Fijación de amonio en seis suelos de la VIII Region de Chile (página 2)

MATERIALES Y METODOS

Los suelos usados en esta experiencia se seleccionaron de acuerdo al tipo de arcilla predominante, según Guerra (1973), Besoain et al. (1984) y Besoaín et al. (1987) y Delgado, (1983). Estos suelos corresponden a las series Diguillín (medial, térmica, Typic Melanoxerands), Santa Bárbara (medial, mésica, Typic Haploxerands), Collipulli (muy fina, mixta, térmica, Typic Rhodoxeralfs), San Carlos (fina, mixta, térmica, Ultic Palexeralf), Cauquenes (fina, caolinítica, isomésica, Ultic Palexaralfs) y Quella (fina, smectítica, térmica, Aquic Durixererts). Se colectaron 6 muestras superficiales (0-25 cm) por cada serie. Las muestras fueron secadas al aire y tamizadas a través de una malla de 2 mm. También se anotó el uso actual de cada lugar de muestreo.

Estos suelos fueron caracterizados en las siguientes propiedades físicas y químicas: textura (USDA), densidad aparente (DA), pH agua (1:2,5), materia orgánica (MO), N-NO3, N-NH4 intercambio, N-total, P-Olsen, cationes de intercambio (K, Ca, Na, Mg y Al). La capacidad de intercambio catiónica efectiva (CICE) se calculó sumando los cationes de intercambio.

El NH4+ nativo fijado se determinó tratando los suelos con KOBr para eliminar el N orgánico y el NH4+ de intercambio antes de la digestión con una mezcla HF:HCl, siguiendo el método A de Silva y Bremner (1966), pero aumentando la dosificación de KOBr al doble (40 mL g-1) debido al alto contenido de MO de algunas muestras. Este método ha sido reconocido como el que presenta los valores más exactos y libres de defectos (Paramasivam y Breitenbeck, 1994). El procedimiento usado para determinar la capacidad total de fijación de NH4+ fue el de saturación con NH4Cl, seguido del método mencionado anteriormente. La capacidad de fijación inducida de NH4+ se obtuvo por diferencia entre la capacidad total de fijación y el contenido de NH4+ nativo fijado. El N orgánico se calculó por diferencia entre el N total y N inorgánico (suma del NH4+ fijado, de intercambio y del NO3-).

Las variables físicas y químicas de los suelos se sometieron a análisis de correlación simple y de regresión múltiple stepwise (SYSTAT Inc. USA) con el fin de identificar las propiedades que se relacionan con el contenido de NH4+ nativo fijado y con las capacidades de fijación inducida y total.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Amonio nativo fijado y distribución del N del suelo

Las distintas fracciones del N de las 36 muestras de suelos se indican en el Cuadro 1. El contenido de NH4+ nativo fijado fluctuó entre 0 y 41 mg kg-1 N-NH4, constituyendo esta fracción como máximo hasta un 68% del N mineral y 3% del N total del suelo. Estos valores son inferiores a los informados en la literatura (Dalal, 1977; Sowden et al., 1978; Kudeyarov, 1981; Doram y Evans, 1983; Paramasivam y Breitenbeck, 1994; Steffens y Sparks, 1997), tanto en relación al rango de 7 a 1946 mg kg-1 de N-NH4 nativo fijado como a los porcentajes que representa esta fracción en relación al N mineral (60 al 98%) y al N total (1 al 48%).

Cuadro 1. Contenido de amonio nativo fijado y distribución de las diferentes fracciones del nitrógeno del suelo. Table 1. Fixed native ammonium content and distribution of the different soil nitrogen fractions.

1 l = Desviación estándar.

Los suelos alofánicos de las series Diguillín y Santa Bárbara, derivados de cenizas volcánicas recientes (andisoles), presentaron los menores contenidos de N-NH4 nativo fijado, con valores promedios de 1,1 y 2,5 mg kg-1, respectivamente. En las muestras de las otras series de suelos esta fracción presenta promedios de 5,9; 8,5; 9,3 y 15,9 mg kg-1, correspondientes a las series Collipulli, Quella, San Carlos y Cauquenes.

Los contenidos promedio de NH4+ nativo fijado se relacionaron en cierto grado con las arcillas predominantes en los distintos suelos (Cuadro 2), puesto que, según Kudeyarov (1981), el poder de fijación es casi nulo en el alofán, bajo en las arcillas 1:1 (haloisita, metahaloisita, caolinita) y mayor en las arcillas 2:1 (illita, vermiculita, montmorillonita). La excepción a esta tendencia se presentó en la serie Quella, en la que predominan arcillas 2:1, que debería haber tenido los valores mayores. El hecho que el contenido de NH4+ nativo fijado no se haya relacionado directamente con la mineralogía de la fracción arcilla puede deberse a que su contenido puede modificarse por el manejo. Se ha encontrado que los suelos cultivados tienen menos NH4+ nativo fijado que los suelos no cultivados o de praderas (Sowden et al., 1978), pero más que los suelos de bosques (Baethgen y Alley, 1987) y los suelos sin leguminosas menos que los con leguminosas (Baethgen y Alley, 1987).

