ARTÍCULO ORIGINAL

Degradación de estructura en un suelo agrogénico: análisis de factores incidentes, medidas de conservación asociadas

0000-0002-8614-1247MSc. Sol Desireet Santander-Mendoza^{I  *}  , 0000-0002-5703-6632MSc. María del Carmen Falcón-Acosta^II  , 0000-0003-0058-116XIng. Maylin Suárez-Santana^II  , 0000-0001-6251-8348Ing. José Luis Durán-Álvarez^II 

^IInstituto de Suelos. Boyeros, La Habana, Cuba.

^IIUniversidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

Los suelos Ferralíticos de la llanura Habana - Matanzas han sido sometidos a procesos de degradación de origen natural o antropogénico. Las propiedades físicas de los mismos suelen ser afectadas, con efectos sobre el crecimiento de las plantas, el rendimiento y la calidad de las cosechas, incrementando también la vulnerabilidad a la erosión. El siguiente trabajo se realizó en la Finca “El Mamey”, cercana a San José de las Lajas (Provincia Mayabeque, Cuba) y dedicada al cultivo de hortalizas y flores. En cada punto muestral se realizó una descripción macromorfológica del suelo y determinaciones de: materia orgánica, composición mecánica, densidad aparente, porosidad y porcentaje de agregación. A partir de los resultados obtenidos se calculan el índice de estabilidad estructural, así como correlaciones de algunas de estas variables con la materia orgánica del suelo, a fin de identificar los principales factores incidentes en la degradación física, los cuales sugieren procesos de origen antropogénico. A partir de su análisis se sugieren medidas de conservación con la finalidad de propiciar la recuperación del suelo y mejorar la sostenibilidad de la producción.

Palabras-clave: estructura del suelo; degradación física del suelo; conservación de suelos

INTRODUCCIÓN

La estructura es el arreglo de las partículas primarias del suelo en unidades jerárquicas, la configuración de sus fases sólida y fluida en un momento dado (^{Kay y Angers, 2000}). Es una condición multifactorial, asociada a procesos agronómicos y ambientales, parte de la edafógenesis e influenciada por el manejo (^{Lobo & Pulido, 2011}). De acuerdo a ^{Lal et al. (2007)} su deterioro provoca compactación, acelera la erosión, genera desbalance agua/aire y en consecuencia, disminuye la fertilidad.

La estructura se desarrolla a través de mecanismos fisicoquímicos (floculación, cementación, adhesión, puentes catiónicos, enlaces de hidrógeno), con intervención de la biota edáfica (^{Kemper & Rosenau, 1986}; ^{Six et al., 2004}; ^{Lehmann & Rillig, 2015}). Según ^{Totsche et al. (2017)} la formación de microagregados proviene de la reacción entre las arcillas, los cationes polivalentes y la materia orgánica del suelo (MOS). De acuerdo a ^{Tisdall & Oades (1982)} existe una escala espacial y jerárquica de estos mecanismos; en la que, posteriormente, ^{Oades (1984)} sugirió la formación de microagregados dentro de los macroagregados, concepto que ha sido corroborado en función de la dinámica de la MOS (^{Plante et al., 2002}; ^{Simpson et al., 2004}; ^{Kravchenko et al., 2015}). Dichos microagregados constituyen el mayor reservorio de carbono en el suelo y son fundamentales para su captura (^{Blanco & Lal, 2004}; ^{Fan et al., 2020}).

La agregación puede describirse de manera cualitativa mediante la observación de características morfológicas en campo; y cuantitativa, utilizando técnicas de análisis de imágenes o midiendo la distribución de tamaño o la conectividad de los poros. Otros procedimientos analíticos se basan en la ruptura parcial de las unidades estructurales, la evaluación de la distribución de los tamaños de los fragmentos resultantes y su estabilidad ante diversos tipos de perturbación.

^{Pieri (1995)} y ^{Astier et al. (2002)} plantearon que la fertilidad del suelo integra atributos físicos, químicos y biológicos. Según ^{García et al. (2012)}, los factores físicos explican gran parte de la disminución de los rendimientos de los cultivos, mientras ^{Orellana (2009)} destaca que una estructura del suelo adecuada y perdurable resulta indispensable para el desarrollo de sistemas de agricultura sostenible.

