana NC 51: 1999 (1999).

Para determinación la resistencia a la penetración (Rp) del suelo se utilizó un penetrómetro manual Eijkelkamp Modelo: P.O. Box 4, 6987 ZG Giesbeek, de fabricación Holandesa, equipado con una punta cónica de 11.28 mm de diámetro y área base de 1cm². El instrumento es capaz de registrar valores de 100-1000 N, desde uno hasta 50 cm de profundidad, con una apreciación de ± 8%. Las medidas de la resistencia a la penetración del suelo se efectuaron acompañadas de pruebas de humedad y densidad.

En la Figura 1 se muestran los valores de Da obtenidos por profundidad de suelo para los diferentes momentos de estudio. Transcurrido dos años y cuatro ciclos de siembra bajos los principios de la AC, se observa como tendencia, el incremento de la Da con el aumento de la profundidad del suelo y la disminución de los valores de Da del suelo en el tiempo, para los tres niveles de profundidad evaluados.

Los valores de Da obtenidos son superiores a los obtenidos por Díaz et al. (2009), en el mismo suelo (1,18 g cm^-3), pero con más de 15 años si disturbar, quienes sugieren para el buen desarrollo del cultivo de arroz en el suelo Hidromórfico Gley Nodular Ferruginoso, valores de Da por debajo de 1,20 g m^-3, con un valor critico de 1,26 g m^-3, el cual asociaron con pérdidas en el rendimiento desde 15 hasta 70 %. Por otro lado, son inferiores a los encontrados por Pozo et al. (2017) al estudiar el mismo tipo de suelo, bajo cultivo intensivo de arroz por más de 50 años, 1,6 g cm^-3 para los horizontes de textura franca y 1,83 g cm^-3 en los de textura arcillosa.

El incremento de los valores de Da con el aumento de la profundidad, es un comportamiento normal en suelos cultivados, y coincide con resultados publicados por otros autores en diferentes tipos de suelo (Becerra et al., 2005; Herrera et al., 2017). De igual forma Sánchez et al. (2003), plantea que la densidad del suelo se incrementa con el ciclo de cultivo, lo que justifica la existencia de valores tan elevados (2017) aun después de dos años y medio de permanecer el suelo en barbecho, y además corrobora el estado de degradación de este suelo arrocero.

Por otro lado, el comportamiento de la densidad aparente en sistemas de no laboreo, así como durante el proceso de transición de un sistema tradicional a uno de no laboreo ha arrojado resultados contradictorios. Generalmente, en experimentos de larga duración con más de 5 años, se reporta un incremento de la densidad aparente en suelos arroceros sembrado con cero labranzas. Al respecto, Bonilla y Murillo (1998) afirman que puede ocurrir lo contrario cuando el suelo posee una textura arcillosa o un elevado contenido de materia orgánica. Sin embargo Singh et al. (2017), en un estudio similar de tres años de duración, en el noreste de la India en un suelo franco, registraron una densidad aparente del suelo significativamente más baja y concluyeron que la adopción de la AC puede mejorar la productividad del sistema, y el secuestro de C y N en los arrozales. Comportamiento análogo, obtuvieron Issaka et al. (2019) en Ghana, evaluando el efecto de la cero labranza en un suelo Gleysol, similar al nuestro, durante dos años, reportando una disminución de la Da de 1,56 a 1,32 g.cm^-3.

Los resultados demuestran que luego de cuatro ciclos de siembra la AC produce como tendencia un incremento de la materia orgánica de 2,41 a 3,66 % respecto a la línea base, la porosidad total se incrementó en 9,51 %, la densidad aparente disminuyo en 4 g cm^-3 y la resistencia a la penetración se reduce de 4,29 a 3,01 MPa.

Si te tiene en cuenta que las mejores condiciones físicas, químicas y biológicas para los cultivos se encuentran preferentemente en suelos con alto contenido de MO, la implementación de la AC en el cultivo del arroz irrigado, puede contribuir a incrementar la fertilidad del suelo.