Cuadro 2. Predominancia relativa de minerales silícicos secundarios y primarios en la fracción arcilla en cada serie de suelo1 Table 2. Relative predominance of secondary and primary siliceous minerals in each soil series

Valores de frecuencia: 5 = dominante; 4 = abundante; 3 = común; 2 = presente; 1 = escaso o raro. 1 Fuente: Besoain et al. (1984), Besoain et al. (1987). 2 CAO: caolinita; HAL: haloisita; ESM: esmectita; VER: vermiculita; CLO: clorita; ILL: illita; ALO/IMO: alofán/imogolita; GIB: gibbsita; GOE: goethita; CUA: cuarzo; FEL: feldespato; CRI: cristobalita.

Excluyendo los suelos alofánicos Diguillín y Santa Bárbara, debido a su nulo o bajo contenido, el contenido promedio de NH4+ nativo fijado fue mayor en suelos con espino (Acacia caven) (23,6 mg kg-1) seguido en orden decreciente por los suelos de praderas (11,9 mg kg-1), cultivos anuales y rastrojos (7,1 mg kg-1), bosque y matorrales (6,4 mg kg-1), tendencia que concuerda con lo informado por los autores mencionados.

Fijación inducida y capacidad total de fijación de NH4+

Los valores de fijación inducida y capacidad total de fijación de NH4+, determinados en las 36 muestras de suelo se presentan en el Cuadro 3, expresados en mg kg-1 N y kg ha-1 de N.

Cuadro 3. Contenido de amonio nativo fijado y capacidades de fijación inducida y total de las 36 muestras de suelos. Table 3. Fixed native ammonium content, and artificial and total fixing capacities of the 36 soil samples.

1l = Desviación estándar

La fijación inducida, medida como la diferencia entre NH4+ nativo fijado y el NH4+ fijado después de saturar las muestras con NH4Cl y que representa la fijación máxima que puede ocurrir en terreno cuando se aplica un fertilizante amoniacal, varió de 0,1 a 73 mg N kg-1 (0,2 a 227 kg N ha-1), correspondiendo los valores menores a un suelo de la serie Santa Bárbara y los mayores a un suelo de la serie Quella.

La capacidad total de fijación, por su parte, varió de 0,3 a 81 mg N kg-1 (desde 0,7 a 252 kg N ha-1), también con los valores más bajos en los suelos alofánicos y con los valores máximos en un suelo Quella.

Al igual que en el caso del NH4+ nativo, los suelos alofánicos presentaron muy bajas capacidades de fijación inducida y total, con valores promedio por serie que no superaron 2,3 mg N kg-1 (6 kg N ha-1) y 4,1 mg N kg-1 (9 kg N ha-1), respectivamente. En los suelos no alofánicos los valores promedio por serie, de la fijación inducida, fluctuaron entre 18 y 38 mg N kg-1 (61 y 131 kg N ha-1) y los valores de la capacidad total de fijación entre 23 y 47 mg N kg-1 (81 y 163 kg N ha-1). La serie Collipulli presentó los valores menores y la serie San Carlos los mayores (Figura 1). 

Figura 1. Valores promedio, por serie de suelo, de los contenidos de amonio nativo e inducido fijados. (DG: Diguillín; SB: Santa Bárbara; CLL: Collipulli; SC: San Carlos; CQ: Cauquenes; QU: Quella). Figure 1. Mean values of the native and artificially fixed ammonium per soil series. (DG: Diguillín; SB: Santa Bárbara; CLL: Collipulli; SC: San Carlos; CQ: Cauquenes; QU: Quella).

Las capacidades de fijación inducida y total de estos suelos también aparecen como bajas si se comparan con los valores informados en la literatura, los cuales alcanzan máximos de 937 mg N kg-1 y de 1324 mg N kg-1, respectivamente (Cox et al., 1996). Estas diferencias pueden deberse a que, en la mayoría de los estudios se utilizan suelos que, a diferencia de los suelos de la VIII Región, tienen un alto contenido de arcillas 2:1 de elevado poder de fijación.