En este sentido, el proceso de degradación de los suelos Ferralíticos de la llanura Habana-Matanzas ha sido estudiado por ^{Morell et al. (2006)}; ^{Hernández et al. (2006)}; ^{Morell et al. (2006)}; ^{Hernandez et al. (2013)}, enfatizando la relación entre el incremento de la acción antrópica y sus efectos en los indicadores físicos, químicos y biológicos del mismo. En el siguiente trabajo, se propone realizar una exploración de las metodologías disponibles para el estudio de la estructura del suelo, enfatizando la comparación de la observación en campo y las determinaciones analíticas y el cálculo de varios índices de estabilidad estructural a fin de identificar los factores incidentes en la degradación, así como la definición de medidas de conservación a partir de éstos últimos.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo fue realizado en la Finca “El Mamey”, ubicada en el municipio San José de las Lajas, Provincia Mayabeque, Cuba y dedicada a los cultivos varios de hortalizas, viandas y flores. Estos suelos corresponden a la llanura Habana-Matanzas, de origen cársico, con clima tropical húmedo. Se escogieron cinco puntos de muestreo en función de la topografía del terreno, que presenta dos pendientes ligeras. En la primera de ellas (5% de pendiente) se ubicaron tres puntos (1.1, 1.2 y 1.3 al inicio, medio y final de la pendiente, respectivamente) y en la segunda (8%), de menor longitud, se ubicaron los dos restantes (2.1 y 2.2) al principio y final de la misma.

En cada uno de ellos se realizó una excavación de 50 cm para evaluar el color, la estructura y la textura, mediante la Tabla Munsell®, observación y método organoléptico, respectivamente. Se tomaron además, cilindros para determinar humedad ^{NC: 110:2010 (2010)}, densidad aparente ^{ISO 11272: 2017 (2017)}, porosidad total, capilar y de aireación ^{NC: 1045: 2014 (2014)} y muestras de suelo para realizar análisis de materia orgánica ^{NC: 51: 1999 (1999)}, composición mecánica (Bouyucos) y distribución y estabilidad de agregados ^{NC 1044: 2014 (2014)}. A partir de dichos datos fue calculado el índice de estabilidad estructural mediante la ecuación: Ie = Σ (% ag >0,25 mm (Ts) / Σ (% ag >0,25 mm (Th).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Observación de las características macromorfológicas del suelo

En cada punto de muestreo se efectuó una excavación de 50 cm, donde se distinguieron dos capas. El resumen de los resultados obtenidos se muestra en la Tabla 1:

En las características morfológicas del suelo se evidencian la pedogénesis y la evolución agrogénica (^{Lebedeva et al., 2005}). Las tonalidades rojizas, propias de la ferralitización, se asocian a procesos de alteración de los materiales parentales bajo condiciones de alta temperatura, rápida degradación de MO y alta liberación de hierro. Resultan además, indicativas de alta meteorización, baja fertilidad y preeminencia de procesos de oxidación (^{Ovalles, 2003}).

La estructura granular observada es característica de horizontes A de suelos con poca MO, y consecuencia de la disminución de la porosidad de los agregados por el predominio de la arcilla sobre la materia orgánica en el proceso de floculación (^{Hernandez et al., 2013}). Esta característica favorece la compactación observada en las segundas capas de los puntos 1.1, 2.1 y 2.2 (“pisos de arado”), así como la presencia de moteados de color naranja y gris, que evidencian la deficiencia de drenaje.

^{Hernandez et al. (2013)} asocian estas condiciones a la degradación en los suelos Ferralíticos rojos como consecuencia de un manejo agrícola inadecuado. Según estos autores, la formación de pisos de arado es resultado de la destrucción de la estructura del suelo y el aumento del contenido de arcillas dispersas en el horizonte superior.

Densidad Aparente (Da):

Los valores obtenidos para la densidad aparente (Da) se muestran en la Figura 1:

FIGURA 1 Densidad Aparente (kg/m³). 

Se obtuvieron valores mayores al rango 0,9-1,16 kg/m³, referencial para este tipo de suelo hasta 1 m de profundidad según ^{Martín & Duran (2011)}, aunque coincidentes con los reportados por ^{Hernandez et al. (2013)}, quien atribuye tales diferencias a la antropogénesis intensiva sufrida por estos suelos, sin labores de subsolación recientes. Los valores más elevados corresponden a las segundas capas de los puntos muestrales 1.1, 2.1 y 2.2, coincidiendo con el hallazgo de las capas compactadas en la excavación realizada.

En todos los puntos existen restricciones para el crecimiento radical, a excepción del 2.1.1, pues la densidad aparente rebasa los 1,25 kg/m³ (^{Martín & Duran, 2011}). La compactación afecta de manera negativa la penetración de las raíces, el intercambio gaseoso, la infiltración y retención del agua; y como consecuencia, la actividad microbiana, la absorción de nutrientes y los procesos de mineralización (^{Six et al., 2004}; ^{Morell & Hernández, 2008}; ^{Obour et al., 2017}).

