INTRODUCCIÓN A LA AGROQUÍMICA
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INTRODUCCIÓN A LA AGROQUÍMICA
Jenaro M. Reyes Matamoros Rogelio Vázquez Ramírez Abdón J. Trémols González
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Dirección General de Fomento Editorial
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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA Enrique Agüera Ibáñez Rector Armando Valerdi y Rojas Secretario General Lilia Cedillo Ramírez Vicerrectora de Extensión y Difusión de la Cultura Jorge Torres Jácome Director del Instituto de Ciencias Ricardo Escárcega Méndez Director Editorial
Primera edición, 2002 ISBN: 968 863 567 7 Segunda edición, 2005 ISBN: 968 863 848 X D.R.© Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Dirección General de Fomento Editorial 2 Norte 1404 Teléfono y fax 2 46 85 59 Puebla, Pue. Impreso y hecho en México Printed and made in Mexico
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INTRODUCCIÓN
La agroquímica es la ciencia que estudia las relaciones reciprocas entre las plantas, suelos y fertilizantes durante el proceso del cultivo de las plantas agrícolas, el ciclo de nutrientes en la agricultura y la aplicación de fertilizantes con el propósito de incrementar la cosecha, mejorar su calidad y aumentar la fertilidad del suelo. El objetivo de la agroquímica es el establecimiento de las condiciones óptimas de nutrición de las plantas, tomando en cuenta las propiedades de los fertilizantes, las particularidades de su acción en el suelo, el empleo de las formas, métodos y épocas de aplicación de los fertilizantes más efectivos. La agroquímica como ciencia se desarrolla rápidamente. Esto debido a la necesidad de aumentar permanentemente la productividad de los cultivos agrícolas en base a la aplicación de fertilizantes minerales y orgánicos, al mejoramiento de la tecnología del laboreo de los cultivos y a los logros del fitomejoramiento entre otros. La intensificación de la producción agrícola y la necesidad permanente de incrementar la cosecha por hectárea son imprescindibles para abastecer a la población de la cantidad suficiente de alimentos con valor nutritivo, así como la materia prima para el trabajo de la industria. Es conocido que la posibilidad de incrementar la producción agrícola en base al aumento de la 5
superficie laborada, es insuficiente. Por eso, es muy importante aprovechar correctamente y con mayor eficiencia las áreas que se poseen. La aplicación de fertilizantes y abonos aumenta en el suelo el contenido de nutrimentos asimilables por las plantas. Por lo que cambia la composición química del suelo y sus propiedades. El mejoramiento de la nutrición mineral influye favorablemente en la fotosíntesis y mejora el crecimiento de las plantas. Esta publicación fue elaborada con los elementos generales de la metodología de la agroquímica, de ahí que el interesado cuente con un auxiliar didáctico en esta importante materia. En esta segunda edición se incorporan nuevas adiciones a la estructura general de la primera. Asimismo, se modificó el título de la obra de Introducción a la metodología de la investigación agroquímica a Introducción a la agroquímica. Los autores
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I FACTORES DEL SUELO QUE INTERFIEREN EN EL DESARROLLO DE LAS PLANTAS
La relación suelo-planta es un proceso interactivo, donde ambos se influyen recíprocamente. El suelo influye sobre la planta a través de sus propiedades químicas, físicas y biológicas y la planta influye sobre el suelo por medio de la acción física de sus raíces y la acción química de sus secreciones radicales. Sin embargo, no todas las propiedades del suelo ejercen una influencia positiva sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas; mientras que el efecto de algunas propiedades depende de la intensidad con que se presenta el factor; el de otras aumenta, alcanzando un máximo y decreciendo después y finalmente; entre la planta y otro grupo de propiedades del suelo se establece un equilibrio que, al ser modificado por la actividad agrícola del hombre, se desplaza, frecuentemente en la dirección menos deseada. Los factores edáficos que limitan el crecimiento y desarrollo de las plantas (factores limitantes) pueden ser agrupados en diferentes categorías: Propiedades intrínsecas del suelo. En este grupo se incluyen aquellas propiedades, presentes en el suelo como resultado de los procesos de pedogénesis y que frecuentemente son de difícil modificación por el agricultor. Con este tipo de factores limitantes es necesario “aprender a convivir” por la vía 7
de la selección de cultivos o variedades tolerantes o la aplicación de prácticas de manejo especializadas. En este grupo de factores limitantes se incluyen: profundidad efectiva, textura, gleyzación, pendiente, pedregosidad, rocosidad, gravillosidad, baja capacidad de retención de humedad y nutrientes y presencia de carbonatos de calcio. Un segundo grupo de factores limitantes, generalmente está relacionado con la presencia de condiciones favorables en el entorno, pero que pueden agravarse como resultado de un bajo nivel tecnológico del agricultor. Entre estos factores limitantes, que pueden llegar a requerir cuantiosas inversiones para su corrección, tenemos: erosión, salinidad, compactación, sodicidad y reacción del suelo. En un tercer grupo de factores limitantes pueden incluirse aquellas propiedades del suelo relacionadas con el abasto de nutrientes y que por defecto (deficiencia) o por exceso (toxicidad) pueden limitar el crecimiento y desarrollo de los cultivos agrícolas. Las dificultades para solucionar estas limitantes son variables por su grado de complejidad y costo de las inversiones necesarias. Frecuentemente estos factores limitantes están relacionados con otras propiedades del suelo y su solución debe encontrarse por vía indirecta. Entre estas propiedades se pueden mencionar: excesiva retención de los fosfatos, toxicidad por aluminio y deficiencia o exceso de micronutrientes. Otro grupo de propiedades del suelo, que limitan las condiciones de crecimiento y desarrollo de los cultivos, incluye las provocadas por la actividad productiva del hombre. Algunas de estas modificaciones del entorno son irreversibles, mientras que otras, aunque no limitan substancialmente la productividad de las plantas cultivadas, hacen su producción inutilizable para el consumo. Entre estas propiedades pueden considerarse: contaminación radioactiva de los suelos, contaminación química de los suelos, contaminación biológica de los suelos y destruc8
ción de los suelos, como resultado de la actividad minera, constructiva o de otro tipo. I.1. Profundidad efectiva. La profundidad efectiva del suelo se considera el grosor del perfil explorable por las raíces y se encuentra limitada por capas líticas o de otro tipo o por el material de origen poco modificado o contentivas de substancias tóxicas para el desarrollo radical en ellas. El efecto negativo de una profundidad efectiva limitada se debe, entre otras razones, a las dificultades para el anclaje de la planta y al menor volumen de material activo explorado por las raíces. La intensidad del efecto de la restricción al crecimiento y desarrollo de la planta depende, además de la intensidad del factor, de las características biológicas del cultivo, el tipo de material que limita el desarrollo radical y las propiedades del material del suelo dentro del límite de la profundidad efectiva. I.2. Textura. El efecto de la textura como factor limitante del crecimiento vegetal no tiene una tendencia lineal. Las óptimas condiciones para la generalidad de las plantas se presentan en los suelos de textura franca, donde la porosidad y el balance aire/agua del suelo adquieren los valores más favorables. El predominio de las fracciones gruesas provoca un déficit de humedad y nutrientes, una elevada velocidad de infiltración, requiriendo elevados niveles de manejo del riego y la fertilización. Por el contrario el predominio de las fracciones finas, aunque generalmente aporta un nivel de nutrientes superior, crea dificultades por una excesiva retención de humedad y deficiente aireación. 9
Un caso particular es la presencia de propiedades vérticas en el suelo. En este caso, un elevado contenido de arcilla plástica, con predominio de las de tipo 2:1, crea dificultades en el manejo físico del suelo a causa de la dilatación y contracción que sufre con los cambios de humedad y a su pegajosidad. I.3. Gleyzación. Se debe a la presencia de condiciones reductoras en la profundidad del perfil, a causa de un drenaje interno impedido o a un elevado nivel freático. Junto a la gleyzación se presentan en el suelo condiciones de anaerobiosis, deficiencia de oxígeno, se elevan las tasas de desnitrificación. La intensidad del efecto limitante de la gleyzación depende de las características del cultivo, la profundidad a que aparece el gley y a la intensidad de este. I.4. Pendiente. La pendiente es el resultado del modelado de la superficie terrestre bajo el efecto de los procesos orogénicos y denudativos. Influye decisivamente sobre la erosión y erodabilidad de los suelos, el riego y el laboreo. Ante la presencia de este factor limitante es imprescindible la adopción de prácticas especializadas de manejo. I.5. Pedregosidad, rocosidad, gravillosidad. La presencia de piedras, rocas y gravas en el perfil limita el volumen de las fracciones activas del suelo exploradas por las raíces de la planta, mientras que su afloramiento a la superficie limita las posibilidades de laboreo. El efecto negativo de
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este factor está dado por la intensidad de su presencia y la geología del material. I.6. Baja capacidad de retención de humedad y nutrientes. La baja capacidad de retención de humedad y nutrientes está relacionada, generalmente, con una textura del suelo arenosa y depende del contenido de arcilla, tipo mineralógico de esta, contenido de materia orgánica y profundidad efectiva del suelo. Como regla en los suelos donde se presenta este factor limitante, la capacidad de intercambio catiónico es baja, así como las reservas de nutrientes. Las pérdidas de agua por infiltración en estos suelos son elevadas, así como, las pérdidas de nutrientes por lixiviación. I.7. Contenido de carbonatos de calcio. El efecto de los carbonatos de calcio sobre las plantas depende del contenido de éstos en la masa del suelo y de su tipo mineralógico. Esta última característica define su grado de actividad, de la cual depende la magnitud de la variación que provocan los carbonatos del suelo sobre la reacción del suelo y la intensidad de la liberación de iones de calcio al medio. La magnitud de la limitación del crecimiento y desarrollo de las plantas por efecto de los carbonatos en el suelo depende de las variaciones en la reacción del suelo y de las deficiencias de hierro y otros micronutrientes, que frecuentemente se inducen. I.8. Erosión. Los procesos erosivos actuales limitan el crecimiento y desarrollo de las plantas a través de diversos mecanismos, que incluyen la reducción del volumen de suelo, disponible para la exploración radical, la disminución de las reservas de humedad y nutrientes en el suelo y la exposición de los horizontes 11
inferiores, menos fértiles del perfil. Se ha demostrado que bajo los procesos erosivos ocurre un arrastre selectivo de las fracciones más activas del suelo, que desempeñan las funciones más importantes en la nutrición de las plantas. La textura, la pendiente, la estructura, el clima y las condiciones de la cobertura vegetal del suelo son factores que propician su erodabilidad. La presencia de procesos erosivos actuales o de las condiciones para su desarrollo potencial hacen necesaria la aplicación de prácticas conservacionistas de manejo del suelo y la adopción de tipos de uso de la tierra adaptados a las condiciones del entorno. I.9. Salinidad. La salinidad afecta los cultivos, principalmente a través del estrés hídrico, debido al incremento de la presión osmótica a la presencia de iones tóxicos y por el deterioro de las propiedades físicas del suelo. Las causas de la salinidad pueden estar relacionadas con la intrusión o pulverización de las aguas marinas, la geología de la región, el clima y la actividad del hombre. Ante la presencia de la salinidad se requiere de medidas especiales de drenaje y manejo de las aguas de riego, así como la utilización de especies y variedades resistentes. I.10. Sodicidad. Los elevados tenores de sodio en el complejo adsorbente del suelo afectan a las plantas a través del empeoramiento de las propiedades físicas del suelo, la alcalinización del medio, el efecto tóxico de cantidades excesivas de sodio y la movilización de cantidades tóxicas de micronutrientes en un medio fuertemente alcalino. 12
Ante la presencia de la sodicidad se requiere la aplicación de enmiendas y de prácticas especializadas de manejo. I.11. Reacción del suelo. La reacción ácida del suelo (los efectos de la reacción alcalina se discutieron al referirse a la presencia de carbonatos de calcio, sales solubles y sodicidad, que son sus causas más frecuentes) afecta a las plantas a través del deterioro de la materia orgánica del suelo, de algunas propiedades hidrofísicas y la presencia de cantidades tóxicas de algunos micronutrientes. I.12. Factores limitantes no edafológicos. Además de los factores edafológicos señalados hay otros que pueden ejercer una influencia determinante al tomar decisiones sobre el uso de la tierra o el diseño de las prácticas de manejo. Entre estos factores pueden considerarse: Infraestructura. La infraestructura vial, de procesamiento y comercialización de la producción agropecuaria mercantil puede decidir la viabilidad económica o la conveniencia de definir uno u otro tipo de uso de las tierras. Disponibilidad y calificación de la fuerza de trabajo. La disponibilidad de mano de obra y su capacidad para asimilar los requerimientos tecnológicos de una producción dada, también pueden definir la viabilidad de la adopción de un tipo de uso de la tierra. Disponibilidad de agua e infraestructura de riego. En dependencia del clima y los usos previstos de la tierra, la disponibilidad de agua de calidad aceptable para el riego y la existencia o posibilidad de adquisición de los medios técnicos para hacerla llegar eficientemente al cultivo pueden resultar definitorios.