Relación entre la fijación de amonio y las propiedades del suelo

Solamente se analizaron los datos correspondientes a los suelos de las series no alofánicas. Se excluyeron los suelos alofánicos por presentar una nula o muy baja capacidad de fijación. El análisis de correlación simple (Cuadro 4) indicó que el contenido de NH4+ nativo fijado sólo se asoció con el contenido de NO3- del suelo. Por otra parte, no hubo correlación con las capacidades de fijación inducida y total, lo que concuerda con lo encontrado por Sowden et al. (1978). La escasa correlación entre el NH4+ nativo y las propiedades del suelo se atribuyen al hecho que la cantidad de NH4+ nativo fijado se modifica, como se mencionó anteriormente, con el manejo al que ha estado sometido el suelo.

Cuadro 4. Coeficientes de correlación significativos (P£ 0,05) entre la cantidad de amonio nativo fijado, las capacidades de fijación inducida y total y las propiedades de las 24 muestras de suelos no alofánicos. Table 4. Significant correlation coefficients (P£ 0.05) between the amount of fixed native ammonium, the artificial and total fixing capacities and the properties of the 24 samples of non-alophanic soils.

1 ns = no significativo 2 CIC efectiva = Suma de bases + Al intercambio

Las capacidades de fijación inducida y total se asociaron fuertemente entre sí y ambas con los cationes de intercambio Ca, Mg y Na y, además, con la CICE. Doram y Evans (1983) también encontraron una correlación positiva entre la capacidad de fijación inducida y la CICE. Estos cationes de intercambio son justamente los que provocan una expansión interlaminar de las capas de arcillas, promoviendo así el ingreso del NH4+ a los espacios interlaminares y su fijación (Adams y Stevenson, 1964).

Dado que NH4+ y K son fijados por las arcillas por el mismo mecanismo, ambos iones compiten por los lugares de fijación y el K tiene un efecto depresivo sobre la fijación de NH4+ (Nômmik, 1981). Cabe señalar, que ninguna de las fracciones de NH4+ fijado se correlacionó significativamente con el contenido de K del suelo. Al respecto, Lumbanraja y Evangelou (1994) señalaron que estos cationes, K y NH4+ no son como usualmente se cree verdaderos análogos respecto a las reacciones de cambio en los suelos. Estos resultados sugieren que es muy difícil predecir el comportamiento de fijación del K o NH4+ en base a tamaño iónico y carga. En consecuencia, se requiere mayor experimentación para tener certezas sobre predicciones de intercambio o fijación en suelos con mineralogías y propiedades muy distintas.

En el Cuadro 5 se presentan los modelos que entregó el análisis de regresión múltiple. Toda la variación del contenido de NH4+ fijado nativo es atribuible al contenido de NO3-, aunque esta variable explica sólo el 14% de la variación; ninguna otra propiedad del suelo contribuyó significativamente a la regresión. La variación de la capacidad de fijación inducida de NH4+ se explica, en un 64%, por los contenidos de Na de intercambio, limo y MO, mientras que el modelo que incluye Na, Ca y Al de intercambio, MO y relación C/N explica el 76% de la variación de la capacidad total de fijación de NH4+.

Cuadro 5. Modelos de regresión múltiple que asocian las distintas fracciones de amonio fijado con las propiedades de las 24 muestras de suelos no alofánicos. Table 5. Multiple regression models that associate the different fixed ammonium fractions and the properties of the 24 samples of non-alophanic soils.

R2: coeficiente de determinación. P: probabilidad. MO: materia orgánica

En estas dos últimas regresiones, el Na aparece como la variable de mayor peso, explicando el 47% de la variación de la fijación inducida y el 40% de la variación de la fijación total. Este efecto del Na seguramente se debe a que este catión presenta el mayor radio iónico hidratado de todos los cationes de intercambio y por lo tanto produce una mayor expansión del espacio interlaminar de los cristales de arcillas expandibles.

El contenido de arcilla no presentó correlación significativa con las distintas fracciones de NH4+ fijado ni integró los modelos de regresión múltiple. Este hecho posiblemente se debe a que la fracción arcilla de las diferentes series de suelo está compuesta por proporciones distintas de minerales fijadores y minerales de bajo poder de fijación y, además, a que otras fracciones del suelo, tales como el limo y la arena pueden presentar algún grado de fijación (Kowalenko y Ross, 1980). En las series de suelos no alofánicos, el poder de fijación total (Figura 1) aparentemente se relaciona con el contenido de arcillas expandibles, excepto en la serie San Carlos que no presenta este tipo de arcillas, pero que contiene abundante feldespato (Cuadro 3), mineral que también participa en la fijación de NH4 (Adams y Stevenson, 1964).

