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Ciencia del suelo

versión On-line ISSN 1850-2067

Cienc. suelo vol.27 no.2 Ciudad Autónoma de Buenos Aires ago./dic. 2009

 

TRABAJOS

Fracciones de fósforo en suelos del Caldenal Pampeano expuestos a distintas temperaturas de quema

Ana María Urioste1; Estela Noemí Hepper1; Valeria Belmonte1& Daniel Eduardo Buschiazzo1,2,3

1Facultad de Agronomía, UNLPam, Ruta 35 km 334, Santa Rosa (6300), La Pampa;
2INTA Anguil;
3INCITAP (UNLPam-CONICET); Autor para correspondencia: urioste@agro.unlpam.edu.ar

Recibido: 13-04-09
Aceptado: 08-10-09

RESUMEN
En el Área del Caldenal donde la ganadería es una de las principales actividades productivas se utiliza el fuego para aumentar la producción de pasturas, sin embargo existen pocos antecedentes de los efectos de las quemas controladas sobre el contenido de las fracciones de fósforo del suelo. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de temperaturas de quema sobre fracciones orgánicas e inorgánicas de fósforo en un suelo franco arenoso y otro franco. Se tomaron muestras de los primeros 5 cm de cada uno de los suelos sin la cobertura vegetal, que fueron calentadas a 100, 200, 300, 400, 500 y 600 ºC dejando una muestra sin calcinar como testigo. A cada muestra se le determinó el contenido de P por extracción secuencial con los siguientes extractantes: carbonato ácido de sodio (Pi-HCO3), hidróxido de sodio (Pi-NaOH y Po-NaOH), ácido clorhídrico (Pi-HCl) y ácido sulfúrico (P-H2SO4). En general, el efecto de la temperatura de quema sobre los contenidos de las fracciones analizadas fue similar en ambos suelos. Por efecto del calentamiento a temperaturas de 300 ºC y superiores en ambos suelos, en general, aumentaron los contenidos de Pi-HCO3 y de Pi-NaOH mientras que disminuyeron los contenidos de P-H2SO4 como así también de la fracción Po-NaOH, atribuible a la descomposición de la materia orgánica a esas temperaturas con el consecuente aumento de las formas disponibles de fósforo inorgánico. Cuando los suelos fueron calentados a 300 °C, en el suelo franco arenoso se registraron aumentos de los contenidos de Pi-HCl y en el suelo franco disminuciones de dicha fracción. Al calentar ambos suelos a 600 °C se registraron aumentos de Pi-HCl los que estuvieron en relación con los aumentos de pH. Esto indica que disminuyó la solubilidad de los fosfatos de calcio predominantes en estos suelos. Quemas en las que la temperatura desarrollada en el suelo sea menor a los 300 °C no producirán cambios en los contenidos de las fracciones de fósforo. Sólo en el suelo franco el calentamiento a 300 ºC produjo una disminución neta de P posiblemente debido a la volatilización de compuestos orgánicos.

Palabras clave. Temperaturas del suelo; Fracciones inorgánicas y orgánicas de fósforo; Suelos del caldenal.

Phosphorus fractions in soils of the Pampean Caldenal expose to different burn temperatures

ABSTRACT
Cattle production is one of the main productive activities in the Caldenal area of La Pampa Province, and burning is used to increase forage production. However, there are very few reports in the literature on the effect of controlled burning on soil phosphorus fraction content. The aim of this work was to analyze the effect of burn temperatures on organic and inorganic phosphorus fractions of a sandy loam and a loam soil. Superficial soil samples (0-5 cm) without plant cover were air dried and heated at 100, 200, 300, 400, 500 and 600 ºC, and a non-heated sample was left as control. In every sample, the P content was determined by a sequential extraction procedure using the following extractants: sodium bicarbonate (Pi-HCO3), sodium hydroxide (Pi-NaOH and Po-NaOH) clorhidric acid (Pi-HCl) and sulfuric acid (P-H2SO4). In general, the effect of burn temperature on the analyzed fraction’s content was similar in both soils. In general, heating at 300 ºC or higher temperatures increased Pi-HCO3 and Pi-NaOH content and decreased P-H2SO4 and Po-NaOH content, possibly due to organic matter decomposition at these temperatures and the consequent increase in available inorganic phosphorus. When soils were heated at 300ºC, increases in Pi-HCl content were registered in the sandy loam soil, whereas this fraction decreased in loam soil. Heating both soils at 600 ºC caused an increase in Pi-HCl related to higher pH values, indicating a decrease in Ca-phosphates. Burns involving soil temperatures no higher than 300 ºC do not produce changes in phosphorus fraction content. Heating at 300ºC produced a net decrease in P only in the loam soil, possibly due to the volatilization of organic materials.

