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Trigoso-Becerril, D., Florida-Rofner, N. y Rengifo-Rojas, R. (2023). Indicadores fisicoquímicos del suelo con manejo convencional del arroz (Oriza sativa L.) bajo riego. La Granja: Revista de Ciencias de la Vida. Vol. 37(1):117-129. http://doi.org/10.17163/lgr.n37.2023.09
1 Introducción
Perú posee áreas con gran potencial para la producción de arroz bajo riego en diferentes regiones, que en los últimos 17 años (2001-2017) observan una tendencia ascendente en la producción nacional, pues la superficie cosechada creció 2% y el rendimiento creció 0,4% promedio por año. Las principales regiones productoras son: San Martín con 27%, Lambayeque 13, Piura 12%, Amazonas 10% y la Libertad con 7% de participación (MINAGRIDGESEP, 2018). El rendimiento promedio nacional es de 7, , mientras que Loreto (Yurimaguas) presenta una media de 2, , ocupando el puesto 13 a nivel nacional. Por lo que la producción en esta región está lejos de la media nacional y de la media de regiones como Arequipa (13, ), Ancash (11, ), Tumbes (8, ), y Lambayeque con (Contreras, 2016; MINAGRIDGESEP, 2018; Quevedo, Beltrán y Barragán, 2019). Además, la producción en estas zonas está basada en el manejo convencional del cultivo, con malas prácticas agrícolas como: el control de plagas con agroquímicos, control de malezas con herbicidas y uso intensivo de fertilizantes químicos.
La aplicación del manejo convencional se justifica por la baja eficiencia que tendría la aplicación de enmiendas orgánicas, que puede afectar la rentabilidad del cultivo (Alvarez, Daza y Mendoza, 2008), aspecto que ha contribuido en algunos casos a disminuir el rendimiento medio. El arroz (Oryza sativa L.) es un grano alimenticio esencial para aproximadamente la mitad de la población (Das y col., 2014; Çay, 2018; Lv y col., 2018), siendo un componente básico en la estabilidad política, económica, social y para nuestra supervivencia (Quevedo, Beltrán y Barragán, 2019) y con aportes importantes en la economía. En Perú tiene gran incidencia en la generación de empleo, debido a que el cultivo se realiza manualmente en más del 95% del área cultivada, el proceso requiere en promedio 130 , el cual generó en el año 2017 aproximadamente un total de 222 mil puestos de trabajo permanente (Sanjinez, 2019). Por tanto, la estabilidad económica y la seguridad alimentaria dependen en gran medida de la disponibilidad de este grano (Sanjinez, 2019; Effendi, Zuhry y Ariani, 2021).
En general, las prácticas agrícolas como el monocultivo, la mecanización y el uso de agroquímicos, generalmente conducen a cambios en la calidad del suelo, degradando su estructura y potencial productivo (Stehlíková y col., 2016; Florida y Núñez, 2020). El arroz bajo riego es un monocultivo con características especiales (Guzmán, 2006; Ruiz, Díaz y Polón, 2005; Vignola y col., 2018), y la mecanización y aplicación de fertilizantes y otras actividades en el desarrollo de este cultivo son causa fundamental de la degradación de propiedades físicas del suelo: destrucción de los macroporos, incremento de la densidad (Çay, 2018), compactación, erosión, mal drenaje, acumulación de P, K y otros en la capa superficial (Lv y col., 2015) que influyen de forma directa, obstaculizando el crecimiento de las raíces y el desarrollo morfofisiológico de las plantas (Castillo, 2000; Pérez, González y Castro, 2002; Ruiz, Díaz y Polón, 2005). También, el encharcamiento puede generar circulación de agua hacia abajo, lo que provoca la pérdida de partículas de arcilla y limo (Castillo, 2000; Alejandro, 2016) y acelera la degradación de las características químicas, reduciendo los niveles de MO, bases intercambiables y un proceso de acidificación causado por el fuerte lavado (Castillo, 2000; Navarro y col., 2001; Alejandro, 2016; Ruiz, Muñoz y Polón, 2016).
