CARACTERIZACIÓN DE LA FERTILIDAD QUÍMICA DE LOS SUELOS EN SISTEMAS PRODUCTIVOS DE LA ALTILLANURA PLANA, META, COLOMBIA

Hernando Delgado Huertas¹

Jorge Alberto Rangel²

Amanda Silva Parra³

Recibido el 23 de mayo de 2016, aprobado el 27 de marzo de 2017, actualizado el 19 de diciembre de 2017

DOI: 10.17151/luaz.2018.46.5

RESUMEN

La Altillanura Plana de la Orinoquia de Colombia es por excelencia una despensa agropecuaria. Su fertilidad química dependerá principalmente de sistemas productivos que involucren un manejo de los suelos de manera apropiada y que incrementen los contenidos de la materia orgánica del suelo (MOS). Se aplicó un análisis de tipo multivariado con el objetivo de caracterizar la fertilidad química de los suelos en algunos sistemas productivos de la Altillanura Plana comparados con otros de Piedemonte del departamento del Meta, Oriente de Colombia. Fueron seleccionados cinco sistemas productivos en cada zona. Se encontró una alta variabilidad en las características químicas de los suelos, siendo la MOS y la acidez de los suelos las que tuvieron mayor capacidad discriminatoria entre los sistemas productivos. El análisis de clúster conformo tres grupos bien definidos: suelos de alta, mediana y baja fertilidad; y aunque no se encontró un patrón definido en cuanto a los sistemas productivos que los caracterice en cada uno de los grupos, cinco de los sistemas productivos de Piedemonte estuvieron ubicados en suelos de baja fertilidad. Las pasturas mejoradas y los sistemas silvopastoriles (SPSs) de la Altillanura Plana son una buena opción para aumentar la fertilidad química de los suelos.

PALABRAS CLAVES

Materia orgánica del suelo, fosforo disponible, bases intercambiables, sistemas agroforestales, Oxisoles.

CHEMICAL CHARACTERIZATION OF SOIL FERTILITY IN PRODUCTION SYSTEMS OF A FLAT HIGH PLATEAU, META, COLOMBIA

ABSTRACT

The flat high plateau of the Colombian Orinoquia is, par excellence, an agricultural pantry. Its chemical soil fertility depends mainly of productive systems that involve appropriate soil management that increment soil organic matter (SOM). A multivariate analysis was applied in order to characterize the soil chemical fertility in some productive systems of the flat high plateau compared to other foothills of the Department of Meta in the western region of Colombia. Five production systems were selected for each zone. A high variability in the chemical characteristics of the soils was found, being SOM and the acidity of the soils the ones having greater discriminatory capacity among the productive systems. Cluster analysis consisted of three well-defined groups: high, medium and low fertility soils and, although a definite pattern of productive systems was not found in each of the groups, five productive foothill systems were located in low fertility soils.  The improved pastures and the silvopastoral systems (SPSs) of flat high plateaus are a good option to increase the chemical fertility of the soils.

KEYWORDS

Soil organic matter, available phosphorus, exchangeable bases, agroforestry systems, Oxisoles.

INTRODUCCIÓN

Los Llanos Orientales de Colombia comprenden aproximadamente 26 millones de hectáreas, de las cuales 53% pertenece a la Orinoquia bien drenada, que incluye las terrazas aluviales y la altillanura plana y disectada. De esta área, alrededor de 4.6 millones de hectáreas corresponden a la altillanura plana, con alto potencial agrícola y pecuario. (Rivera y Amézquita, 2013).

Las propiedades químicas del suelo pueden ser consideradas como posibles indicadores de su fertilidad (Lal, 2008). Según Rivera et al. (2013) los suelos de la Altillanura poseen una baja fertilidad química debido principalmente a la alta acidez, con pH menores de 5,5, bajos contenidos de bases intercambiables y baja CIC;  son propensos a la alta compactación de los suelos y a la erosión, que definen igualmente su degradación física. Jaramillo (2002) afirma que: 

Los suelos de los órdenes Oxisoles y Ultisoles (suelos tropicales típicos) agrupan sólo suelos ácidos, los cuales se caracterizan por presentar una evolución avanzada, alta lixiviación de bases, bajo contenido de minerales meteorizables y predominio de sesquióxidos de Fe y Al en la fracción arcilla. (p. 364)

Dichas características están asociadas a baja capacidad de intercambio catiónico (CIC) y fertilidad, toxicidad por Al y, en algunos casos, por Mn (Rivera et al., 2013).

