SECUESTRO DE CARBONO Y NITRÓGENO Y EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO DEL SUELO BAJO

DIFERENTES SISTEMAS DE LABRANZA Y SECUENCIAS DE CULTIVO EN LA REGIÓN

SEMIÁRIDA PAMPEANA ARGENTINA

Tesis presentada para optar al título de Magister de la Universidad de Buenos Aires, área Ciencias de Suelo

Carolina Alvarez

Ingeniera Agrónoma Facultad de Cs. Agropecuarias - Universidad Nacional de Córdoba

-2004-

Lugar de trabajo: INTA EEA Manfredi

Escuela para Graduados Ing. Agr. Alberto Soriano

Facultad de Agronomía – Universidad de Buenos Aires

II

COMITÉ CONSEJERO

DIRECTOR DE TESIS Alejandro Oscar Costantini

Ingeniero Agrónomo - Universidad de Buenos Aires Magister Scientiae, área Ciencia del Suelo - Universidad de Buenos Aires

Doctor en Ciencias, área Suelos - Universidade Federal Rural do Río de Janeiro

CONSEJERO DE ESTUDIOS Carina Rosa Alvarez

Ingeniera Agrónoma - Universidad de Buenos Aires Magister Scientiae, área Ciencias de Suelo - Universidad de Buenos Aires

CONSEJERO DE ESTUDIOS Eduardo Enrique Martellotto

Ingeniero Agrónomo - Universidad Nacional de Córdoba Master of Science in Agronomy Crop Physiology - Mississippi State University

JURADO DE TESIS

DIRECTOR DE TESIS Alejandro Oscar Costantini

Ingeniero Agrónomo - Universidad de Buenos Aires Magister Scientiae, área Ciencia del Suelo - Universidad de Buenos Aires

Doctor en Ciencias, área Suelos - Universidade Federal Rural do Río de Janeiro

JURADO Liliana Inés Picone

Ingeniera Agrónoma - Universidad Nacional de Mar del Plata Master of Science - Kansas State University

JURADO Esteban Ariel Ciarlo

Ingeniero Agrónomo - Universidad de Bueno Aires Doctor en Ciencias Agropecuarias - Universidad de Bueno Aires

Fecha de defensa de la tesis: 11 de NOVIEMBRE de 2011

III

DEDICATORIA

A mis padres, que desde niña me enseñaron los valores y principios que me guían en este camino, la vida.

IV

AGRADECIMIENTOS

Quiero expresar mi agradecimiento:

A mi director de tesis, Dr. Alejandro Costantini que me guió durante todo el desarrollo de este trabajo invirtiendo tiempo, esfuerzo y dedicación.

A mi consejera de estudios, Ing. Agr. MSc. Carina Alvarez, por su tiempo y dedicación.

A mi consejero de estudios, Ing. Agr. MSc. Eduardo Martellotto por su tiempo y dedicación.

Al Jefe del Grupo de Manejo de Cultivos y Recursos Naturales de INTA EEA Manfredi, Geol. Edgar Lovera, por brindarme el espacio, el tiempo y la dedicación para llevar a cabo mi tesis.

A mis compañeros de trabajo del Grupo Manejo de Cultivos y Recursos Naturales y el Laboratorio de Suelos y Aguas de INTA EEA Manfredi: Ariel Rampoldi, María Basanta, Aquiles Salinas, Juan Pablo Giubergia, Matías Boccardo, Sebastián Salas, Adrián Ovando, David Acevedo, Graciela Nieves y Graciela Peralta, por brindarme el espacio de trabajo y por su colaboración en muestreos, determinaciones de laboratorio y manejo del ensayo.

A los Dres. Claudia P. Jantalia, Bruno J. R. Alves y Segundo Urquiaga por permitirme trabajar con ellos y abrirme las puertas del Laboratorio de Embrapa Agrobiología, Seropédica, RJ, Brasil.

Al Proyecto Regional de INTA, “Gestión ambiental en la Provincia de Córdoba” (CORDO-62041) por financiar la mayor parte de mí trabajo de tesis.

Al Proyecto Nacional de INTA, “Rotaciones, labranzas y otras estrategias de manejo de suelos y de cultivos para aumentar los rendimientos agrícolas en un marco de bajo impacto ambiental” (PNCER-022411), por financiar parte de mi trabajo de tesis.

A la Escuela para Graduados Ing. Agr. Alberto Soriano de la Facultad de Agronomía de la UBA, por el apoyo recibido.

Al Programa de Centros Asociados de Posgrado (Ciencia de Suelo) financiado por CAPES y SPU, entre la FAUBA y la UFRRJ, por otorgarme la beca que me permitió llevar adelante parte de este trabajo.

A la Dra. Cecilia Bruno, por su asesoramiento en el análisis estadístico de los datos experimentales.

A mis amigos, Ariel Rampoldi y Ariel Odorizzi, por brindarme su experiencia, tiempo y dedicación.

A mis amigas, Carolina Macedo, Elisa Brega, Soledad Celej, Ana Laura Caron, Candelaria Mariano, Eugenia Salvucci, Natacha Blazquez, Vanesa Guajardo, Josefina Molino, Laura Martínez, Alicia Irizar, por brindarme su apoyo durante esta etapa.

En especial a mis padres, hermanos, sobrinos y cuñados por su incondicional apoyo.

V

DECLARACIÓN

Declaro que el material incluido en esta tesis es, a mi mejor saber y entender, original producto de mi propio trabajo (salvo en la medida en que se identifique explícitamente las contribuciones de otros), y que este material no lo he presentado, en forma parcial o total, como una tesis en ésta u otra institución.

