1. Introducción
El suelo es un recurso natural muy valioso para garantizar la seguridad alimentaria de la humanidad, presentando también un gran potencial en la mitigación del cambio climático (Adams et al., 2011; Lal, 2005; Perales et al., 2009). En este sentido, la calidad y salud de los suelos interviene significativamente en la productividad de la agricultura. Además, la presión demográfica y el uso de prácticas de manejo del suelo inadecuadas conllevan a su degradación física, química, biológica y ecológica (Lal, 2015), generando una disminución en su calidad y en su productividad. Se ha observado en suelos que han sufrido un proceso de degradación el contenido de materia orgánica se reduce (Fenton et al., 2005; Polyakov & Lal, 2004), esto genera una baja estabilidad y fertilidad de los mismos (Chappell et al., 2019). Adicionalmente, la reserva de carbono disminuye significativamente (Guo & Gifford, 2002; Lal, 2005; Olson et al., 2016); y lo mismo ocurre con la actividad microbiana (Kara et al., 2016; McCalla, 1950; Wu et al., 2018). Lo mencionado previamente reduce significativamente el rendimiento de los cultivos (Fenton et al., 2005). La reducción en la productividad genera también una reducción en los ingresos obtenidos de la producción agrícola, provocando el desplazamiento de la población rural a las ciudades, así como; la generación de trampas de pobreza especialmente en las poblaciones de la zona rural que dependen de las actividades agrícolas desarrolladas en suelos degradados o en proceso de degradación para subsistir (Barbier & Hochard, 2016; Barrett & Bevis, 2015; Hunter et al., 2015; Nario et al., 2001; Santillana, 2006). Sumado a esto, las familias que realizan agricultura de subsistencia obtienen la mayoría de su aporte nutricional de los alimentos que producen. Cuando los cultivos se desarrollan en suelos pobres, las dietas pueden ser deficientes, provocando problemas en la salud por deficiencia de ciertos minerales, como zinc, yodo o selenio (Bevis, 2015; Bouis & Welch, 2010; Chilimba et al., 2011). Por otro lado, la aplicación de prácticas de manejo adecuadas puede incrementar la productividad agrícola, permitiendo la reducción de las brechas existen tes en los rendimientos, mejorando también la calidad del suelo, previniendo o reduciendo su degradación (Felipe-Morales, 2002; Fernández et al., 2017).
En ese sentido, el manejo sustentable de los suelos mediante diversas prácticas resulta prometedor (Dhakal & Nandwani, 2020; Teasdale et al., 2007). Una de ellas, el uso de la cobertura vegetal que ha brindado efectos específicos según especie en la estructura de la comunidad microbiológica (Buyer et al., 2017; Waymouth et al., 2020) y en la macrofauna del suelo (Roarty et al., 2017). De esta manera, se evidencia un incremento también en la reserva de carbono en el suelo y su fertilidad (Jarecki et al., 2018). Asimismo, es una práctica de manejo prometedora en la eficiencia hídrica cuando el agua no es limitante, pudiendo reducir en un 27% la escorrentía anual (Novara et al., 2021). También se ha observado que el manejo de cultivos con cobertura vegetal influye en la evaluación de la calidad visual del suelo (Mihelič et al., 2021).
Además, se ha observado que la cobertura vegetal puede reducir hasta un 97% en el desarrollo de malezas en cultivos (Fracchiolla et al., 2020; Teasdale et al., 2007), incluído el cultivo de maíz (Yeganehpoor et al., 2015). Según reportes, el uso de coberturas permite mejorar la productividad del cultivo de maíz bajo condiciones de bajas temperaturas en invierno (Marcillo & Miguez, 2017; Seman-Varner et al., 2017). A pesar del gran potencial que tiene el uso de cobertura vegetal asociada a cultivos, es necesario que se realice de manera planificada y específica para cada lugar, con el fin de maximizar sus beneficios (Alonso-Ayuso et al., 2018; Mirsky et al., 2011; Novara et al., 2021; Teasdale et al., 2007).