La materia orgánica (MOS) y el P se consideran como la propiedad química y el elemento más limitante en suelos ácidos de la Orinoquía (Botero, 1989); el P disponible varió entre 1 y 3 mg/kg, determinado por Bray II en suelos tropicales (Rao et al., 1999).

Friesen et al. (2013) menciona que la toma de nutrientes es diferente entre sistemas de pastura y monocultivos en rotación dde zona tropical.

En el sistema arroz de secano en rotación agropastoril (arroz/B. humidicola y leguminosa), los niveles de P aprovechable y Ca intercambiable incrementaron ligeramente (Amézquita et al., 2013).

Según Amézquita et al. (2013) los cambios en el contenido de Ca intercambiable en la rotación de arroz con caupí fueron muy similares a aquellos que ocurrieron en monocultivo de arroz, aunque el movimiento del Ca en el subsuelo fue ligeramente menor, quizás debido a la remoción por las raíces profundas de caupí y al reciclado del Ca hacia la superficie a través de los residuos de esta leguminosa.

Según Rivera y Amézquita (2013) los suelos ácidos de la Altillanura tienen importantes características que favorecen sistemas de agricultura sostenible; entre ellas, abundante y adecuada distribución de lluvias, topografía relativamente plana y características físicas factibles a su adecuación mediante un buen manejo de los suelos, principalmente de la labranza.

La adopción de sistemas conservacionistas de manejo del suelo como los sistemas de cultivos en rotación y los sistemas agroforestales (SAFs) se vienen presentando como unas alternativas importantes para contribuir a la fertilidad de los suelos (Montagnini y Nair, 2004; Sánchez et al., 2009).

El objetivo de esta investigación fue realizar la caracterización de la fertilidad de los suelos en diferentes sistemas productivos de la Altillanura, Meta, Colombia; con el fin de distinguir las variables químicas que más aportan en la distinción de sistemas productivos de más alta fertilidad, los cuales podrían aportar a la sustentabilidad ambiental de los agroecosistemas de la Altillanura del Meta, Colombia.

METODOLOGÍA

El estudio se realizó en dos zonas de la Orinoquía del Meta, Colombia: Piedemonte y Altillanura.  En la primera se seleccionaron las localidades de Granada y Villavicencio y en la segunda la localidad de Puerto López. Se seleccionaron los cinco sistemas productivos más representativos en cada una de las zonas (Tabla 1).

Así mismo, se realizó una caracterización de los sistemas productivos de acuerdo a algunos factores de manejo de los suelos como fueron uso del suelo, tipo de labranza y entrada de residuos (Tabla 1); seleccionando 20 fincas que incluyeran uno o más de los sistemas escogidos.

Tabla 1. 

Fuente: Esta investigación

En cada uno de los sistemas se realizó un muestreo a 0.25 m de profundidad en 10 puntos al azar y se mezclaron para sacar una muestra compuesta para análisis de tipo químico como se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2. 

Fuente: IGAC (2006)

ANÁLISIS ESTADÍSTICO

El análisis multivariado de componentes principales y de agrupamiento jerárquico se hizo con el fin de identificar relaciones entre las variables estudiadas en los sistemas evaluados. En el análisis multivariado, se realizó análisis de factores por componentes principales (CP) (Manly, 1997). Para el análisis de agrupamiento se utilizaron las distancias de Ward, lo cual permitió identificar los grupos con base en el comportamiento de las variables evaluadas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización química de los suelos en los sistemas

La tabla 3 presenta una descripción estadística de las variables químicas seleccionadas en el análisis multivariado relacionadas con los sistemas productivos de la Altillanura y Piedemonte.