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Carolina Alvarez

VI

ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN GENERAL .................. ..................................... 1

I.1 HIPÓTESIS .................................................................................................................... 2 I.2 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................. 2

CAPÍTULO II: EXISTENCIAS DE CARBONO Y NITROGENO ORG ÁNICO TOTAL EN UN HAPLUSTOL ÉNTICO BAJO DIFERENTES SISTEM AS DE LABRANZA Y SECUENCIAS DE CULTIVO EN LA REGIÓN SEMIÁ RIDA PAMPEANA ............................................................................................................... 3

II.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 4 II.1.1 Objetivos específicos ............................................................................................................ 6

II.2 MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................................... 7 II.2.1 Caracterización geomorfológica y climática del sitio en estudio ........................................ 7 II.2.2 Descripción y características del sitio experimental ........................................................... 8 II.2.3 Forma de muestreo y determinaciones analíticas ................................................................ 9

II.2.3.1 Carbono total y nitrógeno total ......................................................................................................9 II.2.3.2 Densidad aparente .........................................................................................................................9 II.2.3.3 Corrección por unidad de masa .....................................................................................................9 II.2.3.4 Índices de estratificación ............................................................................................................. 10

II.2.4 Análisis estadístico ............................................................................................................. 10 II.3 RESULTADOS ........................................................................................................... 11

II.3.1 Concentración de carbono orgánico total y nitrógeno total .............................................. 11 II.3.2 Densidad aparente ............................................................................................................. 13 II.3.3 Existencias de carbono orgánico total y nitrógeno total.................................................... 14 II.3.4 Índices de estratificación de carbono orgánico total ......................................................... 16

II.4 DISCUSIÓN ............................................................................................................... 19 II.4.1 Concentración de carbono orgánico total y nitrógeno total .............................................. 19 II.4.2 Densidad aparente ............................................................................................................. 21 II.4.3 Existencias de carbono orgánico total y nitrógeno total.................................................... 21 II.4.4 Índices de estratificación de carbono................................................................................. 23

II.5 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 24

CAPÍTULO III: EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO DEL SUELO BAJO DIFERENTES SECUENCIAS DE CULTIVO Y SISTEMAS DE LABR ANZA EN LA REGIÓN SEMIÁRIDA PAMPEANA ................... ................................... 25

III.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 26 III.1.1 Objetivos específicos ......................................................................................................... 28

III.2 MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................. 29 III.2.1 Caracterización geomorfológica y climática del sitio en estudio ..................................... 29 III.2.2 Descripción y características del sitio experimental ........................................................ 29 III.2.3 Forma de muestreo y determinaciones analíticas ............................................................. 30

III.2.3.1 Emisiones de N2O ...................................................................................................................... 30 III.2.3.2 Cálculo de emisiones de N2O ..................................................................................................... 32 III.2.3.3 Nitratos ....................................................................................................................................... 32 III.2.3.4 Espacio poroso de suelo saturado con agua ................................................................................ 32

III.2.4 Emisiones de N2O estimadas a través de la metodología propuesta por IPCC ................ 32 III.2.5 Equivalencias con CO2 ..................................................................................................... 32 III.2.6 Análisis estadístico............................................................................................................ 33

III.3 RESULTADOS ......................................................................................................... 34 III.3.1 Flujos de N2O y sus variables ........................................................................................... 34

III.3.1.1 Período de barbecho ................................................................................................................... 34 III.3.1.2 Período de cultivo ...................................................................................................................... 40

III.3.2 Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas en base a IPCC .................................... 46 III.4 DISCUSIÓN .............................................................................................................. 48

III.4.1 Flujos de N2O y sus variables ........................................................................................... 48 III.4.1.1 Período de barbecho ................................................................................................................... 48 III.4.1.2 Período de cultivo ...................................................................................................................... 50

VII

III.4.2 Comparación y análisis de ambos períodos ..................................................................... 51 III.4.3 Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas en base a IPCC .................................... 51

III.5 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 53

CAPÍTULO IV: CONSIDERACIONES FINALES .............. ............................... 54

IV.1 APORTES A LA INVESTIGACIÓN Y FUTURAS IMPLICANCIAS ................... 55

CAPÍTULO V: BIBLIOGRAFÍA .......................... ................................................. 57

VIII

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro II.1. Existencias de carbono orgánico total (Mg ha-1) por estrato, hasta 30, 50 y 100 cm de profundidad corregido por unidad de masa. ..................................... 15

Cuadro II.2. Existencias de nitrógeno total (Mg ha-1) por estrato; sumatoria a 30, 50 y 100 cm de profundidad corregido por unidad de masa. .......................................... 16

Cuadro III.1. Tratamientos para el período de barbecho y cultivo. Color gris indica los periodos muestreados, mes y año indican el inicio de cada período………….. 29

Cuadro III.2. Rendimientos (kg ha-1) de los diferentes cultivos: promedio histórico, campaña 2008-2009 y campaña 2009-2010. .............................................................. 34

Cuadro III.3. Emisiones de N2O (µg N-N2O m-2 h-1) para el período de barbecho de tres secuencias de cultivo bajo dos sistemas de labranza: siembra directa con barbecho químico (SDB) y labranza reducida (LR) y el testigo. ............................... 39

Cuadro III.4. Emisiones de N2O (µg N-N2O m-2 h-1) para el período de cultivo de tres secuencias de cultivo bajo dos sistemas de labranza: siembra directa con barbecho químico (SDB) y labranza reducida (LR) y el testigo. ............................... 45

Cuadro III.5. Estimación de pérdida de N como N2O (kg N-N2O ha-1) de dos sistemas de labranza: SDB y LR, dos secuencias de cultivo: sj-mz y sj-sj, y el testigo desde marzo 2009 a marzo 2010. ............................................................................... 46

IX

ÍNDICE DE FIGURAS Figura II.1. Distribución de las precipitaciones indicada con barras y la temperatura media anual (▲). Serie 1931-2009. Datos proporcionados por la Estación Meteorológica de INTA EEA Manfredi. ...................................................................... 8

Figura II.2. Concentración de COT hasta 100 cm de profundidad. **,* P ≤ 0,001 y 0,05 respectivamente. Test LSD Fisher. ..................................................................... 11

Figura II.3. Concentración de Nt hasta 100 cm de profundidad. **,* P≤ 0,001 y 0,05, respectivamente. Test LSD Fisher. .................................................................... 12

Figura II.4. Regresión entre las concentraciones de COT y Nt de todas las muestras evaluadas independientemente de la profundidad y el tratamiento aplicado. ............ 12

Figura II.5. Relación C/N hasta los 100 cm de profundidad de todas las muestras evaluadas independiente del manejo. ......................................................................... 13

Figura II.6. Perfil de densidad aparente hasta 100 cm de profundidad. * significativo al P≤ 0,05. Test LSD Fisher. ................................................................. 14

Figura II.7. Índices de estratificación de carbono (a) 0-5/5-10 cm para las secuencias de cultivos (b) 0-5/5-10 cm para los sistemas de labranza (c) 0-5/10-20 cm para las secuencias de cultivos (d) 5-0/10-20 cm para los sistemas de labranza. Letras diferentes indican diferencias significativas Test LSD Fisher (P≤ 0,05). ....... 17

Figura II.8. Regresión entre los índices de estratificación de carbono 0-5/5-10 y la existencia de COT hasta 100 cm de profundidad corregidos por unidad de masa diferenciando los diferentes sistemas de labranza: (×) labranza reducida, (◊) siembra directa y (▲) siembra directa con cultivo de cobertura. ............................................ 18