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En dependencia de los intereses de la evaluación, las características naturales de la zona de estudio, la tradición productiva de los agricultores, las particularidades del mercado y otras premisas, fijadas en los términos de referencia del estudio evaluativo, puede ser necesario tomar en cuenta otros indicadores que por sus peculiaridades puedan, posteriormente, devenir limitantes para el tipo de uso de la tierra previsto. Cuales específicamente serían estos otros indicadores, la forma de valoración de sus efectos e intensidades y la forma en que influyen en el tipo de uso de la tierra son aspectos que, en la medida de lo posible deben ser previstos antes de acometer los trabajos de campo, pero, naturalmente, siempre será posible incluirlos en el proceso evaluativo desde el momento que resulte evidente su necesidad o conveniencia.
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II PRODUCTIVIDAD DE SUELOS
Desde los albores de la civilización, la agricultura ha sido la actividad primaria que ha aportado alimentos, vestido y cobijo al hombre. La fertilidad del suelo, vista como su capacidad productiva, durante milenios ha resultado la premisa fundamental para la aparición, florecimiento y decadencia de las civilizaciones. Puede considerarse que la capacidad adquirida en el desarrollo tecnológico de cada cultura, para utilizar las tierras de acuerdo a su vocación y mantener y elevar la capacidad productiva de sus suelos, es la condición que les permitió crecer y desarrollarse y que al resultar insuficiente su adecuación al agroecosistema resultó la causa de su decadencia y desaparición. La utilización de las tierras de acuerdo a su vocación de uso es un problema que enfrenta el hombre desde su asentamiento como agricultor. Sin embargo, durante milenios este problema se resolvió empíricamente, por el método de “precisión y ajuste”, asimilando la experiencia de las generaciones anteriores. La primera referencia que hoy llamaríamos científica a un método para establecer la vocación de uso de las tierras la encontramos en la “Geórgica” de Virgilio, donde, además, se 15
nos ofrece el primer método de análisis textural de los suelos. Se recomendaba, para determinar la vocación de uso de suelos, cavar un hueco (de aproximadamente un metro cúbico) en el terreno y posteriormente rellenarlo nuevamente con el material extraído, compactándolo con los pies. Si todo el material entraba en el hueco, el suelo se consideraba “ligero” y las tierras aptas para el cultivo de la vid y otros frutales. Si por el contrario, el material no cabía en el hueco el suelo se consideraba “graso” (hoy diríamos pesado), apto para la producción de cereales. Hoy en día, la experiencia y el conocimiento acumulados en las ciencias agrícolas, han permitido el surgimiento de una rama específica de esta, “Clasificación Agroproductiva”, la cual se ocupa de establecer la vocación de uso del suelo y recomienda las medidas para su utilización más racional. A primera vista, nos parece que el suelo es un concepto más estrecho que la tierra, ya que el suelo es uno de los múltiples atributos de la tierra. Sin embargo, como la génesis del suelo y sus características son la resultante de diversos factores que también desempeñan algún papel en las propiedades de la tierra. La fertilidad del suelo es su capacidad de sustentar la vida de los organismos vegetales, sirviendo de soporte mecánico, almacén de agua, oxígeno y sustancias nutrientes orgánicas y minerales; al tiempo que su relieve, mineralogía, y otras propiedades permiten una tendencia a la estabilidad del sistema. Frecuentemente, muchos autores diferencian la fertilidad sólo como la capacidad del suelo para aportar nutrientes a las plantas, mientras que denominan productividad del suelo el conjunto de las demás propiedades afines que sustentan el crecimiento y desarrollo de las plantas. Independientemente del sistema empleado para establecer la aptitud agroproductiva de un suelo o la vocación de uso de las tierras ante un determinado cultivo o grupo de cultivos, 16
existen principios generales y premisas de trabajo que deben ser tenidos en cuenta. En primer lugar es necesario referirse a la precisión de la información de partida. Ningún estudio evaluativo puede tener una calidad y precisión superiores que la información que le da origen, teniendo en cuenta las escalas de trabajo. La información de suelos debe provenir de levantamientos actualizados y realizados a una escala tal, que exista una información precisa acerca de las unidades cartográficas o productivas a las que será referida la evaluación. Igualmente, la información climática, infraestructural o productiva debe provenir de fuentes (mapas, encuestas u otras) con el suficiente grado de detalle. Los materiales cartográficos que brindarán información para la evaluación deben estar ejecutados a una escala mayor o, al menos, igual a la escala en que serán expresados los resultados de la evaluación. La información morfológica y analítica de los suelos debe cubrir toda la gama de características que requieren ser evaluadas, para definir la aptitud agroproductiva de los suelos o la vocación de uso de las tierras. Sin embargo, en determinados casos, es posible y, a veces hasta conveniente, evaluar determinadas características o propiedades de una manera indirecta, utilizando propiedades relacionadas, para las cuales pueden haberse establecido determinadas funciones de relación entre ellas. El sistema taxonómico de clasificación de suelos, no tiene mayor importancia a los fines de la evaluación, siempre y cuando refleje de forma sistemática la variación de las propiedades del suelo y la clasificación se haya realizado con un estudio morfológico y analítico adecuado. La taxonomía de suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, la Leyenda del Mapa Mundial de Suelos de FAO UNESCO y la mayoría de las Clasificaciones Nacionales de
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Suelos brindan abundante información para realizar trabajos de evaluación de suelos y tierras. Para trabajos de evaluación a escala muy detallada la información catastral, a veces complementada con algunas encuestas sociológicas o productivas bien orientadas, puede resultar de mucho valor. Sin embargo, en la realización de encuestas productivas a nivel de pequeños campesinos individuales debe tenerse en cuenta que existe una cierta tendencia a falsear la información en ambas direcciones, por razones impositivas, de prestigio, etc. El primer paso en la evaluación de suelos y tierras es definir sus tipos principales de uso, es decir si se emplea para cultivos de riego o de secano, cultivos intensivos o sistemas de bajos insumos, sistemas de explotación ganadera o forestales. Es necesario distinguir entre dos tipo de uso: el uso actual y el potencial, para el cual se requieren mejoras substanciales. Es necesario distinguir cuatro grupos principales de características de la tierra: Condiciones ecológicas o del medio natural. Entre estas consideramos la disponibilidad de radiación solar, la fertilidad del suelo, la disponibilidad de agua para las plantas y otras similares. Condiciones que influyen en el manejo. Como son posibilidades de mecanización, erodabilidad de los suelos, infraestructura de procesamiento y comercialización de la producción, red vial, etc. Condiciones relacionadas con las posibilidades de mejoramiento. Entre estas consideramos la respuesta a los fertilizantes, posibilidades de riego, factibilidad de implementación de sistemas de lucha contra las diversas modalidades de degradación de los suelos que pudieran estar presentes. Condiciones de índole sociocultural y económica. Entre estas se pueden considerar la calificación y tradiciones 18
productivas del campesinado, mercado para la producción, relaciones económicas, formas de tenencia de la tierra, etc. Para la estimación de las cualidades principales de la tierra y para la estimación de los rendimientos puede requerirse alguna investigación, además de la simple recolección de datos. La evaluación de suelos y tierras debe realizarse en términos referidos al contexto físico, económico y social de la zona de estudio, de ahí la importancia que tiene fijar con precisión los “Términos de Referencia” del estudio evaluativo en estrecha interacción entre el usuario contratante y el ejecutor. En esta etapa, la primera del trabajo, deben quedar precisadas todas las características a considerar, los intereses actuales y de desarrollo de la región y aquellas premisas de trabajo que matizarán todo el proceso evaluativo. Los factores tales como el clima de la zona de estudio, niveles de vida y motivación de la población, disponibilidad y costo de la mano de obra, necesidad de empleo, mercados locales y de exportación, sistemas y formas de tenencia de la tierra y disponibilidades de capitales forman el contexto, en el cual se realiza la evaluación. Las hipótesis de trabajo, subyacentes en la evaluación diferirán de un país a otro y de una a otra región dentro de un mismo país. Muchas de estas condiciones se suponen, frecuentemente, de forma implícita; pero para evitar interpretaciones erróneas y para facilitar el análisis comparativo entre zonas y regiones, deben quedar expuestas explícitamente. La aptitud o vocación de uso de las tierras siempre se refiere sobre una base de sostenibilidad. Las posibilidades potenciales de degradación ambiental, así como los procesos actuales, se tienen en cuenta al definir la vocación de uso de las tierras y diseñar sus modificaciones propuestas. Este principio no exige, en modo alguno, que el medio natural, como soporte productivo se preserve de una forma rígidamente inal19
terada. La actividad agrícola siempre supone modificaciones en el entorno. La esencia del problema radica en que cualquier forma de uso propuesta conlleva un análisis de las consecuencias más probables y el impacto ambiental con la mayor precisión y objetividad posibles. La evaluación siempre supone la comparación entre varias formas o clases de uso de la tierra. Frecuentemente comprenderá la comparación entre la forma de uso existente y las propuestas, sobre la base de las transformaciones del uso de la tierra que se consideran más factibles o deseables. También es posible la comparación entre una o varias formas de uso con formas de “no uso”, es decir con formas de utilización donde las tierras se conservarán inalteradamente en su estado natural. Una evaluación sólo es correcta si la relación costo/beneficio de una forma de uso de la tierra es comparada, al menos, con la de otra forma de uso, en el caso contrario siempre es posible que queden sin evaluar alternativas productivas, que resultarían más atractivas desde punto de vista económico y productivo. Las características de las tierras son atributos de estas que pueden medirse o estimarse, preferentemente de forma objetiva y cuantificable. Las unidades cartográficas de tierras determinadas a través del reconocimiento de los recursos se describen, habitualmente, en términos de sus características. Al utilizar estas características directamente en la evaluación deben tenerse en cuenta las posibles interacciones y efecto recíproco entre ellas. Por esta razón también es recomendable que la comparación entre unidades cartográficas de tierras se realice en términos de sus cualidades. Una cualidad de la tierra es un atributo complejo de ésta, que actúa de forma distintiva en su influencia sobre la adaptabilidad de la tierra a diferentes clases de uso y que en su conjunto definen la vocación de uso de las tierras. Estas cualidades de la tierra pueden tener una influencia positiva o 20
negativa para los fines deseados. Cuando se dispone de datos suficientes pueden emplearse para calificar las cualidades de la tierra diferentes criterios diagnósticos. Los criterios diagnósticos son variables que presentan una influencia definida y preferentemente cuantificable en la productividad de una forma de uso determinada de la tierra o sobre los niveles de insumos requeridos por esta y como tal actúan como base para evaluar la aptitud de unidades de tierra ante determinadas formas de uso. Estas variables pueden ser cualidades de la tierra, una característica de la misma o una función de producción. Para cada criterio diagnóstico debe definirse un valor crítico que se utilizará para definir los límites de adaptabilidad de la tierra. Cuando es posible su utilización, el rendimiento agrícola de los cultivos y las funciones que lo relacionan con características y cualidades de la tierra, puede considerarse el más valioso y definitorio de los criterios diagnóstico. Una clase primaria de uso de la tierra es una subdivisión principal de los tipos de uso de las tierras rurales, tales como agricultura de secano, agricultura de regadío, sistemas silvipastoriles, etc. Las clases primarias de uso de la tierra se consideran o establecen, por lo general, en estudios de evaluación de suelos y tierras de naturaleza cualitativa o a nivel de reconocimiento. Un tipo de aprovechamiento de la tierra es una clase de uso descrita o definida con un mayor nivel de detalle y un análisis substanciado de sus implicaciones económicas, sociales, productivas o de otra índole y de sus alternativas. En estudios de evaluación de tierras detallados o cuantitativos las clases de uso de la tierra que se definirán, consistirán, principalmente en tipos de aprovechamiento de la tierra, los cuales quedarán descritos con el grado de detalle que corresponda a los intereses del estudio. Los tipos de aprovechamiento de la tierra no son unidades taxonómicas estables en una clasificación de uso 21
de las tierras, sino que se refieren a intereses concretos de cada proceso evaluativo en concreto. Las formas de uso de la tierra pueden ser múltiples y compuestas. La primera forma de uso se considera cuando en una misma zona se practica más de una clase de uso de la tierra. La segunda se considera cuando a los fines de la evaluación se considera como una unidad simple la unidad que presenta un uso diferenciado de la tierra. La utilización compuesta de la tierra puede ser en el tiempo, como es el caso de las rotaciones de cultivos y en el espacio, dentro de los límites de una unidad cartográfica de tierras. La agricultura mixta, donde se practica la labranza y el pastoreo, los sistemas agropastoriles y silvipastoriles son ejemplos de esta forma de uso de la tierra.