En los andes peruanos, el maíz es la base de la alimentación, siendo especialmente importante en la agricultura de subsistencia del poblador; sin embargo, en la sierra del Perú, el maíz generalmente se cultiva en zonas con pendientes de más del 50%, dejando al suelo expuesto a niveles extremadamente altos de erosión (Felipe-Morales, 2002), haciendo que la aplicación de prácticas comunes y erosivas aumenten su degradación (Felipe-Morales, 2002; Kuria et al., 2019). En ese contexto, es de gran importancia enfocar esfuerzos en la identificación de prácticas de manejo de cultivos de maíz que resulten en el incremento de la productividad, y al mismo tiempo, en una mejora en las propiedades del suelo. Es así, que el uso de cobertura vegetal asociada al cultivo de maíz tendría un gran potencial en lograr estos objetivos (Felipe-Morales, 2002). Así, el objetivo de este estudio fue determinar el beneficio del uso de las coberturas vegetales en el rendimiento de maíz amiláceo (Zea mays L.) y las propiedades del suelo, en tres localidades de los distritos de Huanta y Huamanguilla, provincia de Huanta, Ayacucho, Perú.
2. Materiales y métodos
2.1 Zona de estudio
La investigación se realizó en la campaña agrícola 2018 - 2019, en las localidades de Yanapampa (con localización geográfica de 13° 0´ 50,44´´ S y 74° 11´44,03´´ W, a 3033 m.s.n.m.), del distrito de Huamanguilla, provincia de Huanta, Pultunchara (con localización geográfica 12° 55´ 7,24´´ S y 74° 13´ 52,88´´W, a 3119 m.s.n.m) y Patasucro (con localización geográfica 12° 54´ 38.62´´ S y 74° 14´ 5,58´´ W, 3335 msnm), ambos en el distrito de Huanta, provincia, Huanta, departamento de Ayacucho, ubicado dentro de la región quechua con una fisiografía de pendiente empinada (25 - 50%). El clima del lugar es templado con temperatura media anual de 15 °C y precipitación de 400 mm por año. Durante la conducción de la investigación se presentó una precipitación media de 94.65 mm, humedad relativa media de 77,17% y una temperatura media de 17,83 °C.
Características físico y químicas del suelo
Para conocer los parámetros físicos y químicos del suelo se realizó el análisis de suelos de las 3 localidades en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Aguas y Foliar - LABSAF de la Estación Experimental Agraria de Canaán - Ayacucho. Los resultados del análisis de suelos de las 3 localidades se encuentran en la Tabla 1.
2.2 Tratamientos en estudio
Se utilizó el diseño experimental de Bloques Completamente al Azar (DBCA), con 5 tratamientos con 4 repeticiones por tratamiento. Los tratamientos resultaron del empleo de coberturas vegetales en cultivo de maíz (T1: Sin cobertura - testigo; T2: Con cobertura de trébol; T3: Con cobertura de vicia; T4: Con cobertura de vicia con avena y T5: Con cobertura muerta - mulch. Siendo en total 20 unidades experimentales, cada una estuvo constituida por parcelas de cinco surcos de 6 m. de largo y una separación entre surcos de 0.8 m., siendo el área de la unidad experimental 24 m2; donde se sembró 3 semillas de maíz por golpe, la variedad de semilla fue INIA 607-Chécche Andenes, adaptada para zonas maiceras desde los 2700 a 3500 msnm.
Las coberturas vegetales se sembraron al momento del segundo aporque entre el surco de riego. La cantidad de las semillas por cada tratamiento fue estimado en kg.ha-1, de la siguiente manera: T2 se empleó 450 kg de fruto de trébol (Medicago hispida); T3 se empleó 75 kg de semilla de vicia (Vicia sativa L.); T4 se empleó 25 kg de vicia (Vicia sativa L.) y 75 kg de avena (Avena sativa L.); T5 se empleó 1200 kg de residuos de cosecha (mulch). Las semillas de las coberturas vegetales (trébol, vicia, avena) se sembraron al voleo. El manejo agronómico se efectuó en base a la guía de manejo del cultivo de quinua del Instituto de Nacional de Investigación Agraria. Los resultados obtenidos fueron sometidos al Análisis de Varianza para la comparación de medias y para las pruebas de comparación múltiple se utilizó la prueba de Tukey, ambas con un nivel de significancia del 5%.
