Agro Sur Vol.25 (2) 196-202 1997
DOI: 10.4206/agrosur.1997.v25n2-07
Juan Nissen M. y Roxana García Q.
Universidad Austral de Chile
Facultad de Ciencias Agrarias
Instituto de Ingeniería Agraria y Suelos
Casilla 567, Valdivia, Chile
Effect of the use of a hydrogel on the leaching of nitrogen and potassium on winter wheat in a volcanic ash soil.
Recepción de originales: Noviembre 12, de 1996
Key words: Hydrogel, leaching, wheat.
On a volcanic ash soil in Valdivia, Chile, a lysimetric study was carried out in order to determine the effect of the use of a hydrogel on water percolation, nitrogen and potassium leaching and some development characters of winter wheat. Twelve lysimeters in random block design, with three treatments and four replicas, were used. Treatments were: without hydrogel-high N dose, with hydrogel-high N dose and with hydrogellow N dose. High and low nitrogen doses correspond to 160 and 80 kg N/ha, respectively. Hydrogel dose was 50 g/lysimeter. There were no differences found in percolated water amounts, nitrogen and potassium leaching, related to treatments. Highest nitrogen and potassium losses occurs in june and july, together with highest rainfall amounts and the lowest plant development. Highest N-dose increases grain yield and dry matter weight of plants, but not harvest index. There were no differences found in grain yield, dry matter weight of plants and harvest index, related to hydrogel treatment.
En un suelo derivado de cenizas volcánicas de la zona
de Valdivia se realizó un estudio lisimétrico, con el objeto
de determinar el efecto del uso de un hidrogel en la percolación del
agua, en la lixiviación de nitrógeno y de potasio, como también
en algunos aspectos de desarrollo de trigo de invierno. Se utilizaron 12 lisímetros
en un diseño de bloques completos al azar, con tres tratamientos y
cuatro repeticiones. Los tratamientos fueron: sin hidrogel-dosis alta de N,
con hidrogel-dosis alta de N y con hidrogel-dosis baja de N. La dosis alta
y baja de nitrógeno correspondió al equivalente de 160 y 80
kg N/ha, respectivamente, en tanto que la dosis de hidrogel correspondió
a 50 g/lisímetro. No existieron diferencias en la percolación
del agua, lixiviación de nitrógeno y de potasio, por efecto
de los tratamientos. Las mayores pérdidas por lixiviación de
nitrógeno y de potasio se producen en los meses de Junio y Julio, coincidentes
con los mayores montos de lluvias y un menor desarrollo de la planta. El incremento
de la dosis de nitrógeno aumentó el rendimiento de grano y el
peso seco de la planta, pero no el índice de cosecha. El uso de hidrogel
no afectó a los parámetros rendimiento de grano, peso seco de
la planta e índice de cosecha.
Chile se caracteriza por tener una gran diversidad de climas. Las altas tasas de precipitación de la zona sur (1500-5000 mm/año) producen notables pérdidas de nutrientes en el suelo por lixiviación (Silva et al,1987). Por su parte,en la zona centro norte del país se encuentran en uso sistemas de riego de baja eficiencia, que igualmente podrían causar pérdidas de nutrientes a través de las aguas de drenaje (Rodríguez, 1993). Además, la contaminación de los sistemas hidrológicos mediante nutrientes, principalmente nitrogenados, es una problemática vigente en el sur del país (Campos et al 1989).
Se ha demostrado que el uso de hidrogeles, como acondicionadores del suelo, aminoran las pérdidas de agua, aumentan la porosidad y la reserva de agua aprovechable para las plantas en el suelo (Wallace y Abouzamzam, 1986; Nissen, 1994).
En presencia de agua, el gel se hincha tridimensionalmente, formando un agregado que es capaz de absorber agua y otras moléculas polares cargadas (Voronin y Vityazev, 1979; Taylor y Halfacre, 1986).
En un ensayo en macetas usando un suelo derivado de cenizas volcánicas, Nissen y Tapia (1996) encontraron que el hidrogel favorece la producción de materia verde de ballica cuando la humedad del suelo se mantiene cercana a la capacidad de campo. En este efecto, el gel participaría como un intercambiador de nutrientes, sin permtir su drenaje en las macetas.
