Influencia de los fertilizantes en las propiedades del suelo
Es posible estudiar en detalle la interacción entre suelos, plantas y fertilizantes en experimentos estacionarios de larga duración con aplicación sistemática de fertilizantes. En tales experimentos se crean condiciones de estandarización que permiten estudiar la acción de las condiciones climáticas y agrometeorológicas sobre los cultivos, los suelos y los factores que regulan la fertilidad del suelo.
Direcciones principales de las investigaciones en experimentos estacionarios de larga duración:
- evaluación comparativa de dosis, tipos y formas de fertilizantes minerales;
- evaluación de la eficacia de sistemas de fertilización mineral, orgánica y organomineral en rotaciones de cultivos de diversos tipos;
- establecimiento de la distribución óptima de fertilizantes entre los cultivos de la rotación;
- logro de la máxima eficacia al combinar sistemas de fertilización con mejoramiento químico, determinación de su influencia sobre las propiedades del suelo y la productividad de las rotaciones;
- posibilidad de aplicación periódica de fertilizantes fosfatados y potásicos;
- optimización de la fertilidad y las propiedades del suelo;
- regulación del ciclo biológico y del balance de elementos biogénicos en el agrocenosis;
- impacto de los medios agroquímicos en la ecología.
En agroquímica se utilizan los siguientes métodos de investigación de las propiedades del suelo en experimentos estacionarios de larga duración.
Los medios agroquímicos ejercen una acción compleja sobre la fertilidad y las propiedades del suelo:
- acidifican o alcalinizan la solución del suelo;
- modifican las propiedades agroquímicas;
- influyen en la actividad biológica y enzimática del suelo;
- intensifican o debilitan la absorción fisicoquímica y química;
- influyen en la movilización o inmovilización de elementos tóxicos y radionúclidos;
- intensifican la mineralización o la síntesis de humus;
- influyen en la intensidad de la fijación de nitrógeno atmosférico;
- intensifican o debilitan la acción de otros nutrientes del suelo y de los fertilizantes;
- influyen en la movilidad de macro- y microelementos biogénicos del suelo;
- provocan antagonismo o sinergismo de iones durante la absorción por las plantas.
Tabla. Métodos de investigación de la fertilidad del suelo (según OST 10152-88 y las Directrices metodológicas para la realización del monitoreo integral de la fertilidad de los suelos de tierras de uso agrícola, 2003, con modificaciones).
| Indicador | Método y sus características | GOST del método de investigación |
|---|---|---|
| Métodos fisicoquímicos | ||
| pH del extracto salino | Potenciométrico (1 N KCl) | GOST 26483-85 |
| Acidez intercambiable | Potenciométrico (1 N KCl) | GOST 26484-85 |
| Acidez hidrolítica | Método de Kallen (extracto de CH3COONa 1 N) | GOST 26212-84 |
| Aluminio intercambiable (móvil) | Método CINAO (extracto de KCl 1 N) | GOST 26485-85 |
| Suma de bases absorbidas | Método de Kappen-Hilgowitz para suelos no carbonatados (tratamiento con HCl 0,1 N) Método de Schmuck para suelos carbonatados (extracto de NaCl 1 N) | GOST 27821-88 |
| Potasio intercambiable | Método de Maslova (extracto de CH3COONH4 1 N) | GOST 26210-91 |
| Potasio no intercambiable | Método de Gedroits (extracto de HCl al 10% con ebullición) | — |
| Métodos físicos e hídrico-físicos | ||
| Granulométrico | Método de Kachinsky | — |
| Densidad de equilibrio | Método de anillos cortantes o método gammascópico | — |
| Humedad de marchitamiento permanente | Método de determinación de la pérdida de humedad al secar el suelo | GOST 28268-89 |
| Métodos agroquímicos | ||
| Contenido total de carbono orgánico | Método de Tyurin modificado por CINAO (oxidación de la materia orgánica con solución de mezcla crómica) | GOST 25213-84 |