Figura II.9. Regresión entre los índices de estratificación de carbono 0-5/10-20 y la existencia de COT hasta 100 cm de profundidad corregidos por unidad de masa diferenciando los diferentes sistemas de labranza: (×) labranza reducida, (◊) siembra directa y (▲) siembra directa con cultivo de cobertura. ............................................ 18

Figura II.10. Concentración de COT hasta 100 cm de profundidad del (×) testigo cuasi-prístino y (○) situaciones agrícolas. .................................................................. 20

Figura II.11. Concentración de Nt hasta 100 cm de profundidad del (×) testigo cuasi-prístino y (○) situaciones agrícolas. .................................................................. 21

Figura III.1. (a) Cámara estática; (b) bases de hierro; (c) cubierta de PVC. 31

Figura III.2. (a) Bomba; (b) frasco lacrado. .......................................................... 31

Figura III.3. Evolución de la temperatura media diaria y precipitaciones durante el período de barbecho. .................................................................................................. 34

Figura III.4. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho…… ......................................................................................................... 36

X

Figura III.5. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad. ......................................................................................... 36

Figura III.6. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho. ............................... 36

Figura III.7. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho. ....... 37

Figura III.8. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad…… ........................................................................................................ 37

Figura III.9. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho. ......................................................................... 37

Figura III.10. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho. ............................................. 38

Figura III.11. Evolución del nitrógeno como nitratos en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad. ..................................... 38

Figura III.12. Emisiones de N2O en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho……… ......................................................................................................... 38

Figura III.13. Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el contenido de N-NO3

-, EPSA, temperatura del aire para el período de barbecho. .............................................................................................. 40

Figura III.14. Evolución de la temperatura media diaria y precipitaciones durante el período de cultivo. ...................................................................................................... 40

Figura III.15. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo. .................. 42

Figura III.16. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad…… ........................................................................................................ 42

Figura III.17. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo. ........................................................................... 42

Figura III.18. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo. ................................................ 43

XI

Figura III.19. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad. .............................. 43

Figura III.20. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo………… ......................................................................................................... 43

Figura III.21. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en el tratamiento (◊) testigo durante el período de cultivo. ................................................ 44

Figura III.22. Evolución del nitrógeno como nitratos en el tratamiento testigo (◊) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad. ......................................... 44

Figura III.23. Emisiones de N2O en el tratamiento testigo (◊) durante el período de cultivo………… ......................................................................................................... 44

Figura III.24. Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el EPSA y el sistema de labranza para el período de cultivo………… ......................................................................................................... 46

Figura III.25. Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas a través de IPCC (2006) con los rendimientos del ensayo 2009/2010 e históricos. sj-mz (A) maíz en primavera-verano, sj-mz (B) soja en primavera-verano. ............................................ 47

Figura III.26. Emisiones de N-N2O en función del contenido de N-NO3- durante el

período de barbecho; (o) LR (×) SDB. ....................................................................... 49

XII

ABREVIATURAS

C: Carbono. cc: Cultivo de cobertura. CH4: Metano. C/N: Relación carbono nitrógeno. CO2: Dióxido de carbono. COT: Carbono orgánico total. EF1: Factor de emisiones directas de óxido nitroso. EPSA: Espacio poroso de suelo saturado con agua. IE: Índice de estratificación. INTA: Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. IPCC: Panel Intergubernamental de Cambio Climático. LR: Labranza reducida. MO: Materia orgánica. N: Nitrógeno. N-NO3

-: Nitrógeno como nitratos. Nt: Nitrógeno total. N2O: Óxido nitroso. O2: Oxígeno. P: Fósforo. PVC: Policloruro de vinilo. SD: Siembra directa. SDB: Siembra directa con barbecho químico. SDcc: Siembra directa con cultivo de cobertura. sj-mz: soja-maíz. sj-sj: soja-soja.

XIII

RESUMEN

SECUESTRO DE CARBONO Y NITRÓGENO Y EMISIONES DE ÓXI DO NITROSO DEL SUELO BAJO DIFERENTES SISTEMAS DE LABRA NZA Y

SECUENCIAS DE CULTIVO EN LA REGIÓN SEMIÁRIDA PAMPEA NA ARGENTINA

El objetivo de esta tesis fue estudiar la influencia de diferentes secuencias de cultivos soja-maíz (sj-mz) y soja-soja (sj-sj), y sistemas de labranza, siembra directa con barbecho químico (SDB), siembra directa con cultivo de cobertura (SDcc) y labranza reducida (LR); sobre los stocks de carbono orgánico total (COT) y nitrógeno total (Nt) y las emisiones de óxido nitroso (N2O) del suelo en condiciones de campo. El experimento está situado en Manfredi, Córdoba, Argentina. El clima de la región es semiárido y el suelo del experimento es un Haplustol éntico. Luego de 13 años se realizó un muestreo de suelo hasta 100 cm de profundidad y se analizó densidad aparente y composición química del suelo. Las emisiones de N2O se midieron durante un año a campo. Los stocks de COT y Nt hasta los 30 cm de profundidad mostraron que los tratamientos en la secuencia sj-mz combinada con SDB y SDcc tienen los mayores stocks de COT y Nt comparado con LR y los tratamientos bajo sj-sj los menores stocks, tendencia que se mantuvo hasta los 100 cm. La siembra directa promueve la acumulación de COT y Nt y el efecto es mayor cuanto mayor es la inclusión de gramíneas en la secuencia. Respecto de las emisiones de N2O en general variaron considerablemente con el tiempo y las tasas más altas se asocian con períodos de altos contenidos de agua y nitratos en el suelo. La aplicación de fertilizante nitrogenado en maíz aumentó las emisiones de N2O del suelo. Las emisiones anuales de N-N2O medidas fueron inferiores a las calculadas en base a Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), esta metodología sobreestimó las emisiones de N2O, para las condiciones estudiadas.

Palabras clave: existencias de carbono y nitrógeno, óxido nitroso, siembra directa, labranza reducida, maíz, soja, cultivo de cobertura, IPCC, gases de efecto invernadero.