El presente estudio lisimétrico tiene por objetivo principal determinar el efecto de un acondicionador del suelo en la percolación de agua y las pérdidas por lixiviación de nutrientes (nitrógeno y potasio) en un suelo volcánico sujeto a condi-ciones climáticas con alta pluviometría. Además, tratar de establecer las posibles relaciones de los volúmenes percolados con los montos de precipitación y determinar el efecto de los geles en parámetros específicos del desarrollo del cultivo.
Materiales: Para el desarrollo del presente trabajo se utilizaron los siguientes materiales:
El suelo usado en los lisímetros correspondió a un material derivado de cenizas volcánicas serie de suelo Valdivia, descrito por Chile, Instituto Nacional de Investigación de Recursos Naturales y Universidad Austral de Chile (1978), de textura media a fina. Dentro de los lisímetros existió el mismo ordenamiento natural de los horizontes de suelo. El estudio mismo se realizó en el Predio Experimental Santa Rosa, perteneciente a la Universidad Austral de Chile en Valdivia.
El hidrogel usado correspondió a Aquastock, una poliacrilamida cristalina de granulometría en seco de 5,4 mm y de origen francés, con una capaciadad de absorción de agua equivalente a 150 veces su peso seco. Como fertilizantes se utilizaron salitre sódico, superfosfato triple y muriato de potasio.
Se usaron 12 lisímetros de forma cilíndrica, de 0,25m2 de superficie y 200 litros de capacidad. Cada lisímetro esta conectado en desnivel con bidones plásticos de 20 litros cada uno.
Métodos: La preparación del suelo dentro de los lisímetros se realizó en el mes de Abril de 1993, simulando aradura y rastraje, dejando el suelo adecuadamente mullido en los primeros 20 cm. La siembra se realizó el 10 de Junio, sembrando 94 semillas por lisímetro, lo que equivale a 375 plantas/m2. Se simuló la labor de una sembradora de cereales (17,5 cm entre hileras, chorro continuo a 3 cm de profundidad). La zona alrededor de los lisímetros también fue sembrada con trigo.
El hidrogel se aplicó en dosis de 50 g por lisímetro durante la preparación del suelo. Se incorporó lo más homogéneamente posible dentro de los primeros 20 cm de suelo.
Todos los fertilizantes se aplicaron en el mes de Junio, al momento de la siembra, incorporándolos localizados bajo la semilla, con excepción del nitrógeno, el cual se aplicó al voleo en dos parcialidades: una a la siembra y la otra cuando el 75% de las plantas se encontraba al estado de macolla, lo cual ocurrió el 7 de Octubre de 1993. El salitre sódico a su vez se aplicó en dos dosis: una alta, equivalente a 160 kg de N/ha y una baja de 80 kg N/ha. El superfosfato triple y muriato de potasio se aplicaron en dosis única equivalente a 200 kg P2O5/ha y 50 kg K2O/ha, respectivamente.
La cosecha se realizó con tijera de podar, cuando la planta alcanzó la madurez de cosecha (14% de humedad de grano). La planta se cortó a ras de suelo, trillándola posteriormente.
El ensayo se basó en un diseño de bloques
completos al azar, con tres tratamientos y cuatro repeticiones: Tratamiento
1 (sin hidrogel-dosis alta de N), Tratamiento 2 (con hidrogel-dosis alta de
N) y Tratamiento 3 (con hidrogel-dosis baja de N).
Los parámetros analizados fueron los siguientes:
- Determinación de la pluviometría. Se instaló un pluviómetro artesanal (56,5 cm de diámetro) en el lugar de ensayo. El agua colectada se midió con una probeta con aproximación de 5 ml.
- Cantidad de agua percolada a través del suelo. Para ello, se pesaron los bidones con el agua percolada en balanza con precisión de 50 g . Los valores se expresaron como litros/ha percolados.
- Análisis químico de las aguas de drenaje. Se tomaron muestras de agua percolada de cada lisímetro, comenzando antes del momento de fertilizar. Se tomaron muestras dos veces al mes, aproximadamente cada 15 días, dependiendo de la cantidad caída. Se determinó la cantidad de nitratos y de potasio contenidos en las aguas, según Saavedra (1975).
- Cuantificación de las pérdidas de nitrógeno y de potasio por lixiviación. Se determinaron relacionando las concentraciones de nutrientes con los montos de agua percolados, expresadas en kg/ ha.