| Contenido de sustancias húmicas solubles en agua | Método de extracto acuoso caliente | — |
| Contenido de sustancias húmicas móviles | Método de Tyurin. Extracto de NaOH 0,1 N | — |
| Composición por grupos de las sustancias húmicas | Método de Kononova-Belikova (extracto con mezcla de Na4P2O7 y NaOH) | — |
| Formas de fosfatos minerales | Método de Chang-Jackson (extractos sucesivos con NH4Cl 1 N, NH4F 0,5 N, NaOH 1 N, H2SO4 0,5 N) | — |
| Contenido de nitrógeno total | Método de Kjeldahl (oxidación del suelo con H2SO4 concentrado en ebullición) | GOST 26107-84 |
| Fosfatos móviles y potasio móvil: | ||
| - suelos ácidos | Método de Kirsanov modificado por CINAO (extracto de HCl 0,2 N) | GOST R 54650-2011 |
| - chernozems | Método de Chirikov modificado por CINAO (extracto de CH3COOH 0,5 N) | GOST 26204-91 |
| - suelos carbonatados | Método de Machigin modificado por CINAO (extracto de (NH4)2CO3 al 1%) | GOST 26205-91 |
| Grado de movilidad de fósforo y potasio en los suelos | Método de Schofield, extracto de CaCl2 0,01 M | OST 10271-00 |
| Nitrógeno de amonio fijado | Método de Silva y Bremner modificado por Kudeyarov (determinación colorimétrica en extracto de mezcla de HF y HCl) | — |
| Experimentos de vegetación | ||
| Movilidad y disponibilidad de nitrógeno para las plantas | Método de experimento de vegetación con uso de 15N | — |
| Movilidad y disponibilidad para las plantas de fosfatos “residuales” y compuestos de potasio | Método de experimento de vegetación | — |
Las propiedades fisicoquímicas de los suelos influyen en el régimen nutritivo de los suelos, en su actividad biológica, condicionan la transformación de los fertilizantes aplicados al suelo y, en condiciones de régimen hídrico de lavado, determinan la posibilidad de desplazamiento de compuestos hacia capas más profundas del suelo.
La aplicación sistemática de fertilizantes orgánicos y minerales se acompaña de cambios en las propiedades fisicoquímicas de los suelos. La aplicación de estiércol durante muchos años suele aumentar el contenido de materia orgánica y la capacidad de absorción de los suelos, reduce la acidez intercambiable e hidrolítica y aumenta el grado de saturación con bases.
Tabla. Influencia de la aplicación sistemática de fertilizantes sobre las propiedades agroquímicas y agrofísicas del suelo (chernozem potente pobre en humus, capa de suelo 0-30 cm).
| Indicadores de las propiedades del suelo | Antes del establecimiento del experimento (promedio por fondo, 1972) | Al final de la segunda rotación (1987). Variantes: | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Sin fertilizante básico | Estiércol, 5 t + N49P56K53 | Estiércol, 10 t + N88P98K96 | Estiércol, 15 t + N128P141K139 | ||
| pH | 6,2 | 5,7 | 5,5 | 5,3 | 5,2 |
| H, mmol/100 g de suelo | 2,6 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | 3,0 |
| S, mmol/100 g de suelo | 25,7 | 24,0 | 23,6 | 23,4 | 23,0 |
| V, % | 91,2 | 89,5 | 88,2 | 87,1 | 85,6 |
| P2O5, mg/kg de suelo | 127,4 | 121,2 | 141,6 | 157,2 | 164,0 |
| K2O, mg/kg de suelo | 70,3 | 66,4 | 80,6 | 87,8 | 93,6 |
| Humus, t/ha | 134,2 | 123,1 | 134,0 | 142,1 | 146,8 |
| Nitrógeno, t/ha | 11,4 | 10,7 | 11,4 | 11,9 | 12,1 |
| Densidad aparente, g/m3 | 1,25 | 1,26 | 1,22 | 1,20 | 1,18 |
| Capacidad total de humedad, % | 49,2 | 48,9 | 50,4 | 51,1 | 52,2 |
| Capacidad capilar de humedad, % | 36,7 | 36,9 | 38,7 | 39,6 | 40,3 |
| Permeabilidad al agua en condiciones de campo, mm/(h·cm2) | 6,1 | 6,8 | 8,7 | 10,1 | 11,4 |
| Porosidad total, % | 48,7 | 49,6 | 51,0 | 51,6 | 52,5 |
La aplicación conjunta de estiércol y fertilizantes minerales durante 15 años aumentó el contenido de humus en 12,6 t/ha, el de nitrógeno en 0,7 t/ha y redujo la densidad del suelo en 0,08 g/cm3; la capacidad total y capilar de humedad aumentó en más del 3%, la permeabilidad al agua en 4,3 mm/(h·cm2) y la porosidad total en 3%.
