Variabilidad espacial del pH y la profundidad radical efectiva en el lote de fruticultura

Nidia Castillo Álvarez

Andrés Felipe Barón Cáceres

Jhonny Ferley Carmona Tarazona

Juan Carlos Davila Doria

Asael Andrey Garzón Fierro

Estudiantes

Gustavo Castro García

Profesor Agricultura de precisión

Universidad de La Salle

Facultad de ciencias agropecuarias

Programa de ingeniería agronómica

El Yopal, Casanare

2015

Variabilidad espacial del pH y la profundidad radical efectiva en el lote de fruticultura

Jhonny Carmona, Andrés Barón, Andrey Garzón, Nidia Castillo y Juan Carlos Dávila

Objetivo general

Caracterizar la variabilidad espacial del pH en fruticultura con el fin de establecer nuevos

cultivos.

Objetivos específicos

Diseñar y ejecutar un plan de muestreo.

Procesar la información mediante herramientas de SIG.

Diseñar un plan estratégico para la distribución y rotación de los cultivos en la línea.

Justificación

Dentro de la principal limitante en la producción agrícola se encuentra un problema

inminente relacionado con la acidez del suelo (pH). Por ello, antes de tomar la decisión de

implementar un cultivo, es necesario conocer esta variable del suelo.

Por otro lado, el pH está relacionado con la fertilidad del suelo (Rodenburg et al, 2002) y

es importante determinarlo para la realización de planes de mejoramiento. Además, el

conocimiento del pH es necesario para entender los procesos químicos, la génesis del suelo, la

fertilidad y la disponibilidad de nutrientes para la planta (Zapata, 2002).

Partiendo de los argumentos mencionados anteriormente y teniendo en cuenta que se

realizará cambios sustanciales en la distribución de cultivos en La Universidad de La Salle –

sede Utopía, se hace necesaria la determinación de estas variables para acertar en una excelente

distribución de cultivos frutales que permitan su óptimo desarrollo.

Introducción

Ya hemos mencionado la importancia de la determinación de este tipo de variables en

suelos en los que se pretende establecer cultivos. Ahora bien, para iniciar con algunos conceptos,

encontramos que (MARP, 2015) menciona que “El suelo se define como el material mineral y

orgánico, no consolidado, de la capa superior de la tierra, el cual sirve como medio natural

para el crecimiento de plantas terrestres. Este material ha sido expuesto a factores ambientales

como el clima, los macro y micro organismos, que han actuado sobre la roca madre por cierto

periodo de tiempo, para producir un suelo con características propias en su composición física,

química, biológica y morfológica”. Partiendo de este punto y conociendo la importancia que

tiene el suelo en la producción agrícola, se hace necesario conocer la dinámica de los elementos

que la componen.

Siguiendo este orden de ideas, en el departamento del Casanare, Colombia; la

información existente sobre propiedades físicas y químicas del suelo son escasas o nulas, debido

a falta de conocimiento y equipos y técnicas de medición.

Ahora, surgen interrogantes en torno a estas situaciones, como por ejemplo, ¿cuáles son

las consecuencias del establecimiento de cultivos sin previos conocimientos de las propiedades

del suelo?, ¿Qué decisiones tomar cuando cuente con información de este tipo? Por tanto,

durante el desarrollo de este trabajo se pretende contribuir en la respuesta a preguntas de este

tipo, que sirvan como puntos de partida en la toma de decisiones.

Por otra parte, en la agricultura moderna se introduce un nuevo concepto que pretende

optimizar el uso de los recursos que se emplean en la agricultura, conocido como agricultura de

precisión, (Vida rural, 1997). Con esta nueva tendencia mundial podemos poner como ejemplo

que: cuando los productores conocen la dinámica de la variabilidad del pH del suelo y cómo esto

influye en la producción, entonces entenderá la importancia de generar soluciones particulares

para cada caso.

Precisamente, con el desarrollo de trabajos como este se pretende mostrar el

comportamiento de variables como el pH del suelo, pero referenciadas geográficamente, siendo

estas, analizadas e interpretadas en programas de Sistemas de Información Geográfica (SIG).

Marco teórico

Definición de pH

El pH indica el grado de acidez o basicidad de una solución, éste se mide por la

concentración del ión hidrógeno; los valores de pH están comprendidos en una escala de 0 a 14,

el valor medio es 7; el cual corresponde a solución neutra por ejemplo agua, los valores que se

encuentran por debajo de 7 indican soluciones ácidas y valores por encima de 7 corresponde a

soluciones básicas o alcalinas.

Debido a que el pH indica la medida de la concentración del ión hidronio en una

solución, se puede afirmar entonces, que a mayor valor del pH, menor concentración de

hidrógeno y menor acidez de la solución.

Fundamento del pH.

Como la escala de pH es logarítmica, la variación de pH en una unidad (en un sentido o

en otro) es igual a una variación de la [H+] 10 veces mayor. En otras palabras, mientras el pH

varía en progresión aritmética, la [H+] lo hace en progresión geométrica. Se distinguen tres tipos

de disoluciones en función del pH.