- Mediciones del cultivo. Se registró el peso seco de la parte aérea de las plantas de trigo de cada lisímetro secadas a 60 °C por 48 horas. Además se pesaron los granos de trigo cosechados en cada lisímetro, expresando el resultado en qqm/ha. Por último, se calculó el índice de cosecha, relacionando el peso seco de granos con el peso seco de la parte aérea de la planta, incluido el peso de los granos.
Análisis estadístico. Los resultados obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza. Además se aplicó la prueba de hipótesis específica, cuando correspondía. Las comparaciones entre tratamientos fueron: con hidrogel versus sin hidrogel y con nitrógeno versus sin nitrógeno.
En el Cuadro 1 se presenta el desarrollo de la precipitación durante el período de estudio, confrontada con la percolación promedio en los 12 lisímetros.
| Cuadro 1. | Precipitación y percolación
producidos en el estudio. |
Measured rainfall and percolation amounts
during study. |
| Período observado | Precipitación (m/m) |
Percolación (m/m) |
% de Percolación |
| Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero |
444,9 515,8 407,8 159,9 113,0 84,4 92,6 79,0 15,6 |
441,3 452,6 403,5 135,4 61,0 18,8 55,6 70,3 0,0 |
99,1 87,7 98,9 84,6 53,3 22,2 28,8 88,9 0,0 |
| Total | 2.013,0 |
1.638,5 |
81,4 |
En el Cuadro 1 es posible observar que entre los meses de Mayo y Julio, los montos de precipitación y percolación son similares. A partir de Septiembre, a causa de una mayor evapotranspiración, el porcentaje de percolación disminuye fuertemente. En Diciembre, el porcentaje de percolación sufre un gran aumento, debido a una fuerte lluvia durante el último día del mes de Noviembre, que dejó el suelo saturado, permitiendo una alta tasa de drenaje. Finalmente, en Enero no se produjo drenaje, por las altas tasas de evapotranspiración y la escasa precipitación.
En el Cuadro 2 se presentan las cantidades de agua percolada por tratamiento.
El análisis de varianza correspondiente al agua percolada no reveló diferencias significativas entre tratamientos. La explicación a lo anterior puede encontrarse en el hecho que el suelo y el hidrogel se mantuvieron saturados durante la caída de las grandes cantidades de agua durante Mayo a Agosto, impidiendo la actuación retentiva del hidrogel. Entre Septiembre y Diciembre se produjeron diferencias debidos a tratamiento, pero que por los menores montos no influyeron significativamente en el total. En estas diferencias finales es posible observar que la presencia del hidrogel aumentó la cantidad de agua percolada, por su conocida influencia de aumento de porosidad en el suelo, pero que por las mismas razones anteriores no influyó sobre el total (USA, Department of Agriculture, Soil Conservation Service, 1972).
| Cuadro 2. | Altura de agua percolada por
tratamiento (mm) durante el período de estudio. |
Percolated water amounts (mm) in each treatment
during the study. |
Tratamientos |
|||
Período |
Sin hidrogel 160 kg N/ha (Tratam. 1) |
Con hidrogel |
Con hidrogel 80 kg N/ha (Tratam. 3) |
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero |
439,9 438,5 398,7 132,3 56,3 13,1 43,3 73,8 0,0 |
450,7 461,9 412,4 138,2 64,7 21,4 61,4 69,4 0,04 |
438,4 457,5 399.4 135,9 62,2 22,1 63,2 67,7 0,0 |
Total |
1.590,9 mm |
1.680,1 m |
1.646,4 mm |
En el Cuadro 3 se presentan las cantidades de nitrógeno lixiviadas por tratamiento y período de toma de muestra.
