1. Introducción
La erosión del suelo es un proceso natural de deterioro de las propiedades físicas, químicas y biológicas; sin em bargo, puede ser intensificado debido a un mal manejo, la alta intensificación productiva y el cambio climático (Borrelli et al., 2017; Feng et al., 2019; Pennock, 2019; Qiu et al., 2021). Es así como ha impactado más del 84% de la superficie terrestre, generando más de la tercera parte de la degradación de los suelos del mundo (Borrelli et al., 2017), y cobrando importancia debido al efecto directo sobre el medio ambiente y la producción de alimentos (Lal, 2015). En este sentido, Guo et al. (2021) señalaron que la productividad del suelo disminuye, entre 9% - 22% de pendiendo del cultivo, cuando se pierde 20 cm de top soil, y otros autores estiman que la erosión del suelo podría ocasionar una disminución de hasta 50% el rendimiento (Eswaran et al., 2019). Los procesos de erosión incluyen el desprendimiento, transporte y depósito de partículas del suelo (Suárez, 2001); eliminando la capa superior, que po see la mayor cantidad de materia orgánica, afectando la actividad microbiana y los ciclos de nutrientes. Además, la exposición al impacto de las gotas de lluvia reduciría la permeabilidad del suelo y generaría sellos que reducen la infiltración y la densidad aparente, intensificando la esco rrentía. Así también, este fenómeno es mayor cuando el suelo carece de cobertura vegetal (Indoria et al., 2020; Lima et al., 2018; Qiu et al., 2021; Vaezi et al., 2017). Rolando et al. (2017), comunicaron una correlación entre pendiente, cobertura vegetal y fracciones de carbono del suelo, en referencia a la importancia de la erosión en la degradación del suelo.
Por otra parte, la agricultura de conservación puede aumentar los retornos económicos, los rendimientos, reducir el potencial de erosión y mejorar la adaptación al cambio climático (Delgado et al., 2021). La práctica de implementación de cultivos de cobertura permite interceptar las gotas de lluvia, protegiendo el suelo; y también, reduciendo pérdidas por evaporación, lo que resulta en menos estrés durante los períodos cortos de sequía, además del control de malezas y, en consecuencia, reducción del uso de herbicidas (Durán & Rodríguez, 2008; Haruna et al., 2018; Lemessa & Wakjira, 2015; Qi et al., 2011; Mennan et al., 2020). Cuando se utiliza junto a sistemas tradicionales, se mejora la calidad del suelo, la eficiencia de fijación toma de nutrientes y transferencia a las capas superficiales, algunos ejemplos son la fijación biológica de N y provisión de fósforo disponible (Chieza et al., 2013; Isaac & Borden, 2019; Maetens et al., 2012; Rieger et al., 2016). Este aporte de nutrientes está en función de la especie de cobertura, el clima y su aporte de biomasa al suelo (Hansen et al., 2021); coberturas del tipo abono verde pueden incrementar el carbono (Amelung et al. 2020); y proporcionar condiciones ambientales favorables para los microorganismos del suelo, claves en la degradación de la materia orgánica y la dinámica de los nutrientes, actuando como sumideros (inmovilización) y fuentes (mineralización) de nutrientes vegetales (Kim et al., 2020).
Los cultivos de cobertura pueden contribuir a aumentar los rendimientos y beneficios económicos en las zonas altoandinas (Barrera et al., 2019). En Perú, la mayoría de los estudios refieren el uso de leguminosas tropicales, evaluaciones de extracción de nutrientes, porcentaje de cobertura y biomasa generada (Hall et al., 2010; Puertas et al., 2008; Solis et al., 2019). Sin embargo, en cultivos como el maíz de zonas altoandinas, se han observado incrementos de hasta un 44% del rendimiento (Sanabria-Quispe et al. 2021). A pesar de ello, la gran variabilidad de ecosistemas altoandinos y la especificidad de las prácticas de manejo (Amelung et al., 2020), hace imprescindible evaluar variados cultivos de cobertura bajo diferentes condiciones edafoclimáticas y ecológicas.