Con el uso prolongado de fertilizantes minerales, las propiedades del suelo pueden deteriorarse. Esto se debe a la acidificación de la reacción de la solución del suelo como resultado del desplazamiento de iones de hidrógeno y aluminio del complejo absorbente, así como a la acidez fisiológica de algunos fertilizantes. La aplicación correcta de fertilizantes, es decir, sobre el fondo de estiércol y encalado, con adición de enmiendas para neutralizar la acidez fisiológica de los fertilizantes, permite mantener la acidez del suelo en un nivel aceptable y, en varios casos, reducirla. En suelos chernozémicos neutros y próximos a neutros, una ligera acidificación como resultado de la aplicación de fertilizantes puede considerarse positiva, ya que aumenta la movilidad y la disponibilidad de muchos compuestos.
En condiciones de régimen hídrico de lavado en suelos sod-podzólicos y forestales grises, los cambios de propiedades bajo la influencia de los fertilizantes ocurren en la capa arable y en capas más profundas. Esto se asocia con una mayor cantidad de precipitaciones y con la acidificación del suelo a altas dosis de fertilizantes minerales, la formación de compuestos orgánicos móviles al aplicar estiércol y la peptización de los coloides del suelo bajo la acción de cationes monovalentes que forman parte de los fertilizantes, y su lavado fuera de la capa arable. La migración de nutrientes hacia las capas subyacentes debido a la peptización de los coloides se ve favorecida por la aplicación de fertilizantes en barbecho y bajo cultivos en hileras, así como por las frecuentes labranzas del suelo. El proceso se intensifica en suelos de composición granulométrica ligera y al aumentar las dosis de fertilizantes.
La aplicación sistemática de fertilizantes conduce a un aumento de la cantidad de residuos de cosecha y de raíces, cuya descomposición determina la neoformación de coloides orgánicos en la capa arable y, simultáneamente con la peptización de las partículas grandes del suelo, provoca un aumento del contenido de la fracción limosa. En suelos poco amortiguadores de composición granulométrica ligera, el lavado de coloides puede predominar sobre la neoformación.
Los cambios en las propiedades fisicoquímicas de los suelos chernozémicos se concentran principalmente en las capas arable y subarable, lo que se debe a la cantidad limitada de precipitaciones en la zona de estepa y al humedecimiento poco profundo del suelo. La aplicación prolongada de fertilizantes en estos suelos conduce a la acumulación de la fracción limosa y al aumento de la capacidad de absorción. Al mismo tiempo, la acidez disminuye sobre el fondo de estiércol y aumenta con el uso de fertilizantes minerales, lo que se explica por la acidez fisiológica de los fertilizantes y la absorción no intercambiable de cationes monovalentes en ausencia de lavado del hidrógeno y del residuo ácido. El aumento de la acidez de los chernozems favorece una mayor movilidad de algunos nutrientes y aumenta su disponibilidad para las plantas.
La aplicación sistemática de fertilizantes orgánicos y minerales en sierozems no ejerce una influencia significativa sobre la reacción de la solución del suelo debido a su carbonatación y capacidad amortiguadora. Cierto aumento de la fracción limosa y de la capacidad de absorción de estos suelos en las capas superiores ocurre gracias a la formación de coloides a partir de residuos vegetales orgánicos. La capa arable de los sierozems retiene los coloides, ya que la gran cantidad de calcio absorbido por los coloides impide su dispersión y lavado. El desplazamiento de los nutrientes de los fertilizantes hacia el interior del perfil en los sierozems, así como las pérdidas con aguas subterráneas y de drenaje durante el riego, se deben al régimen hídrico de lavado y a la solubilidad de algunos compuestos.
La aplicación prolongada de fertilizantes orgánicos y minerales aumenta el contenido de carbono y nitrógeno en suelos sod-podzólicos y sierozems pobres en humus, influyendo débilmente en los chernozems ricos en humus.
Tabla. Acción de la aplicación prolongada de fertilizantes sobre el contenido de carbono orgánico y nitrógeno total (Shevtsova L. K., 1993, 1998).