Disponibilidad del amonio fijado

El NH4+ nativo fijado se considera menos disponible que el NH4 inducido fijado. Dependiendo de las características del suelo, de un 12-18% de la fracción nativa y de un 64-98% de la fracción inducida del NH4+ fijado por el suelo pueden ser utilizados por las plantas, bacterias nitrificantes y/o microorganismos heterotróficos durante una estación de crecimiento (Kudeyarov, 1981; Mengel y Scherer, 1981; Liang y MacKenzie, 1994; Breitenbeck y Paramasivam, 1995; Steffens y Spark, 1997).

Considerando el valor máximo de disponibilidad anteriormente indicado (18%) y aplicándolo a las 36 muestras de suelos estudiados (Cuadro 6), el NH4+ nativo podría aportar de 0 a 32 kg N ha-1. El aporte es prácticamente nulo en los suelos alofánicos, no superando 2,3 kg N ha-1, con promedios de 0,5 en la serie Diguillín y de 0,9 kg N ha-1 en la serie Santa Bárbara. En los suelos no alofánicos, la disponibilidad del NH4+ nativo fijado puede ser mayor, aunque baja, con promedios por serie de 3,7 a 12 kg N ha-1, correspondiendo el valor menor a la serie Collipulli y el valor mayor a la serie Cauquenes.

Cuadro 6. Disponibilidad del amonio nativo fijado y del fijado en forma artificial, al aplicar los porcentajes máximos informados en la literatura* Table 6. Availability of native and artificially fixed ammonium, according to the maximum percentages reported in the literature

* Amonio nativo fijado = 18% (Breitenbeck y Paramasivam, 1995) Amonio inducido fijado = 99% (Kowalenko y Ross, 1980).

Basándose en estos valores posibles de disponibilidad, se puede inferir que el NH4+ nativo fijado en la estrata arable (0-25 cm) de los suelos analizados no juega un papel importante en la nutrición de los cultivos, especialmente en el caso de los suelos alofánicos.

En tanto, el NH4+ inducido fijado puede constituir una reserva del N proveniente de la mineralización de la MO o de los fertilizantes amoniacales (Liang y MacKenzie, 1994), que posteriormente será entregada en forma sostenida a los cultivos durante la etapa de crecimiento (Nômmik, 1981; Baethgen y Alley, 1987). Por otra parte, la fijación inducida se puede considerar un mecanismo útil para reducir las pérdidas del N del suelo por lavado y desnitrificación (Nômmik, 1981).

Si la capacidad de fijación de NH4+ se saturara como consecuencia de la aplicación de fertilizantes amoniacales, la reserva útil, considerando una disponibilidad del 99%, del NH4+ inducido fijado sería de 0,2 a 225 kg ha-1 en la estrata arable de los suelos analizados.

En los suelos alofánicos la cantidad de NH4+ que puede oscilar entre las formas fijada y disponible debido a la fijación inducida sería de 0,2 a 15 kg N ha-1, valores muy bajos para que este fenómeno participe activamente en el ciclo del N en el suelo. En los suelos no alofánicos, la fijación inducida podría ciclar, en valores promedio por serie, de 60 a 129 kg N ha-1 y participar activamente en la dinámica del NH4+ proveniente de la fertilización amoniacal o de la mineralización.

CONCLUSIONES

Se encontraron bajas cantidades de NH4+ nativo fijado, constituyendo esta fracción una baja proporción del N inorgánico y una proporción muy baja del N total de la estrata superficial de los suelos, especialmente en los suelos alofánicos. Esto indica que el NH4+ no intercambiable que contienen los suelos no contribuye significativamente al nitrógeno disponible y a la nutrición nitrogenada de los cultivos.

La capacidad de fijación inducida es muy baja en los suelos alofánicos y moderada en los suelos de las series no alofánicas. En estos últimos suelos, la fijación inducida puede jugar un papel relevante en la dinámica del NH4+ proveniente de los fertilizantes amoniacales.

Aunque la fijación de NH4+ no se asoció con el contenido de arcilla, el NH4+ nativo fijado y las capacidades de fijación inducida y total fueron más altos en los suelos con mayor proporción de arcillas 2:1 y feldespato. El alofán no participa en el proceso de fijación.

En los suelos no alofánicos, el contenido de NH4+ nativo fijado solamente se asoció con el nitrato, mientras que las capacidades de fijación inducida y total se relacionaron principalmente con los cationes de intercambio, especialmente el Na, los cuales expanden la malla del cristal de arcillas 2:1.

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Luis Longeri S. 2, Iván Vidal P. 2 y Myriam Fernández D. 2 1Investigación financiada por Proyecto FONDECYT 1971004. 2 Universidad de Concepción, Facultad de Agronomía, Departamento de Suelos. Casilla 537, Chillán, Chile.