El objetivo de esta investigación fue evaluar trébol andino (Medicago hispida G.), vicia (Vicia villosa) y rastrojo como cobertura muerta (mulch), en asociación con quinua como cultivo principal, en la reducción de la erosión del suelo y mejora de diversas propiedades físicas, químicas y biológicas de suelos en el Altiplano peruano.
2. Materiales y métodos
2.1. Zona de estudio
La investigación se realizó en la campaña agrícola 2019 - 2020, en las localidades Cahualla (15° 49 ́ 09 ́ ́ S, 70° 20 ́41 ́ ́ W, 3953 m.s.n.m.) y Huancarani (15° 45 ́ 51,77 ́ ́ S, 70° 20 ́ 41,93 ́ ́W, 3907 m.s.n.m) del distrito Mañazo, provincia y región Puno (Figura 1). Presenta una fisiografía ligeramente inclinada (0% - 4%), temperatura media anual de 9 °C y precipitación de 600 mm por año. Durante el período de evaluación se presentó una precipitación media de 91,63 mm, humedad relativa media de 72,39% y temperatura media de 10,29 °C (SENAMHI, 2021).
Material vegetal
Se empleó la especie de quinua variedad INIA - 420 “Negra collana”, de la Estación Experimental Agraria (EEA) Illpa-Puno del Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA).
Características fisicoquímicas del suelo
Antes de la instalación, los parámetros fisicoquímicos del suelo de ambas localidades fueron analizados en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Aguas y Foliares (LABSAF - EEA Illpa). Los resultados se presentan en la Tabla 1.
2.2. Tratamientos en estudio
Se utilizó un diseño de Bloques Completa mente al Azar (DBCA), con 4 tratamientos (a. Quinua sin cobertura (testigo), b. Quinua con cobertura de trébol, c. Quinua con cobertura de vicia y d. Quinua con mulch) y 4 repeticiones por tratamiento, en parcelas experimentales de 32 m2, 5 surcos de 8 m de largo y una separación entre surcos de 0,8 m. La densidad de siembra fue de 450 kg ha-1 de fruto de trébol (cápsulas); 50 kg ha-1 de semilla de vicia y para el mulch, residuos de cosecha hasta una capa de 2 cm de espesor. La siembra de semillas fue al voleo.
2.3. Variables Evaluadas
Las variables se agruparon en físicas: humedad gravimé trica (SEMARNAT, 2002), CIC (relación con estructura) (SEMARNAT, 2002), densidad aparente (Campbell & Henshall, 1991) y erosión de suelo (Vázquez & Tapia, 2011); relativas a la fertilidad: pH (USEPA, 2004), conductividad eléctrica (ISO, 1994), nitrógeno(SEMARNAT, 2002), fósforo disponible (SEMARNAT, 2002) y potasio disponible (Bazán, 2017); biológicas: carbono orgánico (SEMARNAT, 2002) y población de bacterias totales (Sylvia et al., 2005); y agronómicas: biomasa seca de las coberturas y rendimiento de quinua.
Características | Unidad | Localidades | |
Cahualla | Huancarani | ||
Clase textural | -- | Fr.L | Fr.L |
pH (1:2.5) H2O | -- | 6,65 | 6,28 |
C.E. (1:2.5) | dS m-1 | 0,052 | 0,258 |
Carbono orgánico | % | 1,41 | 1,46 |
Nitrógeno | % | 0,1 | 0,1 |
Fósforo disponible | mg kg-1 | 10,4 | 5,6 |
Potasio disponible | mg kg-1 | 260,00 | 120,22 |
CIC | cmol(+) kg-1 | 10,0 | 20,0 |
Ca | cmol(+) kg-1 | 5,60 | 13,20 |
Mg | cmol(+) kg-1 | 3,00 | 6,80 |
K | cmol(+) kg-1 | 0,30 | 0,34 |
Na | cmol(+) kg-1 | 0,39 | 0,34 |
Suma de cationes | cmol(+) kg-1 | 9,29 | 20,68 |
Sat. Bases | % | 100 | 100 |
La implementación de las coberturas se realizó en el primer aporque (60 días después de la siembra). La erosión del suelo se evaluó mediante el método de varillas de erosión (Vázquez & Tapia, 2011), instaladas después del aporque y evaluadas a los 180 días después de la siembra (dds). El análisis de humedad se realizó a los 90 dds, colectando hasta los 10 cm de suelo. La densidad aparente se evaluó a los 180 dds mediante el método del cilindro (Agostini et al., 2014) en los primeros 15 cm de suelo. El muestreo para los análisis fisicoquímicos y de población microbiana se realizaron a los 180 dds hasta los primeros 15 cm de suelo. La biomasa foliar de los cultivos de cobertura se evaluó a los 120 dds tomándose con un cuadrante de 0,50 m2. Para cálculo del rendimiento se realizó corte, arquedado, secado, trillado y pesado por tratamiento.