| Cuadro 3. | Lixiviación de nitrógeno
por tratamiento (kg N/ha). |
Nitrogen leaching per treatment (kg N/ha) |
Tratamientos |
|||
Período |
|||
Sin hidrogel 160 kg N/ha (Tratam. 1) |
Con hidrogel |
Con hidrogel 80 kg N/ha (Tratam. 3) |
|
Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero |
2,83 57,71 15,03 0,98 0,04 0,14 0,00 0,00 |
2,63 64,24 15,81 1,45 0,03 0,21 0,00 0,00 |
7,10 44,75 8,60 0,42 0,05 0,08 0,00 0,00 |
| Total (kg N/ha) Pérdida total relat.(%) Pérdida Julio-Agosto(%) |
77,73 48,60 45,46 |
84,37 52,70 50,03 |
61,00 76,20 66,68 |
Al analizar el Cuadro 3 es posible observar que las grandes pérdidas absolutas y relativas de nitrógeno se producen en la época invernal (Julio-Agosto) junto con el período de mayores lluvias y después de realizada la fertilización (10 de Junio). Las pérdidas son muy superiores a las señaladas por Uslar (1995) en un ensayo similar en el mismo lugar, pero con montos de precipitación más bajos en la temporada (45,71 kg N/ha lixiviados, con aplicación de 180 kg N/ha y 909 mm de lluvia acumulada).
Analizando el Cuadro 3 y en base al Andeva realizado, fue posible deducir que no existen diferencias significativas entre todos los tratamientos, respecto a las pérdidas de nitrógeno. Sin embargo, se esperaba encontrar que el hidrogel, por fomentar una mayor porosidad y percolación (Cuadro 2) en el suelo, contribuyera a una mayor pérdida por lixiviación de nitrógeno. En el presente estudio esta tendencia no fue significativa. Además, fue posible observar que al elevar la dosis de nitrógeno aumentan las pérdidas absolutas y disminuyen las pérdidas relativas de este elemento por lixiviación; lo último se debería a un aumento de la producción y de los montos de extracción por parte del cultivo, lo que concuerda con lo observado por Estay (1984).
En el Cuadro 4 se presentan las cantidades de potasio lixiviadas por tratamiento y período de toma de muestra.
Analizando el Cuadro 4 y en base al Andeva realizado, fue posible deducir que no existen diferencias significativas entre todos los tratamientos, respecto a las pérdidas de potasio. Para ello es necesario tomar en cuenta que todos los tratamientos tuvieron la misma dosis de potasio (50 kg K2O/ha). Las pérdidas de potasio, en general, en términos absolutos y relativos fueron altas, siendo máximas en el período de mayor precipitación (JunioJulio). Por otra parte, las pérdidas son iguales a las señaladas por Uslar (1995) en un ensayo similar en el mismo lugar, pero con dosis de fertilización potásica más alta y montos de precipitación menores (29,7 8 kg K20/ha lixiviados, con aplicación de 100 kg K20/ha y 909,8 mm de lluvia acumulada).
| Cuadro 4. | Lixiviación de potasio por tratamiento (kg K20/ha). |
| Potassium leaching per treatment (kg K20/ha). |
Tratamientos |
|||
Período |
|||
Sin hidrogel 160 kg N/ha (Tratam. 1) |
Con hidrogel |
Con hidrogel 80 kg N/ha (Tratam. 3) |
|
Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero |
8,55 13,06 4,41 1,54 0,34 0,89 0,00 0,00 |
10,30 14,73 4,50 1,45 0,64 1,40 0,00 0,00 |
9,87 12,19 3,78 1,40 0,51 1,21 0,00 0,00 |
| Total (kg K2O/ha) Pérdida total relat.(%) Pérdida Junio-Julio(%) |
28,79 57,58 43,22 |
33,02 66,04 50,06 |
28,96 57,92 44,12 |
En el Cuadro 5 se presentan los resultados por tratamiento de rendimiento de grano del trigo cosechado en los lisímetros, peso seco de plantas e índice de cosecha.
Tratamientos |
|||
Parámetros analizados |
Sin hidrogel 160 kg N/ha (Tratam. 1) |
Con hidrogel |
Con hidrogel 80 kg N/ha (Tratam. 3) |
Rendimiento granos Peso seco plantas Indice de cosecha |
54,02 152,50 0,778 |
51,80 |
34,57 98,75 0,763 |
Analizando el Cuadro 5, en base al Andeva y a la prueba de hipótesis específica, fue posible concluir que existen diferencias significativas entre tratamientos para el rendimiento de granos, producidas por las dosis de fertilizante nitrogenado. El hidrogel no produjo diferencias significativas referentes a este parámetro.