Key words. Soil temperature; Organic and inorganic phosphorus fractions; Caldenal soils.

INTRODUCCIÓN

En el Área del Caldenal en la provincia de La Pampa la actividad productiva predominante es la ganadería, esto hace necesario aumentar la producción de forrajes por lo que es muy utilizado el fuego como herramienta de manejo para este fin, ya que permite renovar pasturas, facilitar la siembra y el rebrote de especies nativas o introducidas y disminuir la cantidad de material combustible evitando posibles incendios (Kunst & Rodríguez, 2003). Por otra parte, la disponibilidad de agua y la fertilidad del suelo son factores que inciden en la alta calidad de forraje en términos de producción y valor nutritivo. A pesar del uso extendido de las quemas prescriptas no se ha evaluado completamente el efecto del calor sobre el contenido de nutrientes de los suelos de esta región. Uno de ellos es el fósforo, elemento muy importante en la nutrición animal que debe provenir del P disponible en el forraje (Buxton& Fales, 1994).

El efecto del fuego sobre las distintas fracciones de fósforo del suelo es variable. En algunos casos se ha encontrado que aumenta el fósforo disponible (McKee, 1982; Waldrop et al., 1987), mientras que en otros no se detectaron cambios (Binkley et al., 1992; Boyer & Miller, 1994). El contenido de esta fracción de fósforo estará dado por el balance entre las pérdidas por volatilización o erosión y las ganancias por descomposición de la materia orgánica o la transformación térmica de fracciones orgánicas e inorgánicas de reserva (Giardina et al., 2000). La sensibilidad de las distintas fracciones de fósforo al efecto de las altas temperaturas es variable, el fósforo orgánico se encuentra entre las formas más sensibles, con temperaturas de volatilización comprendidas entre 300 y 400 ºC, y el fósforo inorgánico entre las de sensibilidad moderada, con volatilización entre los 700 y 800 ºC (Albanesi & Anriquez, 2003). Saa et al. (1994) encontraron que un fuego moderado prácticamente no produjo cambios en el fósforo disponible para las plantas, mientras que un fuego severo causó incrementos que superaron el 50% de las fracciones de fósforo inorgánico, disponible y no disponible, con la correspondiente disminución de las fracciones de fósforo orgánico.

Si bien la combustión de la materia orgánica puede liberar fósforo, su disponibilidad dependerá del pH del suelo (Kettering et al., 2002), el que también puede modificarse después de una quema. Quaglia et al. (1999) y Giardina et al. (2000) encontraron aumentos de pH del suelo seguido a esta práctica de manejo. Los suelos de la Región Semiárida Pampeana Central de la Argentina (RSPC) presentan valores medios de fósforo total y las formas predominantes son los fosfatos de calcio poco solubles (Buschiazzo et al., 2000), por lo que un incremento en el pH provocado por el fuego podría producir el desplazamiento de los equilibrios de solubilidad de estos fosfatos, con lo que disminuiría el contenido de fósforo disponible afectando la fertilidad de estos suelos.

Suelos de la RSPC de textura gruesa presentan mayores contenidos de las fracciones de fósforo inorgánico más lábiles que los de textura más fina (Hepper et al., 1996; Urioste et al., 1996). Si los cambios en el contenido de las fracciones de fósforo son dependientes de los niveles iniciales, se esperaría que el efecto del calor sobre las mismas sea variable con la textura del suelo. Por otra parte en esta región los suelos de textura más fina poseen mayores contenidos de materia orgánica (Buschiazzo et al. 1991). Por lo tanto, altas temperaturas de quema podrían producir mayores pérdidas de materia orgánica por descomposición, en suelos de textura más fina que en suelos arenosos, lo que provocaría en estos suelos mayor riesgo de pérdidas netas de fósforo. Mientras que quemas de baja intensidad, como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica, podrían producir en ambos suelos aumentos en los niveles de fósforo disponible y disminuciones de fósforo orgánico.

