ARTICULO ORIGINAL

Rendimiento de maíz y cambios en propiedades edáficas luego de la aplicación de efluentes líquidos porcinos

Carrizo, M. E. ¹ -  Alesso, C. A ² -  Girello, G ³ - Capeletti, M. ⁴ - Micheloud, H. ⁵ - Imhoff, S. ⁶

 

¹Facultad de Ciencias Agrarias, UNL. Kreder 2805, Esperanza. S3080HOF. Santa Fe. Correo electrónico: maecarrizo@hotmail.com.
² Facultad de Ciencias Agrarias, UNL. Becario Doctoral CONICET.
³. Ex Alumna de la Carrera de Ingeniería Agronómica. FCA (UNL).
⁴ Ex Alumna de la Carrera de Ingeniería Agronómica. FCA (UNL).
⁵ Facultad de Ciencias Agrarias, UNL.
⁶ Facultad de Ciencias Agrarias. Investigadora CONICET.

 

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RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la aplicación de efluentes líquidos porcinos sobre la productividad del cultivo de maíz y diversas propiedades químicas y físicas de un Argiudol del centro de Santa Fe. Para ello se realizó un experimento a campo donde se aplicaron tres dosis de efluente en un diseño en bloques completamente aleatorizado con tres repeticiones. No se registraron variaciones en el número de plantas entre el inicio y el fin del ensayo. La productividad del cultivo se incrementó marcadamente por la adición del efluente lográndose la mayor respuesta en grano con la dosis intermedia. Las propiedades químicas del suelo mostraron cambios debido a la adición de efluentes porcinos mientras que las físicas, a excepción de la resistencia mecánica, no sufrieron cambios significativos. Se considera necesario realizar nuevos ensayos para monitorear fundamentalmente las propiedades químicas para minimizar riesgos de contaminación del suelo y toxicidad sobre las plantas. 

Palabras claves: Estiércol de cerdo; Propiedades químicas; Propiedades físicas; Fertilizante orgánico. 

SUMMARY 

Corn yield and change in soil properties after the application of liquid swine wastewater.

The aim of this paper was to assess the effect of the swine effluent application on the corn production and some chemical and physical properties of an Argiudoll of the center of Santa Fe. A field experiment was carried out applying three rates of swine liquid effluent in a randomized complete block design with three replications. No changes were observed on crop density from the beginning to the end of the experiment. The crop productivity increased notably due to the swine effluent application and the highest yield was obtained with the intermediate rate. Soil chemical properties showed some changes related to swine effluent application while the physical properties did not show significant changes, with the exception of soil mechanical resistance. More research and continuous monitoring of the soil chemical properties are needed in order to minimize potential risks of environmental contamination and toxicity over plants.

Key words: Swine effluent; Chemical properties; Physical properties; Organic fertilizer