XIV

ABSTRACT

CARBON AND NITROGEN SEQUESTRATION AND NITROUS OXIDE EMISSIONS IN SOIL UNDER DIFFERENT TILLAGE SYS TEMS

AND CROP SEQUENCES IN THE SEMI-ARID REGION OF PAMPA S ARGENTINAS

The objective of this thesis was to study the influences of different crop sequences, soybean-corn (sy-mz) and soybean-soybean (sy-sy), and tillage systems, no-tillage with chemical fallow (NTF), no-tillage with cover crop (NTcc) and reduced tillage (RT) on total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) stocks and nitrous oxide (N2O) emissions from soil in field conditions. The experiment was developed in Manfredi, Córdoba, Argentina. The climate of the region is semiarid and the soil of the experiment is Entic Haplustol. Since it is a long term expirement, after 13 years of research, soil samples were taken up to a depth of 100 cm, and analyzed for bulk density and chemical properties. Nitrous oxide emissions were measured on an at field basis by using the closed chamber technique for one year. The TOC and TN stocks up to a depth of 30 cm showed that treatments under the sequence sy-mz with NTF and NTcc had more TOC and TN stocks than RT, and the treatments under sy-sy showed less TOC and TN stocks; this trend was also observed up to 100 cm. No-tillage encourages the accumulation of TOC and TN; the effect was greater as more grass was included in the crop sequence. Fluxes of nitrous oxide varied considerably with time and the higher rates were generally associated with periods of high soil water content and soil nitrate concentration. The application of nitrogen fertilizer in corn increased N2O emissions from soil. The annual measured N-N2O emissions were lower than the ones estimated according to Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC); this methodology overestimated N2O emissions for the conditions evaluated in this essay.

Keywords: carbon and nitrogen stocks, nitrous oxide, no-tillage, reduced tillage, corn, soybean, cover crop, IPCC, greenhouse effect gases.

1

CAPÍTULO I : INTRODUCCIÓN GENERAL El uso y el manejo de los suelos tienen un fuerte impacto en los procesos de

secuestro de carbono (C). Las pérdidas de C de los ecosistemas terrestres se ven agravadas por la deforestación, las labranzas, y las prácticas que disminuyen la fertilidad del suelo y la reserva de carbono orgánico (Lal, 2004). Las pérdidas de C y nitrógeno (N) del suelo contribuyen directa e indirectamente a incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera (Metay et al., 2007a). Existe una relación directa entre estos problemas globales y el uso sostenible de los recursos renovables del mundo (Lal, 2007).

La agricultura Argentina se desarrolla principalmente en la región pampeana, la que comprende una superficie de más de 50 millones de hectáreas (Burkart et al., 1998) incluyendo en ella algunos de los suelos más productivos del mundo (Hall et al., 1991). En su mayoría corresponden al orden Molisol, desarrollados sobre loess y con gramíneas bajo un clima templado (Gorgas & Tassile, 2003).

La incidencia de las labranzas sobre la dinámica de materia orgánica (MO) del suelo puede variar debido al tipo de suelo, sistemas de cultivo, manejo de los residuos, y el clima (Paustian et al., 1997). Los cambios tendientes a mejorar propiedades del suelo debidos a diferentes manejos en una región semiárida son a menudo lentos, por la limitada producción de biomasa aérea y subterránea en el tiempo (Mikha et al., 2006).

La siembra directa fue propuesta como una alternativa al sistema de labranza convencional para reducir la degradación de los suelos (Alvarez et al., 1998; Franzluebbers, 2002; Díaz Zorita & Grove, 2002) y como consecuencia reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (Robertson & Grace, 2004).

Argentina, con más de 25 millones de hectáreas (el 79% de la superficie agrícola total) bajo siembra directa (SD), es el segundo país con mayor número de hectáreas bajo este sistema de labranza (Derpsch & Friedrich, 2010). De la superficie total de bajo SD en el mundo, Argentina tiene un 22 % (Hang et al., 2011). La introducción de la soja genéticamente modificada resistente al glifosato ha permitido el aumento sostenido del área sembrada con el cultivo de soja y se dio en gran medida bajo SD (Hang et al., 2011).

La pérdida de gramíneas en la secuencia de cultivo es uno de los factores que ha influido en forma negativa sobre la disminución de C en los suelos de Argentina (Andriulo et al., 2008), debido a los menores aportes de C que proporcionan las leguminosas respecto de las gramíneas (Alvarez & Steinbach, 2006a).

La aplicación de fertilizantes nitrogenados fue propuesta para incrementar el rendimiento de los cultivos e incrementar los contenidos C orgánico del suelo (Varvel, 2006). Sin embargo, los efectos de las aplicaciones de fertilizante nitrogenado respecto al impacto sobre el secuestro de C son inciertos. También hay efectos negativos, donde el fertilizante nitrogenado favorece la descomposición de la materia orgánica (Khan et al., 2007), pero el efecto negativo de mayor importancia es el riesgo a aumentar las emisiones de N2O (Izaurralde et al., 2000; Mosier et al., 2006; Alluvione et al., 2009).

Los motivos centrales de esta tesis son cuantificar las emisiones de N2O en sistemas de producción agrícola de la región central de Córdoba y relacionarlos con los aportes de C y N realizados por los cultivos que integran la rotación. Esta tesis

2

engloba la evaluación de prácticas de manejo de suelo sobre los stocks de C y N y las emisiones de N2O. La medición in situ de N2O permitirían obtener estimaciones globales más precisas que puedan ser comparadas con los procedimientos de cálculos de gaces de efecto invernadero propuestos por el IPCC (2006).

Para ello se realizaron estudios sobre un ensayo de larga duración iniciado en 1995 con dos sistemas de labranza y dos secuencias de cultivo. Las hipótesis y objetivos planteados fueron los siguientes:

I.1 HIPÓTESIS o La siembra directa y la labranza reducida, en las condiciones de

producción de la región semiárida pampeana, generan un efecto diferencial en las existencias de carbono orgánico y nitrógeno total del suelo.

o Los sistemas de labranza y las secuencias de cultivo no se diferencian en su capacidad de emitir óxido nitroso a la atmósfera en las condiciones ambientales de la región semiárida pampeana.

o Las emisiones anuales de N2O son inferiores a las estimaciones basadas en el método propuesto por el Intergovernmental Panel on Climate Change.

I.2 OBJETIVO GENERAL

o Evaluar el efecto de diferentes secuencias de cultivo y sistemas de labranza, en un experimento de larga duración, sobre las existencias de carbono y nitrógeno en el suelo y las emisiones de N2O en condiciones de campo. Con este objetivo se pretende determinar cuál o cuáles de los manejos estudiados contribuyen a una mayor mitigación en la emisión de gases de efecto invernadero, así como un mayor secuestro de carbono y nitrógeno en el suelo.