| Variantes del experimento de larga duración | C | N | C | N | C/N |
|---|---|---|---|---|---|
| % respecto al suelo secado al aire | % respecto al control | ||||
| Franco ligero, NIIPA de Bielorrusia | |||||
| Control | 1,70 | 0,128 | 100 | 100 | 13,2 |
| Estiércol | 2,01 | 0,153 | 118 | 120 | 13,1 |
| NPK | 1,78 | 0,143 | 104 | 112 | 12,4 |
| Estiércol + NPK | 2,22 | — | 131 | — | — |
| Franco pesado, experimento de DAOS con barbecho limpio | |||||
| Control | 0,71 | 0,107 | 100 | 100 | 6,6 |
| Estiércol | 1,00 | 0,124 | 141 | 116 | 8,1 |
| NPK | 0,79 | 0,110 | 111 | 103 | 7,2 |
| 1/2 Estiércol + 1/2 NPK | 0,89 | 0,122 | 125 | 114 | 7,3 |
| Chernozem débilmente lixiviado, franco ligero, Instituto Mironovsky de Investigación de Selección y Producción de Semillas de Trigo de Invierno | |||||
| Control | 2,33 | 0,225 | 100 | 100 | 10,4 |
| Estiércol | 2,43 | 0,232 | 104 | 103 | 10,4 |
| NPK | 2,32 | 0,224 | 97 | 100 | 10,4 |
| 1/2 Estiércol + 1/2 NPK | 2,34 | 0,226 | 101 | 100 | 10,4 |
| Chernozem de potencia media, franco medio, NIIZIS de Altai | |||||
| Control | 3,47 | 0,305 | 100 | 100 | 11,4 |
| Estiércol | 3,65 | 0,308 | 105 | 101 | 11,9 |
| NPK | 3,64 | 0,300 | 105 | 98 | 12,1 |
| Estiércol + NPK | 3,65 | 0,309 | 105 | 101 | 11,8 |
En las variantes con aplicación de estiércol se observa un aumento del contenido de materia orgánica en los horizontes superiores, mientras que la influencia más débil de los fertilizantes minerales se manifiesta también en la capa subarable del suelo. El estiércol y los fertilizantes minerales no influyen en la composición por grupos de la materia orgánica de los diferentes tipos de suelo. La composición del humus de los suelos fertilizados durante largo tiempo conserva las propiedades formadas en las condiciones regionales de formación del suelo. Con la aplicación prolongada de fertilizantes, los suelos se enriquecen con materia orgánica móvil que se encuentra en las primeras etapas (hidrofílicas) de humificación, con compuestos orgánicos más bioquímicamente activos, y también se enriquecen con nitrógeno móvil y disponible. La influencia más fuerte de los fertilizantes sobre este indicador se ha observado en suelos sod-podzólicos, débil en chernozems y muy débil en sierozems.
La influencia de los fertilizantes minerales nitrogenados y potásicos sobre la fertilidad del suelo está relacionada con el intercambio catiónico. La aplicación sistemática de estos fertilizantes conduce a la fijación de los cationes monovalentes de potasio y amonio contenidos en los fertilizantes por los coloides del suelo, lo que se asocia con la entrada de cationes en las redes cristalinas de los minerales. Este proceso está influido por el tipo de mineral arcilloso, la composición granulométrica, el contenido de materia orgánica, la reacción de la solución del suelo, la concentración de cationes de potasio y amonio en la solución del suelo, la composición y concentración de otros cationes, el grado de saturación del complejo absorbente con estos cationes y las condiciones hidrotermales en las que ocurre la fijación.
La absorción no intercambiable de cationes reduce su disponibilidad para las plantas y el coeficiente de utilización de los fertilizantes nitrogenados y potásicos.
El uso de formas amónicas de fertilizantes nitrogenados se acompaña de la fijación (absorción no intercambiable) de nitrógeno en forma de NH4+ por los minerales arcillosos, lo que reduce su disponibilidad para las plantas. La fijación de nitrógeno en la capa arable y en capas más profundas puede alcanzar tamaños significativos y debe tenerse en cuenta en el balance general de nitrógeno. El uso prolongado de fertilizantes nitrogenados conduce a un aumento de la cantidad de amonio fijado. La fijación de amonio en suelos de composición granulométrica ligera es menor que en suelos más pesados, ya que la fijación está relacionada con la fracción limosa y con los minerales arcillosos que la componen. La fijación de amonio ocurre en la capa arable y en capas más profundas del suelo, especialmente en suelos ligeros según su composición granulométrica. Probablemente, el amonio absorbido de forma no intercambiable se lava hacia las capas inferiores junto con los coloides, cuyo contenido aumenta a lo largo del perfil del suelo.