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INTRODUCCIÓN

En los últimos años la producción de cerdos en la región central de la provincia de Santa Fe (Argentina) se ha modernizado mediante la incorporación de nuevas tecnologías de insumos y procesos. La cría a campo prácticamente ha sido reemplazada por la cría en confinamiento con reducción de gastos de mano de obra, alimentación e instalaciones (Brunori, 2013).
Un problema asociado con el aumento de la producción intensiva de cerdos es la creciente producción concentración de efluentes, constituidos principalmente por agua de lavado de las instalaciones, deyecciones, orina y restos de comida de los animales, que pueden resultar potencialmente contaminantes para el ambiente a través de la reducción de la calidad del suelo y de los recursos hídricos superficiales y subterráneos (Edwards & Daniel, 1992; Ceretta et al., 2003).
Por otra parte, los efluentes proveen una fuente importante de materia orgánica, de macronutrientes (especialmente nitrógeno y fósforo) y de diversos micronutrientes esenciales para la producción de los cultivos, pero que en dosis elevadas pueden ser potencialmente contaminantes del suelo (Burns et al., 1985; Duffera et al., 1999). Es por ello que el aprovechamiento de este tipo de efluente para la nutrición de las plantas requiere la adopción de prácticas de manejo agronómicas que permitan al mismo tiempo la reducción de su impacto sobre el ambiente (Duffera et al., 1999; Ceretta et al., 2005).
Los riesgos ambientales pueden mitigarse con el manejo racional de los efluentes a través de su tratamiento en lagunas para disminuir la demanda biológica de oxígeno, su uso como fertilizante orgánico, o la producción de gas metano de uso domiciliario (Campabadal, 1994).
La correcta utilización del efluente de cerdos como un fertilizante alternativo en los sistemas agrícolas puede producir efectos positivos sobre la fertilidad potencial del suelo y sobre las propiedades físico-químicas (Ceretta et al., 2003; Queiroz et al., 2004), reduciendo los costos de fertilización lo cual contribuye a la salud del ambiente y a la sustentabilidad del sistema productivo (Souza & Moreira, 2010).
A pesar de la relevancia del tema en la actualidad es escasa la información sobre estos aspectos en los suelos de la región central de Santa Fe. En este contexto, el objetivo de este estudio fue determinar los efectos de la aplicación de efluentes líquidos de porcinos sobre las propiedades químicas y físicas de un suelo franco limoso y sobre la productividad y producción del cultivo de maíz.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento fue llevado a cabo en un lote cultivado bajo siembra directa continua con una rotación basada en trigo (Triticum aestivum L.),soja [Glycine max (L.) Merrill] y maíz (Zea maysL.); localizado en El Trébol, Santa Fe (Argentina) (32°11’ S; 61°43’ W). El clima es mesotérmico subhúmedo-húmedo con precipitaciones anuales medias de 700 a 900 mm y una temperatura media anual de 18ºC (Mosconi et al., 1981). El suelo identificado en el sitio experimental corresponde a un Argiudol típico serie Los Cardos, profundo, bien drenado y de textura franco limosa, con 26 % de arcilla, 70 % de limo y 4 % de arena (INTA, 1991). Previo a la realización del experimento se extrajo una muestra compuesta de suelo para analizar las propiedades químicas. Los resultados indicaron un contenido de materia orgánica total: 26 g kg-1; fósforo extractable: 30 ppm; nitrógeno total: 0,15 %; pH: 5,8; conductividad eléctrica: 0,5 dS m-1; capacidad de intercambio: 18,5 cmolc kg-1; calcio, magnesio, sodio y potasio intercambiable: 8,2, 1,6, 0,2 y 1,8 cmolc kg-1,  respectivamente.
En un sector del lote se delimitaron parcelas de 5 m de largo x 2 m de ancho, con 3 m de separación entre ellas. Los tratamientos se asignaron siguiendo un diseño en bloques completamente al azar con tres repeticiones. Los mismos consistieron en un testigo sin aplicación de efluente (T= 0 l efluente ha-1); aplicación de una dosis equivalente al 50 % de la dosis óptima (E50= 24000 l efluente ha-1) y aplicación de una dosis de efluente para un rendimiento esperado de 12000 kg ha-1 (dosis óptima) (E100= 48000 l efluente ha-1). La aplicación del efluente se realizó en forma de lámina superficial, cubriendo toda la superficie de la parcela. Para estimar la dosis óptima (E100) se consideró el aporte de nutrientes del suelo y los requerimientos del cultivo de maíz para lograr un rendimiento de 12000 kg de grano ha-1, cubriendo la demanda de N, P y S. La composición química del efluente aplicado se detalla en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Caracterización química del efluente líquido porcino aplicado al suelo estudiado.

Al día siguiente a la aplicación se sembró un híbrido de maíz de ciclo largo con excelente potencial de rendimiento y comportamiento sanitario (NIDERA AX 887 MG). La implantación se realizó con una sembradora de siembra directa sin aplicación de fertilizantes inorgánicos. El control malezas se realizó inmediatamente después de la siembra con herbicidas residuales. Además se aplicó insecticida para protección ante larvas de gusanos cortadores (Agrotis spp.). Las precipitaciones durante el ciclo del cultivo totalizaron 463 mm, con un marcado déficit hídrico en los meses de noviembre, diciembre y enero respecto del promedio histórico (total aproximado de 155 mm). La cosecha se realizó el día 16 de marzo de 2012 en forma manual cortando 1 m lineal de surco en tres sectores de cada unidad experimental.