Tabla 3. 

Fuente: Esta investigación.

Granada: S2= Monocultivo de soya en rotación con maíz; S3= Cultivo de maíz en rotación con yuca; S4= Monocultivo de plátano en rotación con yuca; S5= Monocultivo de arroz en rotación con maíz y soya; Villavicencio: S7= Sistema agroforestal de cacao y Acacia mangium; S9= Sistema agroforestal de café con plátano y árboles de leguminosas; S10= Monocultivo de arroz; Puerto López: S11= Bosque secundario;  S12= Sistema silvopastoril de Acacia mangium y pastura mejorada; S13= Sistema agroforestal de caucho y leguminosas de cobertura; S14= Monocultivo de piña; S15= Monocultivo de cacao.

El pH del suelo varió entre 3.90 y 5.10, valores que correspondieron a los SAFs de cacao y Acacia mangium de Villavicencio (S7) y al SAF de café asociado de Villavicencio (S9), respectivamente. Según Rivera y Amézquita (2013), el pH presentó valores entre 4.0 y 4.4, siendo más alto en sabana nativa hasta 20 cm de profundidad.

Se comprobó que los diferentes manejos y usos del suelo presentaron influencia en la MOS, variando desde 1.60 a 4.20% en el sistema de monocultivo de piña de Puerto López (S14) y en el silvopastoril de Acacia mangium y pastura mejorada de Puerto López (S12).

El promedio de P disponible en el suelo varió entre 1.70 y 67.50 mg/kg de suelo; el menor valor correspondió al sistema agroforestal de caucho y leguminosas de cobertura (S13) y monocultivo de soya en rotación con maíz (S2), siendo más altos que los reportados por Rao et al. (1999).

Al respecto de los valores mínimos de P encontrados, "los suelos tropicales altamente meteorizados (Oxisoles, Ultisoles) se caracterizan por niveles bajos de P total y disponible y por la alta capacidad de fijación de P” (Friessen et al., 2013, p. 148).

En comparación con los otros nutrientes principales, el P es el menos móvil y disponible para las plantas en las condiciones de la mayoría de los suelos, particularmente en Oxisoles y, por lo tanto, es probable que se vea muy afectado por la labranza (Basamba et al., 2006; 2007). “Los valores de P reflejan el efecto de la intervención agrícola, con contenidos mayores a 5 mg/kg” (Camacho, 2010, p. 279).  Sin embargo, estos mismos autores reportaron que Jaimes et al. (2003) encontraron contenidos inferiores a 1 mg/kg en sabana nativa de los Llanos Orientales.

Las leguminosas favorecen la disponibilidad del P en los suelos (Jaramillo, 2002), el crecimiento sustancialmente mayor de las raíces de las pasturas mejoradas (Brachiaria humidicola asociada con leguminosas) en las capas inferiores de suelo en condiciones ácidas con bajos niveles de P, refleja la mayor capacidad de los forrajes para movilizar y tomar P del suelo (Rao et al., 1997).

Según Friessen et al. (2013), durante los últimos 20 años se han identificado numerosos germoplasmas de pastos y forrajes, adaptados a bajos niveles de P en Oxisoles de los trópicos, pero las características de las plantas y los mecanismos que contribuyen a una mayor adquisición de P y/o utilización en estos genotipos son poco conocidos.

El Al intercambiable varió de 0.05 a 5.70 cmol (+)/kg de suelo; el menor valor correspondió al cultivo de soya en rotación con maíz de Granada (S2) y al SAF de cacao y Acacia mangium de Villavicencio (S7), siendo el máximo más alto que el reportado por Rivera y Amézquita (2013), donde el Al intercambiable varió entre 1.7 y 2.9 cmol (+)/kg de suelo en sistemas de maíz en monocultivo y en rotación con soya entre 0 y 10 cm de profundidad y en sabana nativa entre 0 y 20 cm de profundidad, respectivamente. El valor más alto encontrado estuvo posiblemente asociado a un pH más acido en los sistemas con mayores aportes de MOS. El Al intercambiable en suelos de carga variable, dependiente del pH como en Oxisoles, se debe neutralizar con altas aplicaciones de cal (Flores et al, 2008).

