Análisis del gradiente edáfico en la región Andinopatagónica

Juan José Gaitán* & Carlos Rodolfo López

INTA, EEA Bariloche, Área de Investigación de Recursos Naturales. C.C. 277 - S.C. de Bariloche (8400) Río Negro-Argentina.
*jgaitan@bariloche.inta.gov.ar

Recibido: 23/11/06
Aceptado: 26/02/07

RESUMEN
Se analizaron las relaciones entre la ubicación geográfica, precipitación media anual y nueve variables edáficas de 95 perfiles de suelos de origen volcánico distribuidos a lo largo de la región Andina de las provincias de Neuquén, Río Negro y Chubut. Con las variables edáficas correspondientes a dos profundidades (0-20 cm y 30-60 cm) se realizó un análisis de cluster que permitió agrupar a los perfiles en cinco grupos principales. Se realizó un análisis de componentes principales y se observó que los grupos se diferenciaron a lo largo del eje 1. Este eje se relaciona con la longitud. Desde los suelos de régimen xérico de estepa ubicados en el este de la región hacia los suelos de régimen údico de bosque ubicados en el oeste, se incrementa el pH (NaF), la concentración de carbono orgánico y la capacidad de retención hídrica y disminuye, el pH (H₂O), el pH (KCl) y la densidad aparente.

Palabras clave. Propiedades físicas; Propiedades químicas; Andisoles.

Analysis of soil gradient in Andean Patagonia Region

ABSTRACT
The relationships among location, mean annual precipitation and nine edaphic variables were studied for 95 profiles of volcanic soils throughout the Andean Region of the provinces of Neuquen, Rio Negro and Chubut. A cluster analysis conducted with the edaphic variables at two depths (0-20 cm and 30-60 cm) indicated five main groups. Principal component analysis (PCA) allowed to differentiate the groups for the axis 1. This axis was positively related to longitude, indicating an increase of pH (NaF), organic C and water retention capacity, and a decrease of pH (H₂O), pH (KCl) and bulk density from the xeric steppe soils at east to the udic forest soils at west.

Key words. Physical properties; Chemical properties; Andisols.

INTRODUCCIÓN

Los suelos de origen volcánico representan menos del 1% de la superficie terrestre. Besoain (1985) señala que más del 75% del vulcanismo actual se concentra en los contactos convergentes entre placas litosféricas, en consecuencia los suelos originados a partir de cenizas volcánicas se distribuyen en los alrededores de dichos contactos. Los suelos de origen volcánico poseen una serie de propiedades particulares (elevada capacidad de retención de húmedad, baja densidad aparente, alta capacidad de retención de fosfato, alto contenido de carbono orgánico) que los diferencian de los suelos originados a partir de otros materiales. Estas propiedades están dadas por la existencia de minerales de tipo alumino-silicatos no cristalinos en la fracción arcilla, principalmente alófano, imogolita, ferrihidrita y complejos humus-aluminio (Besoain, 1985; Shoji et al., 1993).

En la Cordillera de los Andes austral, entre los paralelos 36º y 44º de latitud sur, se ubica una serie de volcanes, especialmente del lado chileno, de los cuales unos 50 están en actividad o han tenido alguna erupción en épocas históricas (Besoain, 1985). La existencia de vientos predominantes del oeste ha producido una distribución de material volcánico desde Chile hacia la región Andinopatagónica de Argentina. Esto ha determinado que la mayor parte de los suelos de esta región sean derivados de cenizas volcánicas y clasificados como Andisoles de acuerdo a la U.S. Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999). Estos suelos representan aproximadamente 4 millones de hectáreas de la región Andina de las provincias de Neuquén, Río Negro y Chubut (del Valle, 1998). El marcado gradiente de precipitaciones en sentido oesteeste (Muñoz, 1985) ha condicionado la evolución de estos suelos imprimiendo características diferenciales en sus propiedades (Colmet Daage et al., 1988).

