Compactación del suelo en la producción agrícola
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Crop Insights escrito por Mark Jeschke, Doctor1 y Nanticha Lutt2
Resumen
· La compactación del suelo es el aumento de la densidad aparente y la correspondiente disminución de la porosidad del suelo provocada por las cargas aplicadas a él.
· La compactación del suelo que afecta negativamente al crecimiento del cultivo se puede producir de varias formas y a diferentes profundidades del perfil del suelo.
· El efecto negativo principal de la compactación del suelo en la producción de cultivos es una reducción en la capacidad del suelo para suministrar agua y nutrientes al cultivo.
· La compactación cerca de la superficie del suelo puede reducir significativamente el rendimiento según determinadas condiciones, pero, en general, es más manejable y no persiste en el suelo durante mucho tiempo.
· La compactación profunda es más difícil de eliminar y puede afectar negativamente al crecimiento y rendimiento de los cultivos durante años después de que se haya producido la compactación.
· Un crecimiento limitado de las raíces, deficiencias de nutrientes y una infiltración insuficiente de agua puede ser signos de compactación del subsuelo.
Compactación del suelo en la producción de cultivos
La compactación del suelo es una de las formas más graves de degradación del suelo provocadas por la producción agrícola. Sin embargo, a diferencia de otras formas de degradación del suelo, como la erosión o salinización, a menudo, la compactación es difícil de detectar y medir y puede limitar el crecimiento y rendimiento de los cultivos sin presentar síntomas evidentes. Cuando se presentan síntomas, como un crecimiento tardío de los cultivos, una deficiencia de nutrientes o una infiltración insuficiente de agua, pueden atribuirse a otras causas.
En general, los problemas de compactación en la producción de cultivos son cada vez más predominantes. El tamaño y peso de la maquinaria agrícola ha incrementado drásticamente en las últimas décadas, ya que las operaciones agrícolas son más extensas y se necesitan máquinas para cubrir más hectáreas. La siembra temprana de maíz para maximizar el rendimiento puede aumentar las posibilidades de campos de trabajo en el que haya partes de campo demasiado húmedas. Además, las operaciones agrícolas que cubren superficies más grandes y se extienden por áreas más grandes pueden estar sometidas a mayor presión para operar en condiciones de demasiada humedad, potenciando el problema de la compactación.
Un determinado grado de compactación del suelo es la consecuencia inevitable de la producción moderna de cultivos debido a la necesidad de mover la maquinaria por el campo para sembrar, tratar y cosechar un cultivo. Es probable que la compactación del suelo no se pueda eliminar por completo de los sistemas agrícolas modernos, por lo que deberá gestionarse y minimizarse en la medida de lo posible.
Figura 1. Plántulas de maíz que no emergieron debido al estrés por frío prolongado y a condiciones de suelo compactado. El coleóptilo no pudo crecer y salir de la superficie del suelo y, en consecuencia, está enroscado y mal formado.
Efectos de la compactación en suelos y cultivos
La compactación del suelo se define como el aumento de la densidad aparente y la correspondiente disminución de la porosidad del suelo provocada por las cargas aplicadas a él. La compactación del suelo puede tener varios efectos negativos en la producción de cultivos, incluida la restricción del crecimiento de las raíces y una capacidad reducida de retención del agua. Los suelos agrícolas altamente productivos y bien agregados tienden a estar formados de, aproximadamente, el 50 % de sólidos y, aproximadamente, el 50 % de espacio poroso con una distribución equitativa de macroporos y microporos en el espacio poroso (Brady, 1990). Esta tasa de macroporos a microporos permite que el suelo almacene gran cantidad de agua para el crecimiento de la planta, a la vez que permite el intercambio gaseoso en el perfil del suelo para aportar oxígeno a las raíces de la planta. Los minerales del suelo tienen una densidad de las partículas de, aproximadamente, 2,65 g/cm3, por lo que un suelo de textura media formado en un 50 % por volumen poroso tendrá una densidad aparente de, aproximadamente, 1,33 g/cm3 (USDA-NRCS 2008).
Figura 2. Características de suelos normales y compactados. (Adaptación de Wolkowski, 2010)
Los suelos de textura fina y suelos con alto contenido en materia orgánica tienen una densidad aparente más baja, mientras que los suelos arenosos tienen menos espacio poroso y, por tanto, una mayor densidad aparente. El rango de densidad aparente favorable para el crecimiento de la planta difiere en función de la textura del suelo, al igual que la densidad aparente que restringe el crecimiento del suelo (Tabla 1).