En este contexto, es necesario evaluar los efectos que genera el cultivo de arroz sobre la calidad del suelo. Por ello, el objetivo de esta investigaciónes evaluar el efecto del manejo convencional del arroz (Oryza sativa L.) bajo riego en los principales indicadores fisicoquímicos del suelo, en los fundos Mercedes y Pérez, en Yurimaguas, provincia Alto Amazonas-región Loreto, Perú.
2 Materiales y Métodos
2.1 Ubicación del área en estudio
La investigación se desarrolló en los fundos Mercedes y Pérez (Figura 1). Ambos fundos se encuentran en la jurisdicción del sector Suniplaya, en el distrito de Yurimaguas, ubicado en la parte sur de la provincia Alto Amazonas en la región Loreto.
2.2 Características bioclimáticas
De acuerdo con la clasificación de zonas de vida o formaciones vegetales del mundo de Holdridge (2000), el área pertenece a un bosque húmedo Tropical (bh-T); según Pulgar (2014) esta zona pertenecea la Ecorregión Omagua o selva baja. Tiene un clima ecuatorial, cálido y húmedo con abundantes lluvias, típicas de la llanura amazónica; la temperatura media es de 26;6°C; la humedad relativa mínima es de 74,5% y la máxima de 81,5%, con una precipitación media anual de 2098 mm al año (World Climate Data, 2020). Se encuentra sobre la orilla izquierda del rio Huallaga, a unos 100 km aguas arriba de la confluencia con el rio Marañón, pertenecientes ambos a la gran cuenca del río Amazonas (Paredes, 2013). El tipo de suelo corresponde a un Inceptisols, con un horizonte B poco desarrollado y sobre una terraza media inundable.
2.3 Arroz con manejo convencional
Las áreas con cultivos de arroz tuvieron un proceso secuencial de intervención que se subdivide en:
(a) Primera intervención del bosque Se realizó sobre áreas de bosque primario, con la ayuda de una tractor oruga que realizó el desmonte y limpieza de los tocones y árboles caídos en el área. También, en esta etapa con la misma maquinaria se realiza la nivelación del terreno, se construyen los bordes, los canales, accesos a las carreteras y los drenes; después de esta etapa el área queda lista para iniciar el proceso de preparación del suelo e instalación del cultivo de arroz.
(b) Preparación del suelo antes de la siembra En el régimen seco (junio - octubre) se realizó el rastreo con un tractor agrícola, implementado con rastra de discos, lo que permite la inversión de la capa arable del perfil del suelo y la incorporación de los residuos de la cosecha anterior. En el régimen lluvioso (entre noviembre a mayo) se realiza el fangueo directo con tractor agrícola implementado con el arado rotativo, previa inundación del terreno. Finalmente, se realiza la nivelación de las pozas con tractor agrícola implementado de lampón y se refina la nivelación con motocultores y el área quedó lista para la siembra del arroz.
(c) Instalación del cultivo Culminado el proceso de fangueo, en un espacio independiente y dentro del área preparada, se realiza el almacigo de arroz (variedad HP 102 FL- EL VALOR) para su posterior trasplante de plántulas al terreno definitivo. El procedimiento implicó remojar 80 kg de semilla por hectárea, la semilla es sembrada al voleo y se abona con urea en dosis de 8kg ; finalmente, cuando las plántulas del almacigo alcanzan 25 a 30 días y unos 20 cm de altura, se trasplantan en el terreno definitivo.
(d) Plan de manejo y fertilización del cultivo en diferentes etapas productivas Refiérase a la Tabla 1.
(e) Cosecha Esta etapa se realizó a los 135 días aproximadamente, desde el almacigo e instalación del cultivo y se utilizó maquina cosechadora equipada con orugas de jebe.