2.3 Variables Evaluadas
Las variables en estudio o variables respuesta estuvieron agrupadas en evaluaciones agronómicas, evaluaciones de los suelos y evaluaciones de las coberturas. En las evaluaciones agronómicas se consideró el rendimiento; en las evaluaciones físicas se consideró: Densidad aparente y humedad gravimétrica y en las evaluaciones químicas fueron: reacción de suelo, conductividad eléctrica, % de materia orgánica; en las evaluaciones de las coberturas se consideraron: peso seco de biomasa foliar y estimación de aporte de nitrógeno al suelo.
3. Resultados y discusión
3.1. Efecto de las coberturas vegetales sobre el rendimiento de grano (kg.ha-1)
En la Tabla 2, para la variable rendimiento (kg.ha-1), se observa que existe diferencias estadísticas altamente significativas para la fuente de variación localidad, tratamiento e interacción, esto indica que hubo diferencias de rendimiento en las tres localidades y que existen diferencias significativas de rendimiento entre tratamientos. Asimismo, la interacción tratamiento* localidad mostró que, el efecto de las coberturas vegetales sobre el rendimiento de grano fue diferente entre los cinco tratamientos y que estas diferencias se mantuvieron al pasar de una localidad a otra.
En la Tabla 3, sobre comparación de medias entre tratamiento, se muestra que el tratamiento con cobertura de trébol logró el mayor rendimiento de grano con 3748,84 kg.ha-1 superando en 1646 kg.ha-1 al rendimiento del testigo control que solamente llego a 2102,83 kg.ha-1, seguido de los tratamientos con mulch y con vicia que superan al testigo en 1304 y 1234 kg.ha-1 respectivamente. Mientras que el tratamiento de vicia con avena disminuyo el rendimiento de grano cerca de 200 kg.ha-1 respecto al testigo. Lo que se ratifica en la Tabla 5 en la comparación de medias según Tukey para tratamiento.
Es decir, la variable rendimiento de grano tuvo un incre mento con respecto al testigo control de un 44%, 38% y 37% para cobertura de trébol, cobertura muerta y cober tura de vicia respectivamente. Y una disminución de 8% para cobertura de vicia con avena. En todas las localida des en estudio, el rendimiento de grano fue muy superior con la cobertura de trébol respecto al rendimiento del testigo control y de la cobertura de vicia con avena. Estos resultados concuerdan con estudios anteriores donde afirman que el uso del trébol como cultivo de cobertura asociado al maíz permite una mejora en su rendimiento, debido a la preservación de la humedad y descenso de la temperatura del suelo; así como el aporte de nitrógeno al suelo por las leguminosas (Arone et al., 2014).
Sin embargo, los resultados encontrados por (De Sa Pereira et al., 2014) no va acorde con lo encontrado en nuestro estudio, ya que el rendimiento de grano de maíz bajo cobertura de vicia como antecesor, obtuvo valores superiores comparados al tratamiento en presencia de avena. Siendo los valores promedio de 8603 y de 5022 kg.ha-1 para los tratamientos bajo cobertura de vicia y avena; respectivamente. De esta manera, se podría inducir que el cultivo de maíz bajo coberturas mixtas de vicia con avena no resultaría trabajar en sinergia. Por el contrario, en presencia exclusiva del cultivo de vicia, como cultivo de cobertura antecesor, el rendimiento en grano de maíz es significativamente superior.
3.2. Efecto de las coberturas vegetales sobre las propiedades físicas del suelo
3.2.1. Densidad aparente
El análisis de varianza combinado para densidad aparente del suelo (g.cm-3), mostró que hubo diferencias estadísticas altamente significativas para la fuente de variación localidad, y diferencias estadísticas no significativas para tratamiento e interacción. Esto quiere decir que hubo diferencias de densidad aparente entre el suelo de Yanapampa, Pultunchara y Patasucro; sin embargo, entre tratamientos con coberturas vegetales no hubo diferencias significativas para esta propiedad del suelo. Asimismo, en la Tabla 3 se observa que los valores de densidad aparente del suelo de los tratamientos con coberturas vegetales no difieren entre sí; es decir, la densidad aparente del suelo con coberturas vegetales no aumenta ni disminuye significativamente con respecto al testigo control. Esto indica que, las coberturas vegetales no mejoraron ni afectaron la densidad aparente del suelo, por lo que estas mantuvieron condiciones adecuadas para el desarrollo del cultivo de maíz.
