Articulo Original

Caracterización de dos tipos de suelos dedicados a la producción de plantas forrajeras

Andy Bernal-Fundora^{1  *} 

Alberto Hernández-Jiménez¹ 

Pedro José González-Cañizares¹ 

Adriano Cabrera-Rodríguez¹ 

¹Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32700

RESUMEN

La evaluación de las propiedades de los suelos permite conocer el nivel de degradación de indicadores relacionados con la fertilidad y tener una mejor comprensión de las respuestas de los cultivos ante las aplicaciones de fertilizantes, con el fin de obtener rendimientos aceptables. El presente trabajo fue realizado con el objetivo de caracterizar el estado actual de dos tipos de suelos dedicados a la producción de plantas forrajeras para la alimentación del ganado. En ambos suelos se delimitaron sus contornos, se describieron morfológicamente sus perfiles y posteriormente se clasificaron. En el muestreo agroquímico se delimitaron parcelas elementales por tipo de suelo, en las que se conformó una muestra por cada una, a las cuales se les determinaron el pH, el fósforo asimilable, los cationes intercambiables, el contenido y la reserva de carbono y se tomaron varias muestras para determinarles composición mecánica, coeficiente de dispersión de la arcilla, humedad natural e higroscópica, densidad del suelo y densidad de la fase sólida, porosidad total y estabilidad de los agregados. Los suelos estudiados fueron clasificados como Gley Nodular Ferruginoso y Fersialítico Pardo Rojizo. Además, se demostró que ambos tipos de suelos presentaron síntomas de degradación en el horizonte superior, reflejado por un bajo contenido carbono, alto coeficiente de dispersión de la arcilla, una baja retención de humedad, bajos porcentajes de porosidad, altos valores en la densidad del suelo y la densidad de la fase sólida, conjuntamente con una estructura caracterizada por la presencia de bloques prismáticos de mediano tamaño.

Palabras clave: densidad; estructura; arcilla; gleysol

INTRODUCCIÓN

Uno de los recursos más importantes para garantizar la alimentación humana y animal es el suelo, el que se comporta como una formación natural compuesta por elementos minerales y orgánicos, resultantes de diversos procesos de meteorización donde ocurren de manera continua, cambios químicos, físicos y biológicos a partir del material de formación, llegando a alcanzar una morfología y características particulares dependiendo del ecosistema en que se desarrolle ^1,2.

El estudio de las características morfológicas, así como de las propiedades químicas y físicas de los suelos es fundamental, ya que permite conocer el nivel de degradación y afectación de indicadores que se relacionan con la fertilidad y tener una comprensión más definida de las respuestas de los cultivos a la aplicación de fertilizantes para obtener los mayores rendimientos.

Los suelos poco cultivados cuando se ponen bajo cultivo continuado, cambian sus propiedades llegando a presentar problemas de degradación, como puede ser la destrucción de la estructura y compactación, erosión y pérdida de fertilidad en general ^3-5, lo que se agudiza cuando no se toman medidas para la conservación y mejora de los suelos, conllevando a reducir las posibilidades de obtener altos rendimientos agrícolas ⁶.

En Cuba, numerosos trabajos de caracterización han abordado y cuantificado objetivamente la problemática de la degradación de los suelos. Entre estos trabajos se encuentra el estudio sobre la salinización secundaria ⁷, la acidificación con alto contenido de aluminio intercambiable debido al cambio climático ⁸, y más recientemente se han realizado trabajos donde se caracterizan procesos de erosión ⁹ y se describe el mecanismo de la degradación, a partir de cambios en las propiedades que se degradan y algunos resultados sobre para su mejoramiento ¹⁰.

En la zona donde se encuentran ubicados los suelos estudiados, se realizaron trabajos de caracterización en la década de los años 80, cuando formaban parte de las áreas cañeras del Complejo Agroindustrial Manuel Martínez Prieto, con los que se demuestra como el monocultivo de esta gramínea influye negativamente sobre algunas de sus propiedades químicas y físicas ^11,12. Actualmente estos suelos pertenecientes a la Dirección de Flora y Fauna del municipio Boyeros, poseen una importancia vital para la producción ganadera en el territorio, ya que se pretende establecer el cultivo de plantas proteicas para la alimentación animal. Teniendo en cuenta lo señalado anteriormente, el presente trabajo tiene como objetivo describir las características morfológicas de los perfiles y caracterizar algunas de las propiedades químicas y físicas de los suelos en estudio.

