ARTÍCULO ORIGINAL

Influencia de la Agricultura de Conservación sobre propiedades del suelo bajo cultivo de arroz irrigado

MSc. Calixto Domínguez-Vento^{I  *} 

MSc. Guillermo Díaz-López^II 

MSc. Dunieskyi Domínguez-Palacio^III 

Dr.C. Alexander Miranda-Caballero^IV 

Dr.C. Carmen Duarte-Díaz^V 

Dr.C. Michel Ruiz-Sánchez^II 

MSc. Amaury Rodríguez-Gonzáles^V 

MSc. Rafael Martin-Fernández^I 

^IInstituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), UCTB Pinar del Río, Cuba

^IIInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios (UCTB-LP), Los Palacios, Pinar del Río, Cuba

^IIIInstituto de Suelos, Pinar del Río, Cuba

^IVInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

^VInstituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Boyeros, La Habana, Cuba

RESUMEN

La evidencia empírica y científica de diferentes partes del mundo ha demostrado que los conceptos y principios de la Agricultura de Conservación (AC) son de validez universal. Sin embargo, en el cultivo del arroz irrigado, aún son pocos los estudios realizados y existe una variabilidad significativa en la información sobre su efecto en el suelo y el rendimiento agrícola del cultivo, en función del tipo de suelo. El objetivo del presente trabajo es 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 en un área de 2,63 ha en la que se implementaron los tres principios básicos de la AC. 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, evidenciando el efecto favorable de la AC sobre el suelo.

Palabras clave: labranza cero; materia orgánica; densidad aparente

INTRODUCCIÓN

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.

MATERIALES Y MÉTODOS

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.

TABLA 1 Tecnología de preparación de suelos empleada para la siembra de arroz (labranza cero) 

No.	Cultivo	Labor	Agregación		Profundidad de trabajo, cm
			Equipo	Implemento
1	Arroz-Maíz	Aplicación de glifosato	MTZ- 80	Asperjadora	-
2	Arroz-Maíz	Acamado	Belarus 572	Rollo GENOVESE	-
3 A	Arroz	Siembra	YTO 1204	Sembradora Baldan SPD-5000	2,0
3 B	Maíz	Siembra	Belarus 572	Sembradora VENCE TUDO	2,0

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.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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.

FIGURA 1 Densidad aparente del suelo en diferentes momentos de evaluación. 

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.

Porosidad total (Pt)

El comportamiento de la Pt del suelo se expone en la (Figura 2). Como tendencia se observa un incremento en los valores de Pt en los diferentes niveles de profundidad, respecto a la línea base, lo que indica un efecto favorable de la AC en esta propiedad del suelo. Además, se puede apreciar que la Pt disminuye bruscamente con el incremento de la profundidad del suelo hasta 15 cm. Este comportamiento puede estar asociado al cultivo intensivo del arroz irrigado por más de 20 años, donde se procura disminuir la infiltración del agua en el suelo para mantener permanentemente la lámina de agua.

FIGURA 2 Comportamiento de la porosidad total del suelo en diferentes momentos de evaluación. 

El comportamiento observado en la Pt coincide con la disminución de la Da para los diferentes momentos y profundidades de evaluación. Esto se corrobora la relación existente entre ambas propiedades descrita por otros autores.

Aunque los resultados difieren de las condiciones optima de Pt sugerida por ^{Díaz et al. (2009)}, para el cultivo del arroz (entre 54 y 57%), el efecto positivo en el tiempo de la implementación de la AC, coincide además, con lo observado por ^{Selau (2017)} en estudios similares de media y larga duración, en sistemas de producción de arroz irrigado en Río Grande, Brasil. También ^{Sasal (2012)}, al estudiar la evolución estructural del suelos bajo principios de AC, aprecio un incremento general de la porosidad total. Por otro lado ^{Becerra et al. (2005)}, describe que a medida que aumenta la profundidad del suelo disminuye la porosidad, lo cual está en correspondencia con los resultados obtenidos.

Estos resultados son inferiores a los encontrado por ^{Pozo et al. (2017)} de 0-14 cm de profundidad (54,3 %) y ^{Beutler et al. (2012)} evaluando el efecto de la cero labranza en arroz irrigado en el Brasil, en un suelo de textura media, determinado 48 % en la profundidad de 0-50 cm. En cambio son similares a los encontrados por ^{Muñoz (2016)}, en Casanare, Colombia en suelos sometidos al cultivo intensivo del arroz en forma de monocultivo por 20 años, con valores promedios de porosidad entre 44,09 y 46,72 %, y a los descritos por ^{Díaz et al. (2004)} en suelos similares (41,13 %).