2.4 Bosque secundario
Las áreas con manejo convencional de arroz se compararon con bosque secundario (BS), bosque adyacente a estos cultivos que presentan una gran intervención de especies con valor comercial, cuya composición actual es a base de especies como: moena (Aniba amazónica Meiz), pashaco blanco (Macrolobium acaciaefolium Benth), oje (Ficus insípida Willd.), Capirona (Calycophyllum Spruceanum (Bent.) Hook), palo lápiz (Polyscias murrayi F. Muel), ana caspi (Apuleia proecox C. Martius), bellaco caspi (Himatanthus sucuuba Woods), tornillo (Cedrelinga cateniformis D. Ducke), Cashimbo (Cariniana periformis Miers), setico (Cecropia membranácea Trécul), topa (Ochroma pyramidale Cav. Ex. Lamb), yarina (Phytelephas macrocarpa Ruiz et Pav), el huasai (Euterpe oleracea Mart.) y otras especies de bajo valor comercial.
2.5 Muestreo y análisis físico químico del suelo
Sobre las áreas se desarrollan dos campañas por año. En ellas se realizó el muestreo antes de la segunda campaña del 2020 (agosto-diciembre), en parcelas de arroz con manejo convencional de un año (A1), cinco años (A5), nueve años (A9) y bosque secundario (BS) como referencia. En ellas se seleccionó una subárea de 2000 y se realizó el muestreo en 5 puntos al azar en cada subparcela, según la metodología de la Soil Taxonomy (2014), considerando estratos de 0,0 a 0,2 y 0,2 a 0,4 m de profundidad, evaluándose indicadores físicos (textura) y químicos: pH, materia OM, N, P, , , , , , capacidad de intercambio de cationes CIC, acidez cambiable AC y saturación de aluminio SAl), siguiendo los protocolos descritos por Bazán (2017).
2.6 Diseño experimental y análisis estadístico
Es una investigación no experimental comparativa (Hernández, Fernández y Baptista, 2014) ajustada estadísticamente al diseño completamente aleatorio (DCA) con cuatro tratamientos: bosque secundario (BS), Arroz con 1 año (A1), cinco años (A5) y nueve años de manejo (A9) y un tamaño de muestra n = 5 (40 muestras en total), en estratos de 0,0 a 0,2 m y 0,2 a 0,4 m. Cada unidad experimental estuvo conformada por una subárea de 1000 . Metodologías de estudios similares han sido aplicadas por Navarro, Florida y Navarro (2018) y Florida y Núñez (2020). Los datos fueron sometidos al análisis de varianza ANOVA y prueba HSD-Tukey con un nivel de significancia del 5% (p <0;05) para la comparación de medias y medir los efectos del manejo sobre indicadores fisicoquímicos del suelo en diferentes estratos, con el software libre IBM-SPSS 25.
3 Resultados y discusión
3.1 Indicadores físicos
El único indicador físico evaluado es la textura del suelo. La Tabla 2 muestra que los diferentes tratamientos evaluados presentan una clase textural arcillosa (con% de arcilla > 42%) en ambos estratos (0,0-0,2 y 0,2-0,4 m). Además, se observan cambios en el% de las fracciones arena y limo, que muestran variaciones con tendencia de disminución en A1, A5 y ligera recuperación en A9; por el contrario, la fracción arcilla se incrementa en A1 y tiende a disminuir en A5 y A9 en ambos estratos; esta fracción es la menos alterada. En general, se produjo inicialmente una reducción de la fracción arena, limo e incremento notable de arcilla y en el tiempo se observa un efecto contrario en ambos estratos.