Dicha compactación se encuentra condicionada por la historia de uso y manejo del suelo, lo que hace de la densidad aparente un indicador muy dinámico del deterioro físico ^{Shafiq et al. (1994}; ^{Totsche et al. (2017)}; ^{Al-Shammary et al. (2018)}, con sensibilidad para estimaciones a corto plazo, al ser acompañado de otros indicadores de tipo físico y biológico (^{Doran, 1994}).

Composición mecánica y materia orgánica

Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 2:

TABLA 1 Descripción macromorfológica de los puntos muestrales 

Punto de muestreo	1.1	1.2	1.3	2.1	2.2
Clasificación Genética Instituto de Suelos (1999).	Suelo Ferralítico Amarillento Lixiviado	Suelo Ferralítico Amarillento Lixiviado	Suelo Ferralítico Rojo Lixiviado	Suelo Ferralítico Amarillento Lixiviado	Suelo Ferralítico Rojo Lixiviado.
Capa 1
Profundidad	0 - 21 cm	0 - 19 cm	0 - 20 cm	0 - 20 cm	0 - 20 cm
Color	5YR 4/6 (seco) 7.5 YR 3/4 (húmedo)	5 YR 5/8 (seco) 5 YR 4/6 (húmedo)	2.5 YR 4/4 (seco) 2.5YR 2.5/3 (húmedo)	2.5 YR 4/6 (seco) 2.5 YR 3/6 (húmedo)	10 R 3/4 (seco) 10 R 3/6 (húmedo)
Textura	Franco arcillosa	Franco arcillosa	Franco arcillosa	Arcillosa	Arcillosa
Estructura	Granular, gruesa.	Granular, media.	Granular, gruesa.	Granular, media.	Granular, gruesa.
Otras características	Hidromorfía acentuada a los 17 cm.	No presenta	Perdigones. Fragmentos de rocas (≈ 1% - 2%).	No presenta	No presenta
Capa 2
Profundidad	22 - 50 cm	20 - 50 cm	21 - 50 cm	21 - 33 cm	20 - 40 cm
Color	7.5 YR 5/8 (seco) 7.5 YR 4/6 (húmedo)	5 YR 4/6 (seco) 7.5 YR 4/4 (húmedo)	10 YR 4/6 (seco) 10 YR 3/3 (húmedo)	2.5 YR 4/6 (seco) 2.5 YR 3/6 (húmedo)	10 R 3/7 (seco) 10 R 3/4 (húmedo)
Textura	Arcillosa	Franco arcillosa	Franco arcillosa	Arcillosa	Arcillosa
Estructura	Granular, gruesa.	Granular, gruesa.	Granular, gruesa.	Granular, gruesa.	Granular, gruesa.
Otras características	Capa compactada (piso de arado) a los 24 cm. Hidromorfía acentuada (moteados amarillos, naranja y gris, ≈ 10%). Presencia de manganeso y hierro.	No presenta	Límite difuso. Moteados (≈ 10%) pardo grisáceo. Fragmentos de rocas (≈ 1% - 2%) de la masa total.	Moteados con pequeñas manchas más claras (≈ 10%). Capa compactada (pie de arado) desarrollado. Perdigones pequeños, evidencia de procesos redox.	Moteados. Capa compactada (piso de arado) a los 20 cm. Perdigones de color negro, ≈5% de la masa. Caras deslizantes. (“slikensides”)

TABLA 2 Distribución de tamaño de partículas y porcentaje de materia orgánica 

Punto de muestreo	Prof. (cm)	% MOS	< 2mm (% Arcillas)	0,002 a 0,01 mm (% Limo fino)	0,01 a 0,02 mm (% Limo grueso)	0,02 a 0,2 mm (% Arena fina)	0,2 a 2 mm (% Arena gruesa)
1.1.1	0-21	1,73	62,87	7,54	4,17	13,29	1,73
1.1.2	22-50	1,09	74,82	7,16	8,16	6,45	1,09
1.2.1	0-19	2,12	64,93	9,43	6,51	9,26	2,12
1.2.2	20-50	1,27	73,25	8,53	8,65	7,32	1,27
1.3.1	0-20	2,36	63,77	12,43	10,52	7,45	2,36
1.3.2	21-50	1,32	74,82	6,43	9,71	8,12	1,32
2.1.1	0-20	2,05	64,56	13,03	10,99	6,84	2,05
2.1.2	21-33	1,58	79,82	5,98	4,10	8,43	1,58
2.2.1	0-20	1,75	65,93	10,85	6,96	7,65	1,75
2.2.2	20-40	1,26	78,06	8,67	4,02	8,11	1,26

En todos los puntos existió concidencia de los resultados analíticos con los provenientes de la observación en campo (Tabla 1) en relación a la textura, y un mayor contenido del porcentaje de partículas de arcillas (menores a 0,002 mm) en las capas 2; fenómeno atribuible al movimiento de partículas de suelo por el perfil como consecuencia de la destrucción de la estructura en las capas superiores (^{Hernandez et al., 2013}).