Tabla. Cambio en el contenido de nitrógeno amónico no intercambiable en el perfil del suelo de experimentos estacionarios de larga duración, mg N/kg de suelo. Suelo forestal gris franco medio, región de Novosibirsk (Yakimenko V. N., 2009).
| Variante | Capa de suelo, cm | |||
|---|---|---|---|---|
| 0-20 | 20-40 | 40-60 | 60-80 | |
| Tierra virgen | 165 | 188 | 192 | 215 |
| Barbecho | 164 | 182 | 195 | 221 |
| Control (rotación de hortalizas) | 151 | 182 | 187 | 211 |
| Control (rotación de granos) | 155 | 139 | 171 | 145 |
| NP (rotación de hortalizas) | 145 | 195 | 191 | 232 |
| NP (rotación de granos) | 154 | 150 | 178 | 152 |
| NPK (rotación de hortalizas) | 209 | 190 | 197 | 225 |
| NPK (rotación de hortalizas) | 190 | 150 | 211 | 187 |
Los cultivos, según la estructura del sistema radical y su capacidad de absorción, influyen en los procesos de migración de las formas minerales de nitrógeno y en la absorción no intercambiable de amonio.
Con la aplicación simultánea de fertilizantes nitrogenados y potásicos, la fijación de amonio disminuye debido a la acción competitiva del potasio.
El amonio de los fertilizantes minerales se fija más rápidamente que el amonio del estiércol, ya que posee mayor movilidad. Cuando se aplica estiércol, la absorción no intercambiable de amonio está menos pronunciada que cuando se aplican fertilizantes minerales. Esto se relaciona con una mayor fijación de potasio, la mejora de las propiedades fisicoquímicas del suelo y una mayor capacidad de nitrificación de los suelos.
La retención de nitrógeno en forma de amonio absorbido de manera no intercambiable ocurre en los primeros años de aplicación sistemática de fertilizantes y, al llenarse la capacidad de fijación, no se produce un aumento adicional del amonio fijado por la aplicación de fertilizantes. El potasio, al igual que el amonio, se fija activamente en los primeros años de aplicación de fertilizantes y, al llenarse la capacidad de fijación de potasio no intercambiable, disminuye, mientras que su disponibilidad para las plantas y el coeficiente de utilización por las plantas aumentan.
El carácter de la transformación del potasio de los fertilizantes depende de las condiciones edafoclimáticas. En los suelos sod-podzólicos y forestales grises aumenta la cantidad de potasio intercambiable, mientras que el contenido de potasio no intercambiable cambia poco. La acumulación de potasio intercambiable se observa en la capa arable y en capas más profundas. En la capa arable de los chernozems predomina la absorción no intercambiable de potasio, mientras que la cantidad de potasio intercambiable aumenta en menor grado. En los sierozems aumenta el contenido de potasio intercambiable y no intercambiable absorbido.
Tabla. Contenido de diversas formas de potasio en los suelos con aplicación prolongada de fertilizantes, mg K2O/100 g de suelo.
| Suelo, institución experimental | Variante del experimento | Potasio intercambiable | Potasio no intercambiable | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Contenido total | Aumento por fertilizantes | Contenido total | Aumento por fertilizantes | ||
| Sod-podzólico limoso-arenoso-franco (MSKhA named after K. A. Timiryazev) | Control | 8,6 | — | 63,6 | — |
| Estiércol | 15,2 | 6,6 | 67,7 | 4,1 | |
| NPK | 14,8 | 6,2 | 67,1 | 3,4 | |
| Sod-podzólico franco pesado (DAOS) | Control | 8,6 | — | 140 | — |
| Estiércol | 14,9 | 6,3 | 147 | 7,0 | |
| NPK | 14,8 | 6,2 | 146 | 6,0 | |
| Forestal gris franco ligero (VNII de cultivos fibrosos) | Control | 11,1 | — | 63,6 | — |
| Estiércol | 33,8 | 22,7 | 67,7 | 9,0 | |
| NPK | 30,0 | 18,9 | 67,1 | 3,0 | |
| Chernozem lixiviado franco ligero (Instituto Mironovsky de Investigación de Selección y Producción de Semillas de Trigo) | Control | 12,2 | — | 258 | — |
| Estiércol | 17,5 | 5,3 | 276 | 18,0 | |
| NPK | 16,4 | 4,2 | 272 | 14,0 | |
| Chernozem típico (Estación experimental Ak-Kavak) | Control | 33,8 | — | 527 | — |
| Estiércol | 55,4 | 21,6 | 557 | 29,0 | |
| NPK | 40,7 | 6,9 | 545 | 18,0 | |
El régimen de lavado de los suelos castaños claros, creado por el riego, modifica el contenido de formas no intercambiables de potasio. Los mayores cambios se observan en el horizonte arable, pero la influencia se extiende a la capa de un metro de suelo.