Los efectos del fuego sobre las propiedades químicas del suelo sometido a una quema dependen de diversos factores entre los que podemos mencionar la intensidad y la frecuencia, el tipo de ecosistema y la extensión en la que actúe. Para poder comprender estos efectos a campo es necesario conocer los cambios que produce cada factor independientemente. Por ello el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del calor sobre las diferentes fracciones orgánicas e inorgánicas de fósforo de dos suelos de diferente textura, expuestos a diferentes temperaturas durante un tiempo determinado.

MATERIALES Y MÉTODOS

Este estudio se realizó sobre dos Haplustoles Enticos del área del Caldenal: un suelo franco arenoso (36º 45’ de latitud sur y 64º 49’ de longitud oeste) y el otro franco (36º 15’ de latitud sur y 65º 01’ de longitud oeste) cuyas principales características se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1. Principales características de los suelos estudiados
Table 1. Main characteristics of the studied soils.

La recolección de las muestras se realizó en cada uno de los sitios al inicio del año 2004, seleccionando al azar cinco puntos de muestreo sobre un área de 100 m2. Se extrajeron muestras de suelo disturbado de los primeros 5 cm del perfil, sin cobertura vegetal. Las muestras fueron secadas al aire, tamizadas por 2000 mm, y se les determinó granolumetría por el método de la pipeta de Robinson (Schlichting et al., 1995). De cada muestra se tomaron siete submuestras, de 100 g cada una, una se dejó como testigo (T) y las seis restantes fueron calentadas en mufla a 100, 200, 300, 400, 500 y 600 ºC, respectivamente, manteniendo durante 5 minutos la temperatura máxima. Las fracciones de fósforo orgánico e inorgánico se determinaron en todas las muestras por el método de extracción secuencial de Hedley et al. (1982) con modificaciones (Fig. 1). El contenido de fósforo en los diferentes extractos fue determinado por colorimetría por el método del ácido ascórbico y molibdato de amonio (Schlichting et al., 1995).


Figura 1. Esquema de la extracción secuencial de las fracciones de fósforo.
Figure 1. Sequential extraction scheme of phosphorus fractions.

Para el tratamiento estadístico de los datos se utilizó el programa InfoStat/Profesional versión 2007 (Universidad Nacional de Córdoba Estadística y Biometría F.C.A., 2007). Los resultados fueron analizados por ANVA, y contrastes entre el testigo y cada uno de los tratamientos, con un nivel de significación de 0,05.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los contenidos de las fracciones de fósforo inorgánico y orgánico de los suelos expuestos a distintas temperaturas se presentan en la Figura 2, los contenidos de la fracción Po-HCO3 no fueron detectados por el método utilizado. El suelo franco arenoso presentó mayores contenidos de las fracciones Pi-HCO3 y Pi-NaOH (p<0,05) y menores de Pi-HCl y P-H2SO4 (p<0,05), mientras que en ambos suelos no se detectaron diferencias significativas entre los contenidos de Po-NaOH (p>0,05). Estos resultados son coincidentes con los de Hepper et al. (1996) y Urioste et al. (1996) quienes reportaron que suelos vírgenes, agrícolas y pastoriles de la RSPC de textura gruesa poseen mayores contenidos de las fracciones de fósforo inorgánico más lábiles que los de textura fina.



Figura 2. Contenidos de Pi-HCO3 (a y b), Pi-NaOH (c y d) ; Po-NaOH (e y f), Pi-HCl (g y h) y P-H2SO4 (i y j) en suelos expuestos a distintas temperaturas. * indica diferencias significativas (p<0,05) y ns diferencias no significativas (p>0,05) con el testigo (T).
Figure 2. Pi-HCO3 (a and b), Pi-NaOH (c and d); Po-NaOH (e and f), Pi-HCl (g and h) and P-H2SO4 (i and j) content of soils heated at different temperatures. * indicates significant differences (p<0.05) and ns no significant differences with respect to
the control (T).