Determinaciones
Recuento de plantas y productividad del cultivo de maíz
El recuento de plantas se realizó luego de la emergencia del cultivo y a cosecha, para estimar el número inicial y final de plantas. El recuento se realizó en 3 surcos centrales a lo largo de los 5 m de la parcela.
El rendimiento en grano (RG) de cada unidad experimental (10 m2) se determinó mediante la cosecha manual corrigiendo los datos por el 15,5 % de humedad. A su vez, para estimar la materia seca no cosechable (MS no cosechable), en cada parcela se cortó por triplicado la parte aérea de las plantas de maíz (1 m2) en el estadío de madurez fisiológica. Las muestras fueron secadas en estufa a 60 °C hasta peso constante. Finalmente, la materia seca total (MST) se estimó combinando el rendimiento medio de grano y materia seca no cosechable de cada parcela.
Análisis químicos y físicos de suelo
Luego de la cosecha del cultivo se extrajeron muestras de suelo disturbada de los 0-20 cm para realizar las siguientes determinaciones químicas: materia orgánica total (MOT, g kg-1) por el método Walkley-Black, pH (1:2,5 suelo:agua), fósforo extractable (P, ppm) por el método de Bray & Kurtz I, conductividad eléctrica (CE, dS m-1) en el extracto de saturación, nitrógeno total (Nt, %) por el método Kjeldahl, capacidad de intercambio catiónica (CIC, cmolc kg-1) por extracción con acetato de amonio 1N pH 7 y, post-determinación del amonio por destilación Kjeldahl, bases intercambiables reemplazadas con acetato de amonio 1 N pH 7 y determinación por complexometría con EDTA de calcio y magnesio intercambiable (Ca y Mg) y, mediante fotometría de llama el contenido de sodio y potasio intercambiable (Na y K). Los métodos analíticos siguieron la metodología estandarizada argentina (SAMLA, 2004). La densidad del suelo (Ds) fue determinada sobre muestras no perturbadas (cilindros de 5 x 5 cm) por triplicado en cada parcela en los 0-10 cm de profundidad. Las muestras se secaron en estufa a 105 ºC y posteriormente fueron pesadas para determinar el contenido gravimétrico de agua y la densidad del suelo (Blake & Hartge, 1986). La resistencia a la penetración (RP, MPa) se midió (n= 10) usando un penetrómetro electrónico de cono (ángulo de cono= 60 º, 4 mm de diámetro basal), cuya velocidad de penetración fue de 1,0 cm min-1 y la frecuencia de muestreo correspondió al registro de 1 valor de resistencia cada 0,6767 segundos, obteniéndose 266 lecturas en total. Las lecturas obtenidas entre 1 y 4 cm de profundidad de cada muestra se promediaron para obtener un único valor de resistencia a la penetración (RP).
Análisis estadístico
Para determinar el efecto de los tratamientos sobre el rendimiento y las propiedades de suelo se realizó un ANOVA ajustando un modelo en bloques completamente aleatorizados. Cuando se detectaron diferencias significativas al 5 % se realizó la prueba de comparación múltiple de Duncan con el mismo nivel de significación para evaluar las diferencias entre los tratamientos (Di Rienzo et al., 2008).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Recuento de plantas 
En el Cuadro 2 se observan los promedios y desviación típica de los recuentos de plantas iniciales y finales para los tratamientos ensayados. Los tratamientos no tuvieron efectos significativos sobre el número de plantas iniciales ni en el número de plantas a cosecha. Por otra parte, tampoco hubo diferencias entre el número de plantas en el momento de inicial y a cosecha. Es decir que el efluente no mostró efectos negativos sobre el crecimiento inicial del cultivo, ni tampoco ocasionó pérdidas de plantas durante el desarrollo del cultivo.

