Lixiviación de carbono orgánico disuelto en sistemas de rotación maíz−cultivos de cubierta y fertilización nitrogenada inorgánica

Abstract

Existe actualmente una limitada comprensión y cuantificación de la información asociada al potencial efecto del uso de cultivos de cubierta (CC) en las pérdidas de carbono orgánico disuelto (COD) desde suelos cultivados con maíz bajo condiciones Mediterráneas. El objetivo del estudio es contribuir al conocimiento y parametrización de las consecuencias que involucra la inclusión de CC junto a la fertilización con nitrógeno inorgánico (FN) en las pérdidas de COD desde suelos cultivados, con el fin de reducir su impacto sobre la calidad del agua. El estudio abarcó dos escalas distintas: i) columnas de suelo de PVC (0,2 m de diámetro, 0,5 m de largo) ubicadas en un invernadero con temperatura controlada (25°C); y ii) microparcelas (2,65 x 4 m2), ambas situadas en la Estación Experimental Antumapu, Santiago, Chile (33°34’S, 70°38’W), que presenta un suelo clasificado como Entic Haploxeroll. Se analizó un total de 13 tratamientos con 4 repeticiones, donde fue evaluada la lixiviación de COD desde: 1) barbecho permanente (F-F) comparado con CC continuos de Lolium multiflorum (Lm) o Trifolium repens (Tr) más la aplicación de 0 o 150 kg N ha-1 y; 2) rotaciones de maíz (Zm) compuestas por Zm-F y Zm-CC (Lm y/o Tr) con distintas dosis de FN (250 o 400 kg N ha-1). Se realizó un seguimiento en las columnas de suelo durante un período de 2 años (agosto de 2015 a septiembre de 2017), mientras que las microparcelas fueron evaluadas en la temporada invernal 2017. Los resultados obtenidos en las columnas de suelo revelaron que: 1) los tratamientos con Tr presentaron las menores cargas acumuladas de COD (80 kg C ha-1), mientras que F-F mostró la mayor carga acumulada de COD (118 kg C ha-1) en el periodo total de estudio; 2) la rotación Zm250N-F obtuvo la mayor carga acumulada de COD (128 kg ha-1), a diferencia de Zm250N-Lm+Tr que alcanzó una carga de COD significativamente más baja (89 kg C ha-1) al final de tres temporadas de estudio; 3) en las microparcelas: Lm150N-Lm generó la concentración más alta de COD (127 mg C L-1), diferenciándose significativamente de Tr150N-Tr (51 mg C L-1) y Lm0N-Lm (46 mg C L-1); la rotación Zm400N-Lm+Tr (72 mg C L-1) superó ampliamente a Zm400N-F (17 mg C L-1). Los resultados obtenidos en las columnas de suelo podrían reflejar el efecto de la mayor acumulación de biomasa sobre la regulación de la cantidad de agua percolada, implicando menores pérdidas de COD por lixiviación. Adicionalmente, en las microparcelas la presencia de Lm asociada a una alta dosis de FN por sistema pudo haber estimulado la absorción de N, implicando el aumento del crecimiento vegetal y la traslocación de COD al suelo, reflejando además una alta relación C:N. En conclusión, ante la presencia de CC la lixiviación de COD se ve afectada principalmente por la mayor acumulación de biomasa en respuesta a una correcta combinación de especies y FN, lo cual sugiere el estímulo de la actividad microbiana en beneficio del sistema de cultivo.

There is currently a limited understanding and quantification of the potential effects of cover crops (CC) on losses of dissolved organic carbon (DOC) from soils grown with maize under Mediterranean conditions. The objective of the study is to contribute to the knowledge and parameterization of the consequences involved in the inclusion of CC with inorganic nitrogen fertilization (NF) in the DOC losses from cultivated soils, to reduce its impact on the water quality. The study was carried out in two different scales: i) PVC soil columns (0.2 m in diameter, 0.5 m in length) located in a greenhouse with controlled temperature (25 ° C); and ii) microplots (2.65 x 4.00 m), both located at the Antumapu Experimental Station, Santiago, Chile (33 ° 34'S, 70 ° 38'W), which has a soil classified as Entic Haploxeroll. A total of 13 treatments were analyzed, each with 4 repetitions where DOC leaching was evaluated from: 1) permanent fallow (F-F) compared to continuous CC of Lolium multiflorum (Lm) or Trifolium repens (Tr) plus the application of 0 or 150 kg N ha-1 and; 2) maize rotations (Zm) composed of Zm-F and Zm-CC (Lm and/or Tr) with two different doses of N (250 or 400 kg N ha-1). The soil columns were monitored during a period of 2 years (August 2015 to September 2017), while the microplots were evaluated in the winter season 2017. The results obtained in the soil columns showed that: 1) treatments with Tr presented the lowest cumulative loads of DOC (80 kg C ha-1), while F-F showed the highest cumulative load of DOC (118 kg C ha-1) in the total period of study; 2) the rotation Zm250N-F obtained the highest cumulative load of DOC (128 kg ha-1), unlike Zm250N-Lm+Tr which showed a significantly lower COD load (89 kg C ha-1) at the end of three seasons of study; 3) in the microplots: Lm150N-Lm generated the highest concentration of DOC (127 mg C L-1), significantly differentiating from Tr150N-Tr (51 mg C L-1) and Lm0N-Lm (46 mg C L-1); the rotation Zm400N-Lm+Tr (72 mg C L-1) greatly exceeded Zm400N-F (17 mg C L-1). The results obtained in the soil columns could reflect the effect of the greater accumulation of biomass regulating the amount of percolated water, implying lower losses of DOC by leaching. Additionally, in the microplots the presence of Lm associated with a high dose of NF per system, could’ve stimulated the absorption of N, implying the increase of plant growth and the translocation of DOC to the soil, also reflecting a high C:N ratio. In conclusion, against the presence of CC the leaching of DOC is mainly affected by the greater accumulation of biomass in response to a correct combination of species and NF rate, which suggests the stimulation of microbial activity in favor of the crop system.