Asimismo, los valores promedio de densidad aparente del suelo de la localidad de Yanapampa, Pultunchara y Patasucro con textura arcilloso, franco y franco arcilloso respectivamente, fueron 1,23; 1,04 y 1,15 g.cm-3. Esto se podría deber, a la labranza mecánica del suelo que se realizó al momento de la preparación del terreno, pues la labranza tiende a disminuir la densidad aparente en el corto plazo (Alves et al., 2007).
3.2.2. Humedad gravimétrica
En el análisis de varianza para humedad gravimétrica del suelo (%), se observó diferencias estadísticas altamente significativas para la fuente de variación localidad y tratamiento, lo que indica que hubo diferencias de humedad gravimétrica entre el suelo de Yanapampa, Pultunchara y Patasucro, y que existen diferencias significativas de humedad gravimétrica de los suelos entre los tratamientos con coberturas vegetales. Según los resultados en la Tabla 3, el suelo desnudo perdió humedad de 25,9%, 23,1%, 22,5% y 16,2% respecto a la cobertura de trébol, cobertura muerta-mulch, cobertura de vicia y cobertura de vicia con avena respectivamente. Estos porcentajes de ahorro de agua se deberían a la disminución de la escorrentía y de la evaporación del agua por las coberturas vegetales. Estos resultados concuerdan con el estudio realizado por Capurro et al. (2020) donde encontraron que, las pérdidas totales de agua por escurrimiento superficial mostraron efectos de tratamientos y ambientes altamente significativos.
Las pérdidas fueron menores en las parcelas con coberturas vegetales con una media de 24% de agua total perdida, mientras que en las parcelas sin coberturas los valores fueron de 38% en promedio. La significativa disminución de los escurrimientos superficiales, en las parcelas con coberturas vegetales respecto de las parcelas sin coberturas en cada ambiente, pudo generarse por el efecto de la cobertura vegetal, que incrementaron la retención superficial del agua, mejorando su infiltración en el suelo. Al respecto de la disminución de la evaporación del agua, Gómez et al. (2001), en un estudio realizado concluyeron que la humedad era mayor en las parcelas con coberturas, debido a que las coberturas vegetales al frenar las corrientes de aire y producir un sombreamiento de la superficie, provocan un descenso en la evapotranspiración de agua desde la superficie del suelo. Las coberturas utilizadas en nuestro ensayo, debido a sus curvas típicas de crecimiento, podrían competir por el recurso agua en el momento crítico del cultivo principal, por ejemplo, en el período de crecimiento y maduración del fruto. Sin embargo, en ningún momento el suelo con cobertura tuvo menor contenido hídrico que el suelo del testigo control, probablemente debido a la menor evaporación directa del suelo (Baigorria & Cazorla, 2010).
3.3. Efecto de las coberturas vegetales sobre las propiedades químicas del suelo
3.3.1. pH del suelo
En la Tabla 4 se observa que después de 5 meses de la instalación de las diferentes coberturas vegetales, en la localidad de Yanapampa y Pultunchara el valor del pH se redujo escasamente sin mostrar una diferencia significativa entre los diferentes tratamientos, pero ubicándose en pH moderadamente acido; y en la localidad de Patasucro el valor del pH aumento ligeramente sin mostrar una diferencia significativa entre tratamientos, pero manteniéndose en pH neutro. La reducción del pH en todos los tratamientos de la localidad de Yanapampa y Pultunchara se debería a la aplicación del guano de islas. Lo corrobora, Zeballos (2015) quien evaluó el efecto de un biomejorador de suelos y de fertilizantes orgánicos sobre la calidad de suelo.
3.3.2. Conductividad eléctrica
En la Tabla 4 observamos que, después de 5 meses de la instalación de las diferentes coberturas vegetales, en todas las localidades en estudio los valores de conductividad eléctrica se redujeron ligeramente entre 0,132 dS/m - 0,589 dS/m sin mostrar una diferencia significativa entre los diferentes tratamientos. Con respecto a la disminución de la conductividad eléctrica de los suelos en todos los tratamientos de la localidad de Yanapampa, Pultunchara y Patasucro, Wolf & Snyder (2003) señalan que la materia orgánica ayuda a reducir las sales de los fertilizantes ayudando en su drenaje manteniendo los suelos abiertos; en ese sentido la acción del guano de islas empleado en la siembra del experimento estaría disminuyendo la conductividad eléctrica del suelo ya que este contiene alrededor de 65,2% de materia orgánica.