Los contenidos de Ca variaron de 0.05-5.70 cmol (+)/kg suelo considerados bajos y medios; siendo el más bajo en SAF de cacao y Acacia mangium de Puerto López (S12) y el valor máximo correspondió a SAFs de café asociado de Villavicencio (S9); estos valores estuvieron asociados con el pH ácido del suelo en estos dos sistemas; el Mg varió de 0.01 a 0.80 cmol (+)/kg, considerados bajos en los sistemas monocultivo de arroz (S10) de Villavicencio y monocultivo de soya en rotación (S2) de Granada; K vario entre 0.07 a 0.38 cmol (+)/kg de suelo, contenidos que son considerados bajos y medios en el monocultivo de arroz en rotación con soya y maíz de Granada (S5) y en monocultivo de plátano en rotación con yuca de Granada (S4), respectivamente.

Al respecto, Kirkby (1979) menciona que los Oxisoles y Ultisoles predominantes en los Llanos Orientales de Colombia se caracterizan por un alto contenido de arcillas caolinitas tipo 1:1, que requieren menos nivel de saturación de bases para una adecuada disponibilidad de Ca y Mg para las plantas.

Kamprath (1971) menciona que la disponibilidad de Ca y Mg en Oxisoles y Ultisoles es afectada por prácticas de manejo como labranza, rotación de cultivos y aplicación de enmiendas o fertilizantes, al igual que por los niveles de la forma intercambiable, la capacidad de intercambio catiónico efectiva, el Al intercambiable, la textura y la mineralogía de las arcillas.

La aplicación de Ca como enmienda, ayuda a elevar el nivel de este y del Mg en el suelo (Fassbender, 1972), favoreciendo el movimiento de ambos hacia otras partes del suelo y aumenta el pH (Morelli et al., 1971), sin afectar mucho al K.

El Na no es una limitante en estos suelos (Jaramillo, 2002); en cuanto a los elementos menores, Fe y Mn fueron elevados en cultivo de soya en rotación con maíz (S2); y en cultivo de maíz en rotación con yuca de Granada (S3); B fue de bajo a alto en sistema agroforestal de caucho y leguminosas de cobertura de Puerto López (S13) y en monocultivo de soya en rotación de Granada (S2).  La fijación biológica del N ayuda a aumentar los contenidos de B en los suelos (Moreira y Siqueira, 2006).

Matriz de correlaciones

El análisis de correlaciones entre las variables asociadas a la fertilidad química de los suelos de los sistemas productivos de la Altillanura y de Piedemonte se observa en la tabla 4.

Tabla 4. 

Fuente: Esta investigación.

Los resultados obtenidos confirman que la materia orgánica del suelo (MOS), correlacionó con todas las características químicas del suelo, menos con B (Tabla 4), como reportado por West et al (2010). El P estuvo altamente correlacionado con la MOS (Tabla 4).

La correlación negativa y positiva encontrada entre el pH con el Al intercambiable y con Ca, Mg, K y Na (Tabla 4), estaría indicando que a un menor pH es mayor el Al y menor el contenido de bases (Fassbender, 1972). El Ca correlacionó con el K, el Mg con el Zn y el K con el Mn (Tabla 4), existiendo sinergia entre nutrientes y su influencia en el mejoramiento de la fertilidad de los suelos (Moreira y Siqueira, 2006).  El Na no es una limitante en estos suelos, como si lo es el Al (Jaramillo, 2002).

Análisis de componentes principales (ACP)

Stemberg (1998) al evaluar aspectos físicos, químicos y biológicos de los suelos destacó la importancia de las técnicas de análisis multivariado (componentes principales), las cuales facilitaron la clasificación de la calidad de los suelos en tres categorías (buena, normal y baja).

En el análisis de componentes principales se seleccionaron los primeros tres componentes, que explicaron el 79.63% de la variabilidad de los datos.

Tabla 5.

Fuente: Esta investigación.