En relación al peso seco de las plantas cosechadas, también se observa que existe un efecto significativo de la fertilización nitrogenada. El hidrogel no produjo diferencias significativas en relación a este parámetro. Sin embargo, se manifiesta una tendencia a la disminución del peso de las plantas al usar hidrogel, lo que podría deberse a una mayor pérdida por lixiviación del nitrógeno y lo que finalmente resultó en una menor producción de materia seca.
Por último, para el índice de cosecha no se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos.
De acuerdo a los resultados presentados y las condiciones
bajo las cuales se realizó la presente investigación se puede
concluir lo siguiente:
- Los montos totales de agua percolada no presentan diferencias significativas
por efecto del tratamiento hidrogel ni por la fertilización nitrogenada.
- Las mayores pérdidas por lixiviación de nitrógeno y
de potasio se producen en los meses de Junio, Julio y Agosto, dependientes
de los montos de lluvias, del desarrollo de la planta y de la fecha de fertilización.
- Por las altas tasas de lixiviación de nitrógeno invernal, resulta importante realizar nuevos estudios respecto a los aportes iniciales de este elemento en esta modalidad de cultivo para las condiciones de precipitación en la zona sur del país. Lo anterior también es posible de considerar para la aplicación de potasio.
- La dosis de fertilizante nitrogenado alta se lixivió en menor proporción que la dosis más baja.
- No se observó efecto significativo del uso de hidrogel en la lixiviación de nitrógeno ni de potasio.
- El incremento de la dosis de nitrógeno aumentó
significativamente el rendimiento de grano y el peso seco de la planta, pero
no el índice de cosecha.
- El uso de hidrogel no afectó a los parámetros rendimiento
de grano, peso seco de la planta e índice de cosecha.
CAMPOS, H., G. AGUERO, W. STEFFEN, O. PARRA y L. ZUÑIGA . 1989 . Estudios limnológicos en el lago Puyehue (Chile). Morfometría, factores físicos y químicos, plancton y productividad primaria. Medio Ambiente 10(2): 36-56.
CHILE, INSTITUTO NACIONAL DE RECURSOS NATURALES y UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. 1978. Estudio de Suelos de la Provincia de Valdivia. Santiago. Chile. 178 p.
ESTAY, H. 1984. Lixiviación de nitrógeno proveniente de fertilizantes. El Campesino (Chile). 115(10): 38-39.
NISSEN, J. 1994. Uso de hidrogeles en la producción de frambuesas (Rubus idaeus L.) del sur de Chile. Agro Sur 22(2): 160-165.
NISSEN, J.y J. TAPIA . 1996. Efecto de la aplicación de una poliacrilamida sobre la nutrición de ballica (Lolium multiflorum) en un suelo volcánico. Agro Sur 24(2): 206-212.
RODRIGUEZ, J. 1993. La Fertilización de los Cultivos. Un método racional. Colección en Agricultura, Facultad de Agronomía. Pontificia Universidad Católica de Chile. 291 p.
SAAVEDRA, N. 1975. Manual de análisis de suelos. Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía. Departamento de Suelos. Publicación N°16. 80 p.
SILVA,B., R.MACDONALD,y J. NISSEN. 1987. Lixiviación de nitrógeno proveniente de fertilizantes. Sociedad Química y Minera de Chile. Boletín N° 1.16 p.
TAYLOR, C. y R. HALFACRE. 1986. The effect of hydrophilic polymer on medium water retention and nutrient availability to Ligustrum lucidum. Hortscience 21:1159-1161.
USA, DEPARTMENT OF AGRICULTURE, SOIL CONSERVATION SERVICE, 1972. Relación entre suelo-planta-agua. México. Ed. Diana. 99 p.
USLAR, D. 1995. Evaluación de las pérdidas de nitrógeno y bases de intercambio por lixiviación en el rendimiento de un cultivo de trigo de invierno en Valdivia. Tesis Lic. Agr. Valdivia. Universidad Austral de Chile. Facultad de Ciencias Agrarias. 45 p.
VORONIN, A. y G. VITYAZEV. 1979. Effect of hydrophilic and hydrophobic polymers on the surtace properties of soil particles. Agrokhymiya 1: 85-89 .
WALLACE, A. y H. ABOUZAMZAM . 1986. Interactions of soil conditioner with other limiting factors to achieve high crop yields. Soil Science. 141(5): 343-345.