Indicadores agrofísicos de la fertilidad del suelo: un conjunto de propiedades del suelo que caracterizan la composición granulométrica, mineralógica, la estructura, la densidad, la porosidad, la capacidad de aire y humedad, así como los parámetros agrotecnológicos de los suelos.
Los indicadores agrofísicos de la fertilidad son la base para crear condiciones óptimas de agua, aire, calor y regímenes de nutrientes para la vida de las plantas.
Los indicadores agrofísicos de la fertilidad, a excepción de la composición granulométrica y mineralógica, se caracterizan por su dinamismo durante el periodo de crecimiento, lo que dificulta su reproducción.
Contenido
- Composición granulométrica de los suelos
- Composición mineralógica de los suelos
- Estructura del suelo
- Espesor del suelo
- Indicadores agrofísicos de la fertilidad del suelo (English Русский)
- Materia orgánica del suelo
- Estado fitosanitario del suelo
- Biota del suelo
- Fijación de nitrogeno
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- Indicadores agrofísicos de la fertilidad del suelo (English Русский)
- Materia orgánica del suelo
- Estado fitosanitario del suelo
- Biota del suelo
- Fijación de nitrogeno
Composición granulométrica de los suelos
La fase sólida del suelo es una mezcla de fracciones mecánicas: mineral, orgánica y organo-mineral. Los suelos minerales contienen predominantemente partículas mecánicas minerales con diferentes tamaños, formas, composición química y mineralógica.
La composición granulométrica es el contenido relativo de fracciones mecánicas en el suelo. Es un factor de fertilidad del suelo cultivable que afecta a la capacidad productiva.
Las partículas de la fracción mecánica suelen subdividirse en:
- más de 1 mm de diámetro — inclusiones pétreas, esqueleto del suelo;
- menos de 1 mm — tierra fina, subdividida también en:
- partículas de más de 0,01 mm — arena física;
- partículas inferiores a 0,01 mm — arcilla física.
La pedregosidad del suelo se evalúa por el contenido de inclusiones pétreas (piedras) de más de 3 mm de tamaño. Las piedras grandes en el suelo (de más de 100 mm de tamaño) son peligrosas para la maquinaria agrícola, sobre todo para la maquinaria de labranza y recolección, por lo que es aconsejable retirar estas piedras del suelo con máquinas especiales.
Según la fracción de masa de las piedras en los suelos se subdividen en:
- no pétreos (cálculos inferiores al 0,5 %);
- ligeramente pedregoso (0,5…5 %);
- moderadamente pedregoso (5…10 %);
- muy pedregoso (más del 10 %).
El aumento de piedras en el suelo incrementa el desgaste de las máquinas de labranza. Por ejemplo, al arar suelos arenosos pedregosos, la abrasión de las rejas de arado asciende a 100-450 g/ha. Las piedras grandes (de más de 100 mm de diámetro) se retiran antes del laboreo.
En función de la proporción δ de las masas de arcilla y arena, los suelos se clasifican en:
- arcilloso (δ > 1,0);
- limosa (δ = 0,25…1,0);
- franco arenoso (δ = 0,1…0,25);
- arenoso (δ < 0,1).
El aumento de la relación δ conlleva un aumento de los costes energéticos para el cultivo del suelo, por lo que los suelos arcillosos también se denominan pesados, y los arenosos, ligeros. Cuando están húmedos, los suelos pesados se adhieren a las superficies de trabajo, mientras que cuando están secos forman grandes terrones. Los suelos pesados son más lentos que los arenosos a la hora de absorber la humedad y la tasa de descomposición microbiológica de los suelos vegetales también es menor.
Dependiendo de la resistencia durante el procesamiento, los suelos se dividen en:
- ligero (arenoso y franco arenoso);
- medio (ligero y medio arcilloso);
- pesado (pesado franco y arcilloso).
La composición química varía dependiendo de la distribución del tamaño de las partículas. Con una disminución en la dispersión de partículas, el contenido de oxígeno aumenta bruscamente y disminuye el contenido de hierro, calcio, magnesio, aluminio, potasio y sodio.