La conformación del CP1 estuvo relacionado principalmente con la MOS, pH, Al, todas las bases y micronutrientes del suelo, menos el Fe; incluido el Boro.  El P no guardo relación.  El primer componente explicó el 50.54% de la variabilidad total (Tabla 5).

El CP2 explicó el 17.25% de la variabilidad total y se relacionó principalmente con la acidez del suelo, pH, Al, Na, Fe y B en los suelos (Tabla 5).

Las variables de mayor peso en la conformación del CP3 fueron Cu, Zn y P en los sistemas evaluados, explicando el 11.84% de la variabilidad total de las propiedades químicas (Tabla 5).

Análisis de Cluster

El análisis de Cluster estuvo conformado de la siguiente manera (Figura 1).

Figura 1.  Análisis de clúster asociados a la fertilidad química de los suelos en sistemas productivos de la Altillanura y de Piedemonte, Meta, Colombia, 2015.

Fuente: Esta investigación.

Cluster 1: Sistemas productivos con suelos medianamente fértiles. En este cluster se agruparon los sistemas de monocultivo de plátano en rotación con yuca de Granada (S4), Monocultivo de arroz de Villavicencio (S10), sistema agroforestal de caucho y leguminosas de cobertura (S13), monocultivo de piña (S14) y monocultivo de cacao de Puerto López (S15); parece ser que la alta heterogeneidad de los suelos y la alta variabilidad de las propiedades químicas no determinó un patrón específico en cuanto al tipo de uso del suelo; hubo predominio de suelos con bajo pH y altos contenidos de Al, altos contenidos de Fe y bajos contenidos de B en los suelos (Figura 1).

Eso muestra que los atributos mencionados poco contribuyeron para separar los sistemas productivos analizados dependientes de tipos de manejo y uso del suelo con características similares.

A pesar de que últimamente los sistemas de monocultivos en las tres zonas están incluyendo algún tipo de manejo sostenible de suelo como es la práctica de rotación de cultivos y la implementación de SAFs, la baja fertilidad química de estos suelos supera a las innovaciones tecnológicas de los sistemas. Según Vera (2004), White (1984) y Bernoux et al. (2006), la rotación de cultivos incrementa los contenidos de la MOS con resultados visibles a mediano y largo plazo, siendo que con los SAFs los resultados pueden darse en el corto plazo (Kirby y Potvin, 2007; Dossa et al., 2008; Somarriba et al., 2013; Jadan et al., 2015).

Cluster 2: Sistemas productivos con suelos de alta fertilidad. Agrupa los sistemas de pastura mejorada de Granada (S1); pastura mejorada de Villavicencio (S6); SAF de cacao y Acacia mangium de Villavicencio (S7); bosque secundario (S11) y sistema silvopastoril de Acacia mangium y pastura mejorada (S12) de Puerto López; la conformación de este clúster estuvo más asociado a la baja acidez de los suelos, menores contenidos de Al intercambiable, altos contenidos de bases y micronutrientes, pero principalmente a altos contenidos de MOS (Figura 1).

Doran y Parkin (1994) y Reeves (1997), han incluido a la materia orgánica del suelo (MOS) como la propiedad química más importante a seleccionar entre un grupo de datos mínimos y necesarios para definir la calidad del suelo en sistemas productivos.

En las pasturas mejoradas y los SAFs la materia orgánica del suelo (MOS) se acumula en los horizontes superiores (Bessam y Mrabet, 2003; Guimarães et al., 2004; Basamba et al, 2006), pudiendo explicar los resultados obtenidos, lo cual puede estar relacionado con los tipos de labranza reducida y/o cero y la alta entrada de residuos.

La recuperación de pasturas degradadas con la adopción de prácticas conservacionistas como las pasturas mejoradas y los SAFs, junto con el uso de correctivos y fertilizantes, evita la degradación del suelo y favorece incrementos en los contenidos de MOS y P principalmente (Nair, 1993; Caravalho et al., 2007; Giraldo et al., 2008; Latriglia y Vera, 2014).