Una de las principales contribuciones al conocimiento de estos suelos fueron los estudios realizados en el marco del Proyecto de Cooperación entre la Argentina y Francia (INTA-ORSTOM), que comprendieron aspectos de relevamiento, génesis y potencial forestal (López et al., 1993; Colmet Daage et al., 1995). Sin embargo, una parte importante de información generada en este proyecto permanece aún inédita. Recientemente Broquen et al. (2004; 2005) analizaron las propiedades físicas y químicas de suelos derivados de cenizas volcánicas en una secuencia bioclimática del sudoeste de la provincia de Neuquén. Estudios de casos, como estos, permiten obtener una buena caracterización local e inferir ciertas tendencias pero no extrapolar sus resultados a nivel regional. Por lo tanto, a fin de generalizar los resultados, es necesario ampliar estos análisis con datos de otros sectores que abarquen un rango de variabilidad mayor y representativo de la región.

El objetivo del presente trabajo es analizar las propiedades físicas y químicas de los suelos derivados de cenizas volcánicas de la región Andinopatagonica utilizando datos de los relevamientos realizados durante el proyecto INTA-ORSTOM en las provincias de Neuquén, Río Negro y Chubut.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

Se analizaron datos de suelos provenientes de relevamientos realizados entre los años 1985-1987 en el marco del convenio INTA-ORSTOM de Francia en el área comprendida entre 36º 50' y 45º 00' de latitud sur y 70º 40' y 72º 00' de longitud oeste. El área presenta un marcado gradiente biofísico en sentido oeste-este dado por el efecto de la presencia de la cordillera de los Andes que actúa como una barrera a la penetración de las masas de aire cargadas de húmedad procedentes del Océano Pacifico. Estos vientos ascienden por la ladera Occidental descargando su húmedad, principalmente, en el sector chileno y al descender por la ladera Oriental del sector argentino se observa una rápida disminución de las precipitaciones (de 3.000 a 300 mm/año) en una distancia de aproximadamente 100 km (Muñoz, 1985). Las temperaturas medias anuales se encuentran entre 8 ºC y 10 ºC. La vegetación está caracterizada por las fisonomías de bosque y matorral, sobresaliendo una conífera (Austrocedrus chilensis) y varias especies del género Nothofagus (N. dombeyii, N. pumilio y N. antarctica). Hacia el este de la isohieta de 800 mm la vegetación corresponde a un mosaico, con predominio de estepas graminosas con Stipa speciosa y Festuca pallescens e ingresiones del bosque en forma de isletas. El relieve de esta región fue modelado por la acción glaciaria y luego cubierto por cenizas procedentes de volcanes ubicados en Chile durante el período Holoceno. En el sector oeste del área dominan suelos Andisoles de régimen de húmedad údico y cuya secuencia de horizontes típica es A-Bw-C (pertenecientes a los Grandes Grupos Hapludantes, Udivitrandes y Fulvudandes), hacia el este dominan suelos de transición Andisoles a Molisoles de régimen xérico, con secuencia de horizontes A-ACC o A-Bt-C (pertenecientes a los Grandes Grupos Vitrixerandes, Haploxeroles y Argixeroles).

Datos analizados

Se analizaron 95 perfiles para los que se contaba con los siguientes datos a dos profundidades (0-20 y 30-60 cm): pH por potenciometría con electrodo de vidrio en H₂O (1: 2,5 v/v), KCl 1 N (1: 2,5 p/v) (Jackson, 1964) y NaF 1 N (1:50 v/v) (Fieldes y Perrot, 1966) carbono orgánico (Corg) por el método de combustión húmeda de Walkey y Black (1934); densidad aparente (Dap) por método del cilindro y capacidad de retención hídrica a 0,033 MPa (RHcc) y 1,50 Mpa (RHpmp) con olla y membrana de presión, respectivamente. Además se contó con 65 datos de alumino (Al₀) y hierro (Fe₀) extraídos con oxalato de amonio ácido y 94 datos de retención de fosfatos (RP) de acuerdo al método de Blakemore et al. (1981) procedentes de muestras tomadas a diferentes profundidades (estas variables no fueron incluidas en los análisis de clasificación y ordenación que se comentan en el apartado siguiente).

Cada perfil fue ubicado mediante sus coordenadas geográficas y se estimó la precipitación media anual (PMA) del sitio de acuerdo a registros locales (estaciones meteorológicas, localidades, estancias, etc.) y ajustadas en base a su ubicación en la carta de isohietas de Barros et al. (1983).