La composición granulométrica afecta:
- Propiedades de absorción (absorción): cuantas más partículas finas haya en el suelo y, en consecuencia, cuanto mayor sea su superficie específica, mayor será la capacidad de absorción, la capacidad de humedad, la higroscopicidad, la plasticidad y la pegajosidad.
- Densidad del suelo: A medida que aumenta la proporción de arena física, la densidad disminuye. La densidad de 1,0-1,3 g/cm 3 se considera óptima para la mayoría de los cultivos.
- Formación de estructuras: la fracción de partículas menores a 0.001 mm se caracteriza por una alta capacidad de coagulación y absorción, por lo que acumula la mayor cantidad de humus y cenizas nutrientes, siendo el componente más valioso de los suelos sueltos.
- El inicio de la madurez física, es decir, la capacidad del suelo para desmoronarse en pequeños grumos a cierta humedad. Los suelos con una composición granulométrica pesada maduran más tarde que uno ligero.
- La plasticidad está determinada por el contenido de arcilla física. Con un aumento en la proporción de arcilla física, el límite de plasticidad se expande.
- Dureza. La alta dureza aumenta la resistencia del suelo a los cuerpos de trabajo de las máquinas de labranza y dificulta el crecimiento de plántulas y raíces de plantas.
- La pegajosidad es una propiedad tecnológica del suelo. Aumenta con un alto contenido de arcilla física, empeorando la calidad del procesamiento.
La combinación más favorable de indicadores de fertilidad agrofísicos, agroquímicos y biológicos se observa en suelos de composición granulométrica media. La influencia de la distribución del tamaño de las partículas en la fertilidad puede variar mucho dependiendo de otros indicadores. Por ejemplo, para suelos sódico-podzólicos formados en una zona de humedad suficiente o excesiva, una composición granulométrica ligera es óptima, mientras que la mayor fertilidad de chernozems se observa en suelos con una composición granulométrica pesada.
Las composiciones granulométricas y mineralógicas no sufren cambios significativos durante el uso agrícola a largo plazo de la tierra, lo que permite construir un modelo de fertilidad efectivo basado en un cierto rango de cambios en las propiedades del suelo. La composición granulométrica no requiere reproducción, a excepción de suelos protegidos y pequeñas áreas donde se puede cambiar agregando arena o arcilla.
Las propiedades genéticas de los suelos y su composición granulométrica determinan el rendimiento potencial de los cultivos agrícolas.
Tabla. Rendimiento máximo posible de los cultivos en función de la composición granulométrica del suelo*, t/ha[ref]Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agrochemistry/ Editado por B.A. Yagodin. - Moscú: Kolos, 2002. - 584 págs.: ilustración[/ref].
| Centeno de invierno | ||||
| Trigo de invierno | ||||
| Cebada | ||||
| Avena | ||||
| Papa | ||||
| Remolacha azucarera | ||||
| Lino (fibra) | ||||
*Máximo posible — un término aplicado a ciertas variedades y prácticas agrícolas aceptadas. De hecho, el potencial de las plantas, que es el máximo, es varias veces mayor.
Composición mineralógica de los suelos
Las fracciones de la parte mineral del suelo , diferentes en composición granulométrica , difieren en el contenido de varios minerales. Las arenas y el polvo grueso están dominados por cuarzo y feldespatos, mientras que las fracciones finas están dominadas por moscovita y otras micas. Las fracciones de limo y coloides finamente dispersas (<0,001 mm) contienen principalmente minerales secundarios de aluminosilicato: montmorillonita, nontronita, halloysita, caolinita e ilita.