Los resultados pueden explicarse considerando que el sistema de preparación del suelo tiene como objetivo mullir y desmenuzar el terreno previo a la siembra, para crear un lecho adecuado para el crecimiento y desarrollo de las plantas (Vignola y col., 2018); por ello, se levanta y revuelve la tierra desde una profundidad de 10 a 20 cm, fraccionando los agregados y afectando la relación suelo-agua (Pérez, González y Castro, 2002; Ruiz, Díaz y Polón, 2005). Además, el encharcamiento genera circulación de agua hacia abajo, lo que provoca la perdida de partículas finas, arcilla y limo (Castillo, 2000; Alejandro, 2016). Estas referencias explican la reducción de la fracción limo en A1 y arcilla en A9 en ambos estratos; sin embargo, no explican la reducción de arena e incremento de arcilla en A1 y la recuperación de la fracción arena y limo en A9; probablemente el acondicionamiento inicial de la parcela que incluye cortes y rellenos para aplanar el terreno sea el responsable de los cambios iniciales y recién en A5 y A9.
3.2 Indicadores químicos
La Tabla 3 muestra las medias de los indicadores de fertilidad; los niveles de pH en ambos estratos tienden a disminuir ligeramente en A1 y luego a incrementar en A5 y A9, este último presentando la media más alta. La media en MO y N en ambos estratos tiende a disminuir en A1, A5 y A9 presenta la media más baja; el P disminuye en A1 y luego tiende a estabilizarse y a mostrar tendencias de recuperación en A5 y A9, similar al BS; además, los niveles medios del estrato superficial son mayores. Contrariamente en el caso del , los niveles medios en A1, A5 y A9 son mayores al BS en ambos estratos y las medias más altas lo presenta el estrato de 0,4 m. En general, el pH, P y disminuyen en A1 y luego muestran tendencias de recuperación en A5 y A9, excepto MO y N que tienden a disminuir. Además, se encontraron diferencias significativas en el pH, MO, N y P, excepto en el , que no muestra diferencias entre los tratamientos y estratos evaluados.
El comportamiento de los resultados de la Tabla 3 puede explicarse considerando que la MO y N son indicadores fuertemente alterados por el manejo convencional (Çay, 2018), y ocurren como consecuencia de permanecer en condiciones de alto encharcamiento (Castillo, 2000; Navarro y col., 2001; Alejandro, 2016), elevado tránsito de maquinaria agrícola que compacta el suelo y altera la disponibilidad de oxígeno (Alejandro, 2016), y el uso excesivo de herbicidas para el control de malezas (Ramírez, Hoyos y Plaza, 2017). Por tanto, los valores de MO y N en A1, A5 y A9 no son ideales ya que Domínguez y col. (2020) considera normal para el desarrollo del cultivo valores superiores al 3% de MO. A pesar de que la preparación del suelo incluye la incorporación de los residuos de cosecha, esto no parece ayudar a incrementar los niveles de MO y N, tal como lo señala Guzmán (2006), Alvarez, Daza y Mendoza (2008) y Li y col. (2011) y Liqun y col. (2014); además, se registran niveles muy bajos en A9 en ambos estratos evaluados, lo que podría afectar los niveles de absorción de N, P y Mg, elementos relacionados con la producción de materia verde (Aguilar, 2010). Por lo tanto, es necesario determinar la tasa de aplicación de fertilizantes, para optimizar la eficiencia del uso de N y evitar efectos adversos (Zhang y col., 2009).
Respecto al pH, el uso intensivo de maquinaria y los altos volúmenes de agua causan fuerte lavado de las bases intercambiables y un acentuado proceso de acidificación (Ruiz, Muñoz y Polón, 2016); aunque es posible mejorar o corregir con aplicación de enmiendas calcáreas, en este caso la inundación favorece su rápida incorporación, elevando los niveles de pH (Morales, 2004). Sin embargo, los resultados no muestran este proceso de acidificación y según Sanjinez (2019) están muy cerca de los niveles óptimos para este cultivo (5,5 a 6,5 de pH). Respecto al , no se observa diferencias y tiende a incrementarse con el tiempo, esto puede explicarse considerando (Tabla 1) que se aplica 100 Kg de cloruro de potasio antes del trasplante, 100 kg mas a 51 días del trasplante y foliares a base de K, P, + y B a los 75 días, generándose una acumulación. Esto puede alterar la relación que mantiene este elemento con los cationes Ca, Mg y con los nutrientes N y P, e influenciar negativamente en la absorción de estos y limitar la producción (Aguilar, 2010; Das y col., 2014), ya que la cantidad aplicada a las áreas supera lo recomendado por Alejandro (2016), dosis entre 80 150 kg de , y por Paredes y Becerra (2015) quienes sugieren no usar más de 60 unidades de K+ antes del trasplante. Por lo tanto, es necesario considerar las curvas de absorción del cultivo para poder aportar los nutrientes necesarios en cada fase fenológica del cultivo (Tinoco y Acuña, 2009; Zhang y col., 2009). Si la tendencia del desequilibrio de K no se invierte, el potencial para mejorar la eficiencia del uso de fertilizantes N y P y el rendimiento de los cultivos será limitado.