Análisis estadístico

Se realizó un análisis de cluster con las propiedades edáficas utilizando la distancia euclídea como medida de disimilitud y el método de Ward como criterio de agrupación. Este análisis permitió diferenciar 5 grupos de suelos cuyas propiedades fueron posteriormente comparadas mediante análisis de varianza. Cuando las diferencias entre grupos fueron significativas (p < 0,05), las medias se compararon mediante el test de Tukey. Se realizó un análisis de componentes principales que permitió ordenar los perfiles en los ejes que explicaron la mayor variación de los datos (eje 1 y eje 2). Este análisis permitió identificar los principales gradientes edáficos, las variables edáficas más asociadas a los mismos y determinar si los grupos definidos se diferenciaron a lo largo de tales gradientes.

Se estudió la relación entre el gradiente principal (dado por el eje 1) y la longitud mediante análisis de regresión. La relación entre las propiedades edáficas, la posición y la precipitación media anual de los sitios fue analizada mediante la matriz de correlación de Pearson y análisis de regresión.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Clasificación y ordenación

De acuerdo al análisis de cluster se definieron cinco Grupos de suelos (Figura 1) cuyas características se resumen en la Tabla 1. En la Figura 2 se muestra la distribución de los perfiles, de acuerdo a su grupo de pertenencia, en los primeros dos ejes del análisis de componentes principales. Los perfiles de los distintos grupos se separaron a lo largo del eje 1 que explicó una alta proporción (56%) de la variación total. Los grupos no se diferenciaron en el eje 2 que explicó una proporción menor (12,4%) de la variación total, esto indicaría que existe un gradiente edáfico principal asociado al eje 1. Ninguna variable se diferenció marcadamente del resto por el grado de asociación con el eje 1 (Tabla 2). El gradiente edáfico está dado por un contraste entre pH (NaF), Corg, RHcc y RHpmp, que se asociaron negativamente con el eje 1, y pH (H₂O), pH (KCl) y Dap, que lo hicieron en forma positiva.

Figura 1. Dendrograma del análisis de cluster mostrando los cinco Grupos de suelos definidos.
Figure 1. Dendrogram of Cluster Analysis showing the five defined soil groups.

Tabla 1. Características (medias + desvío estandar) de los Grupos de suelos resultantes del análisis de cluster. Letras distintas entre Grupos para una misma variable indican diferencias significativas (Tukey, p < 0,05). PMA= precipitación media anual. pH (NaF) = pH en NaF. pH (H₂O) = pH en agua. pH (KCl) = pH en KCl. Corg = carbono orgánico. Dap = densidad aparente. RHcc = retención hídrica a capacidad de campo. RH pmp = retención hídrica en punto de marchitez permanente.
Table 1. Characteristics (mean + standard deviation) of soils groups resulting of the cluster analysis. Different letters among groups for one variable indicates significant differences (Tukey, p < 0,05). PMA= mean anual precipitation. pH (NaF) = pH in NaF. pH (H₂O) = pH in water. pH (KCl) = pH in KCl. Corg = soil organic carbon. Dap = soil bulk

Figura 2. Ubicación de los perfiles de suelos, de acuerdo al Grupo al que pertenecen, en los primeros dos ejes del PCA.
Figure 2. Location of soils profiles, according to their belong group, in the first two PCA axes.

Tabla 2. Autovectores, autovalores y varianza explicada por los primeros dos ejes del PCA. pH (NaF) = pH en NaF. pH (H₂O) = pH en agua. pH (KCl) = pH en KCl. Corg = carbono orgánico. Dap = densidad aparente. RHcc = retención hídrica a capacidad de campo. RH pmp = retención hídrica en punto de marchitez permanente.
Table 2. Eigenvectors, eigenvalues and variance explained by the first two PCA axes. pH (NaF) = pH in NaF. pH (H₂O) = pH in water. pH (KCl) = pH in KCl. Corg = soil organic carbon. Dap = soil bulk density. RHcc = soil water at field capacity. RH pmp = soil water at wilting point.