Tabla. Influencia de la aplicación sistemática de fertilizantes sobre el régimen potásico de los suelos castaños (Zhukova L. M., Nikitina L. V., 1986).
| Profundidad de muestreo, cm | Potasio intercambiable | Potasio fácilmente hidrolizable | Potasio no intercambiable | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| control | NPK | 2(NPK) | control | NPK | 2(NPK) | control | NPK | 2(NPK) | |
| NIIOZ del Volga, suelo castaño claro, experimento con riego | |||||||||
| 0-25 | 27,5 | 30,1 | 33,9 | 119 | 128 | 131 | 403 | 424 | 447 |
| 25-40 | 26,3 | 28,0 | 29,1 | 129 | 130 | 129 | 413 | 422 | 431 |
| 40-60 | 18,1 | 20,6 | 22,4 | 103 | 109 | 110 | 319 | 326 | 363 |
| 60-80 | 16,2 | 18,8 | 20,5 | 97 | 83 | 92 | 293 | 298 | 305 |
| 80-100 | 16,7 | 19,2 | 19,5 | 85 | 85 | 100 | 289 | 300 | 296 |
| Estación Experimental Agrícola de Issyk-Kul (SKhOS), suelo castaño claro, experimento con riego | |||||||||
| 0-20 | 23,4 | 24,4 | 26,0 | 262 | 273 | 276 | 270 | 281 | 299 |
| 20-40 | 21,2 | 20,7 | 23,5 | 243 | 251 | 268 | 267 | 272 | 284 |
| 40-60 | 16,0 | 18,9 | 18,3 | 236 | 234 | 238 | 264 | 295 | 320 |
| 60-80 | 14,2 | 17,8 | 20,7 | 197 | 207 | 231 | 265 | 292 | 266 |
La fijación de cationes está determinada por el tipo de suelo. Por ejemplo, los suelos sod-podzólicos, a pesar de la alta dispersión de los minerales, se caracterizan por una baja capacidad de fijar potasio. Esto se asocia con la reacción ácida de la solución del suelo, la falta de saturación de los suelos con bases, el bajo contenido de materia orgánica y la mayor humedad del suelo. En tales condiciones, la absorción no intercambiable de potasio ocurre en pequeña cantidad y solo en la capa arable superior.
El encalado y la aplicación prolongada de estiércol aumentan la capacidad de fijación de potasio de los suelos ácidos en comparación con los fertilizantes minerales, lo que se debe al aumento de la cantidad de materia orgánica y a la acción coagulante de los cationes divalentes que forman parte del estiércol y de los fertilizantes calcáreos. Con la aplicación conjunta de fertilizantes nitrogenados y potásicos, debido a la competencia con los iones NH4+, la fijación de potasio disminuye de 2 a 3 veces.
La fijación de potasio en los suelos sod-podzólicos es pequeña y no afecta la aplicación de fertilizantes, ya que el potasio no intercambiable de los coloides del suelo es una fuente de reposición de las reservas de potasio intercambiable.
En los suelos forestales grises, la fijación de potasio y amonio se manifiesta con mayor fuerza que en los sod-podzólicos. La reacción de la solución del suelo, la composición mineralógica y el mayor contenido de materia orgánica contribuyen a intensificar el proceso.
En los chernozems, las condiciones para la fijación no intercambiable de cationes son más favorables: alta saturación del complejo absorbente con bases, alto valor de pH, gran contenido de materia orgánica, composición mineralógica de la fracción coloidal con predominio de minerales del grupo de la montmorillonita y desecación periódica de la capa superior, que provoca la coagulación irreversible de los coloides.
La aplicación simultánea de fertilizantes potásicos y nitrogenados no reduce la fijación de potasio, ya que en los chernozems los procesos de nitrificación transcurren activamente, lo que causa un pequeño aumento de la cantidad de amonio fijado sobre el fondo de fertilizantes. La fijación de potasio y amonio ocurre en las capas superiores de los chernozems.
En los suelos castaños y sierozems, la aplicación prolongada de fertilizantes conduce a un aumento de la cantidad de potasio y amonio no intercambiables. La transición de estos cationes al estado absorbido de forma no intercambiable se debe al predominio de minerales hidromicáceos en la composición de la fracción limosa. Estos minerales poseen una alta capacidad de fijación respecto de los cationes monovalentes. También tienen importancia la reacción alcalina del suelo, la saturación con bases divalentes y la desecación periódica de los suelos en las condiciones climáticas de las zonas de estepa seca y desierto.