3

CAPÍTULO II : EXISTENCIAS DE CARBONO Y NITROGENO ORGÁNICO TOTAL EN UN HAPLUSTOL ÉNTICO BAJO

DIFERENTES SISTEMAS DE LABRANZA Y SECUENCIAS DE CULTIVO EN LA REGIÓN SEMIÁRIDA PAMPEANA

4

II.1 INTRODUCCIÓN La materia orgánica es un componente asociado con la productividad de los

agroecosistemas (Bauer & Black, 1994). El cultivo de las tierras causa, normalmente, una disminución en el contenido de C orgánico del suelo, muchas veces debido a la disminución en el aporte de C y a la aceleración de la mineralización de materia orgánica del suelo a causa de las labores (Richter et al., 1990).

La materia orgánica es una importante fuente de nutrientes para las plantas y su disminución está directamente asociada con el aumento de dióxido de carbono (CO2) atmosférico, uno de los principales gases de efecto invernadero del planeta (Urquiaga et al., 2004).

Varias investigaciones han destacado la importancia ambiental del secuestro de C en el suelo y su impacto sobre el cambio climático (Lal, 2004; Jantalia, 2005) al mitigar la emisión de este elemento, especialmente en forma de CO2. Sin embargo, desde el punto de vista del balance de gases de efecto invernadero el “carbono realmente secuestrado” es el que considera las emisiones de N2O y metano (CH4) (Bernoux et al., 2006).

El suelo tiene un importante papel en la producción de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Aquellos ecosistemas donde las emisiones de CO2 exceden al secuestro, son considerados como fuentes de C, mientras que aquellos donde predomina la acumulación, se los considera sumideros. Las plantas obtienen nutrientes de la mineralización de la materia orgánica y en ese proceso se pierde C hacia la atmósfera. Los sistemas agrícolas sustentables dependen de la comprensión y manejo de estos dos procesos (De-Polli, 1999).

El contenido de C orgánico del suelo es el resultado del equilibrio entre las tasas de ingreso de los residuos y la tasa de mineralización de la MO. Para una determinada condición edafo-climática, se considera, cada vez con mayor énfasis, que los suelos agrícolas con adecuado manejo poseen un alto potencial de secuestrar C, lo que contribuiría a reducir la dinámica del calentamiento global (Lal, 1997). Según Lal (2004) la magnitud de C que un suelo puede secuestrar depende de la temperatura, la humedad y la textura del suelo.

Las pérdidas históricas de C orgánico del suelo han sido muy difíciles de valorar (Lal, 1999). En algunas regiones, una parte del C orgánico del suelo se perdió por la conversión de bosques naturales a la producción agropecuaria y ocurrió por diferentes razones: reducción de los aportes de residuos de las plantas, labranzas que disturbaron el suelo, procesos erosivos y la creación de condiciones más favorables para la descomposición por parte de los microorganismos del suelo (CAST, 2003). Los contenidos de C orgánico del suelo se estabilizan entre el 40 y 60 % de los valores originales. El nuevo equilibrio está influenciado por varios factores: clima, características físicas y químicas del suelo, manejo agronómico, como sistemas labranza, secuencias de cultivo, coberturas y manejo de los residuos (Robertson & Paul, 2000). Según Alvarez (2005) la Pampa Ondulada Argentina perdió alrededor de un tercio del C en la capa superficial del suelo debido al proceso de agriculturización. Lopez Bellido et al. (2010) han encontrado para una amplia región de los Estados Unidos que sólo ciertas prácticas agrícolas mantuvieron el carbono orgánico del suelo después de 38 años.

La SD según numerosos autores (Díaz Zorita, 1999; Sisti et al., 2004; Alvarez & Steinbach, 2006b; Du et al., 2010) promueve la acumulación de COT y Nt

5

comparada con otros sistemas de labranza, mientras que otros autores (Alvarez et al., 1998; Costantini et al., 2006) han encontrado resultados diferentes. Estos hallazgos, aparentemente contradictorios, pueden deberse a que las investigaciones fueron realizadas bajo diferentes condiciones edafo-climáticas, al manejo previo antes de la instalación de los ensayos, a una estratificación de la materia orgánica, la realización de mediciones a diferentes profundidades y a que muchos trabajos determinan los contenidos C y N en relación al volumen de suelo y no a la masa.

Sisti et al., (2004) mencionan que la adopción de la siembra directa como única práctica de manejo no mejora los contenidos de COT y Nt del suelo. Por otra parte, estos mismos autores sugieren que para aumentar los contenidos COT del suelo la siembra directa debería incluir el cultivo de gramíneas en la secuencia. Los cultivos de cobertura (cc) en los sistemas agrícolas actuales pueden constituir una importante herramienta agronómica para el manejo de la dinámica del C y N (Wagger et al., 1998). Reicosky & Archer (2005) mencionan que una característica deseable de la incorporación de cc es la retención de N en el sistema, ya que evita pérdidas de nitratos potencialmente lixiviables. Lo mencionado es una característica deseable para el secuestro de C ya que se necesita un ingreso extra de N para incrementar los contenidos de C al sistema (Sisti et al., 2004).

La combinación entre la no remoción de suelo y la presencia de residuos en superficie, en suelos bajo prácticas conservacionistas resultan en una acumulación de la materia orgánica en la capa superior del suelo o su estratificación (Díaz Zorita & Grove, 2002). Franzluebbers (2002) propuso que el grado de estratificación del carbono orgánico puede ser utilizado como un indicador de calidad de suelo porque la materia orgánica en superficie es esencial para control de la erosión, infiltración y conservación del agua.

Los sistemas de labranza, junto con el tránsito de maquinarias, causan cambios en la densidad aparente de la capa superficial del suelo en relación a áreas naturales con vegetación nativa. Por lo mencionado, cuando se calcula la masa de suelo del área sobre vegetación nativa y del área agrícola podemos encontrar mayores masas de suelo en la situación agrícola a una misma profundidad, debido a la compactación (Jantalia, 2005; Alvarez et al., 2009). Si esto no es tomado en cuenta al cuantificar los stocks de C y N, puede llevar a una interpretación errónea de los resultados (Ellert & Bettany, 1995; Neill et al., 1997). Según Du et al., (2010) es también importante incrementar la profundidad de muestreo, lo que permitiría evaluar cambios en el ingreso de C en profundidad debido a distintos patrones de distribución de raíces como consecuencia de las labranzas y/o de la secuencia de cultivo. Para vislumbrar los efectos de los sistemas de labranza conservacionista sobre COT y Nt del suelo, deberían ser consideradas, las capas más profundas a 30 cm.