Tabla 1. La relación general de la densidad aparente del suelo con el crecimiento de las raíces se basa en la textura del suelo (USDA-NRCS, 2008).
La compactación del suelo que afecta negativamente al crecimiento del cultivo se puede producir de varias formas y a diferentes profundidades del perfil del suelo. La compactación del suelo por lluvias fuertes, la compactación de las paredes laterales por condiciones húmedas en la siembra y la suela de labor en la parte inferior de la capa de arado pueden limitar el crecimiento de las raíces y reducir el rendimiento del cultivo. Sin embargo, desde el punto de vista del tratamiento, la forma más grave de compactación es la causada por las cargas de las ruedas de la maquinaria que opera en el campo. La compactación causada por cargas pesadas de los ejes puede extenderse de la superficie del suelo hasta el subsuelo, donde puede persistir durante años y es difícil o imposible solucionarlo.
El efecto negativo principal de la compactación del suelo en la producción de cultivos es una reducción en la capacidad del suelo para suministrar agua y nutrientes al cultivo. Existen varios aspectos de la compactación que influyen en este resultado. Los suelos compactados limitan la capacidad de las raíces de las plantas para crecer en suelos nuevos y extraer agua y nutrientes, reduciendo, efectivamente, la cantidad de perfil del suelo disponible para contribuir al suministro de agua y nutrientes para el crecimiento del cultivo (Figura 3). La reducción del espacio poroso en el suelo también reduce la capacidad general del suelo para retener el agua, lo que significa menos agua disponible para que la planta la absorba.
Figura 3. Crecimiento de las raíces de las plantas de maíz (estadio de crecimiento V5) que crecen en suelos compactados con diferentes densidades aparentes antes de que se sembraran las semillas de maíz (Strachan and Jeschke 2017).
La compactación reduce la tasa a la que el agua se filtra hacia abajo a través del perfil del suelo (Figura 4). Esta tasa baja de infiltración puede reducir la proporción de agua procedente de las precipitaciones que penetra en el suelo y está disponible para que el cultivo la absorba y puede aumentar la proporción perdida por la escorrentía. Una mayor escorrentía puede tener el efecto negativo adicional de un mayor riesgo de erosión del suelo.
Una tasa de infiltración reducida también significa que, una vez saturados, los suelos compactados drenan más lentamente. Esto puede afectar negativamente al crecimiento del cultivo, reduciendo la disponibilidad de oxígeno en las raíces de las plantas necesario para un crecimiento adecuado. Un drenaje más lento también puede reducir la tasa a la que los suelos se calientan en primavera y aumentar el tiempo necesario después de una precipitación para que el suelo se seque y sea apto para trabajar el campo.
Figura 4. El agua, como se drena por el perfil del suelo, está limitada por una zona de suelo altamente compactado (marcado con el recuadro rojo). El agua se drena más rápidamente en suelos menos compactados y, con el tiempo, comienza a moverse más allá de la zona de alta compactación (Strachan and Jeschke 2017).
Factores del suelo que influyen en la compactación
Humedad del suelo
La humedad del suelo es el factor más importante que influye en el riesgo de compactación del suelo (Soane and Van Ouwerkerk, 1994). Los suelos más secos pueden soportar cargas más pesadas sin compactarse. Los suelos con niveles de humedad a la capacidad del campo o por encima tienen el mayor potencial de compactación. El agua actúa como un lubricante entre las partículas del suelo que permiten que el suelo se empuje. Cuanto más espacio de aire es sustituido por agua, mayor es el potencial de compactación, hasta un punto máximo llamado «límite plástico». A niveles de saturación del suelo superiores a este punto, el potencial de compactación de la capa superior del suelo se reduce, ya que el agua no se puede comprimir. Sin embargo, esto resulta en que la fuerza de compactación se transfiere directamente al subsuelo, aumentando el riesgo de compactación del subsuelo (Duiker, 2004). Además, tratar suelos demasiado húmedos resulta en una mancha extendida de la capa superior del suelo, que reduce la conductividad hidráulica y puede ser incluso más perjudicial para el crecimiento de las raíces de los cultivos que la compactación (Raper and Kirby, 2006).