Análisis estadístico
Se realizó un ANOVA para la comparación de medias, y la prueba de Tukey para la comparación múltiple, ambas con un nivel de significancia del 5%, para lo cual se utilizó el software estadístico R (R Core Team, 2021).
3. Resultados y discusión
3.1. Variables físicas
Las coberturas aumentaron significativamente la humedad del suelo respecto al testigo, sin embargo, este aumento es pequeño según lo observado en Cahualla, donde no se presentaron diferencias entre el testigo y las coberturas (Figura 1). Gabriel et al. (2019) observaron una mayor retención de humedad, debido a un desarrollo equilibrado de macro y microporos por la mejora en la estructura del suelo, sumada a una reducción por evaporación, al cubrir el suelo de eventos climáticos. El suelo en Huancarani fue significativamente más húmedo que Cahualla; sin embargo, es necesario considerar que, a una temperatura baja, de forma natural el suelo no pierde humedad fácilmente.
Respecto a la CIC, fue mayor en el tratamiento con vicia y estadísticamente más alta que el tratamiento testigo (+65,20%) (Figura 1). Si bien los tratamientos con mulch y trébol presentaron valores superiores al testigo, no fueron significativos. Comparando las localidades, el suelo de Huancarani tuvo mayor CIC que Cahualla, aunque, con mayor variabilidad (34,9 ± 12,29 y 11,41 ± 2,20, respectivamente). La CIC es generadora de estructura en el suelo y puede dar indicios del tipo de minerales que lo conforman (Saidian et al., 2016), lo que explicaría la gran diferencia entre las localidades a pesar de presentar la misma clase textural (Tabla 1). Asimismo, está influenciada por la materia orgánica, por tanto, las coberturas vegetales tienen un impacto directo en esta variable.
En cuanto a la densidad aparente, no se encontraron diferencias significativas, sin embargo, en tres años de estudio Chalise et al. (2019), observaron una reducción en la densidad aparente con la incorporación de residuos y el uso de cultivos de cobertura. El suelo en Cahualla presentó mayor densidad aparente que Huancarani, la diferencia entre ambas pudo deberse, como se observó en el análisis de la CIC (Figura 2), a la estructura del suelo y composición mineralógica diferenciada.
La pérdida de suelo por erosión (Figura 2) osciló en un rango promedio de 142,78 a 353,53 kg ha-1año-1. El análisis estadístico mostró que todos los tratamientos redujeron significativamente la pérdida de suelo respecto al testigo (353,53±22,31). La cobertura con trébol la disminuyó en mayor medida, seguida del mulch y la vicia, reduciendo la pérdida en 59,61%, 51,87% y 49,50%, respectivamente. Si bien el periodo de evaluación de esta variable fue 180 días, la pérdida de suelo se considera mínima.
En ambas localidades, las coberturas utilizadas reducían significativamente la pérdida de suelo, sin embargo, los resultados mostraron que en el suelo de Cahualla se produjo significativamente mayor pérdida que en Huancarani y no se hallaron diferencias entre coberturas.