Resistencia a la penetración (Rp)

La Figura 3 refleja el comportamiento de la resistencia a la penetración del suelo, en función de la profundidad. Los resultados muestran la tendencia a disminuir en el tiempo los valores de Rp. Como promedio para las diferentes profundidades la Rp disminuye de 4.29 MPa determinado en la línea base a 3.01 MPa, evidenciando el efecto favorable de la AC sobre el suelo. El incremento de la Rp con el incremento de la profundidad, revela problemas de compactación en el suelo, lo que se corresponde con los resultados de las propiedades antes descritas.

Los resultados obtenidos, en los años 2017, 2018 y a una profundidad mayor a 12 cm en 2019, evidencian problemas de compactación, lo que constituye una gran desventaja, temiendo en cuenta la baja fertilidad de estos suelos y la baja profundidad efectiva del mismo (15 cm), por lo que será necesario mantener la humedad en el suelo lo más próxima posible a la capacidad de campo. Resultado similar obtuvieron ^{Botta et al. (2015)} en Argentina.

FIGURA 3 Comportamiento de la resistencia a la penetración del suelo. 

El aumento de la Rp con el incremento de la profundidad, a valores superiores a 2,5 MPa supone dificultades para el desarrollo radicular del cultivo, pudiendo quedar impedido aproximadamente a profundidades mayores de 8 a 10 cm, con valores superiores a 3,5 MPa, teniendo en cuenta lo observado por ^{Salazar et al. (2002)}; ^{Micucci y Taboada (2006)}. Sin embargo, los valores observados en el 2019 hasta la profundidad de 12 cm se consideran adecuados para el cultivo del arroz.

La resistencia a la penetración (RP) depende de la textura, la densidad aparente, la porosidad total, del contenido de materia orgánica y del contenido de humedad del suelo, y se correlaciona significativamente con los sistemas de labranza (^{Afzalinia y Zabihi, 2014}). El cambio brusco observado en 2019 para la profundidad de 0 a 10 cm, puede estar asociado a un mayor contenido de humedad en el suelo, relacionado con un incremento de la MO (Figura 4) y mantener el suelo sin labrar, cubierta la superficie en un 90 % con resto de cosecha, lo que favorece la retención de agua en el suelo.

Materia orgánica (MO)

El contenido de MO existente en el suelo en los diferentes momentos de evaluación se expone en La Figura 4. Se puede apreciar como tendencia un incremento de la materia orgánica de 2,41 a 3,66 % respecto a la línea base, reflejo de un efecto favorable de la AC sobre el suelo. Aunque, los valores correspondientes a 2017 y 2018 son similares a los encontrados por ^{Pozo et al., (2017)} en la profundidad de 0-14 cm (de 2.5 a 2.7 %), los cuales consideraron adecuados para este tipo de suelo, de acuerdo al contenido de arcilla. Según ^{Minag (2014)} y ^{Rivero y Suárez (2015)}, en el Instructivo Técnico del Cultivo del Arroz, se considera normal para el desarrollo del cultivo, valores superiores al 3%, por lo que el resultado obtenido en 2019 puede considerarse muy bueno.

FIGURA 4 Comportamiento de la materia orgánica del suelo para la profundidad de 0-15 cm. 

También otros autores han encontrado incrementos significativos de la MO en prácticas de AC, ^{Gomes et al. (2002)}, en suelos con hidromorfismo, dedicados al cultivo del arroz irrigado en el sur de Brasil, demostraron que con la adopción de los sistemas de cero labranza hubo una significativa acumulación de MO en el suelo, en la capa de 0 a 2,5 cm, cuyos contenidos observados bajo gramíneas y leguminosas fueron de 66 y 48 % superiores. Este comportamiento está en correspondencia con los resultados obtenidos y confirma que el sistema de labranza es un de las prácticas de manejo que pueden influir significativamente en esta propiedad del suelo.

CONCLUSIONES

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.

AGRADECIMIENTOS

Al Dr.C. Augusto Guilherme de Araújo del Instituto Agronómico de Paraná (IAPAR), Brasil, por su valiosa contribución y asesoría al desarrollo del trabajo.

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Recibido: 13 de Noviembre de 2019; Aprobado: 14 de Junio de 2020

^* Autor para correspondencia: Calixto Domínguez-Vento, e-mail: [e-mail]