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III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN AGROQUÍMICA
Desde que el agricultor tomó consciencia de la necesidad de mantener y elevar la fertilidad de sus suelos de labor se vio obligado a probar diferentes variantes de aplicación de nutrimentos a sus cultivos. Este proceso en sus inicios se realizó de manera empírica, a través de observaciones que hoy calificaríamos como poco rigurosas, de forma espontánea y en los propios campos donde se realizaba la producción alimentaria. Los resultados frecuentemente pasaban de generación en generación, por vía oral o pasaban a formar parte de la mitología de las culturas respectivas. Con el desarrollo de la agricultura y con la intensificación del papel social de las ciencias agrícolas el enfoque ha variado y la nutrición de los cultivos agrícolas recibe una atención cada vez mayor. La agroquímica como ciencia tiene un vasto campo de acción que de forma general podría definirse como “la regulación de los procesos de aplicación de productos químicos (naturales e industriales) en la agricultura en función de la elevación sostenible de la producción” e incluye, entre otras, las siguientes temáticas: Determinación de las necesidades nutrimentales de los cultivos. Establecimiento de las leyes y regularidades que rigen las transformaciones que los elementos nutrientes sufren en el suelo. 23
Determinación de las condiciones edáficas que impiden la correcta nutrición de los cultivos y las formas de su mejoramiento. Determinación de las vías y métodos para emitir recomendaciones de fertilización. Diseño de tecnologías para el manejo de los fertilizantes minerales, abonos orgánicos y materiales enmendantes. Regulación del impacto ecológico de las materias fertilizantes. Todas estas esferas de acción de la agroquímica requieren soluciones de carácter científico y deben ser resueltas mediante la investigación. Las investigaciones agroquímicas pueden ser de diferente tipo de acuerdo a la temática abordada: de laboratorio, vegetativas o en condiciones controladas, de campo y tecnológicas. Para todos los tipos de investigación existen determinados principios generales que deben ser observados para garantizar la confiabilidad de los resultados. Entre estos es necesario señalar, en primer término, el principio de la diferencia única, que desde las primeras investigaciones con un nivel aceptable de rigor científico, realizadas en la segunda mitad del siglo pasado por Lowes en la Estación Experimental de Rothamsted (RU) y Mendeleyev (Rusia) quedó claramente demostrado que para garantizar llegar a conclusiones en la investigación se requiere que todas las condiciones de cultivo sean idénticas, menos aquellas que son objeto de estudio. De esta forma es posible individualizar el efecto de los factores estudiados y establecer las regularidades que rigen los procesos, objeto de la investigación. Otro aspecto importante a tener en cuenta en las investigaciones agroquímicas contemporáneas es el procesamiento estadístico de los resultados. Sin idealizar el poder de los métodos estadísticos (vale recordar que “la estadística no substituye al buen juicio”), cada tipo de experimento realiza24
do debe ser procesado matemáticamente, de forma tal que se individualicen objetivamente las diferencias entre tratamientos. No obstante, existe una abundante bibliografía sobre el tema y de acuerdo a la temática abordada, los fines del experimento y los tratamientos empleados existen herramientas estadísticas apropiadas, las cuales deben quedar definidas a priori desde la concepción del experimento. La selección incorrecta de las herramientas estadísticas puede desvirtuar el experimento o impedir que se arribe a los resultados esperados. En este sentido, también es importante la definición del nivel de significación estadística que se adoptará en la valoración de las diferencias obtenidas entre tratamientos. Habitualmente, en las ciencias agrícolas contemporáneas, se reconocen como niveles de significación normalizados el 95 y el 99% de probabilidad de existencia de diferencias debidas a la variación de los tratamientos y no a causas aleatorias. Sin embargo, el investigador puede y debe, de acuerdo a su sentido común y experiencia adoptar otros niveles de significación, según la temática tratada. Al diseñar una investigación agroquímica (o un programa de investigaciones) es necesario seguir una serie de pasos: 1. Definir claramente el problema objeto de la investigación. 2. Definir el ámbito de validez del problema. 3. Estudiar los conocimientos previos existentes sobre la temática. 4. Formular una hipótesis de trabajo, acerca de las regularidades que rigen los procesos objeto de estudio. 5. Diseñar los tratamientos y condiciones experimentales. 6. Definir las herramientas estadísticas a utilizar para valorar las diferencias entre tratamientos. 7. Realizar el planeamiento de recursos materiales y humanos para la ejecución del experimento. 8. Establecer el calendario de labores experimentales. 25
Casi todos estos pasos brindan una información interactiva al investigador que lo obliga repetidamente a redefinir algunos aspectos. La definición del problema permite al investigador aclarar cual o cuales son los aspectos que deben ser resueltos como resultado de la investigación. Esta información es indispensable para poder seleccionar los métodos a emplear en la investigación, definir los tratamientos y diseños experimentales a emplear y fijar las herramientas estadísticas a emplear. La definición del ámbito de validez del problema permite cuantificar la importancia del tema, y por consiguiente, la magnitud de los recursos que pueden ser dedicados a su solución. También permite establecer prioridades para la selección entre diferentes temáticas. La valoración crítica de los conocimientos previos sobre el tema permite utilizar la experiencia acumulada y previene de errores en la ejecución de los trabajos experimentales. La formulación de una hipótesis de trabajo precisa permite al investigador visualizar las herramientas que empleará para influir en los procesos que estudia y resulta el paso previo al diseño de los tratamientos a emplear. El diseño del experimento es básico en este proceso. En esta etapa se define el tipo de experimento (de laboratorio, vegetativo, de campo, tecnológico) o la combinación de tipos de experimentos. Igualmente, quedan definidas en esta etapa las condiciones experimentales (cultivo, variedad, agrotécnica, suelos, riego, tipos de fertilizantes, formas de nutrimentos, etc.). Al mismo tiempo, en esta etapa quedan definidos aspectos tales como el tamaño de las unidades experimentales, número de repeticiones, población bajo estudio, tipos de observaciones y análisis, etc. Habitualmente pueden emplearse los diseños experimentales normalizados que se describen en la bibliografía especializada, teniendo en cuenta que cada tipo de diseño tiene características propias, una esfera de utiliza26
ción, predetermina una distribución espacial de los tratamientos y un tipo de procesamiento estadístico. Sin embargo, la experiencia del investigador puede recomendarle, en determinadas circunstancias y de acuerdo a sus intereses la adopción de soluciones no normalizadas. La definición de las herramientas estadísticas, en la medida en que no son predefinidas por el diseño experimental adoptado, depende de los fines del experimento. La definición de los recursos necesarios para la ejecución del programa experimental y el calendario de labores permiten una correcta solución del problema planteado y, a veces, obligan a redefinir algunos de los aspectos anteriores. La correcta solución de estos pasos en el planeamiento de la investigación y su posterior ejecución deben permitir: 1. La obtención de resultados que correspondan a la solución del tema planteado. 2. La confiabilidad de los resultados. 3. La recomendación de medidas que mejoren una situación real. Durante la ejecución del experimento deben tenerse en cuenta algunos aspectos: 1. La ubicación espacial de los tratamientos de acuerdo a los esquemas o planos diseñados previamente. 2. La aplicación precisa de los tratamientos, de acuerdo al tamaño de las unidades experimentales. 3. El riguroso registro de las actividades experimentales, aplicaciones de tratamientos de cualquier tipo, observaciones, muestreos. También deben registrarse las impresiones que el investigador viene adquiriendo en el transcurso de la investigación. 4. La precisión en las observaciones, mediciones y análisis que se realizan en el experimento.