MATERIALES Y MÉTODOS

El origen de este trabajo parte de estudios en las áreas ganaderas, pertenecientes a la Dirección de Flora y Fauna del municipio Boyeros. Se seleccionaron dos tipos de suelos, en los cuales se realizaron recorridos de campo tomando puntos con barrenas, para tener una clasificación preliminar. Una vez precisados los contornos por tipos de suelos, en estos se caracterizaron morfológicamente sus perfiles y se describieron según el Manual para la cartografía y descripción de perfiles de suelos ¹³ y clasificados posteriormente siguiendo los criterios de la Clasificación de los Suelos de Cuba ¹⁴ y la Base referencial mundial del recurso suelo ¹⁵.

Muestreo agroquímico de los suelos

En el muestreo agroquímico se delimitaron parcelas elementales por tipos de suelos, para el Gley la parcela contaba con un área de 16 ha, mientras que para el Fersialítico fue de 13 ha, en donde se tomaron con la ayuda de una barrena tipo holandesa 20 submuestras en cada parcela a una profundidad de 0-20 cm por la diagonal del campo en zigzag, para conformar una muestra compuesta por suelo, como se describe para el cultivo de los pastos ¹³.

Las muestras se analizaron en el Laboratorio de Análisis Químico de Suelos del Departamento de Biofertilizantes y Nutrición de las Plantas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) y se les realizaron las siguientes determinaciones ¹⁶:

• pH: potenciometría, relación suelo: agua 1:2,5

• Fósforo asimilable: extracción con H₂SO₄ 0.1 N con relación suelo solución igual a 1:25 m:v y determinación colorimétrica mediante el desarrollo del color azul del complejo molibdo fosfórico.

• cationes intercambiables: extracción con acetato de amonio 1 mol L^-1 a pH 7 y determinación por complejometría (Ca y Mg) y fotometría de llama (K y Na)

• porcentaje de carbono: Walkley y Black

• las reservas de carbono (Mg ha^-1) se determinó mediante la fórmula: • Reserva de carbono= Carbono (%) * Densidad aparente (kg dm^-3) * Profundidad (cm)

Análisis físico de los suelos

Para el análisis de las propiedades físicas de los suelos, se tomaron cinco muestras al azar a una profundidad de 0-20 cm en cada una de las parcelas elementales, y se les determinó humedad natural e higroscópica, densidad del suelo, la densidad de la fase sólida y la estabilidad de los agregados y para las determinaciones de análisis mecánico y análisis granulométrico de los microagregados se utilizaron tres muestras.

Las muestras se analizaron en el Laboratorio de Física de Suelos del Departamento de Biofertilizantes y Nutrición de las Plantas del INCA siguiendo las siguientes determinaciones ¹⁷:

• análisis mecánico, por el método de Bouyoucos con pirofosfato de sodio y hexametafosfato de sodio

• análisis granulométrico de los microagregados del suelo por el método de Bouyoucos y el coeficiente de dispersión, por la división del porcentaje de arcilla de microagregados entre el porcentaje de arcilla del análisis mecánico multiplicado por cien

• determinación de la humedad natural y humedad higroscópica del suelo, mediante el método gravimétrico

• determinación de la densidad aparente, por el método de los cilindros cortantes de 100 cm³

• determinación de la densidad real, por el método del picnómetro en agua

• determinación de la porosidad total según la fórmula:

• Porosidad total= (1 - Densidad aparente/Densidad real) * 100

• análisis de los agregados del suelo, por el método de N. I. Savvinov

Procesamiento estadístico

Se determinó el coeficiente de variación y el intervalo de confianza de la media de las variables analizadas. Se utilizó el programa Statgraphics Centurion XV Versión 15.2.14.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Teniendo en cuenta la descripción morfológica de los perfiles, fueron clasificados dos tipos de suelos, uno como Gley Nodular Ferruginoso (GNF) y otro como Fersialítico Pardo Rojizo (FrsPR), los cuales representan el 38,28 % y 25,59 % respectivamente, de una superficie estudiada de 900 ha aproximadamente ¹⁸.