Disoluciones ácidas:

Tienen una [H+] mayor que la del agua pura (10-7 M) con lo que su pH < 7 (pOH > 7).

Disoluciones básicas:

Tienen una [H+] menor que la del agua pura (10-7 M) con lo que su pH > 7 (pOH < 7)

Disoluciones neutras:

pH = pOH = 7 (agua pura).

Relación del pH con los nutrientes y el aluminio en el suelo

El pH es importante porque influye en varios factores del suelo que afectan el

crecimiento de la planta, tales como las bacterias del suelo, la lixiviación de nutrientes, la

disponibilidad de nutrientes, los elementos tóxicos, y la estructura del suelo. La actividad

bacteriana que libera el nitrógeno de la materia orgánica y ciertos fertilizantes es particularmente

afectada por el pH del suelo, porque las bacterias funcionan mejor en el rango de pH de 5.5 a 7.0.

Los nutrientes de la planta se pierden por lixiviación en suelos con un pH por debajo de 5,0

mucho más rápidamente que la de los suelos con valores entre 5,0 y 7,5. Los nutrientes de las

plantas son más disponibles para las plantas en el rango de pH 5.5 a 6.5. El aluminio puede

llegar a ser tóxicos para el crecimiento vegetal en ciertos suelos con un pH inferior a 5,0. La

estructura del suelo especialmente de arcilla, se ve afectada por el pH en el rango óptimo de (5,5

a 7,0); los suelos arcillosos son granulares y son fáciles de trabajar, mientras que si el pH del

suelo es extremadamente ácido o extremadamente alcalino, las arcillas tienden a ser pegajosos y

difíciles de cultivar. Finalmente el pH no es una indicación de la fertilidad, pero sí afecta la

disponibilidad de nutrientes, ya que un suelo puede contener los nutrientes adecuados y aún el

crecimiento puede ser limitado por un pH muy desfavorable para el crecimiento vegetal.

Según Peña, 2013, las plantas que crecen en suelos ácidos pueden experimentar una

variedad de síntomas que incluyen la toxicidad por el aluminio (Al), hidrógeno (H), y/o

manganeso (Mn), así como las deficiencias de nutrientes potenciales de calcio (Ca) y magnesio

(Mg). La toxicidad por aluminio es el problema más común en los suelos ácidos. El aluminio

está presente en todos los suelos, pero si se disuelve el Al3+ es tóxico para las plantas; Al3+ que

es más soluble a pH bajo, por encima de pH 5,2 poco aluminio está en forma soluble en la

mayoría de los suelos. El aluminio no es un nutriente de las plantas, y como tal, no se toma

activamente por las plantas, sino que entra por las raíces de las plantas pasivamente a través de la

ósmosis. El aluminio produce daños en las raíces de varias maneras: En las puntas de las raíces el

aluminio interfiere con la absorción de calcio, un nutriente esencial, así como se unen con fosfato

e interfieren con la producción de ATP y del ADN, puesto que estos contienen fosfato. El

aluminio también puede restringir la expansión de la pared celular de las raíces causando un

retraso en el crecimiento.

Como medir el pH

El pH-metro realiza la medida del pH por un método potenciométrico, este método se

basa en el hecho de que entre dos disoluciones con distinta [H+], en la práctica, la medida del pH

es relativa, ya que no se determina directamente la concentración de H+, sino que se compara el

pH de una muestra con el de una disolución patrón de pH conocido.

Emedido=E referencia+(2,3RTNF ) pH Ecuación de Nernst

En donde

Emedido=¿ Es el potencial (en voltios) detectado a través de la membrana de vidrio

Ereferencia=¿ Es el potencial del electrodo de referencia

R= Constante de los gases

T= Temperatura en grados Kelvin

N= La carga de ion

F= Constante de Faraday

El comportamiento del electrodo depende de la temperatura. Por eso es importante que a

la hora de calibrar el pH-metro siempre esperemos a que las disoluciones patrón sacadas de la

nevera se pongan a temperatura ambiente.

Como a 25ºC el factor de Nernst vale aproximadamente 0,06 y el potencial de referencia

se considera igual a cero, la ecuación de Nernst queda reducida a: -0,06 PCC. (Punto de carga

cero).

Relación del pH con los cultivos

A nivel biológico, las especies vegetales de los cultivos son fisiológica y genotípicamente

diferente. Por lo que es común o frecuente encontrar variabilidad en el comportamiento

adaptativo de cada cultivo, es decir, que el mayor grado de desarrollo de una planta se alcanza

cuando las condiciones externas e internas del medio donde crezca sean las idóneas para que tal

plantación prospere. En este aspecto, la variabilidad espacial del pH del suelo y su relación

directa con la disponibilidad de nutriente (CICE) y la nutrición de las plantas, va a influir sobre

el tipo y las características del cultivo que allí se pueda desarrollar. Este comportamiento

obedece a que las plantas han desarrollado o adquirido en su evolución mecanismos que les

permite absorber de forma eficiente los nutrientes del suelo en unos rangos permisibles de pH,

donde dicha eficiencia de absorción y translocación puede reducirse drásticamente cuando se

superan dichos rangos. De este modo, y dado a la gran variabilidad del pH en los suelos (ácidos,

alcalinos) la evolución y adaptación de las plantas ha sido diferente, y la determinación del

cultivo de mayor potencial para un lote determinado va a estar directamente relacionado con el

pH y el grado de tolerancia del cultivo a dicho parámetro. (Vernier y Alfaro 2006).