Cuadro 2. Recuento de plantas de maíz (plantas m-2) en diferentes momentos del ciclo del cultivo en cada tratamiento en un Argiudol típico serie Los Cardos.
T: testigo (sin fertilizar); E50: tratamiento fertilizado con la mitad de la dosis óptima; E100: tratamiento fertilizado con dosis óptima para un rendimiento esperado de 12000 kg ha-1. Letras minúsculas distintas indican diferencias entre tratamientos en cada momento de muestreo (plantas iniciales y a cosecha). Letras mayúsculas indican diferencias entre cada momento de muestreo para un mismo tratamiento. Test Duncan (p < 0,05).

Rendimiento en granos, materia seca no cosechable y total
En ninguno de los tratamientos fue posible alcanzar el rendimiento objetivo, ya que la deficiencia de las precipitaciones fue coincidente con el período crítico de definición de los componentes del rendimiento del cultivo (Figura 1A). En la Figura 1 se observa que ambas dosis de efluentes (E50 y E100) resultaron en niveles de producción de granos, materia seca no cosechable y materia seca total significativamente superiores al T. Además, se observó que la producción de granos fue superior en el tratamiento E50 respecto del tratamiento E100, mientras que la MS no cosechable mostró un comportamiento opuesto. Este menor índice de cosecha del tratamiento E100 podría explicarse considerando la falta de precipitaciones del período crítico (diciembre, déficit de 110 mm) asociada a la mayor superficie foliar transpirante generada en el período vegetativo, que debe haber ocasionado condiciones de estrés. Esta situación puede haber afectado la polinización y el llenado de los granos y, consecuentemente, el rendimiento en E100. En el tratamiento E50 el cultivo, por tener menor biomasa, debe haber soportado condiciones de estrés menos severas, lo que facilitó el movimiento de fotoasimilados desde las hojas a los granos. No obstante, desde el punto de vista del incremento del contenido de carbono del suelo, el tratamiento E100 generó cerca de un 33 % más de residuos orgánicos, los cuales, en el largo plazo, podrían incrementar los contenidos de materia orgánica en el suelo. En cuanto a la MST, los tratamientos fertilizados no mostraron diferencias entre sí debido a que la menor producción de granos de E100 fue compensada con la mayor producción de materia seca no cosechable.

Figura 1. Valores promedios de rendimiento en grano (RG) (A), materia seca no cosechable (MS no cosechable) (B) y materia seca total (MST) (C) luego de la aplicación de diferentes dosis de efluente líquido porcino en un Argiudol típico serie Los Cardos. T: testigo (sin fertilizar); E50: tratamiento fertilizado con la mitad de la dosis óptima; E100: tratamiento fertilizado con dosis óptima para un rendimiento esperado de 12000 kg ha-1. Letras diferentes indican diferencias significativas (Test Duncan p < 0,05).

Estos resultados demuestran un efecto positivo del uso de efluente como fertilizante sobre la producción y productividad del cultivo del maíz respecto del tratamiento T, ya que constituye una fuente rica de nutrientes necesarios para el crecimiento de los cultivos. Diversos estudios que evaluaron la aplicación de efluentes porcinos verificaron efectos positivos sobre la productividad del cultivo de maíz con respecto a los tratamientos testigos (Ceretta et al., 2005; Freitas et al., 2005; Giacomini & Aita, 2008; Léis et al., 2009; Seidel et al., 2010). Durigon et al. (2002), utilizando diferentes dosis de efluente porcino líquido sobre pasturas naturales, observaron incrementos de entre un 40 y 70 % en la producción de materia seca a los ocho meses de la aplicación de 20 y 40 m3 ha-1 de efluente, respectivamente. Asimismo, estos autores encontraron un efecto residual sobre la producción de materia seca que alcanzó un incremento de 109 y 155 %, respectivamente. Adeli & Varco (2001) también encontraron incrementos en la producción de materia seca en gramíneas forrajeras luego de la aplicación de efluentes porcinos líquidos. Por su parte, Maggi et al. (2013)en un experimento conducido sobre un Latossolo Vermelho distroférrico no encontraron un efecto significativo en la productividad del cultivo de soja por la aplicación de diferentes dosis de efluentes porcinos. 