Para la región semiárida central de la provincia de Córdoba, existen algunos trabajos que vinculan las prácticas de manejo bajo sistemas de siembra directa y diferentes secuencias de cultivo con la problemática de secuestro de C y N en los suelos (Apezteguía, 2005; Basanta et al., 2010), pero es necesario profundizar la investigación en ese aspecto ya que el nivel de detalle de la información es muy inferior a la de otros lugares del mundo, e incluso de la Argentina.

Para abordar esta problemática, se proponen los siguientes objetivos:

6

II.1.1 Objetivos específicos

o Determinar el efecto de las secuencias de cultivo soja-maíz, soja-soja y los sistemas de labranza siembra directa con cultivo de cobertura, siembra directa con barbecho químico y labranza reducida sobre las existencias de COT y Nt del suelo.

o Evaluar la estratificación del carbono orgánico del suelo respecto a las secuencias de cultivo y los sistemas de labranza estudiados.

7

II.2 MATERIALES Y MÉTODOS

II.2.1 Caracterización geomorfológica y climática del sitio en estudio

El trabajo se desarrolló en un ensayo de larga duración localizado en la Estación Experimental Agropecuaria de INTA Manfredi, Córdoba, Argentina (31,5° S, 63,5° O, 292 m.s.n.m.), dentro de la región semiárida pampeana. El área central de Córdoba es una llanura integrada por varios ambientes geomorfológicos denominada pampa loéssica alta. Estructuralmente esta unidad constituye un bloque elevado hacia el oeste por fallas geológicas del basamento profundo, parcialmente cubierto por depósitos de piedemonte y luego por una potente sedimentación eólica. Superficialmente sólo se encuentra loess franco limoso muy homogéneo donde se han observado espesores de hasta 50 m. No se observa la presencia de depósitos fluviales, ya que, por razones topográficas, esta gran unidad geomorfológica de la provincia ha quedado fuera de la influencia de los derrames y abanicos provenientes de las Sierras Chicas de Córdoba. Como formas menores se observan en el paisaje líneas de escurrimiento deprimidas de origen estructural (Gorgas & Tassile, 2003). El loess pampeano presenta predominio de silicatos provenientes de la descomposición de las rocas feldespáticas. Esos silicatos contienen grandes reservas de potasio e importantes reservas de fósforo (Jarsún et al., 2006). El carbonato de calcio varía entre 3 y 10% a una profundidad 55 cm (INTA, 1987).

La región central de la provincia de Córdoba posee un régimen de precipitaciones que se concentra en primavera-verano, lo que define a los cultivos estivales (soja, maíz, maní, sorgo, girasol) como los más importantes en la economía agrícola regional. La precipitación media anual corresponde a 750 mm. El período de lluvias se extiende de octubre a marzo, donde se concentra el 80% de las precipitaciones. La temperatura media anual de la región es de 16,6°C, con una temperatura media del mes más frío de 9,5 ºC y media del mes más cálido de 23,4 ºC (INTA, 1987). De acuerdo a Thornthwaite, el clima de esta región se clasifica como subhúmedo seco con una evapotranspiración anual promedio de 1190 a 1569 mm. La distribución media anual de las precipitaciones y temperaturas de la localidad de Manfredi se describen en la Figura II.1.

8

0

5

10

15

20

25

0102030405060708090

100110120130

Tem

pera

tura

(ºC

)

Pre

cipi

taci

ones

(m

m)

Figura II.1. Distribución de las precipitaciones indicada con barras y la temperatura media anual (▲). Serie 1931-2009. Datos proporcionados por la Estación Meteorológica de INTA EEA Manfredi.

II.2.2 Descripción y características del sitio experimental

El ensayo de larga duración fue iniciado en el año 1995. El suelo es un Haplustol éntico serie Oncativo, profundo, bien drenado, desarrollado sobre materiales franco limosos, con una capacidad de almacenaje de agua disponible de 307 mm hasta los 200 cm de profundidad (INTA, 1987).

El diseño del experimento es un arreglo bifactorial. Un factor es el sistema de labranza, cuyos niveles son: siembra directa con barbecho químico (SDB), siembra directa con cultivo de cobertura, triticale (Triticosecale) (SDcc) y labranza reducida, con rastra de discos como labor primaria (LR). El factor secuencia de cultivo tiene los niveles: sj-sj (Glycinemax (L) Merrill) y sj-mz (Zea mays). A través de la combinación de los distintos niveles de cado uno de los factores quedan conformados 6 tratamientos. Las unidades experimentales tienen 110 m de largo por 35 m de ancho.

Al tratamiento LR se le realizó una labor primaria de rastra de discos al finalizar el invierno. Luego, previo a la siembra de los cultivos de verano, se refinó el suelo con un vibrocultivador preparando el suelo para la siembra. En el tratamiento SDB las malezas se controlaron con herbicidas durante el período de barbecho, realizándose la siembra de los cultivos con siembra directa. El cultivo de cobertura (triticale) se sembró después del cultivo de soja con el objetivo de generar mayor cobertura de residuos. Por lo tanto, en la secuencia soja-soja en siembra directa con cultivo de cobertura (sj-sj SDcc), el cc se realizó todos los años y en la secuencia soja-maíz (sj-mz SDcc), año por medio (siembra del cc después de soja y barbecho químico después de maíz). El cc se secó con un herbicida cuando alcanzó el estado fenológico de encañazón.

Para este estudio, se utilizó la combinación de tratamientos sj-sj LR, sj-mz LR, sj-sj SDB, sj-mz SDB, sj-sj SDcc y sj-mz SDcc.

Además, se obtuvieron muestras de un sitio control (testigo), que representa una condición lo más aproximada a la original del lugar, cuasi-prístina. El lugar es un

9

parque de aproximadamente una hectárea donde se encuentra el edifico principal de la Estación Experimental Manfredi.

II.2.3 Forma de muestreo y determinaciones analíticas

II.2.3.1 Carbono total y nitrógeno total Se obtuvieron dos muestras compuestas por unidad experimental durante el

otoño de 2008 (13 años del inicio del ensayo). Cada muestra estuvo compuesta por 15 sub muestras. Las muestras se tomaron a las profundidades 0-5, 5-10, 10-20, 20-30, 30-50, 50-70, 70-100 cm. Las determinaciones de COT y Nt se realizaron con auto analizador de combustión completa (LECO, Corporation, St. MI, USA). Previo al análisis, a cada muestra se le determinó cualitativamente la presencia o ausencia de carbonatos con ácido clorhídrico; en los casos en que la reacción fue positiva, a cada muestra se le realizó un proceso de descarbonatación con ácido sulfuroso, según lo descripto por Skjemstad & Baldock (2008).