Descripción del perfil de suelo Gley Nodular Ferruginoso

El suelo GNF se localiza en un área depresional desde Murgas hacia el poblado de El Rincón, ubicado en la hoja cartográfica de Bejucal, a unos 50 (m.s.n.m.), en las coordenadas planas: N: 349,250 m; E: 352,500 m sistema Cuba Norte de la proyección Cónica Conforme de Lambert. La topografía del terreno es llano, con una pendiente menos de 2 %. Este suelo estuvo cultivado de caña de azúcar y actualmente con pasto, presentando un drenaje superficial e interno deficiente.

El proceso de formación que se manifiesta para este suelo es de gleyzación, con un horizonte de diagnóstico A ócrico y B nodular ferruginoso, con la presencia de propiedades gléyicas a partir de los 16 cm de profundidad. Debido a las características que posee se clasifican como Gley Nodular Ferruginoso agrogénico ¹⁴ y Gleysol dístrico ¹⁵. Este suelo debido a que su formación es a partir de sedimentos enriquecidos con hierro y aluminio y por la influencia de las condiciones hidromórficas, se produce la formación de nódulos ferruginosos en casi todo el espesor del perfil ¹⁴.

Descripción del perfil de suelo Fersialítico Pardo Rojizo

El suelo FrsPR, este se localiza un km antes de llegar a Murgas, viniendo desde el Wajay, ubicado en la hoja cartográfica de Bejucal, a unos 75 (m.s.n.m.), en las coordenadas planas: N: 352,800 m; E: 351,550 m sistema Cuba Norte de la proyección Cónica Conforme de Lambert. La topografía del terreno es ondulado, con una pendiente menos de 2 %. Este suelo estuvo cultivado con caña de azúcar y actualmente con pastos y cultivos varios, presentando un drenaje superficial bueno e interno regular.

El proceso de formación que predomina es de Fersialitización, por la presencia de un horizonte de diagnóstico principal fersiálico y normal ócrico, con características de diagnóstico de color rojo y carbonatado. Por tales características se clasifica como Fersialítico Pardo Rojizo erogénico ¹⁴ o Cambisol chromic ¹⁵.

Propiedades químicas

Suelo Gley Nodular Ferruginoso

Al analizar la caracterización química del suelo GNF (Tabla 1), los resultados reflejaron que presentó un contenido medio de fósforo asimilable (P₂O₅) ¹³, pH neutro, contenido medio de calcio (Ca²⁺), alto de magnesio (Mg²⁺), muy bajo de sodio (Na⁺), bajo en potasio intercambiable (K⁺), con una alta capacidad de intercambio de bases (CIB) ¹⁹ y un bajo porcentaje y reserva de carbono.

Tabla 1 Caracterización química del suelo GNF 

Estadígrafos	pH (H2O)	P2O5	Ca^++	Mg^++	Na^+	K^+	CIB	C	RC
		(mg 100 g^-1)	(cmolc kg^-1)					(%)	(Mg ha^-1)
Media	6,9	1,83	22,5	16	0,17	0,21	38,87	1,23	36,65
CV (%)	4,35	4,92	3,56	5,0	3,46	2,79	4,13	4,88	6,82
IC	±0,75	±0,22	±1,99	±1,99	±0,01	±0,01	±3,99	±0,15	±6,22

CIB: Capacidad de intercambio de bases, C: Carbono, RC: Reserva de carbono; CV: Coeficiente de Variación; IC: Intervalos de Confianza

Algunas de las características químicas de este suelo no coinciden con los de su tipo, los cuales generalmente presentan un contenido de materia orgánica alrededor del 3-4 % y el pH con tendencia a la acidez ²⁰. Este valor de pH cercano a 7, unido a su alta capacidad de intercambio de bases, puede deberse a la influencia de las formas del relieve, al recibir materiales transportados compuestos por una capa arcillosa de minerales del tipo 2:1, que presentan estas características ¹¹.