La Figura 2a muestra que en el suelo franco arenoso se detectó un aumento significativo del contenido de Pi- HCO3 a 300 ºC (44%) y una disminución a 600 ºC (48%) con respecto al testigo. En el suelo franco se registraron aumentos significativos de esta fracción de P a 300 ºC y temperaturas superiores llegando en algunos casos a duplicar el contenido del testigo (Fig. 2b). Oswald et al. (1999) and Giardina et al. (2000) reportaron altos incrementos de P disponible luego de la quema de un Entisol con pH 6,6 y 7, respectivamente, cercano al óptimo para la disponibilidad de P (Lindsay, 1979). A pesar de que los contenidos iniciales de Pi-HCO3 del suelo franco fueron aproximadamente la mitad de los del franco arenoso, los aumentos registrados a 400 °C hicieron que dicha fracción de P alcanzara contenidos similares a los del suelo franco arenoso a igual temperatura. En este sentido los resultados encontrados en el presente estudio son coincidentes con los de Mc Kee (1982) y Simard et al. (2001) quienes reportaron que luego de una quema controlada los aumentos de fósforo disponible fueron más pequeños en los suelos más ácidos. Hepper et al. (2008) encontraron para estos mismos suelos, aumentos de pH cuando fueron calentados a 500 y 600 °C. Por lo tanto, en el presente estudio los aumentos de Pi-HCO3 no habrían sido causados por la disolución de fosfatos poco solubles ya que aumentos de pH no provocan desplazamiento de los equilibrios de solubilidad hacia formas más solubles. La disminución de los contenidos de Po-NaOH a 300 °C y temperaturas superiores (Fig. 2e y f) y las disminuciones en los contenidos de carbono orgánico encontradas por Hepper et al. (2008) para estos mismos suelos, indican que el calor descompone la materia orgánica, con el consecuente aumento de formas disponibles de fósforo inorgánico. En el suelo franco arenoso la disminución de Pi-HCO3 a 600°C estaría dada por aumento del pH (2,2 unidades), esto indicaría que en estas condiciones se produjo desplazamiento de los equilibrios de solubilidad de fosfatos hacia las formas menos solubles.

Los contenidos de Pi-NaOH aumentaron por efecto del calentamiento en ambos suelos, en el franco arenoso se produjeron aumentos significativos a 300 y a 500 ºC que representaron, en ambos casos, el 38% del contenido inicial, mientras que en el franco dichos aumentos se produjeron a 200 ºC (58%), a 300 ºC (91%) y a 400 ºC (57%) (Fig. 2c y d).

Las variaciones de los contenidos de Po-NaOH como consecuencia del calentamiento del suelo se muestran en la Figuras 2e y f. En los dos suelos se detectaron disminuciones significativas de los contenidos de Po-NaOH a partir de 300 ºC. Las disminuciones relativas, comparadas a igual temperatura, fueron de igual magnitud en ambos suelos oscilando entre un 60 y 85% con respecto al testigo. Hepper et al. (2008) comprobaron que en estos mismos suelos se produjeron disminuciones de los contenidos de MO mayores al 85% a temperaturas de 500 y 600 °C. Estos valores indican que las pérdidas de MO han sido prácticamente totales. Resultados similares fueron reportados por otros autores, en este sentido Kettering et al. (2002) encontraron que a 600 ºC la materia orgánica disminuyó un 72% respecto del suelo sin tratar y Sertsu& Sánchez (1978) reportaron que el efecto de la temperatura sobre la materia orgánica fue similar en suelos de distinta textura, registrando disminuciones a 200 ºC y destrucción total a 400 ºC, con un tiempo de exposición al calor mayor al utilizado en este trabajo.