Efecto sobre propiedades químicas
Las propiedades químicas del suelo bajo cada tratamiento se muestran en el Cuadro 3. El contenido de materia orgánica mostró un incremento debido a la aplicación de efluentes. Estos resultados coinciden con los reportados por Silva (2001) quien encontró que el uso de efluentes porcinos mediante fertirrigación incrementó significativamente los tenores de materia orgánica del suelo.
El contenido de Nt también muestra un incremento como resultado la aplicación de los efluentes líquidos. Adeli & Varco (2001) observaron similares resultados en un estudio sobre un suelo arcillo limoso, donde la concentración de nitrógeno total se incrementó con las dosis de efluentes aplicadas al suelo. Giacomini & Aita (2008) indican que los suelos con adición de efluentes presentaron mayores concentraciones de nitrógeno inorgánico que los tratamientos sin aplicación, lo cual se debe al alto potencial de suministro de nitrógeno de estos materiales luego de ser aplicados en el suelo. 
En relación al fósforo disponible, la concentración manifestó un incremento debido a los diferentes tratamientos. Similares efectos fueron obtenidos en otros estudios luego de la aplicación de aguas residuales porcinas (Duffera et al., 1999; Ceretta et al., 2003; Queiroz  et  al.,  2004;  Oliveira,  2006). Coincidentemente con lo encontrado en este trabajo, en estos estudios también se encontraron valores más altos de fósforo disponible cuando se aplican dosis más altas de efluentes. Estudios a largo plazo realizados por Koopmans et al. (2007) muestran que cuando la cantidad de P excede los requerimientos del cultivo, aumentan los riesgos de movimiento de P en profundidad, especialmente  cuando la capacidad de adsorción del suelo se aproxima a la saturación (Schoumans & Groenendijk, 2000). En el presente estudio, el aporte de P a través de los efluentes porcinos es superior a la demanda del cultivo y se produce una acumulación en el suelo debido a su capacidad de adsorción en la fracción mineral, propiciando un efecto residual (Pratt, 1979; Durigon et al., 2002). Glaesner et al. (2011) y Liu et al. (2012) destacaron que la textura del suelo y la capacidad de adsorción de P de un suelo son condicionantes del proceso de lixiviación de P. Nelson et al. (2005) reportaron, en suelos arenosos, concentraciones elevadas de P en el suelo y en la solución de suelo debajo de la zona radicular cuando se aplicaban enmiendas porcinas a tasas superiores a 35 kg de P ha-1. En el suelo estudiado, las características texturales y de relieve determinan que las pérdidas por lixiviación y por escorrentía superficial resulten muy bajas y por ello, el potencial de contaminación del P sobre los recursos naturales sea reducido.  

Cuadro 3. Caracterización química del suelo en cada tratamiento posterior a la aplicación de efluentes líquidos porcinos en un Argiudol típico serie Los Cardos.
testigo (sin fertilizar); E50: tratamiento fertilizado con la mitad de la dosis óptima; E100: tratamiento fertilizado con dosis óptima para un rendimiento esperado de 12000 kg ha-1.

Los valores de conductividad eléctrica no mostraron un incremento con el aumento de la dosis de efluente aplicado, lo cual sugiere que los riesgos de salinización de los suelos a estas dosis no son de importancia. Sin embargo, diversos estudios demostraron que la aplicación de efluentes porcinos puede producir incrementos considerables de la conductividad eléctrica del suelo (Freitas et al., 2005). Debido a esto resulta conveniente monitorear periódicamente las características químicas del suelo y del agua subterránea en el perfil cuando se realizan aplicaciones periódicas de efluentes, para la evaluación de los riesgos de contaminación ambiental.
La concentración de Ca y Mg intercambiable se incrementó con la aplicación de efluentes líquidos porcinos, mientras que los niveles de Na y K permanecieron constantes entre los diferentes tratamientos (Cuadro 3). Numerosos estudios que evaluaron la respuesta de los cationes intercambiables tuvieron variada respuesta (Ceretta et al., 2003; Queiroz et al., 2004; Maggi et al., 2013). 
Los valores de pH y la CIC no mostraron cambios por la aplicación de efluentes durante el ciclo del cultivo de maíz. Scherer et al. (1984) indican que los suelos que presentan capacidad tampón la posibilidad de alteración del pH del suelo por la aplicación de efluentes líquidos porcinos es mínima. Similares resultados fueron reportados por Ceretta et al. (2003) y Maggi et al. (2013), quienes observaron que los valores de pH no fueron alterados por la adición de efluentes porcinos.  