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IV PLANTEAMIENTO DE EXPERIMENTOS EN CONDICIONES CONTROLADAS
Las investigaciones agroquímicas frecuentemente exigen la realización de experimentos en condiciones que se apartan de las condiciones naturales en los agroecosistemas. Este es el caso cuándo el investigador necesita: Explorar la situación agroquímica de los suelos. Ganar tiempo en la descripción del estado agroquímico del agroecosistema. Simular, bajo estricto control, los procesos que envuelven la dinámica, absorción y transformaciones de los nutrimentos. En la realización de experimentos en condiciones controladas existen cuatro modalidades principales: Experimentos de laboratorio. Experimentos en macetas. Experimentos en cámaras de cultivo. Experimentos lisimétricos. IV.1. Experimentos de laboratorio. Los experimentos de laboratorio, en la mayor parte de los casos están encaminados a esclarecer los problemas de interacción de los elementos nutrientes y sus formas químicas con el suelo, en relación con determinadas propiedades de éste. Sus métodos, en lo fundamental, están relacionados con la puesta 29
en contacto del suelo en pequeñas cantidades (rara vez sobrepasan una masa de 100 gramos de suelo seco) con soluciones o sólidos y la medición del efecto sobre determinados componentes. No debe confundirse la realización de experimentos de laboratorio con la realización de diferentes análisis químicos o físicos en experimentos de otro tipo. La diferencia fundamental viene dada en el hecho de que los resultados de los experimentos de laboratorio tienen un determinado sentido por sí solos, mientras que los análisis de caracterización de experimentos carecen de sentido, al ser tomados individualmente. IV.2. Experimentos en macetas. Los experimentos en macetas pueden ser realizados de múltiples formas, según la temática abordada. Pueden ser realizados en invernaderos, casas de cultivo o a la intemperie. Su característica principal es la utilización de muestras de suelo, con su estructura afectada por la manipulación, en el estudio de los procesos agroquímicos. Las macetas empleadas en las investigaciones agroquímicas pueden ser de diferentes tamaños y materiales. Las capacidades de las macetas se encuentran entre un litro y hasta 100 – 150 litros, siendo las más frecuentes las que presentan capacidades entre ocho y veinte litros. El material de la maceta es también variable, dependiendo su selección de la temática a estudiar. Los materiales más frecuentes son barro, barro vidriado, cristal, metal galvanizado y plástico. Generalmente deben preferirse las macetas plásticas, ya que este material no reacciona con el suelo y por tanto no introduce errores en el experimento. Las macetas de barro y metal galvanizado deben evitarse cuándo se realizan experimentos que incluyen tratamientos de microelementos, así como deben evitarse las de cristal cuándo se estudian temáticas relacionadas con el boro. 30
La forma de las macetas es también variable. Las macetas más frecuentes tienen forma de cono truncado invertido o cilíndrica. Estas pueden tener el fondo perforado para permitir el drenaje del exceso de humedad o estar selladas. Un caso particular es la maceta denominada de Mitscherlicht, la cual es una maceta cilíndrica con el fondo perforado y un recipiente que se adapta al fondo de la maceta para recolectar las aguas de drenaje. El tipo de maceta y la forma de llenarla están íntimamente relacionados con la definición del sistema de riego a emplear durante la conducción del experimento. El riego de las macetas, en condiciones de invernadero o casa de cultivo puede ser realizado por peso, por volumen y aproximadamente. Este punto, al parecer de poca importancia en las investigaciones agroquímicas, resulta fundamental, ya que el régimen hídrico en la maceta afecta la dinámica y disponibilidad de los nutrimentos. Siempre es conveniente realizar el cálculo de las necesidades de agua para las macetas a partir de la capacidad hídrica del suelo, las necesidades hídricas del cultivo y su estado de desarrollo. En los casos en que se modelan procesos relacionados con la interacción nutrición – régimen hídrico es indispensable la realización de riegos por peso. Para la realización del riego por peso es preciso, desde el montaje del experimento pesar y anotar con precisión la masa de cada una de las macetas. Algunos investigadores prefieren llevar todas las macetas a peso constante, pero esto puede resultar trabajoso. Otra forma de regar los experimentos agroquímicos es el llamado “a la primera gota” en el cual se añade agua a la maceta hasta que en el drenaje inferior aparece la primera gota de agua de percolación. La forma de riego ejerce una influencia notable sobre la dinámica de los nutrimentos en la maceta. El riego superficial provoca la lixiviación de los nutrimentos más móviles, mien31
tras que el riego inferior provoca su ascenso por la evapotranspiración. En los experimentos donde la ubicación espacial (en relación con la masa de raíces) tiene importancia es conveniente la realización de los riegos alternando tres riegos superficiales con uno inferior. Para la realización de los riegos desde la parte inferior de la maceta para que las plantas reciban el agua desde abajo (riego inferior) es necesario preverlo desde el llenado de las macetas. Para ello se coloca en el fondo de la maceta un material inerte como drenaje y un tubo, de material también inerte, que descanse sobre el drenaje, procediéndose después a la colocación del suelo. El paso más importante durante el montaje de un experimento en macetas es el llenado de éstas. Para ello es conveniente realizar algunos pasos en secuencia: En primer lugar es necesario rectificar el volumen o capacidad de la maceta, para ello se realiza el llenado previo de una maceta midiendo el volumen o masa de suelo que cabe en su interior. A continuación debe colocarse en el fondo de la maceta el material que servirá de drenaje. Este paso puede realizarse por volumen o por peso. En seguida se añade el suelo a las macetas. Este debe estar seco al aire y tamizado a un tamaño de partículas que convenga a los fines del experimento. La cantidad de suelo debe ser medida en volumen o masa, de forma tal que se garantice: 1. Que todas las macetas tengan la misma cantidad de suelo. 2. Que todas las macetas tengan aproximadamente el mismo espacio libre en la parte superior (tres cinco centímetros). 3. Que la compactación del suelo en cada maceta sea similar. El tamaño de la maceta (su capacidad) debe seleccionarse de acuerdo a la temática del experimento y el tipo de cultivo. Para experimentos del tipo de “Técnica del elemento faltante” se utilizan macetas pequeñas de aproximadamente un litro de capacidad, ya que la finalidad del experimento es agotar las reservas de nutrimentos en el suelo rápidamente, con fines de diagnosis. 32
Para experimentos donde se estudian las respuestas de los cultivos a dosis o formas de nutrimentos se requieren macetas entre ocho y veinte litros de capacidad, dependiendo del cultivo. Para cereales pueden utilizarse macetas de ocho – doce litros, para maíz de diez – quince litros, para papa, tomate de doce – veinte litros. El criterio fundamental al seleccionar la capacidad de la maceta es que ésta permita un crecimiento del cultivo comparable al que ocurre en condiciones de campo. El aspecto más controversial en la técnica de los experimentos en macetas es el cálculo de las dosis de nutrimentos a aplicar. En general existen diferentes métodos, los cuales son considerados por sus seguidores como óptimos, mientras que en realidad cada uno de ellos tiene sus limitaciones. El primer método se basa en el cálculo de la dosis de nutrimentos en base a la superficie de la maceta. De esta forma se calcula primero la superficie de la maceta a la altura cubierta por el volumen de suelo y después esto se relaciona con la superficie de una hectárea. Así si disponemos de una maceta de 40 centímetros de diámetro, veinte litros de capacidad y pretendemos aplicar 100 kg/ha de nitrógeno tendremos: Superficie de la maceta = 1256.64 cm2. 100 kg/ha de nitrógeno como urea = 217.0 kg de urea. 217 kg/ha de urea = 2.17 mg/cm2. La dosis a aplicar será de 2.727 g/maceta. Una variante de este método es relacionar la dosis de nutrimento a aplicar con la que recibiría una planta en el campo de acuerdo a la densidad de plantación. De esta manera, si pretendemos aplicar en la misma maceta de 40 centímetros de diámetro 100 kg/ha de nitrógeno (urea) a la papa con una población de 37 000 plantones por hectárea resultaría: 217 kg/ha de urea = 0.586 g por maceta con un solo plantón de papa. Otro método empleado para calcula la dosis de fertilizantes en la maceta es de acuerdo a la masa de suelo involucrada. Para ello se calcula en primer lugar la masa de suelo que se 33
coloca en la maceta y a continuación eta masa se relaciona con la masa de una hectárea surco. Si la densidad del suelo es de 1.2, para aplicar la misma dosis de 100 kg/ha de urea a la maceta de 40 centímetros de diámetro y veinte litros de capacidad tendríamos: Masa del suelo en la maceta = 24 kg Masa de la hectárea surco = 2 400 000 kg (densidad = 1.2; profundidad de la hectárea surco = 20 cm). 217 kg/ha de urea = 2.17 g/maceta. Cuadro 1 Cálculo de nutrimentos para macetas por diferentes métodos (Aplicación de 100 kg/ha urea a una maceta de 40 centímetros de diámetro y veinte litros de capacidad, para papa sembrada en campo a 37 000 plantones por hectárea).
Método de cálculo Por superficie Por plantones Por masa de suelo
g/maceta de urea 2.727 0.586 2.17
% de la dosis media 149.02 32.02 118.58
Como se observa los diferentes métodos de cálculo ofrecen resultados muy diferentes con un 465% de variación entre los extremos. Sin embargo, todos estos métodos subestiman la dosis, ya que el desarrollo radical de la planta limitado al volumen de la maceta es inferior al que se adquiere en pleno campo y por tanto es más limitada su capacidad de asimilación de los nutrimentos. Para las investigaciones agroquímicas internacionales en los países de la antigua comunidad socialista se encontraba normalizado el cálculo de las dosis de nutrimentos en la maceta a partir del peso de la hectárea surco, multiplicando por tres el resultado. Algunas investigaciones realizadas en Cuba demostraron que una respuesta similar a la obtenida en campo es posible mediante el cálculo de las dosis de fertilizantes a partir de la hectárea surco multiplicando el resultado por un coeficiente entre 2.5 y 3.0. 34
Lo más importante en la realización de experimentos institucionales es la normalización del método de cálculo para obtener resultados siempre comparables. IV.3. Experimentos en cámaras de cultivo (fitotrones). Los experimentos en fitotrones se realizan para normalizar estrictamente las condiciones ambientales (intensidad de la iluminación, duración del día solar, fotoperíodo, evapotranspiración, etc.) en que crecerá la planta. Su utilización generalmente está ligada a la solución de problemas teóricos de la nutrición vegetal y no se tratará en detalle. Baste quizás señalar que la técnica y requerimientos en el llenado de las macetas es similar a la descrita anteriormente y las principales diferencias vienen dadas por la tecnología de la cámara de cultivo. IV.4. Experimentos lisimétricos. Los experimentos lisimétricos se diseñan específicamente para el estudio del balance de los nutrimentos o la migración de las substancias en el perfil de suelo. Los lisímetros son instalaciones especialmente diseñadas para permitir la captura de las soluciones que migran hacia la profundidad del suelo a diferentes profundidades. Los lisímetros, en lo fundamental, son de dos tipos: 1. Los que utilizan suelo en estado natural. 2. Los que utilizan suelo con su estructura natural disturbada. Los lisímetros que utilizan el suelo disgregado, generalmente son recipientes grandes (100 – 200 ó más litros), los cuales se llenan de suelo simulando la composición y espesor de los horizontes genéticos. A las profundidades deseadas se instalan colectores que derivan una parte de la solución del suelo que migra, para ser analizada en el laboratorio. Su mayor virtud es que son los más fáciles de manejar. Su defecto radica en que lo que llena el recipiente no es el suelo natural y puede requerirse 35
de mucho tiempo para que el material se asiente y los procesos se asemejen a los que ocurren en el suelo natural. Los lisímetros que contienen suelo sin perturbar la estructura pueden ser también recipientes grandes que se llenan de suelo en el campo sin dañar su estructura o se instalan mediante la colocación de los colectores en pleno campo. Estos lisímetros son de difícil manejo (implican el manejo de toneladas de suelo), pero reflejan mejor los procesos de migración de los nutrimentos en el suelo. De todas formas después de la instalación de los colectores pueden pasar una o dos campañas de cultivo antes que los colectores drenen correctamente. Los experimentos lisimétricos son experimentos caros y de larga duración, por lo que en su diseño deben tomarse las medidas más meticulosas para evitar errores a largo plazo. IV.5. Herramientas estadísticas. Los experimentos en condiciones controladas generalmente se realizan bajo diseños completamente aleatorizados, debe evitarse las distribuciones sistemáticas en la colocación de las macetas, sea en la casa de cultivo o a la intemperie, ya que las diferencias de iluminación, evapotranspiración, temperatura, etc. pueden sesgar los resultados invalidándoles. El tipo de prueba para determinar la significación de las diferencias entre tratamientos depende de la temática estudiada. La popular prueba de Rangos Múltiples de Dunncan sólo es válida cuándo se pretende distinguir un tratamiento mejor o peor a los demás. En las investigaciones agroquímicas, la Prueba de Dunncan es válida cuándo se comparan tecnologías o paquetes nutricionales. En otros casos es necesario utilizar pruebas específicas. Así si el tema del experimento es determinar dosis de nutrimentos, después que se obtiene en el Análisis de Varianza significación entre tratamientos, debe aplicarse un análisis de regresión para obtener la curva que describe el 36
proceso y determinar su punto máximo (óptimo). En los experimentos del “Elemento faltante” debe utilizarse la Prueba de Dunnett para establecer las diferencias de cada tratamiento con respecto al testigo. En experimentos diseñados ortogonalmente puede aplicarse la división ortogonal de la varianza de los tratamientos o la Prueba de Schaeffe.