En estudios realizados en suelos Gley Nodular Ferruginoso distribuidos en diferentes zonas del país y bajo el cultivo de arroz y diferentes especies forrajeras ^21-24, se encontraron contenidos de materia orgánica y fosforo asimilable similares a los observados en el suelo objeto de estudio; sin embargo, estos autores encontraron valores de pH que oscilaron desde ligeramente ácido a ácido, lo que pudiera estar dado por el propio proceso de gleyzación, ya que la reducción del hierro y la paulatina liberación de aluminio favorecen la acidez de estos suelos ¹⁸.

Suelo Fersialítico Pardo Rojizo

Con respecto a las características químicas del suelo FrsPR (Tabla 2), se evidencia que posee contenido de fósforo asimilable (P₂O₅) alto ¹³, un pH alcalino, contenido alto de calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺), muy bajo en sodio (Na⁺), bajo potasio (K⁺), con una alta capacidad de intercambio de bases (CIB) ¹⁹ y bajo contenido y reserva de carbono.

Tabla 2 Caracterización química del suelo FrsPR. 

Estadígrafos	pH (H2O)	P2O5	Ca^++	Mg^++	Na^+	K^+	CIB	C	RC
		(mg 100 g^-1)	(cmolc kg^-1)					(%)	(Mg ha^-1)
Media	8,3	5,05	45,03	10,03	0,17	0,15	55,38	1,44	40,03
CV (%)	7,23	4,76	6,11	19,44	3,46	3,94	1,44	13,19	12,74
IC	±1,49	±0,6	±6,83	±4,84	±0,01	±0,01	±1,98	±0,47	±12,65

CIB: capacidad de intercambio de bases, C: Carbono, RC: Reserva de carbono; CV: Coeficiente de Variación; IC: intervalos de confianza

Muchas de estas características se ajustan a los suelos de su tipo, los cuales presentan un predominio de calcio entre los cationes intercambiables, un pH ligeramente alcalino, excepto en el contenido de materia orgánica en los cuales están alrededor de 3-5 % ²⁰. Las propiedades químicas de este suelo se asemejan a las observadas en trabajos de caracterización realizados a suelos de este mismo tipo, con reacción ligeramente alcalina, estos valores pudieran deberse al alto contenido de bases cambiables, ya que estamos en presencia de un suelo que tiene predominio de minerales arcillosos del tipo 2:1 del grupo de las Esmectitas ^25,26.

Con relación a los bajos contenidos de materia orgánica, porcentajes y reserva de carbono en ambos suelos estudiados, puede atribuirse al hecho que durante muchos años estuvieron bajo el cultivo continuado de la caña de azúcar como parte de las áreas de abastecimiento al Complejo Agroindustrial Manuel Martínez Prieto. En este sentido, en un experimento realizado durante varios años ²⁷, se demostró como el monocultivo de caña de azúcar propicia la degradación del suelo al disminuir los contenidos de carbono orgánico.

Además, los valores de estas variables en estos suelos se comportan muy parecidos a los alcanzados en estudios realizados en suelos Ferralíticos Rojos Lixiviados en condiciones degradadas por el cultivo continuado ¹⁰.

Caracterización de algunas propiedades físicas

Composición mecánica

Según los resultados de la composición mecánica en los suelos GNF y FrsPR (Figura 1), se observó un predominio de la fracción de arcilla superior al 40 % para ambos suelos, por lo que se diagnostican como arcillosos ¹⁷.

Figura 1 Composición mecánica, según los porcentajes de las fracciones 

Coeficiente de dispersión

En la Figura 2 se reflejan los valores del coeficiente de dispersión, lo cual resulta relativamente alto para cualquier tipo de suelo. Esto puede deberse a la actividad agrícola en el cual estuvieron sometidos, además para el caso del suelo GNF durante el proceso de hidromorfía, con períodos alternantes de humedad hace que se presente una estructura poco definida y para el suelo FrsPR, este comportamiento puede deberse al predominio de minerales arcillosos del tipo 2:1, los cuales presentan una alta dispersión ²⁸.