Efecto sobre propiedades físicas
Las propiedades físicas del suelo bajo los diferentes tratamientos se muestran en el Cuadro 4. En contraste con las propiedades químicas del suelo, las físicas no manifestaron cambios considerables debido a la aplicación de efluentes. La densidad del suelo y la capacidad de retención hídrica del suelo en capacidad de campo no sufrieron alteraciones por la aplicación de efluentes (p < 0,0957 y p < 0,1661, respectivamente). Los valores de RP mostraron diferencias entre tratamientos (p < 0,003), siendo la RP más elevada en E100.

Cuadro 4. Valores promedios de densidad de suelo (Ds), humedad y resistencia a la penetración (RP) en cada tratamiento luego de la aplicación de efluentes líquidos porcinos en un Argiudol típico serie Los Cardos.

T: testigo (sin fertilizar); E50: tratamiento fertilizado con la mitad de la dosis óptima; E100: tratamiento fertilizado para un rendimiento esperado de 12000 kg ha-1 (dosis óptima). Letras distintas indican diferencias entre tratamientos según el test Duncan (p < 0,05).



Dado que los valores de humedad se encuentran próximos al contenido hídrico correspondiente a capacidad de campo (0,37 cm3 cm-3) para estos suelos (Imhoff et al., 2012), los valores de RP no constituyen una propiedad limitante para el desarrollo de los cultivos (valor crítico= 2 MPa). Además, dado que no hubo diferencias en los valores de densidad y humedad, se puede inferir que otro factor fue el responsable del incremento de la RP del suelo en E100. El leve aumento en la RP podría deberse al aporte de materia orgánica por parte del efluente. La materia orgánica es un importante agente agregante del suelo que contribuye a aumentar la resistencia a la desagregación frente a agentes dispersantes (Bronick & Lal, 2005). Por lo tanto, este leve incremento en la RP puede considerarse beneficioso. Sin embargo, en caso que se realicen aplicaciones frecuentes de efluente líquido porcino se debería monitorear periódicamente la RP y la estabilidad estructural del suelo para constatar su evolución, ya que se carece de esta información para suelos de la zona estudiada. Estudios de larga duración realizados en Brasil, pero en Oxisoles, indicaron que la aplicación de efluentes líquidos porcinos contribuyen a mejorar propiedades físicas del suelo, tales como humedad,  resistencia a la penetración y densidad (da Veiga et al., 2010; Rauber et al., 2012). Estos antecedentes sugieren que cambios significativos en las propiedades físicas de los suelos sólo se pueden detectar luego de aplicar repetidamente y durante varios años los efluentes líquidos.

CONCLUSIONES

La aplicación de efluentes porcinos tuvo efectos positivos en la producción y productividad del cultivo de maíz. Las propiedades químicas del suelo sufrieron cambios, especialmente en la concentración de P y N, aunque sin generar efectos adversos sobre la producción ni en el suelo. Las propiedades físicas no mostraron cambios significativos, sólo se produjo un aumento en la resistencia a la penetración, sin superar el valor crítico. Los resultados señalan la necesidad de verificar el efecto que ocasionará sobre la estructura del suelo a largo plazo y también en el contenido de P, debido al notable aumento verificado con la aplicación de la dosis óptima. Por lo tanto, se considera necesario realizar un control periódico de la evolución de las propiedades físicas y químicas del suelo, en caso de efectuarse repetidas aplicaciones de efluentes, a fin de garantizar la sostenibilidad agrícola y ambiental de los sistemas de producción. Debido a lo expuesto anteriormente y, considerando el auge de la producción porcina en confinamiento, es necesario continuar con estudios de larga duración para arribar a conclusiones definitivas.

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