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V PLANTEAMIENTO DE EXPERIMENTOS DE CAMPO
En los experimentos de campo se encuentran las principales soluciones de las investigaciones agroquímicas, ya que éstos permiten la obtención de la información más fidedigna y en condiciones que semejan en mayor medida a las que realmente concurren en la producción agropecuaria. Algunas temáticas en la agroquímica pueden ser desarrolladas sólo a través de los experimentos de campo. Entre ellas se encuentran: Efecto de la rotación de cultivos sobre la dinámica y balance de nutrimentos en el sistema productivo. Respuesta de los cultivos a las diferentes formas de aplicación de los fertilizantes. Estudio del efecto residual de los nutrimentos. Respuesta de los cultivos a la fertilización orgánica y mineral. Prácticamente todas las temáticas de la agroquímica contemporánea se asumen a través de la realización de experimentos de campo. Estos pueden diferenciarse por el tamaño de las parcelas experimentales. Se consideran microparcelas aquellas con una superficie inferior a los diez metros cuadrados; las parcelas más frecuentes presentan una superficie entre diez y cien metros cuadrados y se consideran parcelas grandes las de superficie superior a los cien metros cuadrados. Al seleccionar el tamaño de las parcelas debe llegarse siempre a un compromiso: al aumentar la población de plan39
tas incluidas en la parcela o unidad experimental mínima se hace más representativa la respuesta de las plantas a los tratamientos aplicados, excluyéndose variaciones casuales, debidas a la heterogeneidad del germoplasma utilizado, pero al mismo tiempo con el aumento de las dimensiones de la parcela aumenta la heterogeneidad del suelo y por tanto se eleva el error experimental. La decisión final del investigador debe tener en cuenta los siguientes factores al determinar el tamaño de la parcela experimental: Temática del experimento. Método de aplicación de los tratamientos. Especie vegetal estudiada. Homogeneidad de la cubierta edáfica. Al acometer el diseño de un experimento de campo es necesario seguir una serie de pasos: Definición de la temática de estudio. Este aspecto con mayor frecuencia viene dado por los objetivos y tareas de los proyectos y entonces corresponde precisar cuáles de estos objetivos serán resueltos mediante el experimento en cuestión. Definición del diseño experimental. De acuerdo a la temática del experimento y condiciones materiales para su ejecución. Diseño de los tratamientos. Procede definir cuáles serán los tratamientos empleados. Definición de la fitotécnica a emplear. Incluyendo variedades, sistema y forma de riego, tecnología de cultivo. Planeamiento del experimento. Tanto la programación de calendario, como la programación de actividades, recursos materiales y fuerza de trabajo por etapas. Definición de las observaciones, mediciones y muestreos para análisis a realizar. Debe tenerse en cuenta el com40
promiso entre la profundización de los conocimientos extraídos del experimento y la factibilidad material de ejecutar todo lo planeado en primera instancia. Al proceder a la ejecución del experimento en el campo hay que tener en cuenta algunas técnicas de trabajo que permiten disminuir el error experimental. V.1. Selección del área de trabajo. Para la ejecución de un experimento de campo es necesario seleccionar un área con las siguientes características: Homogeneidad de la cubierta edáfica. Similar historial de uso. Tipicidad de las condiciones generales. Ausencia de residuos orgánicos, minerales y antrópicos. Ubicación espacial. Es conveniente, cuándo se prepara el montaje de un experimento de larga duración (diez ó más años) realizar una prueba de homogeneidad de la fertilidad del suelo. Para ello el futuro campo experimental se siembra con un cultivo de poca variabilidad y en el momento oportuno se cosecha por parcelas. En esta siembra previa las parcelas de cosecha deben ser de menor tamaño que las que tendrá el futuro experimento. Lo ideal en este caso debe ser el 20 – 25 % de la superficie de la parcela definitiva. Los resultados de la cosecha de prueba son procesados estadísticamente para determinar los principales estadígrafos de dispersión. No debe utilizarse un campo experimental donde la cosecha previa (siembra en blanco) que no recibió tratamientos que la diferencien muestre diferencias estadísticamente demostrables a una probabilidad igual o superior a la que se empleará para evaluar las diferencias entre tratamientos. La forma de la parcela experimental es otro aspecto importante que debe resolver el investigador. En general se considera que las parcelas experimentales deben tener una forma 41
rectangular, con una relación entre los lados de tres a cuatro. En la realidad predominan las parcelas rectangulares, pero la relación de los lados del rectángulo frecuentemente se encuentra entre dos y tres. La forma alargada de las parcelas contribuye a minimizar el efecto de la heterogeneidad del suelo. Para los cultivos en hileras, éstas deben quedar a lo largo de la parcela y ser un número exacto a lo ancho, teniendo en cuenta la distancia entre hileras. El largo de la parcela experimental puede ser variable, teniendo en cuenta la homogeneidad del suelo y los recursos disponibles. Para la mayoría de los cultivos en hileras es suficiente preparar parcelas de seis – ocho surcos de ancho y ocho – veinte metros de largo. En el momento de la cosecha es conveniente dejar sin contabilizar un área de borde para eliminar los efectos recíprocos de los tratamientos contiguos. Generalmente es suficiente dejar un surco exterior como área de borde en los cultivos en hileras y de cincuenta cm. a un metro en los cultivos de siembra al voleo. En las cabeceras de la parcela debe dejarse como borde de cincuenta centímetros a un metro. Por esta razón, frecuentemente en la descripción de las parcelas experimentales se utilizan los términos de parcela total y parcela de conteo o parcela de evaluación. Sin embargo, al diseñar la parcela experimental debe tenerse en cuenta el hábito de crecimiento de la planta y si las características de este hacen difícil la delimitación del borde en las cabeceras, puede ser mejor no eliminar los bordes a introducir una fuente de error adicional. V.2. Preparación del experimento. Antes de salir al campo a montar el experimento es necesario elaborar un croquis con su ubicación espacial bien referenciada, la división parcelaria, numeración de las parcelas y los tratamientos. El experimento debe marcarse en el campo con la ayuda de estacas y cuerdas. Debe tenerse particular cuidado al marcar los ángulos rectos de las esquinas del experimento. Para esto 42
puede emplearse una cuerda en la que se marcan con suficiente precisión tres – cuatro y cinco metros. El tramo de tres metros se fija con estacas a lo largo del surco y los tramos restantes se mueven hasta formar un triángulo pitagórico donde el tramo de cuatro metros queda a lo largo del frente del experimento y el de cinco metros hace la hipotenusa del triángulo rectángulo. Siempre es conveniente realizar el marcado del experimento de forma tal que queden bien señaladas las parcelas por medio de cuerdas y estacas de madera. De igual forma debe marcarse de forma permanente una de las esquinas del experimento, la cual servirá para reconstruir el dispositivo experimental en el momento de la cosecha o en años subsiguientes. Los tratamientos fertilizantes deben ser preparados de antemano en bolsas individuales para cada parcela. Frecuentemente, cuándo no se cuenta con personal calificado para la fertilización, conviene preparar los fertilizantes por surcos o porciones inferiores al tamaño de la parcela. Los cálculos de los fertilizantes minerales deben ser preparados de forma clara, reproducible y de fácil comprensión. Frecuentemente una tabla puede ser la mejor solución. Estos siempre se realizan teniendo en cuenta la superficie de la parcela experimental. Antes de aplicar los fertilizantes a las parcelas conviene ubicar las bolsas correspondientes en las cabeceras de las parcelas o surcos y verificar la correspondencia con el croquis del experimento. La aplicación de los fertilizantes debe realizarse con poco viento y en ausencia de otras condiciones que afecten la regularidad de la aplicación. En el cuadro 2 se presenta un ejemplo para el cálculo de los fertilizantes minerales.
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Cuadro 2 Cálculo de los tratamientos fertilizantes Fecha: Realizó los cálculos: Experimento: Trata- Parcela Número Dosis N Dosis urea Número miento (m2) Repeti- surcos kg/ha kg/parcela kg/parcela kg/surco de bolsas ciones I 120 4 6 0 0 0 0 0 II 120 4 6 75 0.90 1.95 0.33 24 III 120 4 6 150 1.80 3.90 0.65 24
Otro aspecto importante a definir es el número de repeticiones a emplear en el experimento. Teóricamente cuanto mayor es el número de repeticiones que se realizan a los tratamientos, mayor es la precisión del trabajo, pero en la vida real el número de repeticiones viene a estar limitado por factores de índole económica, práctica y por la heterogeneidad del suelo del lote experimental. Para la mayoría de las temáticas es suficiente la utilización de tres – cuatro repeticiones, salvo en los casos que el diseño experimental exija otra solución. La selección del diseño experimental es otro momento importante en la planificación y diseño del experimento. La selección entre los diferentes diseños experimentales descritos en la bibliografía especializada depende, sobre todo, de la temática desarrollada. Pueden emplearse diseños simples que estudian las variaciones de un solo factor y diseños factoriales donde se estudia la variación simultánea de varios factores. Aunque los diseños sistemáticos, predominantes a inicios de este siglo ya han caído en desuso, por problemas de precisión y deficiencias de las herramientas estadísticas que permiten aplicar, no pueden descartarse del todo, ya que pueden ser una solución viable en experimentos donde se estudien tecnologías mecanizadas de aplicación de fertilizantes, fertirriego y otras temáticas similares. 44
Los diseños factoriales se emplean cuándo es necesario el estudio de varios factores simultáneamente y que ejercen una influencia recíproca entre sí. Tienen la ventaja que permiten la acumulación de grandes cantidades de información sobre los efectos de un factor sobre los rendimientos y las interacciones de este factor con otros también en variación. Su principal defecto radica en que ocupan una superficie bastante grande y resultan poco demostrativos por la cantidad de tratamientos que se apartan del óptimo. El problema del tamaño se ha resuelto en los últimos años con el diseño de sistemas factoriales incompletos, donde la disposición de algunos tratamientos permite estimar los resultados de los demás tratamientos, que no son aplicados. Estos diseños (rotacional central, San Cristóbal, entre otros) aunque resuelven el problema de las dimensiones del dispositivo experimental y brindan una elevada precisión en la estimación de las interacciones, presentan la dificultad de que daños en el dispositivo experimental pueden invalidar los resultados de una cosecha. Entre los diseños simples, predominan las disposiciones en bloques al azar, rectángulo latino, cuadrado latino. Este último tiene limitaciones en su empleo, dependiendo del número de tratamientos, cuándo éstos son inferiores a cuatro, la precisión del experimento decae mucho, mientras que al ser superiores a seis el tamaño del experimento crece excesivamente. En las temáticas relacionadas con el establecimiento de dosis de nutrimentos es importante previamente definir los métodos de valoración de los resultados. Si se pretende el cálculo de curvas de respuesta es necesario incluir niveles cero del nutrimento en estudio. En algunos casos particulares pueden emplearse como testigos las dosis de nutrimentos, comúnmente utilizadas en la producción. A veces es conveniente incluir en el experimento un testigo absoluto (nivel cero) y un testigo de producción (dosis habitualmente empleada). 45
V.3. Duración del experimento. Para las condiciones medias se considera necesario que los experimentos de campo sean repetidos, al menos, durante tres ciclos de cultivo, para obtener valores medios referidos a condiciones climáticas diferentes. Algunos autores consideran que si los dos primeros años del experimento presentan condiciones climáticas diferentes y dentro del intervalo de variación normal de los parámetros climáticos de la zona de estudio, puede considerarse suficiente la repetición bianual del experimento. Este es un enfoque que debe manejarse cuidadosamente, porque las variaciones climáticas entre dos años dados pueden no ser suficientes para valorar el efecto del clima sobre los tratamientos agroquímicos aplicados en el experimento. En numerosos centros de investigación en el mundo se realizan experimentos de larga duración de veinte, treinta y más años de repetición continuada. Los más celebres dentro de la comunidad agroquímica son los experimentos de la estación Experimental de Rothamsted, montados por Lowes alrededor de 1860. Los experimentos de campo de larga duración requieren una preparación especialmente meticulosa y en su montaje debe preverse la posibilidad de incluir nuevos tratamientos que, a la luz de los resultados, resulten recomendables a incluir. Estos experimentos de larga duración, generalmente, se dedican a estudiar el balance de los nutrimentos en rotaciones y sistemas de cultivo, al efecto de los sistemas de fertilización sobre la dinámica de las propiedades del suelo y en particular sobre los más complejos problemas de la fertilidad de los suelos. Cuándo la finalidad de los experimentos de campo es establecer dosis de nutrimentos para elaborar recomendaciones de fertilización, es válido utilizar los resultados anuales, que cada año se complementan, para la evaluación de la fertilidad del suelo y elaboración de recomendaciones de fertilización. 46
Los experimentos que implican medidas de mejoramiento de suelos (encalado, enyesado, etc.) necesariamente deben tener una duración superior a los cinco años. V.4. Momento de la cosecha. Los tratamientos fertilizantes, frecuentemente influyen en la duración del ciclo vegetativo de las plantas. Una cosecha temprana puede perjudicar plantas bien nutridas, que alargan su ciclo vegetativo, mientras que una cosecha tardía perjudica adicionalmente a los tratamientos más pobres que cumplen su ciclo vegetativo más rápidamente. Lo ideal siempre sería recolectar las parcelas individualmente, según alcanzan su madurez técnica, pero esta posibilidad no siempre es real y el investigador, de acuerdo a sus fines debe determinar el momento de la cosecha. En cuanto a las herramientas estadísticas se pueden señalar las mismas consideraciones que para los experimentos en macetas, con la diferencia que los experimentos de campo siempre se realizan con réplicas, lo cual debe tenerse en cuenta durante el procesamiento estadístico de los resultados. Las fuentes de errores experimentales que más frecuentemente limitan o invalidan los resultados de los experimentos de campo son: Heterogeneidad del suelo por una mala selección del sitio experimental. Errores en el pesado, mezcla o cálculo de los fertilizantes. Errores en la aplicación de los tratamientos. Errores en la medición de la cosecha. Diferencias en la tecnología aplicada al cultivo. Heterogeneidad del riego.