La disminución, hacia el este, de las precipitaciones y del aporte de cenizas desde los volcanes de Chile ha influido sobre la génesis y propiedades de los suelos ya que se halló una relación positiva entre el eje 1 del PCA y la longitud (Figura 3). Las propiedades de los suelos variaron en forma continua, observándose un aumento en pH (NaF), carbono orgánico y capacidad de retención hídrica y una disminución de pH (H₂O), pH (KCl) y densidad aparente desde los suelos de régimen xérico de la estepa ubicados en el este de la región hacia los suelos de régimen údico de bosque ubicados en el oeste.

Figura 3. Relación entre la longitud y la posición de los perfiles de suelo en el eje 1 del PCA.
Figure 3. Relationship between longitude and soils profiles position of the PCA axis 1.

Relaciones entre variables

Se observó una fuerte asociación entre las variables analizadas, ya que de los 136 pares posibles de combinaciones 126 (93%) se correlacionaron significativamente con p < 0,05; 115 (85%) con p < 0,01 y 95 (70%) con p< 0,001 (Tabla 3). Las relaciones entre las variables se explican individualmente a continuación:

pH (NaF)

Tabla 3. Matriz de correlación de Pearson entre las variables de ubicación, edáficas y la precipitación media anual del sitio. * p<0,05; ** p<0,01; *** p<0,001. Long = longitud. Lat = latitud. PMA= precipitación media anual. pH (NaF) = pH en NaF. pH (H₂O) = pH en agua. pH (KCl) = pH en KCl. Corg = carbono orgánico. Dap = densidad aparente. RHcc = retención hídrica a capacidad de campo. RH pmp = retención hídrica en punto de marchitez permanente.
Table 3. Pearson's correlation matrix among location, soil variables and site mean anual precipitation. * p < 0,05; * * p < 0,01; * * * p < 0,001. Long = longitude. Lat = latitude. PMA= mean anual precipitation. pH (NaF) = pH in NaF. pH (H₂O) = pH in water. pH (KCl) = pH in KCl. Corg = soil organic carbon. Dap = soil bulk density. RHcc = soil water at field capacity. RH pmp = soil water at wilting point.

El pH (NaF) en los primeros 20 cm del suelo se relacionó negativamente con la longitud, indicando que los mayores valores se encuentran hacia el oeste. En la capa de 30 a 60 cm además de la longitud, la precipitación media anual contribuyó significativa y positivamente al modelo (Tabla 4). El método de determinación del pH (NaF) fue desarrollado por Fieldes y Perrot (1966) y es utilizado como indicador del contenido de minerales no cristalinos. Este test se basa en la observación de Egawa et al. (1960) sobre la propiedad de los alófanos de producir una reacción alcalina con fluoruro de sodio. Esto se debe a que estos minerales poseen una elevada cantidad de grupos hidroxilo cuya presencia puede ser testeada a través de una reacción de intercambio con aniones fluoruro. Los valores de pH medido en NaF 1 N, superiores a 9,4 indican la presencia de alófano y de complejos de sustancias orgánicas con aluminio activo (amorfo). Spaargaren (1994) sugirió realizar esta prueba para reconocer suelos volcánicos a campo, sin embargo los valores son cualitativos ya que otros tipos de suelo también reaccionan al NaF por la presencia de aluminio intercambiable y de sustancias no cristalinas, por lo que esta prueba no está considerada como criterio para identificar Andisoles (Ping et al., 1989; Shoji et al., 1993; Nizeyimana, 1997).

Tabla 4. Modelos de regresión entre las variables analizadas. Long = longitud. PMA= precipitación media anual. Al0 = Al extraído con oxalato de amonio ácido. Fe0 = Fe extraído con oxalato de amonio ácido. RP = retención de fosfatos. pH (NaF) = pH en NaF. pH (H₂O) = pH en agua. pH (KCl) = pH en KCl. Corg = carbono orgánico. Dap = densidad aparente. RHcc = retención hídrica a capacidad de campo. RHpmp = retención hídrica en punto de marchitez permanente.
Table 4. Regression models among the analyzed variables. Long = longitude. PMA= mean anual precipitation. Al0 = acid ammonium oxalate extractable Al. Fe0 = Acid ammonium oxalate extractable Fe. RP = phosphorus retention. pH (NaF) = pH in NaF. pH (H₂O) = pH in water. pH (KCl) = pH in KCl. Corg = soil organic carbon. Dap = soil bulk density. RHcc = soil water at field capacity. RHpmp = soil water at wilting point.