Tabla. Composición química aproximada de diferentes fracciones granulométricas del suelo, en % de masa[ref]Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V.G. Sychev, G.P. Gamzikov y otros; ed. por V.G. Mineev. - M.: Editorial del Instituto Panruso de Investigación Científica que lleva el nombre de D.N. Pryanishnikov, 2017. - 854 p.[/ref]
| 1,0-0,2 | |||||||
| 0,2-0,04 | |||||||
| 0,04-0,01 | |||||||
| 0,01-0,002 | |||||||
| < 0,002 |
En suelos arenosos y limosos, el contenido de silicio es mayor. Con una disminución en el tamaño de partícula, su contenido disminuye y aumenta la cantidad de aluminio, hierro, potasio, magnesio y fósforo. La composición de la fracción altamente dispersa también incluye materia orgánica del suelo . Las fracciones coloidales y arcillosas de los suelos son la principal fuente de nutrientes para las plantas y la parte más activa del suelo en la formación de la capacidad de intercambio catiónico-aniónico y molecular, determina la formación de estructuras y amortiguación .
La composición mineralógica determina la hinchazón del suelo: un aumento en el volumen del suelo debido a la unión de partículas de agua coloidales y arcillosas en forma de capas de película. El agua ligada reduce la fuerza cohesiva de las partículas. El hinchamiento del suelo depende del contenido de minerales secundarios en la red cristalina móvil.
Estructura del suelo
Los agregados del suelo son partículas duras de suelo pegadas en terrones.
Estructura del suelo: la capacidad de formar agregados de suelo.
La estructura del suelo es la estructura física de la fase sólida y el espacio poroso del suelo, que está determinado por el tamaño, la forma, la relación cuantitativa, la naturaleza de la relación y la ubicación de los elementos mecánicos, así como la agregados formados por ellos. Es un importante indicador agrofísico de la fertilidad, que determina las propiedades del agua, del aire, físico-mecánicas y tecnológicas, así como las constantes hidrológicas del agua.
Clasificación
Según la clasificación de S.A. Zakharov, según la forma de los agregados, se distinguen los siguientes tipos de estructuras:
- en bloque (abultado);
- aterronado;
- de nuez;
- granoso;
- de columna (columnar);
- prismático;
- embaldosado;
- laminar;
- frondoso;
- escamoso.
Los chernozems tienen una estructura granular en su estado natural, los suelos de bosques grises tienen una estructura de nuez, los suelos de césped-podzólico bien cultivados tienen una estructura terrosa y los podzoles no cultivados tienen una estructura laminar y frondosa.
Los agregados estructurales se clasifican por tamaño en: estructura grumosa: grumos de más de 10 mm, macroestructura: de 0,25 a 10 mm, microestructura: menos de 0,25 mm.
Formación de estructuras
Según M.A. Kachinsky, la formación de la estructura de los agregados del suelo es un proceso de precipitación mutua (coagulación) y coagulación electrolítica de partículas coloidales en el contexto de factores físicos, mecánicos, fisicoquímicos y biológicos más generales.
Factores físicos y mecánicos de la formación de estructuras
La formación de grumos individuales ocurre debido a la separación mecánica en condiciones naturales bajo la influencia del sistema de raíces de las plantas, la actividad vital de la microflora del suelo, bajo la influencia de la humedad y el secado, congelación y descongelación periódicas. En las tierras cultivadas, a los factores enumerados se suma el impacto de los implementos de labranza.
La influencia de la vegetación se debe a la influencia del sistema radicular. Un sistema de raíces poderoso, por ejemplo, pastos perennes , tiene una mayor influencia en la formación de la estructura que un cultivo anual menos desarrollado. El proceso de formación de estructuras bajo la influencia de la vegetación consta de dos etapas: el desmembramiento de la masa del suelo por parte del sistema de raíces en unidades estructurales y su agregación (pegado) con productos de descomposición debido a secreciones y residuos de raíces.
La formación de estructuras, que se manifiesta en la congelación y descongelación periódicas en condiciones óptimas de humedad del suelo, se debe a la congelación del agua capilar y no capilar en los poros en diferentes momentos.
La labranza en estado de madurez física contribuye significativamente a la formación de estructuras bajo la acción de las herramientas de labranza.