Variables de fertilidad del suelo
El análisis estadístico demostró que los tratamientos no produjeron cambios significativos de pH, los valores estuvieron en el rango de 6,43 a 6,57. Aunque, el suelo de Huancarani tiene un pH significativamente más ácido que el de Cahualla, categorizándose como ligeramente ácido y neutro, respectivamente.
Por otro lado, los valores de conductividad eléctrica estuvieron entre el rango de 0,133 a 0,209 dS.m-1 siendo valores considerados bajos, y por ende de suelos no salinos. Los tratamientos no produjeron cambios significativos en la conductividad eléctrica, dada la alta variabilidad de los datos. Sin embargo, Huancarani tiene valores significati vamente más altos que Cahualla. Sharma et al. (2018) refieren un comportamiento similar de pH y conductividad eléctrica, no obteniendo diferencias significativas por el uso de cobertura en los primeros centímetros del perfil de suelo, esto en un estudio realizado por dos años.
Referente al nitrógeno, los resultados se encontraron en el rango de 0,111% y 0,165%. Los tratamientos con vicia y trébol fueron estadísticamente diferentes a los de mulch y el Testigo, aumentando el contenido respecto al Testigo en 48,65% y 36,94%, respectivamente. En este caso, no se obtuvieron diferencias significativas de N entre las localidades. Autores como Shelton et al. (2018) estudiaron las leguminosas como coberturas y su impacto en el ciclo del nitrógeno, encontrando una mayor pérdida inicial de este nutriente la cual se compensa con una mayor liberación, pero de forma lenta para los cultivos subsecuentes.
En fósforo disponible, se obtuvieron valores promedio entre 8,69 y 11,76 mg kg-1, (contenido medio). Se determinó que el tratamiento con trébol tuvo cantidades de fósforo disponible significativamente más altas que el tratamiento testigo (26,11% más altos); además, la vicia y el mulch mostraron valores superiores al testigo, pero no significativos (Figura 3). La localidad de Cahualla presentó un mayor contenido de fósforo disponible que Huancarani.
Para potasio disponible, la alta variabilidad de datos no produjo resultados significativos obteniéndose valores promedio entre 211,50 y 226,14 mg kg-1 (contenido alto). Al comparar localidades, los suelos de Cahualla tuvieron significativamente más contenido de potasio disponible que Huancarani. Las coberturas no mostraron tener una acción directa en la disponibilidad del potasio, a pesar de estimular la actividad de los microorganismos del suelo, entre ellos especies solubilizadoras de potasio que aumentarían su disponibilidad para las plantas (Etesami et al., 2017).
3.2. Variables biológicas
La actividad biológica está estrechamente relacionada con el carbono orgánico del suelo, dado que las comunidades microbianas intervienen en la descomposición, almacenamiento y mineralización de compuestos orgánicos (Trivedi et al., 2018). Con respecto al carbono orgánico, los resultados se encontraron entre 1,38% y 1,81%. Los tratamientos con vicia y trébol fueron estadísticamente diferentes, con un 31,16% y 29,71% más que el Testigo, respectivamente; sin embargo, no hubo diferencia estadística entre las dos localidades.
En lo que respecta a la población bacteriana, a fin de disminuir la influencia de valores atípicos (Quinn & Keough, 2002), los valores de unidades formadoras de colonias (UFC) fueron transformados usando el log10, obteniendo resultados entre 6,10 y 6,46. El tratamiento con vicia reportó poblaciones significativamente más altas a los tratamientos de mulch y Testigo, el tratamiento con trébol obtuvo poblaciones más altas, aunque no de manera significativa.
La localidad Cahualla obtuvo una significativa mayor población que Huancarani. Kim et al. (2020) realizaron un metaanálisis y señalaron un aumento tanto en la abundancia y actividad, y en menor medida, de diversidad en las poblaciones microbianas con el uso de coberturas. Los tratamientos que obtuvieron las mayores poblaciones bacterianas coincidieron con los de significativa mayor cantidad de carbono orgánico, esta relación es explicada por Babur & Dindaroglu (2020) y Kallenbach et al. (2016), resaltando la gran influencia de los microorganismos del suelo en el ciclo del carbono (Figura 4).