Existen algunas pruebas en el campo simples que se pueden utilizar para realizar una determinación firme de si el suelo está demasiado húmedo para trabajar sin riesgo de compactación. Una de estas pruebas es la «prueba de la cinta», que supone cavar 10,16 centímetros en el suelo, coger un puñado y estrujarlo en la mano. Si el suelo forma una «cinta» al estrujarlo entre el dedo pulgar y el dedo índice, está en condiciones para que se produzca la compactación (Figura 5).
Figura 5. La «prueba de la cinta» se puede utilizar para evaluar la humedad del suelo y determinar si el suelo presente un riesgo elevado de compactación.
Textura y estructura del suelo
La textura del suelo (porcentaje de arena, limo y arcilla en un suelo) tiene algunos efectos en la compactación potencial. Los suelos formados por partículas de igual tamaño tienen menos potencial de compactación que los suelos que tienen partículas con diferentes tamaños. Las partículas más pequeñas pueden rellenar espacios entre partículas más amplias, incrementando, por tanto, la densidad del suelo. El suelo franco arenoso es el más susceptible a la compactación, mientras que los suelos puros de arena, arcilla y limo lo son menos. La textura del suelo también puede influir en el patrón de compactación del suelo. La compactación en suelos más ásperos tiende a penetrar verticalmente hacia abajo en el perfil del suelo, mientras que en los suelos más finos, la compactación tiende a penetrar hacia abajo y hacia afuera de forma lateral en el perfil del suelo (Ellies Sch et al., 2000).
La estructura del suelo también influye en el potencial de compactación. Los procesos naturales del suelo, incluido el mojado y el secado, congelado y descongelado y el crecimiento de bacterias, hongos y raíces resultan en la formación de agregados. Los agregados son grupos de partículas del suelo que se unen más fuertemente las unas a las otras que las partículas adyacentes. En conjunto, la estabilidad de estos agregados se denomina estructura del suelo. La estructura del suelo aporta una importante defensa contra la compactación del suelo. Sin una buena estructura, las partículas individuales del suelo son más susceptibles a la compactación por la presión externa. Los suelos con mayor contenido en materia orgánica tienen una mejor estructura del suelo y resisten mejor a la compactación que los suelos con bajo contenido en materia orgánica.
La labranza, las lluvias y la compactación son los principales mecanismos para destruir los agregados del suelo. Las operaciones de labranza que combinan la acción de cizallamiento con una presión sustancial hacia abajo provocan el mayor daño a la estructura del suelo debido a la destrucción de los agregados del suelo y la tendencia a formar una suela de labor en la parte inferior de la capa de arado. La compactación por cargas pesadas aplicada al suelo puede ser tanto una causa como una consecuencia de una estructura del suelo inadecuada. La compactación puede provocar que la estructura granular en la capa superior del suelo se rompa y se vuelva a formar como una estructura laminada o en forma de bloque.
Tipos de compactación del suelo
Existen varias formas de compactación del suelo que pueden producirse en la producción de cultivos y pueden afectar negativamente al crecimiento y rendimiento de los cultivos. Algunas formas de compactación, como la formación de costras en la superficie o la compactación de las paredes laterales, puede reducir significativamente el rendimiento en determinadas condiciones, pero, en general, son un problema de tratamiento menor debido al hecho de que, normalmente, la compactación no persiste en el suelo durante mucho tiempo y existen varias opciones de tratamiento para prevenir o reducir sus efectos. Otras formas de compactación, como las bandejas de labranza y la compactación del subsuelo, pueden persistir durante años y son mucho más difíciles de tratar.
Formación de costra superficial
La formación de una costra superficial es una forma de compactación del suelo que reduce la emergencia de las semillas y las tasas de infiltración del agua. Está provocada por el impacto de las gotas de la lluvia en las partículas de la superficie del suelo. Los impactos fuertes provocan que las partículas del suelo se tamicen juntas. Un secado rápido del suelo aumenta el potencial de formación de costra superficial. Los suelos con un alto contenido en materia orgánica o arena tienen un potencial menor de formación de costra. Los sistemas de labranza cero o labranza mínima normalmente presentan un riesgo menor de formación de costra superficial debido a una mejor estructura del suelo y mayores cantidades de residuos del cultivo en la superficie del suelo. Se pueden utilizar azadas giratorias para romper las costras y favorecer la emergencia y el establecimiento del rodal.