La Figura 2 g y h muestra que a 300 °C los contenidos de Pi-HCl aumentaron un 29% respecto del testigo en el suelo franco arenoso y disminuyeron un 19% en el franco. El aumento en el suelo franco arenoso indicaría que a esa temperatura se afectaría la estabilidad de agregados y el Po ocluido en los mismos sería mineralizado térmicamente durante la combustión de la MO estabilizada. Giovannini& Luchessi (1983) y Giovannini et al. (1988) encontraron que el calentamiento redujo la estabilidad de los agregados desarrollados en los primeros 2 cm del suelo, liberándose el fósforo ocluido en los mismos. Hepper et al. (2008), en un estudio realizado sobre estos mismos suelos, encontraron que el suelo franco arenoso fue más sensible a la exposición al calor que el franco. Índices de la mayor sensibilidad del suelo franco arenoso fueron los mayores cambios en su composición textural, manifestada principalmente por disminuciones de los contenidos de arena gruesa cuando el suelo fue calentado entre 200 y 400 °C. En ambos suelos se produjeron aumentos relativos de Pi-HCl (23 y 14%) a 600 ºC, en coincidencia con aumentos de pH encontrados por Hepper et al., 2008 (2,2 y 1,4 unidades para el franco arenoso y el franco, respectivamente). Los aumentos de pH habrían provocado un desplazamiento de los equilibrios de solubilidad de los fosfatos de calcio, precipitándolos. Durante la extracción con HCl estos precipitados habrían sido solubilizados, incrementándose de esta forma sus contenidos.

La fracción de fósforo más estable, P-H2SO4, disminuyó significativamente en el suelo franco arenoso a partir de 300 °C y en el franco a partir de 200 ºC (Figs. 2 i y j). En ambos suelos las disminuciones relativas fueron semejantes y representaron entre 20 y 70% respecto del testigo. Las disminuciones de esta fracción de fósforo, que incluye formas orgánicas de P más estables, probablemente contribuyeron en parte al aumento de las fracciones más lábiles.

En el suelo franco arenoso el calentamiento del suelo a una temperatura de 300 ºC habría producido un aumento neto de fósforo de 156 mg kg-1, como producto del ba-lance entre los aumentos de Pi–HCO3, Pi-NaOH y Pi-HCl que sumaron 198 mg kg-1 y las disminuciones de P-H2SO4 y Po- NaOH, que alcanzaron 42 mg kg-1. Este aumento podría deberse a la liberación de P ocluido en los agregados del suelo producto de la ruptura de los mismos por acción del calor. En contraposición, en el suelo de textura franca, el calentamiento a 300 ºC habría producido una disminución neta de P de 78 mg de P kg-1 debida a los aumentos de Pi- HCO3 y Pi-NaOH (120 mg kg-1) y las disminuciones de Pi- HCl, P-H2SO4 y Po-NaOH (198 mg kg-1). Las posibles pérdidas de P en este suelo podrían deberse a la volatilización de fósforo a esa temperatura. El contenido total de P como suma de las fracciones fue similar en ambos suelos por lo cual los cambios en las fracciones de fósforo en cada uno de los suelos no estuvieron relacionados con los contenidos iniciales.

A temperaturas de calentamiento superiores a 300 °C, en ambos suelos, los cambios netos de fósforo no fueron significativos lo que estaría indicando que a altas temperaturas se producen transformaciones de unas formas de fósforo a otras.

CONCLUSIONES

Este estudio permitió determinar en general, que en ambos suelos, los principales efectos de la temperatura sobre las fracciones de fósforo se produjeron cuando el suelo fue calentado a 300 ºC o superiores.

Quemas de baja intensidad, que eviten que la temperatura del suelo alcance los 300 ºC, no producirán cambios en los contenidos de las fracciones de fósforo. Mientras que a 300 °C se producirán, en ambos suelos, aumentos en los niveles de fósforo disponible y disminuciones de fósforo orgánico como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica. En esta condición podrían producirse pérdidas de P en el suelo franco, que estarían dadas por volatilización de compuestos de P y aumentos en el suelo franco arenoso que podrían deberse a la liberación de P ocluido como producto de la ruptura de agregados.

En ambos suelos quemas que desarrollen altas temperaturas, mayores a 300 °C, disminuirán la disponibilidad de fósforo por precipitación de fosfatos de calcio.

AGRADECIMIENTOS

La Facultad de Agronomía de la UNLPam financió esta investigación (Proyecto I-64/08).

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