La relación negativa entre el pH (NaF) con la longitud y positiva con la precipitación media anual se debería a que el régimen de húmedad tiene una influencia importante sobre los procesos de formación de minerales no cristalinos. Bajo condiciones de régimen de humedad údico predomina la formación de minerales no cristalinos, mientras que bajo condiciones más xéricas se promueve la formación de minerales cristalinos, en tal sentido Parfitt et al. (1983) y Chadwick et al. (2003) observaron que el contenido de minerales no cristalinos aumentó con el incremento de la precipitación y la lixiviación de bases a través del suelo. Además del régimen de húmedad, otro factor que puede explicar el incremento de los valores de pH (NaF) hacia el Oeste de la región es su mayor cercanía a los volcanes chilenos y que, por lo tanto, probablemente han recibido mayor cantidad de cenizas a partir de las cuales se formaron los minerales no cristalinos:

Al₀ + 0,5 Fe₀

La relación entre el pH (NaF) y la presencia de minerales amorfos fue confirmada por la relación positiva con la suma del aluminio más la mitad del hierro extraídos con oxalato ácido (Al₀ + 0,5 Fe₀) (Tabla 4). Esta variable es indicadora del contenido de minerales no cristalinos ya que considera el Al y Fe provenientes del alófano, imogolita, ferrihidrita y del acomplejado con sustancias húmicas (Parfitt y Wilson, 1985; Leamy et al., 1988).

Retención de fosfatos

La capacidad de retención de fosfatos se relacionó positivamente con el pH (NaF) y la concentración de aluminio y hierro (Tabla 4). Los Andisoles poseen alta RP y esto constituye un importante criterio diagnóstico en estos suelos. De acuerdo a las relaciones observadas en el presente trabajo, el 85% de retención de fosfato exigido por la Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999) para considerar a un suelo como Andisol, se obtuvo con valores de pH (NaF) superiores a 10,2 y de Al₀ + 0,5 Fe₀ mayores a 2,8%. La retención de fosfatos es causada por el Al y Fe activos presentes en el alófano, imogolita, complejos Al-humus y ferrihidrita; por lo tanto RP depende del contenido de estos componentes (Wada y Gunjigake, 1980; Wada, 1985; Shoji et al., 1993).

Acidez

En las mediciones de pH de suelo se diferencia entre acidez actual, que es la concentración de H⁺ en la solución del suelo, y acidez potencial, que incluye el H⁺ adsorbido en el complejo coloidal. Generalmente, la acidez actual se determina en agua y la potencial en KCl (Mengel y Kirkby, 2000). El pH (H₂O) se relacionó negativamente con la precipitación media anual, el pH (NaF) y el carbono orgánico en ambas capas del suelo. El pH (KCl) se relacionó positivamente con el pH (H₂O) y negativamente con el carbono orgánico en ambas capas del suelo (Tabla 4).

La acidez del suelo está determinada por varios componentes, en los suelos de origen volcánico las concentraciones de Corg y de minerales no cristalinos son dos de los más importantes (Nanzyo et al., 1993). La acidez del suelo tiende a elevarse al aumentar Corg debido a la influencia de los grupos carboxilos de los ácidos orgánicos. Broquen et al. (2005) observaron que el pH (NaF) fue la variable que mejor explicó la variación del pH (H₂O) y lo atribuyeron al efecto de la actividad del Al sobre la acidez del suelo. Otro factor que influye sobre el pH (H₂O) del suelo es la pluviometría del sitio. Al aumentar las precipitaciones aumenta la lixiviación de cationes básicos y, por lo tanto, la proporción de H⁺ en el complejo de intercambio del suelo (Sadzawka y Carrasco, 1985), esto explicaría la disminución del pH (H₂O) con las precipitaciones. Relaciones similares entre pH (H₂O) y las precipitaciones fueron observadas por Broquen et al. (2005) en 5 sitios de una secuencia bioclimática en el sudoeste de la provincia de Neuquén.