La Tabla 4 muestra que las medias de los nivele de y en ambos estratos tienden a disminuir ligeramente en A1 y luego a incrementar en A5 y A9; por el contrario, los niveles de , AC y SAL se incrementan en A1 y luego disminuyen en A5 y A9. En general, todos los indicadores intercambiables presentan diferencias altamente significativas según el tratamiento y el estrato evaluado en comparación al suelo de bosque secundario.
El comportamiento de los indicadores intercambiables (Tabla 4), puede explicarse considerando que los suelos arroceros conducen al establecimiento de un horizonte iluvial compacto, poco permeable e enriquecido con hierro y manganeso y otro eluvial empobrecido, que se manifiesta por un lavado intenso de bases (Castillo, 2000; Navarro y col., 2001); además, los iones , y liberados después de la inundación pueden desplazar cantidades considerables de de los sitios de intercambio por el fuerte lavado (Bacha, 2002; Ruiz, Muñoz y Polón, 2016). Esto explica la reducción de y el incremento de , AC y SAl en A1; sin embargo, estas referencias no explican la recuperación de , y la reducción de , AC y SAl en A5 y A9; probablemente es por la incorporación de los residuos de cosecha y por el aporte de fertilizantes en algunos casos en exceso como el (Tabla 1), en el proceso de producción.
3.3 Comparaciones múltiples de los indicadores físicos
Todas las fracciones evaluadas en los diferentes tratamientos presentan diferencias significativas (Tabla 3) y las comparaciones múltiples HSD-Tukey (Tabla 5), muestra que la fracción arena en los tratamientos A1, A5 y A9 son diferentes al BS, excepto A9 a 40 cm de profundidad. En el caso de la fracción arcilla, A1 y A5 presentan diferencias con BS en ambos estratos y en la fracción limo A1 es diferente a BS en el estrato superficial, en el estrato de 40 cm tanto A1 como A5 son diferentes al BS.
Las comparaciones múltiples muestran diferencias entre tratamientos e indicadores físicos y químicos evaluados en ambos estratos. Este resultado demuestra que el tiempo de manejo en el cultivo, principalmente la mecanización y el riego, tiene efectos sobre las diferentes fracciones del suelo en ambos estratos, en comparación al bosque secundario usado como referencia, siendo la afectación en el siguiente orden: arena>arcilla>limo.
3.4 Comparaciones múltiples de los indicadores químicos
Los indicadores químicos evaluados en los diferentes tratamientos y estratos también presentan diferencias significativas (Tabla 4), excepto el K. Las comparaciones múltiples HSD-Tukey (Tabla 6), muestran que el pH en el tratamiento A1 a 0,2 m y A9 a 0,4 m, son diferentes al BS. La MO y el N en los tratamientos A1, A5 y A9 a 0,2 m; el P en los tratamientos A1 en estrato superficial y A5 a 0,4 m y el no presentan diferencias en comparación al bosque secundario BS.