Compactación de las paredes laterales
En general, la compactación de las paredes laterales se deriva de sembrar en suelos que están demasiado húmedos y/o de aplicar demasiada presión en las unidades de la hilera. La acción de los abresurcos de disco de siembra que cortan en suelos húmedos puede provocar que las paredes laterales del surco de semillas se endurezcan tras la siembra (Figura 6). El resultado puede ser una emergencia incorrecta del cultivo y un desarrollo inadecuada de las raíces fuera del surco de siembra. Las consecuencias de un desarrollo de las raíces limitado pueden incrementarse si las condiciones son más secas y el cultivo sufre estrés por sequía a finales de la temporada. Una compactación aguda de las paredes laterales redujo el rendimiento en un 50 % en una demostración extensiva realizada por la Universidad de Kentucky (Lee, 2011). El uso de ruedas de cierre con púas puede ayudar a reducir la compactación de las paredes laterales, labrando el suelo alrededor de la semilla y rompiendo la cara lateral cortada, pero es poco probable que se eliminen sus efectos por completo.
Figura 6. Izquierda: Compactación de la pared lateral del surco de semillas debido a abresurcos de doble disco que cortan por el suelo en condiciones de semillero húmedo. Derecha: Raíces del maíz que presentan los efectos de la compactación de las paredes laterales debido a condiciones del campo húmedas en la siembra.
Compactación de la capa superior del suelo
La compactación de la capa superior del suelo se produce desde la superficie del suelo hacia la zona de labranza normal. Este tipo de compactación normalmente está provocado por el paso de ruedas o animales. Los efectos de la compactación del suelo en los cultivos pueden variar en función de las condiciones climáticas y, en general, son peores en temporadas húmedas de crecimiento. La compactación del suelo normalmente es temporal y puede solucionarse parcialmente mediante la labranza normal. Los procesos naturales como los ciclos de heladas-congelación, ciclos de mojado-secado, la actividad microbiana y el crecimiento de las raíces de las plantas también pueden reducir la compactación de la capa superior del suelo a lo largo del tiempo y restablecer la estructura del suelo.
Suela de labor
La suela de labor es una capa de compactación del subsuelo de pocos centímetros de grosor por debajo de la zona normal de labranza. Este tipo de compactación está provocada por la labranza repetida a la misma profundidad, en especial, con accesorios de labranza que cortan y comprimen el suelo en la parte superior de la capa de arado, como discos, arados de vertedera o accesorios de barrido. Una labranza profunda puede ayudar a romper las suela de labor en determinadas condiciones, pero también pueden empeorar el problema si el suelo está demasiado húmedo o inmediatamente recompactado.
Compactación profunda
La compactación profunda se produce por debajo de la zona de labranza y está provocada por cargas elevadas de los ejes de las ruedas aplicadas al suelo. Los equipos de cosecha, como carros de grano y cosechadoras, tienen cargas elevadas de los ejes y, la mayoría de las veces, son el principal causante de la compactación profunda. Las cargas pesadas puede compactar el suelo más de 60 centímetros hacia abajo en el perfil del suelo. La compactación profunda es más difícil de eliminar y puede afectar negativamente al crecimiento y rendimiento de los cultivos durante años después de que se haya producido la compactación, por lo que la prevención es muy importante.
Detección y medición de la compactación
Síntomas del cultivo
La compactación del suelo puede resultar en un crecimiento de raíces mal formadas, incluidas raíces redondeadas, planas, finas o retorcidas. Las raíces que crecen en una suela de labor pueden crecer en horizontal en lugar de en vertical y tendrán sistemas de raíces planas y poco profundas. El crecimiento por encima de la tierra está directamente relacionado con el crecimiento de las raíces por debajo de la tierra. Si se daña el crecimiento de las raíces, es probable que se retrase el crecimiento vegetativo por encima de la tierra.
Observe los patrones o áreas específicos en el campo como los patrones de huellas de ruedas, en particular, huellas de ruedas asociados a cargas muy pesadas como cosechadoras, carros de grano o distribuidores de abono líquido (Figura 7). En algunos casos, no se puede ver un patrón específico. Estas áreas pueden resultar de la superposición repetida de las mismas áreas con diferentes pasadas de labranza que, con el tiempo, tienen un efecto adicional en las áreas del campo.
El estrés por nutrientes de los cultivos puede ser otro signo de compactación. Dado que las raíces son las carreteras de los nutrientes del suelo para el cultivo, las restricciones de las raíces pueden disminuir la interceptación de nutrientes en el suelo. Las deficiencias de fósforo, potasio y nitrógeno pueden ser síntomas secundarios de la compactación del suelo.