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VI RED GEOGRÁFICA DE INVESTIGACIONES AGROQUÍMICAS
Una Red Geográfica de investigaciones siempre es organizada con la finalidad específica de elaborar un sistema de recomendaciones de fertilización científicamente fundamentado. La organización de una Red geográfica de investigaciones Agroquímicas no consiste en la realización de muchos experimentos de campo en diferentes localidades, sino en una organización sustentada por el conocimiento de la región, estado o país, sus condiciones edáficas, climáticas, sociales y económico productivas. Al acometer el diseño de una Red geográfica de experimentos agroquímicos deben tenerse en cuenta los siguientes factores: Cubierta edáfica de la zona de estudio. Deben individualizarse los principales tipos de suelos y las especies agroquímicas predominantes. Características climáticas de la zona de estudio. Es necesario establecer las diferencias climáticas existentes y que pueden ser causa de variaciones en los rendimientos agrícolas. Entre estas se encuentran la cantidad, distribución e intensidad de las precipitaciones; temperaturas medias, máximas y mínimas; duración de los períodos con temperaturas biológicamente activas; otros parámetros climáticos que directa o indirectamente puedan influir sobre los ciclos agrícolas. 49
Geografía. Deben diferenciarse las unidades cartográficas de acuerdo a su altitud, geología, relieve, fisiografía, etc. Cultivos predominantes. En este aspecto se necesita tener en cuenta los principales cultivos desde el punto de vista de la alimentación local, de los flujos financieros, etc. de la zona de estudio. Debe tenerse en cuenta la importancia actual de los cultivos y los intereses potenciales de desarrollo. Tecnologías de cultivo. Para los principales cultivos deben tenerse en cuenta las tecnologías empleadas en su producción: variedades, nivel de mecanización, intensidad de uso de fertilizantes y plaguicidas. Con la información anterior deben conformarse unidades cartográficas homogéneas, para las cuales puedan establecerse criterios comunes. Siempre en la práctica resulta necesario identificar las principales unidades cartográficas, por su importancia económica actual, su peso social o perspectivas de desarrollo, ya que nunca los recursos materiales, financieros y humanos son suficientes para acometer el estudio integral de una zona de estudio. El siguiente paso en el diseño de una Red Geográfica es la definición de las temáticas experimentales que se abordarán. Estas deben cubrir las principales problemáticas identificadas en el apartado anterior. Normalmente para cada cultivo se diseña un experimento de carácter factorial. Los principales factores abordados son la fertilización, localidades, variaciones climáticas anuales y tecnología de cultivo. El factor fertilización es el básico. Este debe incluir los tratamientos de macro y microelementos más importantes de acuerdo a las especies agroquímicas identificadas. Las localidades son un factor muy importante, ya que en este factor se confunden las variantes de clima, suelo, geografía de la zona de estudio. Las localidades deben ser selec50
cionadas con criterios realistas: deben englobar las variantes que interesan al agricultor, pero además deben proveer el apoyo humano y logístico requeridos para la buena marcha del experimento. Por otra parte deben ser accesibles al investigador. Las variaciones climáticas anuales son un factor que no requiere del diseño de tratamientos específicos. Se obtiene mediante el procesamiento de la información anual en función de las características climáticas de cada año. Es importante identificar este factor, ya que después las recomendaciones de fertilización que emanan de los resultados de los experimentos de la Red Geográfica deben ser diferenciadas en años normales, años secos y años húmedos. Si el Servicio Meteorológico local no es capaz de emitir pronósticos a largo plazo con la confiabilidad adecuada para variar la fertilización, estos datos nos permiten calcular la probabilidad de éxito de las recomendaciones aprobadas. Tecnología. Este es un factor muy importante, ya que la tecnología define el efecto económico y agronómico de la fertilización. Sin embargo, no es un factor que pueda estudiarse con muchos niveles, si se quiere mantener la red experimental dentro de límites razonables. Generalmente pueden identificarse dos – tres niveles tecnológicos, concebidos como paquetes y son estos los que se incluyen en la investigación. Estos paquetes pueden ser: Tecnología intensiva (o perspectiva): variedad de alto rendimiento, semilla comercial certificada, mecanización de las principales labores, uso de 100 – 150 kg/ha de nutrimentos y riego tecnificado. Tecnología media (agricultores más avanzados): variedades mejoradas, semilla seleccionada por el agricultor o comercial, mecanización ocasional, uso de 50 – 100 kg/ha de nutrimentos y riego de subsistencia.
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Baja tecnología (masa de agricultores más pobres): variedades tradicionales, semilla local no seleccionada, sin mecanización, uso marginal de fertilizantes y cultivo de temporal. Las localidades deben seleccionarse de tal forma que para cada tratamiento complejo (fertilización x tecnología x suelo x clima) quede un mínimo de ocho diez localidades, ya que como todos los experimentos que se realizan en condiciones de producción los de la red geográfica tienden a tener una baja eficiencia y la proporción de pérdidas es elevada. La Red Geográfica de investigaciones agroquímicas se organiza a largo plazo. Una vez diseñada y provista de financiamiento estable puede durar por largos períodos de tiempo. Por esta razón es conveniente antes de su establecimiento definitivo realizar algunas investigaciones previas. Entre estas investigaciones previas deben destacarse: Caracterización agroquímica de los suelos de la zona de estudio. Experimentos en macetas para explorar la zona de respuesta a los nutrimentos. Encuestas sociales y productivas. La Red Geográfica requiere de la estrecha colaboración de los productores y autoridades locales por lo que en su período organizativo debe ir acompañada de un trabajo educativo y promocional muy intenso. Antes de comenzar el establecimiento de los experimentos de la red geográfica es necesario revisar los tratamientos en una forma organizada: Altitud 1000 – 1200 m Suelos I, II, III (localidades 1 – 35) Especies agroquímicas MO media P bajo K elevado (localidades 1 – 12) MO baja P bajo K medio (localidades 13 – 25) MO media P medio K elevado (localidades 26 – 35) Tecnología intensiva (localidades 1 – 6; 20 – 25; 26 – 30)
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Tecnología media (localidades 7 – 24; 31 – 35) Altitud 1200 – 1500 m Suelos III, IV (Localidades 36 –62) Especies agroquímicas MO baja P bajo K medio (localidades 36 - 44) MO baja P medio K elevado (localidades 45 – 62) Tecnología intensiva (localidades 36 – 40; 57 – 62) Tecnología baja (localidades 41 – 57)
Las herramientas estadísticas empleadas en la evaluación de los resultados de la Red Geográfica generalmente son los análisis de varianza en modelos factoriales. También se emplean los análisis de regresión para el cálculo de las curvas de respuesta a la aplicación de fertilizantes y pueden realizarse análisis más complejos para el establecimiento de funciones de producción de una integración elevada.