Factores fisicoquímicos de la formación de estructuras
Los factores fisicoquímicos de la formación de estructuras se deben a la interacción de los cationes con los coloides del suelo, las interacciones entre los coloides y su naturaleza.
Por ejemplo, la estructura resistente al agua aumenta con la coagulación irreversible de partículas coloidales por cationes de metales divalentes y trivalentes (Ca2+, Mg2+, Fe3+, Al3+), mientras que los cationes de metales monovalentes (K+, Na+) debido a la coagulación reversible reduce la resistencia al agua de la estructura.
La resistencia de los agregados estructurales está influenciada por la naturaleza de los coloides formados con la ayuda de coloides minerales y orgánicos. Sin embargo, la resistencia al agua de estos agregados varía mucho: los agregados del suelo cementados con coloides orgánicos (humatos de metales divalentes y trivalentes) se caracterizan por la mayor resistencia al agua. Los coloides minerales formados a partir de montmorillonita e hidrómica tienen una mayor resistencia al agua que los formados a partir de cuarzo, ácidos silícicos y caolinita.
Los hidróxidos de aluminio y hierro juegan un papel importante en la formación de la estructura de los suelos lateríticos.
La sustitución de procesos reductores por procesos oxidativos durante el anegamiento temporal se refiere al factor químico de formación de estructuras. Según N.A. Kachinsky, la estructura del suelo formada bajo la influencia de factores químicos, por regla general, no es resistente al agua.
Factores biológicos de la formación de estructuras
Los factores biológicos de formación de estructuras se manifiestan bajo la influencia de las plantas y la biota del suelo .
Las sustancias húmicas formadas durante la descomposición de los residuos vegetales tienen una alta sorción y actividad biológica.
Alrededor del sistema de raíces de las plantas, la rizosfera, se forman comunidades específicas de biota del suelo, como resultado de la actividad vital de la cual se forman sustancias que afectan la estructuración.
El factor biológico tiene un efecto cuantitativo y cualitativo sobre la estructura del suelo.
La relación de la estructura del suelo con otros indicadores agrofísicos de la fertilidad
La estructura del suelo está relacionada con otros indicadores agrofísicos de la fertilidad: la estructura y la densidad de la capa superficial del suelo.
La estructura de laboreo es la relación entre la porosidad de la fase sólida, capilar y no capilar en suelos con estructura inalterada. La porosidad capilar de los agregados en un suelo estructurado se complementa con la porosidad no capilar debida a los huecos entre agregados, lo que hace la porosidad total (bienestar). En los suelos limosos la porosidad es mayor que en los arenosos. Los valores de cobertura de pozos de los suelos de composición natural son del 30-85%. Los valores más bajos corresponden a suelos arenosos y los más altos a suelos turbosos. El contenido total de agua de los suelos limosos y arcillosos es del 50-60%, el de los arenosos del 40-45% y el de los turbosos del 80-90%.
La densidad del suelo es la relación entre la masa del suelo inalterado y su volumen. Bajo la acción de las fuerzas de compactación y aflojamiento en condiciones naturales se llega a un estado de equilibrio entre la porosidad y la fase sólida, denominado densidad de equilibrio. En suelos estructurados, la diferencia entre la densidad óptima y la de equilibrio es mínima, y en suelos bien cultivados pueden coincidir, por ejemplo en los chernozems.
La densidad seca del suelo (ρds)se calcula mediante la fórmula:
ρds = md / V,
donde md y V son la masa y el volumen del suelo absolutamente seco con compactación inalterada.
La densidad óptima para los cultivos de cereales es de 1100-1300 kg/m3, para las patatas — 1000-1200, para la remolacha azucarera — 1100-1500 kg/m3. En general, se considera que la densidad óptima de la capa superficial del suelo para la mayoría de los cultivos es de 1,0-1,2 g/cm3. Las densidades superiores a 1,55-1,6 g/cm3 se consideran críticas.