II.2.3.2 Densidad aparente Dentro de cada unidad experimental, durante el otoño de 2008, se tomaron

dos muestras en las siguientes profundidades: 0-5, 5-10, 10-20, 20-30 cm. Las muestras de los estratos más profundos (30-50, 50-70, 70-100 cm) se tomaron por quintuplicado en dos tratamientos debido a que, cuando los contenidos de arcilla no se incrementan considerablemente en profundidad (aproximadamente 100 g kg-1), los efectos de manejo a esas profundidades se consideran mínimos (Diekow et al., 2005). El método utilizado fue el del cilindro con un volumen de 100 cm3 (Burke et al., 1986).

II.2.3.3 Corrección por unidad de masa Para comparar los stocks de COT y Nt (kg ha-1) del perfil del suelo en las

condiciones del ensayo, fue necesario realizar una corrección para llevar los perfiles de suelo a masa equivalente hasta la profundidad que se evaluó, según lo propuesto por Neill et al., (1997), que puede ser expresado matemáticamente según Sisti et al. (2004) (Ecuación I.1).

Ecuación II.1:

Donde es el stock de carbono total (Mg COT ha-1) de suelo a una profundidad donde la masa de suelo sea la misma que aquella observada en el perfil utilizado

como referencia, la suma de contenido de carbono total desde la capa 1 (superficie) hasta la capa “ ” (penúltima) del perfil de suelo del tratamiento,

es la suma de la masa de suelo (Mg ha-1) desde la capa 1 (superficie) a “”

(última capa) del perfil de suelo de referencia, es la suma de la masa de suelo (Mg ha-1) de la capa 1 (superficie) a “” (última capa) del perfil del suelo del

10

tratamiento, “ ” y ” son las masas de suelo (Mg C Mg-1 suelo) en concentración de carbono de la última capa del perfil de suelo del tratamiento.

II.2.3.4 Índices de estratificación Los índices de estratificación (IE) se calcularon dividiendo las

concentraciones de COT (g kg-1) de la profundidad 0-5 cm por las concentraciones de dichos pooles de 5-10, 10-20 cm, respectivamente de acuerdo a lo reportado por Franzluebbers (2002).

II.2.4 Análisis estadístico

Se utilizó ANVA para modelos de efectos fijos, se comprobaron los supuestos de normalidad, independencia de las observaciones y homogeneidad de varianzas para las distintas variables analizadas; y ante la existencia de diferencias significativas se aplicó la prueba de comparación de medias de LSD Fisher (P≤ 0,05). Además, se realizaron análisis de regresión lineal entre COT (g kg suelo-1) y Nt (g kg suelo-1); entre IE (0-5/5-10) y Stock COT (Mg ha-1); y IE (0-5/10-20) y Stock COT (Mg ha-1) (InfoStat, 2010).

11

II.3 RESULTADOS II.3.1 Concentración de carbono orgánico total y nitrógeno total

La concentración de COT en los 5 cm superficiales presentó diferencias significativas (P≤ 0,001) para los factores: secuencia de cultivo y sistema de labranza (Figura II.2) con una interacción no significativa (P≤ 0,221). Se observó que en la secuencia sj-sj fue menor que en sj-mz y que LR<SDB<SDcc. En la profundidad 5-10 cm también fueron significativas las diferencias para los dos factores, secuencia de cultivo (P≤ 0,001) y sistema de labranza (P≤ 0,001) no asi para la interacción (P≤ 0,137), siendo en la secuencia sj-mz mayor que en sj-sj y en los sistemas de labranza SDB<SDcc=LR. Para la capa 10-20 cm se evidenció una interacción altamente significativa (P≤ 0,001) entre ambos factores analizados pero la diferencia mínima significativa entre los tratamientos es muy pequeña desde el punto de vista del contenido porcentual de COT. En la profundidad 20-30 cm se observó un efecto significativo del factor sistema de labranza (P≤ 0,05), observándose que en SDcc y SDB se presentaron las mayores concentraciones de COT, aunque en este último no se diferenció de la concentración encontrada en LR. Las profundidades siguientes hasta los 100 cm (30-50, 50-70 cm y 70-100 cm) no presentaron diferencias significativas entre los tratamientos.

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0

0-5

5-10

10-20

20-30

30-50

50-70

70-100

COT (g kg suelo-1)

pro

fund

idad

(cm

)

sj-mz LR

sj-mz SDB

sj-mz SDcc

sj-sj LR

sj-sj SDB

sj-sj SDcc

**

**

**

*

Figura II.2. Concentración de COT hasta 100 cm de profundidad. **,* P≤ 0,001 y 0,05 respectivamente. Test LSD Fisher.

Al analizar las concentraciones de Nt (g kg-1) de los tratamientos, en el factor sistema de labranza (Figura II.3) se presentaron diferencias significativas (P≤ 0,001) en la capa 0-5 cm y se observó que LR<SDB<SDcc. En la profundidad 5-10 cm, las concentraciones de Nt para el factor sistema de labranza arrojaron diferencias significativas (P≤ 0,001) aunque el comportamiento fue diferente, siendo LR=SDcc>SDB. Para las siguientes profundidades no se observaron diferencias para los sistemas de labranza ni las secuencias de cultivo.

12

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0-5

5-10

10-20

20-30

30-50

50-70

70-100

Nt (g kg suelo-1)

pro

fund

idad

(cm

)sj-mz LR

sj-mz SDB

sj-mz SDcc

sj-sj LR

sj-sj SDB

sj-sj SDcc

**

*

Figura II.3. Concentración de Nt hasta 100 cm de profundidad. **,* P≤ 0,001 y 0,05, respectivamente. Test LSD Fisher.

Los valores de COT y Nt mostrados anteriormente presentaron una fuerte asociación (R2= 0,94; P≤ 0,001) (Figura II.4), con una relación carbono/nitrógeno (C/N) promedio de 9,14. En profundidad se puede observar (Figura II.5) una disminución de la C/N en el perfil llegando a valores de 7,5 a partir de los 30 cm.

y = 0,081x + 0,0186R² = 0,9407

n = 294

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Nt

(g k

g su

elo-1

)

COT (g kg suelo-1)

Figura II.4. Regresión entre las concentraciones de COT y Nt de todas las muestras evaluadas independientemente de la profundidad y el tratamiento aplicado (P≤ 0,001).

13

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14

prof

undi

dad

(cm

)

C/N

Figura II.5. Relación C/N hasta los 100 cm de profundidad de todas las muestras evaluadas independiente del manejo.