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VII FUNDAMENTOS DE LA CARTOGRAFÍA AGROQUÍMICA
Uno de los problemas que enfrenta el investigador, al realizar el estudio agroquímico de los suelos en superficies importantes de producción, es la forma de expresión de los resultados. Una solución práctica ha sido la confección de cartas agroquímicas. Estas resultan la representación cartográfica de la distribución de los nutrimentos en la capa arable de los suelos de labor. Normalmente se realiza el estudio de los contenidos de nutrimentos en los suelos en la profundidad de la capa arable o en el horizonte “A”, según corresponda, pero en casos especiales, como son los campos dedicados a la producción de frutales puede realizarse el estudio agroquímico de los suelos en horizontes subsuperficiales, hasta la profundidad de desarrollo de raíces activas por los árboles y en consecuencia se elaboran cartas agroquímicas del contenido nutrimental a mayores profundidades. Frecuentemente las cartas agroquímicas son denominadas cartogramas, por ser utilizadas en su confección bases cartográficas de menor precisión del punto de vista topográfico. En realidad los requerimientos básicos para la base cartográfica, que dará origen a una carta agroquímica son: Mostrar una correcta distribución espacial de las unidades básicas de producción o parcelas, las cuales a los efectos de este trabajo denominaremos campos. Mostrar los principales accidentes geográficos como viales, red hidrográfica y puntos poblados. 55
Guardar una correcta proporción en la expresión de la superficie de los campos. No es indispensable que la carta agroquímica muestre la red de coordenadas geográficas, la altimetría u otras simbologías, que al efecto de la expresión de los contenidos nutrimentales no resultan necesarias. Durante la preparación de un levantamiento agroquímico de los suelos es necesario definir los siguientes aspectos: Escala de trabajo. Densidad de muestreo. Tamaño de la parcela elemental. Patrón de muestreo. Soporte analítico. La escala de trabajo se define de acuerdo a la finalidad del estudio agroquímico de los suelos. Cuándo se pretende realizar una caracterización agroquímica de un territorio, para evaluar necesidades globales de fertilizantes es posible la realización del estudio agroquímico a escalas medias (1:25 000, 1:50 000, 1:100 000), pero cuándo la finalidad del levantamiento es la emisión directa de recomendaciones de fertilización, el estudio debe realizarse a escala detallada (1:10 000). En casos especiales, como son Estaciones Experimentales o campos de cultivos muy intensivos (invernaderos o cultivos bajo cubierta, etc.) el estudio agroquímico de los suelos debe realizarse a escalas muy detalladas (1:5 000, 1:2 000). Siempre debe distinguirse la escala de trabajo de la escala de expresión de los resultados o de confección de la carta agroquímica. La escala de trabajo establece la precisión del estudio, mientras que la escala de expresión de los resultados puede variarse en función de los intereses del investigador o cliente. El requisito fundamental para la escala de expresión de los resultados es que muestre correctamente las unidades cartográficas que se pretende caracterizar. No es correcto emplear escalas de expresión de los resultados superiores a las escalas de realización del trabajo. La densidad de muestreo caracteriza el número de muestras tomadas por unidad de superficie. Este indicador del estudio 56
agroquímico de los suelos nos viene dado por la escala de trabajo. Generalmente se considera que para las principales escalas de trabajo deben utilizarse las densidades de muestreo que se presentan en el cuadro 3. Cuadro 3 Densidades de muestreo de acuerdo a las escalas de trabajo Escala de trabajo 1:2 000 1:5 000 1:10 000 1:25 000 1:50 000
Número de hectáreas por muestra 1-3 3-6 8 - 12 20 - 30 40 - 80
La densidad de muestreo en los intervalos señalados en la tabla anterior dependen de la homogeneidad de la cubierta edáfica, la topografía, la historia de utilización de los campos, la intensidad de la utilización de abonos, etc. La parcela elemental es la unidad básica de muestreo, la cual como promedio tiene una superficie igual a la requerida por la densidad de muestreo. Durante el estudio agroquímico de los suelos se toman muestras compuestas de suelos. Estas muestras están conformadas por un número de submuestras que se toman en diferentes puntos de la parcela elemental. El número de submuestras incluidas en una muestra define, en gran medida la calidad del muestreo agroquímico, ya que de esto depende la representatividad de la muestra. Se considera que para estudios detallados la muestra agroquímica debe estar conformada por 15 – 20 submuestras. La forma de la parcela elemental debe ser compacta, cuadrada o rectangular. El patrón de muestreo caracteriza la forma en que son distribuidas las submuestras en la parcela elemental. En principio el patrón de muestreo debe ser lo más uniforme posible, pero consideraciones de orden práctico lo limitan. Generalmente se emplean en estudios agroquímicos de superficies importantes 57
patrones de muestreo a lo largo de itinerarios. Que cubran lo mejor posible la superficie de la parcela elemental. Deben evitarse los patrones de muestreo que resulten muy concentrados en determinadas secciones de la parcela elemental, ya que se corre el riesgo de sesgar los resultados. Los patrones de muestreo más aconsejables son en zig-zag y en forma de “M”. Es posible, cuándo se utilizan parcelas elementales muy alargadas, emplear un patrón de muestreo rectilíneo, a lo largo del eje mayor de la parcela elemental. Las submuestras deben tener, cada una masa similar y en el orden de los 20 – 50 g, para conformar una muestra compuesta de 500 – 800 g. Las submuestras deben tomarse a toda la profundidad de la capa u horizonte muestreado, nunca superficialmente. Para la toma de muestras se pueden emplear barrenas especializadas, palas, cuchillos o cualquier instrumento que cumpla los requisitos mencionados. La barrena de bastón permite una gran homegeneidad en la toma de las submuestras, tanto en profundidad, como en cantidad de suelo muestreado, al tiempo que permite una gran productividad del trabajo. El soporte analítico se refiere a las técnicas de laboratorio que serán empleadas para caracterizar la fertilidad de los suelos. Estas técnicas deben reunir las siguientes características: Productividad en el laboratorio. Reproducibilidad. Costo por análisis. Significado agroquímico. Idealmente, las técnicas de laboratorio deben ser susceptibles de automatización. La productividad en el laboratorio se refiere a que las técnicas analíticas empleadas deben ser sencillas y rápidas de ejecutar, sin pasos intermedios engorrosos. La reproducibilidad se considera como indicador de la calidad del trabajo de laboratorio. El significado agroquímico del resultado de los análisis de laboratorio se refiere a que el valor obtenido debe reflejar el estado nutrimental del suelo, valores 58
bajos deben reflejar una baja disponibilidad del nutrimento, valores elevados una buena disponibilidad y por consiguiente una baja respuesta productiva a los fertilizantes. El significado agroquímico de los análisis de laboratorio se establece a través de la calibración de las técnicas analíticas, la cual consiste en la realización de experimentos de fertilización seriados con los cultivos principales. Generalmente durante el estudio agroquímico de los suelos se valora la disponibilidad de nitrógeno, fósforo y potasio en los suelos, así como su acidez. En casos especiales es determinada la disponibilidad de algunos microelementos. Siempre es conveniente, al diseñar el estudio agroquímico de los suelos conocer cuales son los nutrimentos problema en la zona de estudio, ya que omitir alguno necesario o analizar los innecesarios resta calidad al trabajo. Para cada uno de los nutrimentos, habitualmente estudiados, se encuentran descritas en la bibliografía especializada numerosas técnicas analíticas. La selección debe basarse en las tradiciones de trabajo del laboratorio y la selección final se hará entre las que cumplan los requisitos anteriores. El principal problema del punto de vista del significado agroquímico de los resultados lo encontramos con el nitrógeno, nutrimento sumamente lábil en los suelos. Los mejores resultados se han logrado determinando las siguientes formas de nitrógeno: Nitrógeno fácilmente hidrolizable. Suma de formas minerales en el perfil. VII.1. Levantamiento agroquímico. VII.1.1. Fase preparatoria. Durante esta fase se acuerdan los términos de referencia del estudio, se definen la escala de trabajo, densidad de muestreo, patrón de muestreo, tamaño de las parcelas experimentales y 59
aseguramiento analítico. Definidas estas condiciones se procede a: Sistematizar la información relevante de la zona de estudio: estudios y cartas edafológicas, principales cultivos, rendimientos y uso de fertilizantes, resultados de experimentos de fertilización, clima y resultados de estudios agroquímicos anteriores. Reunir las bases cartográficas. Estas deben ser a una escala correspondiente a la escala de trabajo y tener una actualización aceptable. Las bases cartográficas a continuación se copian y se actualizan mediante un recorrido de campo por la zona de estudio, sobre las copias de trabajo se trazan los límites de los campos y en estos se delimitan las parcelas experimentales. La red de parcelas experimentales debe recibir una numeración que las identifique, al tiempo que será la misma numeración que lleve la muestra al laboratorio. Preparación de los materiales necesarios. Durante un levantamiento agroquímico de los suelos se requieren: bolsas para muestras, generalmente plásticas, de 1 – 1.5 kg de capacidad, tarjetas para la identificación interior y exterior de las muestras, lápices, instrumentos de muestreo, cajones para el embalaje y transportación de las muestras y modelos para el control de las muestras. Preparar el personal que participará en el muestreo. Generalmente el muestreo agroquímico puede ser realizado por campesinos o trabajadores agrícolas, bajo la dirección de un técnico. Este personal debe recibir las explicaciones necesarias en cuanto al procedimiento del muestreo, identificación de las muestras, etc. Al trabajar con campesinos, que muestrean sus propias tierras, es importante explicar las implicaciones de un incorrecto muestreo, sobre la calidad de la recomendación que recibirá. 60
VII.1.2. Fase de muestreo. Durante esta fase se realiza la recolección, secado y transportación de las muestras. Se considera que un obrero puede tomar, en dependencia de las condiciones locales de ocho a quince muestras diarias. Los mejores resultados se obtienen cuándo trabajan brigadas de tres – cinco obreros bajo la dirección de un técnico. Cuándo se realizan trabajos masivos de levantamientos agroquímicos en diferentes localidades, conviene organizar el secado de las muestras en el lugar y realizar la transportación al laboratorio de muestras ya secas. VII.1.3. Fase de laboratorio. Durante esta fase se realizan los análisis agroquímicos de las muestras de suelos. Es conveniente en cada lote de muestras incluir muestras de control. Estas consisten, idealmente en muestras normalizadas de contenido conocido en los nutrimentos analizados, pero en la práctica pueden consistir en muestras repetidas. Las diferencias en los resultados analíticos entre muestras duplicadas deben ser inferiores al diez porciento, en caso contrario debe repetirse el lote de muestras. VII.1.4. Fase de gabinete. Durante esta fase se elaboran los informes del levantamiento agroquímico de los suelos y se confeccionan las cartas agroquímicas. Generalmente el resultado del levantamiento agroquímico de los suelos consta de: Cartas agroquímicas. Informe. Recomendaciones de fertilización. VII.1.4.1. Elaboración de las cartas agroquímicas. Las cartas agroquímicas generalmente se confeccionan a la escala de trabajo del estudio o a una escala inferior, que muestre claramente las unidades cartográficas, recordando 61
que en una carta se muestran contornos superiores a un centímetro cuadrado, una para cada nutrimento estudiado. Para la confección de la carta agroquímica, sobre una copia de la base cartográfica con las parcelas experimentales trazadas se inscriben los resultados analíticos correspondientes a cada muestra. A continuación se generalizan los contornos, unificando las parcelas elementales que tienen valores similares. Como criterio de similitud deben considerarse siempre los umbrales de disponibilidad de nutrimentos, es decir que se agrupan las parcelas pobres en el nutrimento, las medias, las bien abastecidas, etc. Por razones prácticas las parcelas elementales de una misma unidad productiva (campo) conviene agruparlas a un mismo valor. Esto se realiza tomando la media aritmética de sus valores. Algunos autores consideran que para la generalización de los valores de un mismo campo puede emplearse el valor más bajo. Esto puede ser válido cuándo las muestras correspondan a grupos de disponibilidad consecutivos. A continuación las parcelas elementales agrupadas en contornos se colorean de acuerdo a los valores de disponibilidad de nutrimentos. Algunos autores señalan hasta cinco - seis categorías de abastecimiento de nutrimentos (muy baja, baja, media, elevada, muy elevada, excesiva). Esto puede resultar excesivo, ya que normalmente el evaluador no tiene una correspondencia de la respuesta de los cultivos a la fertilización tan detallada. A los efectos prácticos resulta conveniente utilizar tres categorías de abastecimiento: 1. Baja (hay una respuesta elevada y consistente a la aplicación del nutrimento). 2. Media (la respuesta a la aplicación del nutrimento es errática). 3. Elevada (la respuesta a la aplicación del nutrimento es nula o negativa). 62
Pueden emplearse otras categorías especiales cuándo las condiciones lo hacen aconsejable, por ejemplo: excesiva (hay efectos de toxicidad por el nutrimento). La selección de los colores para cada categoría de abastecimiento es completamente convencional. Frecuentemente se utiliza el rojo para bajo, amarillo para medio, azul para elevado y café para excesivo. Lo importante en este sentido es la normalización del significado de los colores en todas las cartas para simplificar su lectura por los usuarios. Las cartas agroquímicas deben confeccionarse en dos ejemplares, uno para el usuario y otro para el archivo. En el cuadro 4 se muestra la validez o período de vigencia de las cartas agroquímicas en función de la intensidad de la fertilización en la zona de estudio, expresada como la suma de nutrimentos aplicados anualmente. Cuadro 4 Período de vigencia de las cartas agroquímicas Intensidad de fertilización (kg/ha)
Duración de la carta agroquímica (años) 5–8 4–6 2–4 1
< 50 50 – 200 200 – 400 > 400
VII.1.4.2. Informe. En el informe se explican las condiciones agroquímicas de la zona de estudio. Generalmente este informe consta de los siguientes capítulos: Introducción. Explica la importancia del trabajo, señala la institución que lo realiza y los autores. Metodología de trabajo. Explica los métodos de trabajo empleados. 63
Condiciones naturales de la zona de estudio. Expone brevemente las condiciones climáticas, edáficas, etc. de la zona de estudio. Caracterización agroquímica de los suelos. Por medio de cuadros y gráficos se exponen los valores medios de disponibilidad por cada nutrimento estudiado. Si se observan determinadas regularidades en las variaciones deben discutirse fundamentadamente. También puede incluirse aquí la discusión de determinados resultados relevantes de experimentos agroquímicos. Comparación de ciclos agroquímicos. Cuándo se repite el estudio agroquímico de una zona de estudio es importante incluir en el informe las variaciones de las categorías observadas y discutir las causas de estas variaciones. Cuándo se realiza el estudio sistemático en el tiempo de una zona de estudio esta comparación brinda información muy valiosa, que permite calibrar las técnicas y sistemas de fertilización y frecuentemente actuar en consecuencia. Conclusiones. VII.1.4.3. Recomendaciones de fertilización. Si las cartas agroquímicas y el informe resumen tienen una validez de varios años, las recomendaciones de fertilización tienen un carácter anual. Las variaciones en la ubicación espacial de los cultivos, los precios de venta de los productos agrícolas y de adquisición de los fertilizantes hacen obligan a revisar anualmente las recomendaciones de fertilización. Las recomendaciones de fertilización pueden expresarse por medio de tablas (convencionales o informatizadas) o en una carta agroquímica de aplicación de fertilizantes. En todo caso lo importante es que en ellas quede definida la composición y dosis de fertilizantes que debe recibir cada campo. Las recomendaciones de fertilización se elaboran teniendo en cuenta: 64
Particularidades biológicas del cultivo. Rendimientos esperados. Tecnología. Niveles de abastecimiento de los nutrimentos. Respuesta del cultivo a las aplicaciones del nutrimento. Condiciones económico - financieras.