Metodología

El ensayo se realizó en la Universidad de La Salle, sede Utopía, en El Yopal – Casanare.

Para la toma de muestras de suelo, ejecutada en una pradera vecina a la línea productiva de

fruticultura dedicada al pastoreo de ganado bovino, se realizó una grilla en el lote con distancias

de 20 m por 9 m cubriendo un área de 5580 m2 aproximadamente, tomándose así, 31 muestras

que fueron referenciadas geográficamente con GPS etrex 30 (Garmin 2011).

Las lecturas de pH fueron realizadas en el laboratorio de la Universidad mediante el

método potenciométrico siguiendo el procedimiento descrito por Soil Survey Laboratory (SSL,

1996), el cual consistió en calibrar, en primera instancia, el potenciómetro con las soluciones

buffer que se tienen para este efecto, a pH de 4 y de 7. Previo a este paso, se tenían listas las

muestras en una solución acuosa en proporción 1:1 (g de suelo/g de agua) en peso, que para este

caso se tomó una muestra de 20 g de suelo seco al aire y se dispuso en un beaker de volumen

adecuado al tamaño de ella y se le adicionan 20 g de agua destilada. Esta solución se dejó en

reposo durante 1 hora agitándola ocasionalmente. Posteriormente introdujo el electrodo del

potenciómetro en la suspensión, teniendo la precaución de que quede en contacto con el suelo y

se hizo la lectura correspondiente. Se Chequeó la calibración del potenciómetro cada 12

muestras.

Finalmente los datos de pH y la referenciación geográfica de los puntos, fueron

analizados en el software de ArcGIS versión 10.1 (esri 2014) en el que se realizó una capa

mostrando la variabilidad espacial del pH.

Resultados

Como resultados se presenta el esquema de la variabilidad del pH en lote, agrupados en 4 grupos en donde el pH presenta un valor similar,

Con la aplicación de agricultura de

precisión se a hecho un ahorro de una suma

considerable de 3 bultos de cal dolomita,

además de hacer una mejor distribución de

la cal dentro del lote por ende este tendrá

un mejor comportamiento de

adaptabilidad.

Con Ap Sin Ap0

200

400

600

800

1000

1200 Cal Dolomita

Cal Dolomita

Kg

pH Área m2

4,1- 4,33 19804,33-4,46 30604,46-4,58 27054,58-4,8 502

Área % Área Kg Costos1980 24, 1 % 77,22 15 400 $3060 37,1 % 378,75 75 600 $2705 32,7 % 221,1 44 200 $502 6,1 % 92,66 18 400 $

Para los cálculos de las cales se emplearon las formulas propuestas por, (Garavito, 1979;

Kamprath, 1967; McLean, 1965; Pratt y Baird, 1962; Rodriguez, 1968), citados por Cadavid

2011.

Discusión

La agricultura sostenible está encaminada a la satisfacer las necesidades de las generaciones

presentes sin comprometer la seguridad alimentaria de las futuras, la aplicación de agricultura de

precisión permite hacer un uso más eficiente de los recursos, para ellos se debe conocer de la

dinámica de los factores que intervienen en la producción, tal es la conocida como la propiedad

madre entre las propiedad químicas del suelo, como se ha mencionado anteriormente de esta

depende las disponibilidad de gran parte de los nutrientes, y por ende el desarrollo óptimo del

cultivo, por ellos se quiere hacer un correcto balance del pH, si incurrir en costos descomunales.

Conclusión

La relación proporcional inversa entre el pH y el Al podría usarse para determinar las

necesidades de encalamiento a partir del pH. Las plantas que crecen en suelos ácidos pueden

experimentar una variedad de síntomas que incluyen la toxicidad por el aluminio (Al), hidrógeno

(H), y/o manganeso (Mn), así como las deficiencias de nutrientes potenciales de calcio (Ca) y

magnesio (Mg), En las puntas de las raíces el aluminio interfiere con la absorción de calcio, un

nutriente esencial, así como se unen con fosfato e interfieren con la producción de ATP y del

ADN, puesto que estos contienen fosfato. El aluminio también puede restringir la expansión de

la pared celular de las raíces causando un retraso en el crecimiento, por ello es importante hacer

regulación de la relaciones de Ca/Mg y RAS. La toxicidad por aluminio es el problema más

común en los suelos ácidos. El aluminio está presente en todos los suelos, pero si se disuelve el

Al3+ es tóxico para las plantas.

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