Cluster 3: Sistemas productivos con suelos de baja fertilidad. Agrupa los sistemas de monocultivo de soya en rotación con maíz (S2), cultivo de maíz en rotación con yuca (S3) y monocultivo de arroz en rotación con maíz y soya (S5), todos éstos de Granada; monocultivo de piña (S8) y sistema agroforestal de café asociado de Villavicencio (S9); los suelos de estas dos zonas estuvieron asociados a alta acidez, que definió altos contenidos de Fe y Zn, y bajos contenidos de P-disponible (Figura 1).

Según Friesen et al. (2013), estudiando la adquisición y reciclaje de fósforo en sistemas de cultivos y pasturas en suelos tropicales de baja fertilidad,

Las diferencias en las tasas de liberación puede ser de menor importancia en las pasturas donde las raíces activas están siempre presentes para recuperar el P liberado de la hojarasca en descomposición. En los sistemas que involucran cultivos, sin embargo, el sistema radicular del cultivo no puede ser suficientemente desarrollado para recuperar el P liberado de los residuos del cultivo anterior. (p. 156)

De esta manera se pueden explicar las diferencias en el reciclaje de nutrientes de los sistemas productivos incluidos en los cluster 2 y 3.

Para el arroz, el patrón de liberación de P de los residuos aplicados a la superficie sugiere que <60% estará disponible para el siguiente cultivo de caupí (o componentes alternativos) en un sistema de rotación. Para el monocultivo de arroz, la liberación completa dentro de los 4 meses implica una interacción sin restricciones con el suelo de alrededor de 6 meses antes que el próximo cultivo presente un sistema radicular suficientemente desarrollado para adquirirlo. (Friesen et al., 2013, p. 156)

Por otra parte, en sistemas de monocultivo donde se realiza labranza intensiva es un factor que contribuye a la degradación de la fertilidad química de los suelos en el corto tiempo (Lal, 2008); debido principalmente a la liberación del carbono del suelo que sucede por una oxidación intensa de la MOS y las pérdidas de nutrientes por erosión (Chen et al., 2009; West et al., 2010); presentándose una disminución de los contenidos de P en los suelos de los sistemas productivos del clúster 3 y de micronutrientes en sistemas productivos del clúster 1.

CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados de la matriz de correlaciones y el análisis de los CP, el mejor indicador de la fertilidad química del suelo en sistemas productivos de la Altillanura fue la MOS; distinguiéndose los sistemas de pasturas mejoradas y sistemas silvopastoriles como posibles alternativas sostenibles de producción agropecuaria para esta zona.

Los niveles de pH de los suelos predominantemente ácidos en las zonas de Piedemonte determinaron suelos con niveles de mediana a muy baja fertilidad química que pueden limitar la absorción de nutrientes por los cultivos, tanto de macro y micro nutrientes, principalmente en sistemas de monocultivo.

AGRADECIMIENTOS

A la Dirección General de Investigaciones y la Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales de la Universidad de los Llanos por la financiación de este proyecto de investigación.

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1. M.Sc. Fitomejoramiento, Profesor Tiempo Completo, Grupo de Investigación Innovación en Sistemas Agrícolas y Agroforestales ISAF, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales. Universidad de los Llanos: Villavicencio, Colombia.  This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..

2. Candidato M.Sc. Desarrollo Tropical Sostenible, Profesor Tiempo Completo Ocasional, Grupo de Investigación Innovación en sistemas agrícolas y agroforestales ISAF. Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales. Universidad de los Llanos: Villavicencio, Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..

3. Ph.D. Agronomía Ciencia del Suelo, Profesora Tiempo Completo, Grupo de Investigación Innovación en sistemas agrícolas y agroforestales ISAF, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales. Universidad de los Llanos: Villavicencio,  Colombia. This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. 

Para citar este artículo: Delgado, H.; Rangel, J. A.; Silva, A. (2016). Caracterización de la fertilidad química de los suelos en sistemas productivos de la altillanura plana, Meta, Colombia. Revista Luna Azul, 46, 82-101. Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php/component/content/article?id=272. DOI: 10.17151/luaz.2018.46.5

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