La Tabla 7 muestra las comparaciones múltiples según la prueba HSD-Tukey, donde el en el tratamiento A5 a 0,2 y 0,4 m presenta diferencias respecto al tratamiento control (BS); también, el en A5 a 0,2 m y A5 y A9 a 0,4 m son diferentes a BS; en el caso del en A1 a 0,2 m y A1 y A5 a 0,4 m presenta diferencias respecto a BS y la CICe en A1 a 0,2 y 0,4 m son diferentes al BS. Esta prueba de comparación múltiple demuestra que más de un tratamiento presentó diferencias respecto al tratamiento control (BS) en los diferentes indicadores y estratos evaluados y se evidencian efectos negativos según los tratamientos en el siguiente orden: A1>A5>A9. En general, los indicadores químicos según los tratamientos son afectados severamente al inicio del manejo (A1) y en la mayoría de ellos se aprecia una recuperación con el tiempo, producto de la aplicación de ciertos criterios como la incorporación de residuos de la cosecha en cada periodo de preparación del suelo y la falta de precisión en el plan de manejo que hasta el momento (A9) parece un proceso de recuperación; sin embargo, se advierten efectos negativos con el tiempo, como se observa en la literatura (Castillo, 2000; Federación Nacional de Arroceros de Colombia, 2001; Navarro y col., 2001; Ruiz, Díaz y Polón, 2005; Alejandro, 2016; Ruiz, Muñoz y Polón, 2016; Vignola y col., 2018; Domínguez y col., 2020).
Finalmente, en base a los antecedentes del rendimiento de las áreas (Tabla 1) se tiene un rendimiento medio en las dos últimas campañas de A1 y 8, en A5 y A9, estos últimos superior a la media nacional de 7, (MINAGRI-DGESEP, 2018), a los 7, reportado por Gabriel (2014) combinando biol y de bocashi a los 6, obtenidos por Jara (2003) con la variedad Biflor en Tulumayo, Leoncio Prado y a los 5,5 y 5, , respectivamente obtenidos por Barahona y col. (2019) en un suelo Inceptisols en Coclé, Panamá. Sin embargo, son ligeramente menor a los 9, reportado por Quevedo, Beltrán y Barragán (2019) y a los 10, reportado por Contreras (2016), con la aplicación de fósforo y micronutrientes en Tinajones Jequetepeque. Estos rendimientos se explican primero por las condiciones bioclimáticas óptimasque presenta el lugar; según Sanjinez (2019) la temperatura óptima para germinar varía entre 10 y 35°C y para el crecimiento del tallo, hojas y raíces varía entre 7 y 23°C, y el área en estudio presenta una media de 26,6°C (World Climate Data, 2020); en segundo lugar, los rendimientos se deben al plan muy diciplinado de fertilizantes que se aplican (Tabla 1) y en tercer lugar a los restos de cosecha que se incorporan en cada ciclo de preparación del suelo.
4 Conclusiones
Se encontraron diferencias en las fracciones arena, limo y arcilla en los diferentes tratamientos evaluados (BS, A1, A5 y A9) y corresponden a una clase textural arcillosa. Se encontró inicialmente una reducción en los valores medios de la fracción arena, limo e incremento de arcilla y en el tiempo ligera recuperación de la fracción arena, limo y la fracción arcilla tiende a disminuir.
Los indicadores químicos determinan que son suelos de pH acido a ligeramente acido, con niveles de MO, N, P y Ca que varían de bajos a medios; el K, Mg y la CIC presentan niveles bajos y el Al presenta niveles altos, encontrándose diferencias significativas entre los tratamientos y estratos evaluados, excepto el K que no muestra diferencias.
El análisis de varianza y las comparaciones múltiples muestran diferencias entre tratamientos en los diferentes indicadores físicos-químicos evaluados en ambos estratos; el tiempo de manejo del arroz bajo riego tiene efectos en las diferentes fracciones del suelo y sobre los indicadores químicos en ambos estratos, afectando severamente el inicio del manejo (A1) y se aprecia una recuperación con el tiempo (A9), por la incorporación de residuos de cosecha y un plan estricto de fertilización que ha mantenido los rendimientos por encima de la media nacional; sin embargo, se advierten efectos negativos a largo plazo.