Los procesos de destrucción de la estructura del suelo
Los procesos de formación y destrucción de estructuras se encuentran en un estado dinámico en los suelos cultivados. Los factores de destrucción de la estructura del suelo se manifiestan en el debilitamiento de las fuerzas que unen las partículas del suelo en agregados y los llevan a un estado de partículas separadas. Junto con los factores de formación de estructuras, existen factores similares para la destrucción de los agregados del suelo.
Factores mecánicos: destrucción de la estructura bajo la influencia de implementos agrícolas, viento, lluvia, pastoreo, etc.
Factores fisicoquímicos: la destrucción de la estructura como resultado de reacciones de intercambio catiónico. Por ejemplo, la sustitución de iones de calcio y magnesio en el suelo en las condiciones del régimen de agua de lixiviación, y su sustitución por iones H+ y NH4+ contenidos en el agua de lluvia, hace que el calcio y el magnesio se eliminen de la capa cultivable.
Factores biológicos: la destrucción de la estructura como resultado de la actividad vital de los microorganismos del suelo que utilizan la materia orgánica como fuente de nutrición y energía, lo que conduce a su mineralización. Teniendo en cuenta que los compuestos orgánicos presentan las mejores propiedades de unión, su mineralización conduce a la destrucción de los agregados.
La mineralización de la materia orgánica se ve facilitada por el encalado del suelo , la aplicación de fertilizantes minerales y el procesamiento mecánico.
Estructuras óptimas del suelo para la fertilidad
S.I. Dolgov y P.U. Bakhtin propuso los siguientes parámetros para evaluar el estado estructural del suelo:
- excelente estructura: el contenido de macroagregados estables al agua es superior al 70%;
- bueno — 70-55%,
- satisfactorio — 55-40%,
- insatisfactorio — 40-20%,
- malo — menos del 20%.
La estructura granular y grumosa fina con partículas de 0,25-10 mm de tamaño es de gran interés agronómico. También debe tener una porosidad óptima, resiliencia mecánica y resistencia al agua. Por ejemplo, el horizonte iluvial de suelos soddy-podzólicos y chernozem confluentes tiene una estructura resistente al agua, pero con un bajo grado de porosidad. Lo que los hace agronómicamente desfavorables y poco característicos para suelos fértiles.
La microestructura de los suelos también es importante, ya que presenta propiedades agua-aire óptimas, por lo que es necesario tener en cuenta esta característica junto con la macroestructura. La microestructura se encuentra, por ejemplo, en suelos de sierozem, cuyo complejo de suelo absorbente es rico en partículas coloidales y saturado de calcio.
Los tamaños óptimos de macro y microagregados para suelos cultivables son en gran medida relativos. En condiciones húmedas, son de 1 a 3 mm, en condiciones secas, de 0,5 a 1 mm, en condiciones de riesgo de erosión, de hasta 1 a 2 mm de diámetro. La estructura óptima del suelo reduce la pérdida de humedad por evaporación.
La relación óptima entre los volúmenes de la fase sólida y la porosidad total lograda en el suelo estructural es de aproximadamente 1:1 (50:50 %) para el suelo sódico-podzólico; en los chernozems, hasta el 60 % o más del volumen del suelo es útil para la porosidad. El mantenimiento sostenible de la estructura agronómicamente más favorable de la capa cultivable durante mucho tiempo es posible en suelos con un alto contenido de agregados estables al agua.
Reproducción de la estructura del suelo
Para reproducir la estructura del suelo, es necesario:
- Reposición de materia orgánica del suelo mediante la aplicación de abonos orgánicos (estiércol, turba, compost, paja, abonos verdes, sapropel, excrementos de pájaros), como fuente de humus y energía para los microorganismos, siembra de gramíneas perennes (grass seeding), dejando gran cantidad de restos de plantas y raíces. La aplicación de fertilizantes minerales indirectamente también tiene un efecto positivo, aumentando el rendimiento de los cultivos y, por lo tanto, aumentando el flujo de más residuos de plantas y raíces en el suelo.
- Reposición de las reservas del suelo de calcio y magnesio como principales elementos implicados en la formación de estructuras. Para ello se realiza el encalado de suelos ácidos o salinos yesíferos.