CV: coeficiente de variación; IC: intervalos de confianza; Arcilla MA: arcilla en microagregados; C.d: coeficiente de dispersión de la arcilla

Figura 2 Porcentajes de arcilla de los microagregados y coeficiente de dispersión 

En la Tabla 3 se presentan los resultados de algunas propiedades físicas del suelo GNF. En relación a los porcentajes de humedad natural e higroscópica, se observaron valores inferiores al 20 %, lo que seguramente está cerca o por debajo del Límite Inferior de la Humedad Productiva (LIHP) ²⁹, evidenciando la falta de humedad en el suelo, incluso para un adecuado desarrollo de los pastizales. Los resultados de la densidad del suelo y densidad de la fase sólida, para este suelo se evalúa como alta y el porcentaje de porosidad total se evalúa como media ³⁰, no satisfactoria para la capa arable ¹⁷. En cambio, el índice de estabilidad de los agregados es alto.

Tabla 3 Análisis de algunas propiedades físicas del suelo GNF 

Estadígrafos	Humedad natural	Humedad higroscópica	Densidad del suelo	Dfs	Porosidad total	Índice de estabilidad
	(%)		(Mg m^3)		(%)
Media	16,3	13,43	1,49	2,73	45	0,79
CV (%)	2,45	4,02	3,03	2,38	6,67	3,80
IC	±0,99	±1,34	±0,11	±0,16	±7,45	±0,07

CV: coeficiente de variación; IC: intervalos de confianza; Dfs: Densidad de la fase sólida

Con relación a las propiedades físicas del suelo FrsPR (Tabla 4), se observó un porcentaje de humedad superior al 20 % y un porcentaje de humedad higroscópica inferior al 10 %.

Con valores de densidad del suelo y densidad de la fase sólida, que se consideran como media ³⁰, estos niveles de densidad observados en ambos suelos pueden estar dados por el laboreo a que fueron sometidos. Varios autores demostraron como las labores agrícolas mecanizadas en el cultivo de la caña de azúcar influyen negativamente sobre una serie de propiedades físicas en los suelos, entre estas la compactación ^31-33.

La porosidad total para el suelo FrsPR se comporta como media, igualmente no satisfactoria para la capa arable.

Con un índice de estabilidad de los agregados alto, lo que pudiera deberse a la acción de las raíces de los pastos, cultivo que se estableció después de la caña de azúcar que influyó positivamente en la formación de agregados en los suelos, principalmente en los horizontes superficiales, a pesar de presentarse en el suelo GNF una estructura de bloques subangulares medianos y en el FrsPR una estructura prismática pequeña, las cuales manifiestan señales de degradación, ya que a esta profundidad cuando los suelos presentan un buen estado de conservación generalmente se presenta una estructura granular o de bloques subangulares pequeños.

Tabla 4 Análisis de algunas propiedades físicas del suelo FrsPR 

Estadígrafos	Humedad natural	Humedad higroscópica	Densidad del suelo	Dfs	Porosidad total	Índice de estabilidad
	(%)		(Mg m^3)		(%)
Media	24,9	9,85	1,39	2,59	47	0,85
CV (%)	1,81	0,56	3,25	1,36	6,38	6,51
IC	±1,12	±0,14	±0,11	±0,09	±7,45	±0,14

CV: coeficiente de variación; IC: intervalos de confianza; Dfs: Densidad de la fase sólida

CONCLUSIONES

• Al describir las características morfológicas de los perfiles, se observó un suelo con propiedades gléyicas a menos de 50 cm de profundidad y la presencia de nódulos ferruginosos en todos sus horizontes, el cual se clasificó como Gley Nodular Ferruginoso y otro suelo con un horizonte fersiálico bien manifiesto, con colores rojos y amarillentos, el cual se clasificó como Fersialítico Pardo Rojizo.

• La caracterización de las propiedades químicas, demuestran que la capa superficial de estos suelos se encuentra afectados por antropogénesis, reflejado principalmente por los bajos contenidos de carbono orgánico, conjuntamente con la escasez de algunos nutrientes.

• El estado de las propiedades físicas estudiadas, manifiestan que ambos suelos presentan cierto grado de degradación, fundamentalmente reflejado por altos niveles de compactación y una estructura no adecuada.

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Recibido: 14 de Marzo de 2019; Aprobado: 15 de Agosto de 2019

^*Autor para correspondencia. [e-mail]