3.3.3. Materia orgánica
En la Tabla 4 se muestran resultados contrastantes, sobre todo en la localidad de Pultunchara, ya que el contenido de materia orgánica del suelo de todos los tratamientos disminuyó, tal es así que en relación al análisis inicial del suelo (pre tratamiento) el testigo control tuvo la mayor pérdida de materia orgánica, concretamente perdió 52%, seguido por la cobertura muerta-mulch y la cobertura de vicia con avena con 33% y 32% respectivamente, y en último lugar está la cobertura de trébol 26% y la cobertura de vicia 16%. Estas grandes pérdidas de materia orgánica se deberían más que nada al contenido de arcilla del suelo (franco) y la pendiente empinada del terreno (> 40%), pero aun así la cobertura de trébol y la cobertura de vicia disminuyeron estas pérdidas de materia orgánica en un 48% 65% respecto al testigo control.
Sin embargo, no sucedió lo mismo con el contenido de materia orgánica del suelo de todos los tratamientos en la localidad de Yanapampa y Patasucro, que aumentaron el contenido de materia orgánica del suelo, a pesar de que la localidad de Yanapampa presenta una pendiente < 5% y posee una textura de suelo arcilloso el contenido de materia orgánica subió ligeramente. En cambio, en la localidad de Patasucro a pesar de contar con una pendiente entre 25% y poseer una textura franca arcillo arenoso, el contenido de materia orgánica aumenta fuertemente. En este sentido se podría decir que las condiciones climáticas que afectaron la zona de estudio durante el desarrollo del experimento han tenido mayor importancia en la evolución de la materia orgánica del suelo que sus características edafológicas. Estos resultados concuerdan con Márquez (2017) quien encontró que, la capacidad de almacenar materia orgánica de los suelos depende principalmente de las condiciones climáticas y edafológicas. Asimismo, el mismo autor encontró una correlación positiva entre el contenido de arcilla y la cantidad de materia orgánica del suelo.
Un estudio en Argentina, realizado durante cuatro años en un huerto orgánico de manzano demostró que las coberturas permanentes de festuca (Festuca arundinacea) y alfalfa (Medicago sativa) incrementan los niveles de MO, N, P, Ca+2 y Mg+2 (Aruani et al., 2006).
3.4. Biomasa foliar de las coberturas vegetales
Según el análisis de varianza combinado para peso seco de biomasa de las coberturas vegetales en kg.ha-1, mostró que, en la fuente de variación localidad y tratamiento, existió diferencia estadística altamente significativa.
En la Tabla 5 se observa que no existe diferencia estadística entre el peso promedio de la materia seca de la biomasa foliar del trébol con la vicia asociado con avena, mientras que con la vicia sola si existe diferencia estadística. El peso promedio de materia seca de la cobertura de trébol, cobertura de vicia y cobertura de vicia asociado con avena fue de 6052; 4028 y 6131 kg.ha-1 respectivamente; es decir, el peso promedio de la materia seca de la biomasa foliar del trébol supera en un 33% al de la vicia. La producción de materia seca en kg.ha-1 de la cobertura trébol y vicia, fue inferior al de la (vicia + avena), lo mismo fue observado por (Ruffo & Parsons, 2004), quienes reportan una producción de biomasa foliar de 4000 kg ha-1 para avena y 3000 kg.ha-1 para vicia, cuando cada cultivo se realiza en forma pura. El potencial productivo de la asociación (vicia + avena), en materia seca puede variar de 500 a 7200 kg.ha-1 (Vanzolini et al., 2009). Lo cual concuerda con el presente trabajo donde el aporte de materia seca de la biomasa de la cobertura vicia + avena es de 6131 kg.ha-1.
Por otro lado, estudios realizados concluyen que la incorporación de la biomasa de gramíneas y leguminosas genera un efecto positivo en la fertilidad física y química del suelo, ya que se relaciona con una mayor disponibilidad de nitrógeno aportado por la leguminosa y por una mejora del estado físico del suelo asociado a los aportes orgánicos (Galantini et al., 1992).