- Reducir el número de pasos de maquinaria agrícola por los campos para evitar la compactación del suelo. Se logra mediante el uso de tecnologías de ahorro de recursos para el cultivo de plantas y equipos livianos.
- Prevención de la erosión hídrica y eólica.
- El uso de métodos de agro-recuperación (drenaje o riego) para crear condiciones favorables para la ocurrencia de procesos redox en suelos con humedad excesiva o insuficiente.
- El uso de formadores de estructuras artificiales y respetuosos con el medio ambiente.
Espesor del suelo
El poder de la capa cultivable es la profundidad de la capa de suelo cultivado, en la que se desarrolla el 70-90% del sistema de raíces de las plantas. Las reservas de agua, aire y nutrientes básicos se concentran en él, los procesos microbiológicos, redox, la descomposición y la mineralización de la materia orgánica tienen lugar de manera más activa. La capa arable es un intermediario en el sistema suelo-planta, ya que a través de ella se introducen fertilizantes orgánicos y minerales, mejoradores y formadores de estructuras artificiales.
La capa cultivable acumula agua de riego o de lluvia, conservándola durante mucho tiempo. Se logra un aumento en el suministro de agua y nutrientes aumentando la profundidad de la capa cultivable.
Potente capa cultivable (profunda) permite:
- crear regímenes de agua, aire, nutrientes y térmicos del suelo más favorables;
- activar los procesos de humificación y mineralización de la materia orgánica;
- aumentar el contenido de formas móviles de nitrógeno, fósforo, potasio;
- reducir los costos de energía asociados con el mantenimiento de una estructura de suelo favorable en la capa cultivable al reducir el número y la profundidad de los métodos de labranza.
En general, una poderosa capa cultivable permite crear condiciones más favorables para el desarrollo del sistema de raíces de las plantas, lo que conduce a un aumento estable en el rendimiento de los cultivos.
Las culturas reaccionan de manera diferente a la profundización de la capa arable. El mayor efecto en los aumentos de rendimiento de una poderosa capa arable se observa en cultivos labrados, especialmente en cultivos de raíces y tubérculos, en menor medida en gramíneas perennes y cereales de invierno , y de manera insignificante en gramíneas anuales y cereales de primavera .
El espesor óptimo de la capa cultivable es de 27-30 cm para la mayoría de los suelos. Sin embargo, puede estar limitado por la profundidad del horizonte de humus. Por ejemplo, los suelos sódico-podzólicos con baja fertilidad natural tienen un horizonte de humus de hasta 20 cm, por lo que crear la profundidad óptima de la capa cultivable requiere muchos recursos energéticos, mano de obra y tiempo.
Las técnicas agrícolas para crear una poderosa capa cultivable incluyen el uso de encalado , la aplicación de fertilizantes orgánicos y minerales, así como la profundización gradual del cultivo del suelo .
Literatura
Agricultura. Libro de texto para universidades / G.I. Bazdyrev, V. G. Loshakov, A. I. Puponin y otros — M .: Kolos Publishing House, 2000. — 551 p.
Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V. G. Sychev, G.P. Gamzikov y otros; edición VG Mineev. — M .: Editorial VNIIA im. D.N. Pryanishnikova, 2017. — 854 p.
Yagodin B.A., Zhukov Yu.P., Kobzarenko V.I. Agroquímica / Ed. LICENCIADO EN LETRAS. Yagodina. — M.: Kolos, 2002. — 584 p.: il.
Klenin N. I., Kiselev S. N., Levshin A. G. Maquinaria agrícola. — Moscú: KolosS, 2008.- 816 p.: ill. — (Libros de texto y material didáctico para estudiantes de centros de enseñanza superior).
Maquinaria agrícola. Khalansky V.M., Gorbachev I.V. — Moscú: KolosS, 2004. — 624 p.: ill. — (Libros de texto y tutoriales para estudiantes de centros de enseñanza superior).