Figura 7. Campo de maíz con emergencia uniforme debido a la compactación con huellas de rueda. Fotografía: Jim Boersma.
Falta de infiltración de agua
La compactación del suelo puede provocar la erosión por agua remanente o excesiva. La compactación reduce el espacio poroso en el suelo, por lo que el agua no es absorbida en el suelo tan rápidamente. Mayores requisitos de energía para las operaciones agrícolas también pueden ser un signo de compactación. Si las operaciones de labrado del campo cubren determinadas áreas en un campo donde el tractor «tira hacia abajo», esto puede ser una señal de área compactada.
Medición de la compactación del suelo
La compactación de las paredes laterales, la formación de costra superficial y la suela de labor son las formas más fáciles de detectar con una pala u otro tipo de dispositivo de cavado. La compactación profunda del suelo es más difícil de detectar, ya que se produce más profundamente en el suelo.
Se pueden utilizar penetrómetros con punta cónica para localizar la compactación (Figura 8). Sin embargo, presentan limitaciones. La resistencia a la penetración es una función de la densidad del suelo y del contenido en humedad. Es necesario comparar los suelos compactados y no compactados de igual humedad y textura. Por tanto, no existe un valor numérico de la resistencia (psi) que identifique la compactación. Es necesario valorar los valores comparativos (Duiker, 2002). También deberán mantenerse tasas de empuje constantes para obtener resultados precisos. Los penetrómetros accionados por motor, que penetran en el suelo a una tasa fija, ofrecen los resultados más precisos.
Figura 8. Medición de la compactación del suelo con un penetrómetro de suelo.
Otra herramienta útil son las sondas de suelo Estas también están sujetas al contenido en humedad y a la densidad del suelo. Un suelo más seco dará resultados de la sonda más duros que un suelo húmedo; las arcillas darán un resultado de la sonda más duro que los suelos francos. Las sondas de los suelos se pueden utilizar de manera efectiva para supervisar las diferencias en el perfil de humedad del suelo. Si la capa superior del suelo es extremadamente seca, pero la segunda capa está más húmeda, quiere decir que las raíces del cultivo no están penetrando en la segunda capa debido, probablemente, a la compactación.
El mejor indicador de compactación es controlar el crecimiento de los patrones de las raíces en el perfil del suelo. Esto es posible con una pala o pala para cavar hoyos o zanjas a lo largo del cultivo existente. Los hoyos deberán cavarse a lo largo del cultivo existente en las áreas sospechosas de compactación.
Referencias
· Brady, N. C. 1990. The nature and properties of soils, 10th ed. pp. 91-152. MacMillan Publishing Co., New York.
· Duiker, S. 2002. Diagnosing Soil Compaction Using a Penetrometer (soil compaction tester). Penn State Univ. Ext.
· Duiker, S. 2004. Avoiding Soil Compaction. Penn State University Extension.
· Ellies Sch, A., R.R. Smith, F.J. Jose Dorner, and T.A. Proschle. 2000. Effect of moisture and transit frequency on stress distribution on different soils. Agro Sur. 28:60-68.
· Lee, C. 2011. Sidewall Compaction Early Hurts Yields Late. University of Kentucky Extension. Grain Crops Update August 16, 2011.
· Raper, R.L., and J.M. Kirby. 2006. Soil Compaction: How to Do It, Undo It, or Avoid Doing It. ASAE Distinguished Lecture #30, pp. 1-14. Agricultural Equipment Technology Conference. ASABE Publication Number 913C0106.
· Soane, B.D., and Van Ouwerkerk, C. (Eds.), 1994. Soil Compaction in Crop Production, Developments in Agricultural Engineering Series, vol. 11. Elsevier Science, Amsterdam, The Netherlands, pp. 662.
· Strachan, S.D., and M. Jeschke. 2017. Water Retention and Nutrient Availability in Soil: Drainage and Compaction. Pioneer Crop Insights, Vol. 27, No. 11.
· USDA-NRCS. 2008. Soil Quality Indicators - Bulk Density.
· Wolkowski, R. 2010. Addressing the Soil Compaction Problem. Extensión de la Universidad de Wisc.
1Mark Jeschke, Doctor, Director agrónomo de Pioneer
2Nanticha Lutt, Pasante de ciencias agrónomas de Pioneer
Octubre de 2018
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