El peso seco de biomasa foliar, como se aprecia en la Tabla 5, obtuvo resultados bien diferenciados. Aquellas coberturas vegetales constituidas principalmente por especies de hoja ancha (trébol y vicia) tuvieron un peso seco de biomasa foliar media de (6000 y 4000 kg.ha-1 respectivamente). Estos valores son similares a los obtenidos por Repullo et al. (2012) que en condiciones similares obtuvo entre 4500 y 3500 kg.ha-1. Las coberturas formadas principalmente por gramíneas (avena) tuvieron mucho más peso seco de biomasa foliar, alrededor de 10000 kg.ha-1 en Yanapampa y 4500 kg.ha-1 en Pultunchara y unos 3800 kg.ha-1 en Patasucro. Estos valores son comparables a los 5000 a 10000 kg. ha-1 de peso seco de biomasa foliar de avena generada en viñedos californianos medidos por Bugg et al. (1996).
3.5. Estimación de aporte de nitrógeno de las coberturas vegetales
En la Tabla 5 de la comparación de promedios se observa que, el aporte promedio de nitrógeno de la biomasa foliar de la cobertura de trébol, cobertura de vicia, cobertura de vicia con avena fue 253; 163 y 149 kg.ha-1 respectivamente; es decir, cuando se incorpore al suelo la biomasa foliar de las coberturas el aporte de nitrógeno de la cobertura de trébol supera en 36% y 41% al aporte promedio de nitrógeno de la cobertura de vicia y de la vicia asociado con avena, respectivamente. Estos resultados concuerdan con otras investigaciones respecto al nitrógeno aportado por la descomposición de los cultivos de cobertura; ya que compararon los aportes de nitrógeno de arveja (Pisum sativum L.) y centeno (Secale cereale), teniendo 3% de nitrógeno en la materia seca de la arveja, en el centeno fue 2% en la etapa de alargamiento del tallo y 1% en la etapa de crecimiento de la espiga. También se estimó el de las brassicas, como Sinapis alba, que durante la floración aportan cerca de 2% de nitrógeno en materia seca (Sullivan et al., 2020). Asimismo, Capurro et al. (2012) compararon un suelo sin cobertura con otro con cultivos de cobertura de Vicia villosa y otro utilizando Vicia villosa + Avena Sativa, donde el contenido de nitrógeno en la materia seca fue mayor para la cobertura solo con Vicia villosa (2,33 - 3,29%), respecto a la mezcla de avena + vicia (1,14 - 1,6%). La liberación del nitrógeno contenido en la materia seca está relacionada a la descomposición y lo hacen disponible para el siguiente cultivo en forma nitrógeno disponible para las plantas (amonio + nitrato). La cantidad de nitrógeno disponible liberado está relacionado a los tejidos de las plantas, cuando estas están con tejidos más verdes existe mayor contenido nitrógeno disponible, comparado con tejidos más maduros que los contenidos son bajos e incluso pueden llegar a ser negativos (se inmoviliza). Esto ocurre principalmente en cereales ya que una vez que alcanzan la etapa de crecimiento de espiga, el nitrógeno disponible se inmoviliza y el contenido de nitrógeno del cultivo es inferior al requerido para construir la materia orgánica durante la descomposición del cultivo (Sullivan et al. 2020).
4. Conclusiones
El uso de las coberturas vegetales como trébol, vicia y mulch (cobertura muerta) asociado al cultivo de maíz amiláceo (Zea mays L.) demostraron tener una mejor respuesta al incremento del rendimiento (kg.ha-1) en 44%, 37% y 38% respectivamente, en relación a la siembra de maíz sin ningún tipo de cobertura. Las coberturas mantienen también la humedad del suelo, más aún cuando los patrones de lluvia se ven afectados por los veranillos prolongados. Asimismo, el uso de coberturas de trébol, vicia y avena asociado con vicia incrementan la materia orgánica del suelo y aportan en promedio 253, 163 y 149 kg.ha-1 de nitrógeno, siempre y cuando la biomasa foliar de las coberturas se incorpora al suelo.
En futuros trabajos de investigación se debe medir el aporte de carbono orgánico de suelos (COS) en los sistemas de cobertura de trébol y vicia asociados con cultivos de quinua, maíz y otras especies de frutales, para observar el cambio en las propiedades físicas del suelo, en por lo menos con 3 campañas agrícolas.