Se evidencia también, un marcado predominio de las partículas pequeñas (entre 0,002 a 0,01 mm) en la composición del suelo, condición que otorga baja estabilidad estructural y una alta susceptibilidad a la separación frente al impacto de las gotas de lluvia debido a la menor cantidad de energía que estos tamaños de partículas requieren para separarse de los agregados (^{Lobo, 1990}).

Por su parte, la materia orgánica del suelo presenta valores bajos, coincidentes con otros autores en el mismo tipo de suelo (^{Hernández et al., 2006}; ^{Hernandez et al., 2013}) y tiende a ser menor en las partes erosionadas y mayor en la zona de deposición, debido al efecto de la pendiente.

Porosidad

Los resultados obtenidos para la evaluación de porosidad (total, capilar y de aireación) se muestran en la Figura 2:

FIGURA 2 Distribución de Porcentajes de Porosidad. 

El porcentaje de porosidad total se aproxima al 50%, valor considerado ideal (^{Martín & Duran, 2011}), con una distribución equitativa de poros capilares y de aireación en casi todos los puntos de las capas superiores, excepto los puntos 1.1.2, 2.1.2 y 2.2.2, donde la porosidad total se encontró alrededor del 10% por debajo de este valor. Como hemos visto, estos puntos corresponden a las capas compactadas, con “pisos de arado”.

En la mayoría de los puntos existe también predominio del porcentaje de poros capilares sobre los poros de aireación, condición característica de las texturas arcillosas. Este efecto es más acentuado en las muestras de la capa 2 y aumenta la capacidad de retención de humedad del suelo; sin embargo también puede afectar el equilibrio agua/aire y el movimiento de O₂ y CO₂, incrementando las áreas con condiciones anaeróbicas. Ello genera reducción en la desnitrificación, pérdida de nutrientes en las raíces y cambios en el metabolismo de las plantas, causando efectos adversos al cultivo (^{Bünemann et al., 2018}). En las capas compactadas (1.1.2, 2.1.1, 2.2.2) además, se encontraron porcentajes de poros de aireación menores al 10%, valor considerado mínimo según (^{Hillel, 1994}; ²⁰⁰³; ²⁰¹³), evidenciándose cuantitativamente las limitaciones estructurales identificadas de manera cualitativa en la observación del suelo.

Agregación

Distribución de los Tamaños de Agregados y su Estabilidad

Se realizó la determinación de tamaños de partículas empleando tamizado en seco y en húmedo, obteniéndose los resultados mostrados en la Figura 3:

FIGURA 3 Distribución de los Tamaños de Agregados y su Estabilidad. 

En general, el porcentaje de agregación se aproxima al 40%, resultando menor en los puntos de muestreo de la transecta 2, y en las capas inferiores de cada punto muestral. La formación y estabilidad de los agregados depende tanto de factores pedológicos, como el predominio de partículas de arcillas, que limitan los espacios en la estructura del suelo y la existencia de microagregados sobre los macroagregados; como de factores antrópicos como la labranza, la cual expone de manera repetida las fracciones orgánicas del suelo relacionadas con los macroagregados a la aereación y la oxidación, provocando su disminución (^{Shepherd et al., 2001}).

Por su parte, el índice de estabilidad estructural (Ie), basado en la relación agregados estables en agua/ agregados totales permite resumir la interacción de los factores señalados ^{Menon et al. (2020)}, cuantificando la resistencia al cambio (mantenimiento de la estructura) de los agregados en respuesta a la aplicación de estrés mecánico (^{Diaz et al., 2002}). En general, se encontró una mayor estabilidad en las capas superiores y una escasa estabilidad en los puntos con presencia de capas compactadas.

Relación de la Agregación con la Materia Orgánica del Suelo

A fin de explorar las posibles relaciones entre el %MOS y algunos indicadores físicos evaluados, se calcularon las correlaciones mostradas en los gráficos de las Figuras 4, 5 y 6.