3.3. Variables agronómicas
La biomasa nos permite evaluar el comportamiento de los cultivos de cobertura en las condiciones propuestas, a medida que las coberturas se desarrollan bien, cumplen de mejor manera su función de protección del suelo y aporte de nutrientes, que en última instancia se traducirá en un mejor rendimiento del cultivo principal. Los resulta dos promedio de biomasa generada por las coberturas son 15375 y 11775 kg ha-1 para el trébol y vicia, respectiva mente, siendo la del trébol significativamente mayor. Cahualla fue la que produjo significativa mente más biomasa que Huancarani.
En cuanto al rendimiento de quinua, los resultados se encuentran entre el rango de 1722,67 a 2015,64 kg ha-1, donde el análisis estadístico determinó que el tratamiento con trébol fue superior a los demás, con un 17% más que el testigo. El tratamiento con mulch fue el segundo con mejor rendimiento, aunque apenas superior al de vicia, teniendo en comparación con el testigo, 16,66% y 9,30% adicional, respectivamente. El Testigo obtuvo rendimien tos significativamente más bajos. Por otra parte, no hubo diferencia estadística entre las dos localidades. Adicionalmente, recomendamos que estudios futuros consideren un mayor tiempo de evaluación, a fin de determinar la influencia de las coberturas en campañas sucesivas.
De manera general, se ha considerado realizar una comparación de los resultados obtenidos con otros trabajos relacionados, en la Tabla 2 se pueden apreciar las variables que presentaron un efecto significativo con la aplicación de los tratamientos.
El aumento en la CIC y su relación con un incremento de la materia orgánica mediante las coberturas fue reportado por Haruna & Nkongolo (2019) durante dos años de evaluación.
En cuanto a la pérdida de suelo, resultados similares fueron encontrados por Zuazo et al. (2012), usando de cobertura el tomillo (Thymbra capitata); sin embargo, mayor pérdida con otra especie de vicia (Vicia sativa). Otros estudios indican reducción de esta pérdida con Brachypodium (Brachypodium distachyon) y centeno (Secale cereale) (Ruiz-Colmenero et al., 2013).
Referente al carbono orgánico, los resultados difieren con Ladoni et al. (2016), que evaluaron el impacto de las coberturas (incluido el trébol) en las fracciones de carbono, no encontrando un gran impacto en el carbono total, pero si en las fracciones lábiles. Sharma et al. (2018), reportaron un ligero aumento del carbono orgánico especialmente en el top soil (0 - 5 cm) con el aporte de una mezcla de coberturas en un estudio de dos años. En cuanto al nitrógeno del suelo, Rolando et al. (2018) hallaron en los andes peruanos, mayor cantidad de nitrógeno con uso de pasturas cultivadas como ryegrass y trébol blanco, frente al pasto nativo, y Ojiem et al. (2007) mencionan fijación de nitrógeno de hasta 250 kg ha-1 por asociación con el género Rhizobium, Asimismo, Soltangheisi et al. (2020) observaron que las coberturas (entre ellas una especie de vicia) aumentaron la cantidad de fósforo disponible, además de acumular fósforo orgánico debido a los residuos generados. La población bacteriana es comparable con Patkowska & Konopiński (2013), que indicaron un aumento mediante coberturas de avena y vicia en comparación al manejo tradicional, mencionando que este incremento pudo deberse al aporte de compuestos orgánicos a través de los exudados radiculares y por la incorporación de las coberturas como abonos verdes.
Por lo concerniente a producción de biomasa y rendimiento; la biomasa del trébol y vicia fueron superiores a lo comunicado por Mauro et al. (2014) y Bamford & Entz (2016); respectivamente. A pesar de ello, no es idóneo realizar comparaciones por la cantidad de factores intervinientes. Sobre los rendimientos de quinua, todos los tratamientos fueron superiores al promedio nacional, establecido en 1,2 Mg ha-1 (MINAGRI, 2018); aunque este cultivo posee mayor producción potencial (Soto Pardo et al., 2019), por lo cual, el uso de cultivos de cobertura es una práctica promisoria para incrementarla.