Shoji y Fujiwara (1984) observaron que la formación de minerales no cristalinos es inhibida a pH (H₂O) menores a 4,9. A esos valores de pH (H₂O), el aluminio forma complejos Al-humus y no queda disponible para combinarse con silicio y formar minerales no cristalinos. Debido a esto Nanzyo et al. (1993) distinguieron entre Andisoles alofánicos y no alofánicos, en estos últimos la fracción arcilla está dominada por minerales cristalinos y poseen valores de pH (H₂O) inferiores a 5. En el presente estudio todos los valores de pH (H₂O) fueron superiores a 5, indicando que se trata de suelos alofánicos.

Según Mekaru y Uehara (1972) la diferencia entre pH (KCl) y pH (H₂O) define el tipo de carga neta del sistema coloidal. En el presente estudio los valores de pH (KCl) fueron, en todos los casos, inferiores a los de pH (H₂O) indicando que predomina carga neta negativa.

Carbono orgánico

En general, el elevado contenido de Corg de los Andisoles se atribuye a la formación de complejos estables de sustancias húmicas con aluminio, hierro y constituyentes no cristalinos que los protegen de la degradación microbiana (Wada, 1980, 1989; Shoji et al., 1990, 1993; Nizeyimana, 1997). Sin embargo las relaciones entre Corg y el pH (NaF) fueron débiles (Tabla 4). En los sitios donde se hallan ecosistemas dominados por estepas graminosas y graminoso-arbustivas (Grupos 1 y 2) los mayores aportes de Corg lo realizan las raíces, por lo tanto la disminución en profundidad es más gradual. En cambio en los suelos bajo bosque (Grupos 3, 4 y 5) el mayor aporte de Corg se produce desde la superficie (Kononova, 1982), por lo tanto la disminución en profundidad es más acentuada.

Densidad aparente

La densidad aparente se relacionó en forma negativa con el pH (NaF) y el carbono orgánico en las dos capas del suelo (Tabla 4). De acuerdo a la U.S. Soil Taxonomy (Soil Survey Staff, 1999) uno de los requisitos para considerar a un suelo como perteneciente al orden de los Andisoles es que su Dap sea inferior a 0,80 g cm^-3. Este requisito se verificó en los Grupos 3, 4 y 5. Las relaciones entre Dap y las concentraciones de Corg y de minerales no cristalinos fueron similares a las halladas por Nanzyo et al. (1993) y Arnalds (2004). Los suelos originados a partir de cenizas volcánicas poseen una densidad de partícula de 2,5 a 2,7 g cm^-3 (Bielders et al., 1990), al igual que otros tipos de suelos minerales, por lo tanto la baja Dap se debería al efecto del Corg y de los alófanos que contribuyen al desarrollo de una estructura porosa.

Capacidad de retención hídrica

La retención hídrica a capacidad de campo y en punto de marchitez permanente en ambas capas del suelo se relacionó positivamente con el carbono orgánico y negativamente con la densidad aparente (Tabla 4). Según Nanzyo et al. (1993), la elevada capacidad de retención de humedad de los suelos derivados de cenizas volcánicas se debe a que poseen una estructura de agregados estables, que determina un gran volumen de meso y microporos, y cuya formación es promovida por el alto contenido de Corg y de minerales no cristalinos. Estos minerales contribuyen a la retención de agua debido a su tamaño de partícula pequeño y a su estructura esférica que permite a las moléculas de agua ingresar en los poros intra e inter-esferas.

CONCLUSIONES

Los resultados confirman la existencia, en el sector central y norte de la región Andinopatagónica, de un gradiente de desarrollo de características ándicas hacia el oeste, como resultado de tres procesos pedogenéticos dominantes: formación de minerales amorfos, acumulación de materia orgánica y la formación de complejos arcillo-humicos. Estos procesos determinan las características particulares que se encontraron asociadas con la longitud [mayor pH (NaF), carbono orgánico y retención hídrica y menor pH (H₂O), pH (KCl) y densidad aparente de este a oeste].

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a la Dra María Julia Mazzarino por sus valiosos comentarios sobre este manuscrito.

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