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VIII INVESTIGACIONES VINCULADAS A LA CARTOGRAFÍA AGROQUÍMICA
Para sustentar los estudios agroquímicos de los suelos se requiere de investigaciones que definan los diferentes problemas que se enfrentan en esta tarea. Estas generalmente pueden agruparse en las siguientes temáticas: Investigaciones metodológicas. Calibración de técnicas analíticas. Valoración de las recomendaciones de fertilización. Método de balance. VIII.1. Investigaciones metodológicas. Para el perfeccionamiento de la cartografía agroquímica las investigaciones metodológicas deben establecer: Tamaño de la parcela elemental. Para esto en diferentes combinaciones suelo – cultivo deben establecerse parcelas de muestreo de tamaños y formas progresivos, las cuales son muestreadas en dinámica. Los criterios de definición del tamaño óptimo de las parcelas se fundamentan en sus estadígrafos de dispersión. Patrón de muestreo. Para ello, igualmente en combinaciones representativas de suelo – clima se establecen parcelas de muestreo, de las cuales se toman muestras siguiendo diferentes patrones de muestreo y con diferente número de submuestras. La definición se toma, también, de acuerdo a los estadígrafos de dispersión. 67
Epoca de muestreo. Para las principales combinaciones de suelo – clima, en parcelas de muestreo establecidas, se toman muestras a lo largo del calendario agrícola. La definición se toma basado en los valores más estables de los contenidos de nutrimentos asimilables. El objetivo de este tipo de investigación es ampliar la época de muestreo para evitar picos en el trabajo de campo. VIII.2. Calibración en técnicas analíticas. Para el establecimiento de un Servicio de Recomendaciones de Fertilización, basado en Cartas Agroquímicas se requiere de un aseguramiento de análisis de laboratorio fuerte. Para esto se requiere definir las técnicas analíticas ideales para el Servicio de Recomendaciones de Fertilización, las cuales deben reunir las siguientes características: Rapidez. Son técnicas que no deben exigir largas marchas analíticas. Sencillez. No deben requerir su realización por personal altamente calificado. Confiabilidad. Son técnicas que deben ofrecer buena reproducibilidad en sus resultados. Bajo costo. No deben utilizar reactivas costosos. Posibilidad de automatización. Las técnicas deben permitir la mecanización o automatización de todos o, al menos sus pasos más trabajosos. Sin embargo, el criterio definitivo, al seleccionar las técnicas analíticas, es la medida en que reflejan el estado nutricional del suelo frente a los requerimientos nutrimentales de los principales cultivos. La técnica analítica seleccionada debe agrupar los suelos en, por lo menos tres categorías: 1. Suelos donde la respuesta a la aplicación del nutrimento es fuerte y estable. 2. Suelos donde la respuesta es variable. 68
3. Suelos donde no se observa respuesta a la aplicación del nutrimento. El proceso de establecer la correspondencia entre los valores ofrecidos en el laboratorio por la técnica analítica y la respuesta a los fertilizantes se denomina “calibración de técnicas analíticas”. Para calibrar las técnicas analíticas debe establecerse un programa de investigación que incluya experimentos de macetas y campo. En los primeros se determinan los umbrales de respuesta utilizando cultivos indicadores, mientras que en el campo se precisan estos valores para los principales cultivos. Para los experimentos en macetas es necesario seleccionar un grupo de suelos (más de veinte) que presenten diferentes características (textura, composición mineralógica) y una distribución de los valores del nutrimento estudiado lo más amplia posible. Esta dispersión en los valores de contenidos asimilables del nutrimento puede ser natural o creada artificialmente para el trabajo. Sobre estos suelos se establece un experimento sencillo, utilizando una planta indicadora con tres tratamientos de fertilización: cero – dosis baja – dosis elevada. La valoración estadística se realiza empleando modelos de regresión o el método rectilíneo – discontinuo de Waugh, Cate y Nelson de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. El contenido de nutrimentos asimilables en el suelo puede estar determinado por varias técnicas analíticas, seleccionadas entre las más favorables, desde el punto de vista de su comportamiento en el laboratorio. Como resultado de estos experimentos se encuentra un valor (valor crítico) por debajo del cual la respuesta del cultivo indicador a la aplicación del nutrimento es fuerte y estable para una probabilidad superior al 95 – 99 % de los casos y por encima del cual no hay respuesta para el mismo nivel de probabilidad. La categoría intermedia se calcula de acuerdo a la dispersión de los resultados. 69
Frecuentemente conviene emprender una segunda etapa de investigación, durante la cual se corrobora la validez de los resultados obtenidos en la primera etapa con diferentes cultivos, también a escala de macetas. Esto se debe a que, con frecuencia, los valores críticos para diferentes cultivos resultan muy cercanos y pueden, entonces establecerse categorías de abastecimiento de nutrimentos más generales. La metodología experimental empleada para esto es similar a la anterior, resulta conveniente utilizar los mismos suelos, siempre y cuándo éstos sean aptos para la producción del cultivo estudiado. Finalmente, para los cultivos principales de la esfera de influencia de la organización que brinda el servicio de Recomendaciones de Fertilización se montan experimentos de campo en diferentes localidades que reúnan la característica de presentar diferencias en las condiciones del suelo y niveles de abastecimiento de nutrimentos asimilables. También es posible utilizar con este fin experimentos de fertilizantes donde se estudien dosis crecientes de nutrimentos, realizándoles los correspondientes análisis de laboratorio. Las herramientas estadísticas son similares a las empleadas en los experimentos en macetas. VIII.3. Valoración de las recomendaciones de fertilización. Generalmente las primeras recomendaciones de fertilización que brinda una organización que recién comienza a trabajar en esta esfera tienen un aseguramiento experimental bajo y en su confección intervienen, con un fuerte peso los criterios de experto. Por esta razón es necesario valorar sistemáticamente la efectividad agronómica y económica de las recomendaciones de fertilización emitidas. Para la valoración de la efectividad de las recomendaciones emitidas es conveniente organizar una red experimental que 70
incluya las principales combinaciones de suelos y cultivos, en los cuales se aplican de forma normalizada tratamientos con dosis del nutrimento estudiado que incluyan dosis cero, testigo de producción (dosis habitual entre los agricultores) y dosificaciones por encima y por debajo de las recomendadas por el servicio. VIII.4. Método de balance. Una de las herramientas más efectivas para estudiar la efectividad de los sistemas de fertilización en la agricultura es el método de balance de nutrimentos. Por este método se comparan las cantidades de nutrimentos que son aportadas al agroecosistema con las que son enajenadas del mismo durante un período de tiempo. Entre los aportes se consideran los fertilizantes, abonos orgánicos, aportes con la lluvia, aportes con sólidos transportados y residuos de la cosecha. Entre las pérdidas se consideran la exportación con la cosecha, lixiviación, erosión, pérdidas a la atmósfera y fijación en el suelo. Existen diferentes formas de realizar el balance de nutrimentos. Se considera el balance biológico cuándo se contabilizan los factores del balance a nivel de la planta y su entorno y el balance económico cuándo se contabilizan los factores a nivel de una región o país. Como resultado del balance de nutrimentos pueden establecerse las regularidades de evolución de los sistemas de fertilización, pronosticar la evolución de la fertilidad de los suelos, explicar las tendencias observadas entre diferentes ciclos de estudio agroquímico de los suelos, etc.
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BIBLIOGRAFÍA
García N., G. 2000. Química agrícola. Ediciones MundiPrensa, Madrid, España. Martínez G., A. y Martínez D., M.A. 1995. Diseño de experimentos con fertilizantes. Publicación especial 5, Sociedad Mexicana de la Ciencia del Suelo A.C., Colegio de Postgraduados, México. Navarro B., S. y Navarro G., G. 2000. Química agrícola. Ediciones Mundi-Prensa, España. Primo Y., E. y Carrasco D., J.M. 1973. Química agrícola. Editorial ALHAMBRA, España. Rodríguez S., J. 1990. La fertilización de los cultivos: un método racional. Facultad de Agronomía, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile. Urbano T., P. 1993. Aplicaciones fitotecnicas. Ediciones Mundi-Prensa, Madrid, España. Yágadin, B.A., Smirnov, P.M. y Peterburgski, A.V. 1982. Agroquímica. Tomo I, Editorial Mir, Moscú.
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CONTENIDO
Introducción
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I. Factores del suelo que interfieren en el desarrollo de las plantas I.1. Profundidad efectiva I.2. Textura I.3. Gleyzación I.4. Pendiente I.5. Pedregosidad, rocosidad, gravillosidad I.6. Baja capacidad de retención de humedad y nutrientes I.7. Contenido de carbonatos de calcio I.8. Erosión I.9. Salinidad I.10. Sodicidad I.11. Reacción del suelo I.12. Factores limitantes no edafológicos
7 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13
II. Productividad de suelos
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III. Metodología de la investigación agroquímica
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IV. Planteamiento de experimentos en condiciones controladas IV.1. Experimentos de laboratorio IV.2. Experimentos en macetas IV.3. Experimentos en cámaras de cultivo (fitotrones) IV.4. Experimentos lisimétricos IV.5. Herramientas estadísticas
29 29 30 35 35 36
V. Planteamiento de experimentos de campo V.1. Selección del área de trabajo V.2. Preparación del experimento V.3. Duración del experimento
39 41 42 46
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V.4. Momento de la cosecha
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VI. Red geográfica de investigaciones agroquímicas
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VII. Fundamentos de la cartografía agroquímica VII.1. Levantamiento agroquímico VII.1.1. Fase preparatoria VII.1.2. Fase de muestreo VII.1.3. Fase de laboratorio VII.1.4. Fase de gabinete VII.1.4.1. Elaboración de las cartas agroquímicas VII.1.4.2. Informe VII.1.4.3. Recomendaciones de fertilización
55 59 59 61 61 61 61 62 64
VIII. Investigaciones vinculadas a la cartografía agroquímica VIII.1. Investigaciones metodológicas VIII.2. Calibración en técnicas analíticas VIII.3. Valoración de las recomendaciones de fertilización VIII.4. Método de balance
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Bibliografía
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Esta segunda edición de Introducción a la agroquímica se terminó de imprimir en agosto de 2005 en los talleres de la Siena Editores con domicilio en Jade 4305 de la colonia Villa Posadas de Puebla, Pue., y con número de teléfono 7 56 82 20.. El diseño y la composición tipográfica son de José Luis Olazo García y el cuidado de los autores. El tiraje consta de 250 ejemplares.
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