El régimen de lavado favorece el aumento de cationes fijados en las capas inferiores del perfil del suelo. La aplicación conjunta de fertilizantes nitrogenados y potásicos influye poco en la fijación de cationes, ya que la composición mineralógica de estos suelos posee una alta capacidad de fijación de cationes monovalentes.
Según el contenido de potasio intercambiable y amonio fijado, los suelos pueden ordenarse en la siguiente secuencia: sod-podzólicos < forestales grises < chernozémicos < castaños < sierozems.
Dentro de un mismo tipo de suelo, la cantidad de cationes no intercambiables aumenta desde los suelos de composición granulométrica ligera hacia los pesados. Las reservas de cationes no intercambiables deben tenerse en cuenta al evaluar la fertilidad de los suelos y en los cálculos de balances de nutrientes.
Las reservas naturales de fósforo en los suelos y su distribución a lo largo del perfil dependen del contenido de fósforo en las rocas madre y del carácter del proceso de formación del suelo. Con la aplicación sistemática de fertilizantes, el contenido total y la cantidad de formas móviles de fósforo aumentan. El grado de manifestación de los cambios está determinado por las dosis de fertilizantes, la duración de su aplicación y las propiedades del suelo. La mayor parte del fósforo acumulado como resultado de la aplicación de fertilizantes se conserva en la capa arable. Con dosis altas, la capa subarable se enriquece en fósforo y, en el caso de suelos ligeros sin encalado y con riego, también se enriquecen capas más profundas.
La composición de los fosfatos minerales a lo largo del perfil está determinada por las características genéticas de los suelos. Así, en los suelos sod-podzólicos predominan los fosfatos de sesquióxidos, mientras que en los chernozems predominan los fosfatos de calcio.
Cuando se aplican fertilizantes fosfatados minerales, en los suelos se acumulan más fosfatos de sesquióxidos en comparación con los suelos estercolados.
Reacción fisiológica de las sales
Todas las sales minerales utilizadas como fertilizantes pueden dividirse por sus propiedades químicas en hidrolíticamente:
- ácidas;
- alcalinas;
- neutras.
La intensidad de absorción de cationes y aniones durante la nutrición vegetal es diferente, como resultado de lo cual en la solución nutritiva quedan iones que provocan la acidificación o alcalinización del medio.
Acidez fisiológica del fertilizante es la propiedad de acidificar la reacción de la solución del suelo, asociada con la absorción preferente por las plantas de cationes de la composición de una sal mineral. Alcalinidad fisiológica del fertilizante es la propiedad de un fertilizante de alcalinizar la reacción de la solución del suelo, asociada con la absorción preferente de aniones de la composición de una sal mineral.
Así, en el cambio de la reacción del medio influye no solo la reacción de las sales, sino también su reacción fisiológica.
La reacción fisiológica de las sales se manifiesta con mayor fuerza en cultivos hidropónicos y en arena, es decir, en medios con baja capacidad amortiguadora; por ello, con dosis altas de fertilizantes debe tenerse en cuenta. Cuando se utilizan sales fisiológicamente ácidas, es necesario realizar un encalado anticipado.
El nitrógeno es absorbido por las plantas en primer lugar. Las sales amónicas son fisiológicamente ácidas y los nitratos, fisiológicamente alcalinos. Por ejemplo, el nitrato de sodio se disocia en iones Na+ y NO3-; el anión NO3- es consumido por las plantas en mayores cantidades que el catión Na+; como resultado, en la solución se acumula la sal hidrolíticamente alcalina NaHCO3. Una reacción análoga ocurre al aplicar KNO3, Mg(NO3)2 y Ca(NO3)2.
La acidificación de la solución ocurre debido a la entrada más intensa en las plantas de amonio formado por la disociación de NH4Cl y (NH4)2SO4. La aplicación de estos fertilizantes requiere la neutralización de los ácidos formados mediante encalado anticipado. La reacción fisiológicamente ácida de estas sales fue establecida en sus trabajos por D. N. Pryanishnikov.
La manifestación de la reacción fisiológica del nitrato de amonio depende de una serie de factores que determinan la nutrición nítrica y amónica de las plantas. Por lo general, la acidez fisiológica del nitrato de amonio es considerablemente más débil que la de otras sales amónicas.