Variables | Resultados obtenidos | Resultados comparativos | Referencias | |
CIC (Cmol/kg) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 23,33±14,09 ab 22,53±14,27 ab 28,63±19,12 a 17,33±9,67 b | 13,95 a (cobertura de centeno); 13,10 b (sin cobertura) | Haruna & Nkongolo (2019) |
Pérdida de suelo (kg ha-1) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 170,13±25,50 ab 142,78±15,28 a 178,53±18,34 b 353,53±22,31 c | 1,46 a 6,81 Mg ha-1año-1 (Brachypodium distachyon) 0,8 Mg ha-1año-1 y 1,3 Mg ha-1año-1 (Secale cereale) | Zuazo et al. (2012) Ruiz-Colmenero et al. (2013) |
Nitrógeno en el suelo (%) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 0,128±0,01 b 0,152±0,02 a 0,165±0,02 a 0,111±0,02 b | 5 - 253 kg ha-1 de nitrógeno fijado 0,48±0,02 a (pastura cultivada); 0,43±0,04 a (pasto nativo) | Ojiem et al. (2007) Rolando et al. (2018) |
Fósforo disponible (mg kg-1) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 10,54±3,69 ab 11,76±2,40 a 11,08±3,42 ab 8,69±1,71 b | 50 - 67 mg kg-1 (vicia) 49 - 69 mg kg-1 (White lupin) | Soltangheisi et al. (2020) |
Carbono orgánico (%) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 1,41±0,14 b 1,81±0,18 a 1,79±0,21 a 1,38±0,08 b | 1,0±0,06% de C (trébol-centeno) 1,89% - 2,03% de C (varias coberturas juntas) | Ladoni et al. (2016) Sharma et al. (2018) |
Población de bacterias (log10 UFC) | Mulch Trébol Vicia Testigo | 6,17±0,30 b 6,30±0,35 ab 6,46±0,33 a 6,10±0,33 b | 3,55 - 6,16 ln(UFC) (diferentes coberturas) | Patkowska & Konopiński (2013) |
Producción de biomasa foliar | Trébol Vicia | 15375,0±3439,58 a 11775,0±2907,01 b | 2810 - 3840 kg ha-1 (trébol) 1578 a 7081 kg ha-1 (vicia) | Mauro et al. (2014) Bamford & Entz (2016) |
Rendimiento del cultivo de quinua | Mulch Trébol Vicia Testigo | 2009,77±98,41 ab 2015,64±136,82 a 1882,86±113,27 b 1722,67±61,32 c | 1200 kg ha-1 (promedio nacional peruano) 2530 kg ha-1 (variedad INIA 420 negra Collana) | MINAGRI (2018) Soto Pardo et al. (2019) |
4. Conclusiones
A fin de proteger el suelo de la erosión, se evidenció que el uso de coberturas disminuyó la pérdida de suelo. Sin embargo, en cuanto a su fertilidad, las coberturas no tuvieron un impacto significativo en los parámetros evaluados, a excepción del contenido de nitrógeno, donde el uso de las leguminosas trébol y vicia, reportaron cantidades significativamente superiores. En referencia a las variables biológicas, las leguminosas promovieron mayor cantidad de carbono orgánico y población microbiana. Con respecto al desarrollo agronómico, tanto de las coberturas y quinua, el trébol produjo significativamente mejores resultados. A nivel de localidad, Huancarani presentó mejores características físicas frente a la potencial pérdida de suelo, pero Cahualla mostró buenas características de fertilidad. En general, los resultados indican que el uso de leguminosas como cobertura tiene un impacto integral en gran variedad de parámetros importantes para el desarrollo del cultivo, en ese marco se recomienda que, en posteriores investigaciones se evalúen este tipo de coberturas, donde la pérdida de suelo sea superior, las condiciones ambientales más adversas y las pendientes más pronunciadas.