En las Figuras 4, 5 y 6 se muestran las correlaciones encontradas entre el porcentaje de MO y la densidad aparente, el porcentaje de agregación total y la estabilidad estructural, encontrándose valores de R² mayores a 0,6 en los tres casos, coincidiendo con ^{Shepherd et al. (2001)}; ^{Pulido et al. (2009)}; ^{Hernandez et al., (2013)}. Tales resultados destacan la necesidad de cuantificar la cantidad y tipo de la MO al evaluar el estado estructural del suelo. En general, la MOS promueve la estabilidad de los agregados porque reduce el hinchamiento y la permeabilidad del agregado, reduce las fuerzas destructivas del fenómeno de estallido y aumenta la fuerza intrínseca de los mismos ^{Fortun & Fortun (1989)}, puesto que enlazan física y químicamente las partículas primarias en los agregados (^{Lado et al., 2004}).

Existe una relación bidireccional entre la MOS y la agregación: la efectividad de la MOS en formar agregados estables está relacionada con su tasa de descomposición, la cual a su vez depende de su protección física y química y la acción microbiana (^{Blanco y Lal, 2004}; ^{Pulido et al., 2009}) y a su vez, la estabilidad de los macroagregados constituye un factor crucial en la estabilización de la MO a largo plazo (^{Six et al., 2004}).

^{Bernal & Hernández (2017)} señalan que la mineralización y pérdida de la materia orgánica (MO) resulta un factor preponderante en la disminución de la agregación de los suelos Ferralíticos estudiados. Según ^{Six et al. (2004)} éste efecto se evidencia con mayor énfasis en la pérdida de macroagregados, tal como se ha observado, puesto que la formación de éstos se debe a la presencia de materia orgánica (MO) recién aportada, de menor estabilidad a la de los microagregados; cuyo agente cementante corresponde a MO más humificada, y por tanto más resistente a la degradación. ^{Bernal & Hernández (2017)} destacan que en los suelos Ferralíticos, la interacción de hierro, arcillas y MO inciden en la formación de microagregados y su estabilidad.

FIGURA 4 Correlación entre densidad aparente y materia orgánica. 

FIGURA 5 Correlación entre porcentaje de materia orgánica y porcentaje de agregación. 

FIGURA 6 Correlación entre porcentaje de materia orgánica y el índice de estabilidad estructural. 

Plan de conservación de suelo para los suelos de la Finca “El Mamey”

De acuerdo a ^{Hernandez et al. (2013)} desde principios del siglo XIX, se ha planteado la necesidad de restaurar la fertilidad de los suelos Ferralíticos rojos debido a la intensidad de la explotación desde la época colonial. ^{Hernández et al. (2006)}; ^{Morell et al. (2006}) y ^{Hernandez et al. (2013)} han encontrado resultados que evidencian cambios en las propiedades de estos suelos como consecuencia de su uso agrícola, fenómeno que ha sido descrito como evolución agrogénica (^{Lebedeva et al., 2005}).

La explotación agrícola intensiva convencional se caracteriza por numerosas labores de labranza, que traen como consecuencia la oxidación de la materia orgánica del suelo, con la consiguiente ruptura de agregados y pérdida de estructura ^{Cooper et al. (2005)}, evidente tanto en la observación de las microcalicatas como en los resultados analiticos. Ambos fenómenos conllevan a la compactación, evidente en el aumento del valor de la densidad aparente y la disminución de los espacios porosos obtenidos.

A partir de los mismos se identificaron cinco signos de degradación física y las “funciones” del suelo afectadas, a partir de las cuales se proponen siete medidas de conservación, divididas en dos etapas, con la finalidad de recuperar la condición física del suelo, mejorar su fertilidad e incrementar la sostenibilidad de la actividad agrícola (Figura 7).

FIGURA 7 Plan de Conservación para la Finca “El Mamey”, diseñado en función de restaurar las funciones del suelo afectadas, de acuerdo al análisis de los valores obtenidos en la observación de campo y los indicadores físicos. 

CONCLUSIONES

A partir del trabajo realizado se evidenció la utilidad de los métodos de campo (observación directa) en conjunto con los procedimientos analíticos en el estudio de la estructura del suelo. Se observó la preeminencia de la compactación como el principal factor degradante del suelo, enfatizando los procesos de origen agrogénico, así como la relación del porcentaje de materia orgánica del suelo (MO) con la estabilidad estructural. Se presentaron además relaciones entre las evidencias de deterioro del suelo, las funciones afectadas y la(s) medida(s) de conservación asociadas.

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Recibido: 10 de Febrero de 2021; Aprobado: 20 de Septiembre de 2021

^*Author for correspondence: Sol Desireet Santander-Mendoza, e-mail: [e-mail]