La acidez fisiológica de los fertilizantes potásicos está aún menos pronunciada que la de los amónicos. Al cultivar cultivos con poca necesidad de potasio, por ejemplo, avena y cebada, las sales potásicas resultaron fisiológicamente neutras, mientras que al cultivar remolacha, girasol y maíz, que consumen grandes cantidades de potasio, las sales potásicas resultaron fisiológicamente ácidas. Entre los cultivos exigentes en potasio se encuentran la patata, el tabaco y el lino.
La estabilidad para mantener la reacción de la solución nutritiva depende de su composición. Así, una solución que contiene una gran cantidad de bicarbonato de calcio Ca(HCO3)2, formado por la interacción de CaCO3 con dióxido de carbono en agua, elimina el exceso de ácido mediante neutralización con bicarbonato de calcio:
Tal solución se caracteriza por una determinada capacidad amortiguadora y no se producen cambios notables en la reacción de la solución. La capacidad amortiguadora de los suelos depende de la capacidad de absorción y de la composición de los cationes absorbidos.
Influencia de los fertilizantes sobre la actividad biológica y enzimática de los suelos
La actividad biológica de los suelos es el conjunto de procesos biológicos y bioquímicos que ocurren en el suelo. Depende de las características genéticas del suelo, las condiciones hidrotermales, las medidas agrotécnicas, el grado de mineralización y humificación de los residuos vegetales y la capacidad de movilización de los suelos. La aplicación sistemática de fertilizantes en las rotaciones de cultivos intensifica la actividad de la biota del suelo.
En los suelos sod-podzólicos ácidos, la aplicación de cal influye en la actividad de los procesos biológicos. El encalado periódico reduce el contenido de aluminio móvil e hidrógeno intercambiable, crea condiciones más favorables para la vida de los microorganismos en el suelo e intensifica los procesos de mineralización de la materia orgánica.
El estiércol en forma pura y en combinación con fertilizantes minerales y encalado ejerce una acción positiva sobre la actividad biológica. El encalado intensifica la acción de los fertilizantes sobre la actividad enzimática.
Tabla. Influencia de la aplicación sistemática de fertilizantes sobre la actividad biológica del suelo castaño. Trigo de invierno y alfalfa. (Número de microorganismos, miles por 1 g de suelo seco en promedio durante la estación de crecimiento). Experimento de larga duración del Instituto Agrícola Gorsky (Dzhanayev G. G. et al., 2005).
| Variantes del experimento | Microorganismos amonificantes | Bacterias formadoras de esporas | Actinomicetos | Bacterias desnitrificantes | Bacterias que asimilan formas minerales de nitrógeno |
|---|---|---|---|---|---|
| Control | 3876 | 1462 | 5111 | 45 | 8509 |
| NPK | 4892 | 1623 | 5251 | 71 | 10698 |
| 2 NPK | 6576 | 1987 | 5814 | 89 | 15125 |
| Estiércol + NPK | 7958 | 2210 | 6136 | 122 | 18575 |
| 3 NPK | 6830 | 2007 | 6212 | 110 | 15021 |
La influencia de los fertilizantes sobre la actividad enzimática de los suelos sod-podzólicos es similar a su acción sobre la actividad biológica. La actividad máxima de las enzimas se observa sobre el fondo de estiércol.
En el chernozem, el suelo forestal gris oscuro y el sierozem, el estiércol en forma pura y junto con fertilizantes minerales actúa positivamente sobre la actividad enzimática. En la mayoría de los casos se observa un aumento de la actividad de la ureasa, lo que se debe a la reacción neutra o ligeramente alcalina del suelo, favorable para las bacterias ureolíticas. Bajo la influencia de los fertilizantes aumenta la actividad de la invertasa, y la actividad de descomposición y síntesis de sustancias orgánicas sin nitrógeno aumenta en igual grado sobre el fondo de estiércol y de fertilizantes minerales.
Lista de fuentes
- Mineev V. G., Sychev V. G., Gamzikov G. P. et al. (2017). Agroquímica. Libro de texto. Editado por Mineev V. G. Moscú: Editorial VNIIA named after D. N. Pryanishnikov.
- Bazdyrev G. I., Loshakov V. G., Puponin A. I. et al. (2000). Agricultura. Libro de texto para universidades. Moscú: Editorial «Kolos».
- Niklyaev V. S. (2000). Fundamentos de la tecnología de la producción agrícola. Agricultura y fitotecnia. Moscú: «Bylina».
- Yagodin B. A., Zhukov Yu. P., Kobzarenko V. I. (2002). Agroquímica. Editado por B. A. Yagodin. Moscú: Kolos.