II.3.2 Densidad aparente

En la Figura II.6 se presenta el perfil de densidad aparente del suelo hasta 100 cm de profundidad en los tratamientos evaluados. El mismo evidencia diferencia estadísticamente significativas en las capas superficiales (0-5 y 5-10 cm). En la capa superficial hay efecto debido al sistema de labranza y a las secuencias de cultivo con interacción significativa entre ellos (P≤ 0,01). En general se observa que los tratamientos bajo siembra directa presentaron los mayores valores de densidad aparente excepto cuando se incorpora cultivo de cobertura en la secuencia, sj-mz SDcc (0,95 Mg m-3). Los valores de densidad aparente de los tratamientos bajo LR sj-mz (0,98) y sj-sj (1,05 Mg m-3) presentaron valores intermedios. En la capa de 5-10 cm el efecto fue determinado por el factor sistema de labranza. La densidad aparente en LR fue significativamente menor (P≤ 0,01) (1,12 Mg m-3) que en SDB (1,27 Mg m-3) la que a su vez no se diferenció de SDcc (1,3 Mg m-3). En las siguientes profundidades no se encontraron efectos de los sistemas de labranza ni las secuencias de cultivo.

14

0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

0-5

5-10

10-20

20-30

30-50

50-70

70-100

Densidad aparente (Mg m-3)

prof

und

idad

(cm

)

sj-mz LR

sj-mz SDB

sj-mz SDcc

sj-sj LR

sj- sj SDB

sj-sj SDcc

*

*

Figura II.6. Perfil de densidad aparente hasta 100 cm de profundidad. * significativo al P≤ 0,05. Test LSD Fisher.

II.3.3 Existencias de carbono orgánico total y nitrógeno total

Se calculó la masa de suelo por estrato muestreado utilizando los valores de densidad aparente. Con la masa de suelo correspondiente a cada estrato y las concentraciones de COT y Nt se calcularon los respectivos stocks, a través de la ecuación descripta por Sisti et al. (2004) detallada en el punto II.2.3.3, de este capítulo. Se corrigieron los valores a masa constante, permitiendo de esta manera que los stocks de COT y Nt sean comparables en las distintas situaciones, independientemente del grado de compactación variable entre los tratamientos. A los fines de este estudio se calcularon los stocks a las profundidades 0-30, 0-50, y 0-100 cm que se muestran en el Cuadro II.1.

Del análisis de stock de COT hasta los 30 cm de profundidad surge una interacción significativa (P≤ 0,05) entre secuencia de cultivo y sistema de labranza. Los tratamientos de la secuencia sj-mz en combinación con siembra directa (sj-mz SDcc y sj-mz SDB) tienen los mayores stocks de COT, mientras que los tratamientos bajo LR (sj-sj y sj-mz) los menores stocks y con valores intermedios sj-sj SDB y sj-sj SDcc. Se observó una tendencia de los tratamientos bajo siembra directa a presentar mayores stocks de COT respecto de los tratamientos bajo LR. La interacción fue marcada debido a que el contenido de COT bajo LR en la secuencia sj-mz fue significativamente menor que en SDB y bajo la secuencia sj-sj no se diferenciaron estadísticamente los sistemas de labranza mencionados. Cuando se analizó el stock COT hasta los 50 cm, los sistemas de labranza se diferenciaron entre sí, siendo SDcc>SDB>LR; las secuencias de cultivo también se diferenciaron observando que

15

sj-mz>sj-sj. Cuando se analiza la totalidad del perfil estudiado (100 cm) en las parcelas sj-mz el contenido de COT fue significativamente mayor que en sj-sj (P≤ 0,05) y respecto a los sistemas de labranza, en LR se presentó el menor stock de COT, difiriendo significativamente (P≤ 0,001) de SDB y SDcc, los que a su vez no se diferenciaron entre sí.

Cuadro II.1. Existencias de carbono orgánico total (Mg ha-1) por estrato, hasta 30, 50 y 100 cm de profundidad corregido por unidad de masa.

Secuencia Sistema de labranza 0-30 0-50 0-100sj-mz LR 35,98 d 47,49 61,18

SDB 40,68 ab 51,59 67,36SDcc 42,38 a 54,77 70,01

sj-sj LR 36,34 d 47,27 62,36SDB 36,84 cd 48,34 63,27SDcc 39,09 bc 50,88 66,27

Secuenciasj-mz 39,68 51,28 a 66,18 asj-sj 37,42 48,83 b 63,97 b

Sistema de labranzaLR 36,16 47,38 c 61,77 bSDB 38,76 49,96 b 65,32 aSDcc 40,74 52,83 a 68,14 a

Secuencia (<0,001)ª (<0,001) (0,031)Sistema de labranza (<0,001) (<0,001) (<0,001)

Secuencia x Sistema de labranza (0,034) NS NS

profundidad (cm)

NS no significativo; ª: p-valor; test LSD Fisher (P≤0,05). Letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas en cada columna para la fuente de variación con p-valor.

En el Cuadro II.2 se observa el stock de Nt hasta 30, 50 y 100 cm de profundidad. En los primeros 30 cm de profundidad se encontró interacción significativa entre secuencia de cultivo y sistema de labranza (P≤ 0,05), presentando el mayor stock de Nt el tratamiento sj-sj SDcc y los menores los trabajados con LR (sj-sj y sj-mz). La interacción fue marcada por los tratamientos bajo siembra directa debido a que, bajo la secuencia sj-mz, SDB no se diferenció de SDcc, mientras que bajo la secuencia sj-sj sí se diferenciaron. Al analizar el stock de Nt hasta los 50 cm de profundidad se observa que sólo existió efecto significativo (P≤ 0,001) para el factor sistema de labranza, siendo SDcc igual a SDB y a su vez mayores que LR. Hasta los 100 cm, los sistemas de labranza se diferenciaron significativamente (P≤ 0,001) en sus contenidos de Nt, siendo LR menor que SDB y SDcc. El factor secuencias de cultivo no presentó diferencias significativas a esta profundidad.

16

Cuadro II.2. Existencias de nitrógeno total (Mg ha-1) por estrato; sumatoria a 30, 50 y 100 cm de profundidad corregido por unidad de masa.

Secuencia Sistema de labranza 0-30 0-50 0-100sj-mz LR 3,5 d 4,87 6,80

SDB 3,85 ab 5,36 7,55SDcc 3,87 ab 5,54 7,80

sj-sj LR 3,67 cd 5,07 6,99SDB 3,69 bcd 5,24 7,26SDcc 3,98 a 5,41 7,53

Secuenciasj-mz 3,78 5,26 7,26sj-sj 3,74 5,24 7,38

Sistema de labranzaLR 3,59 4,97 b 6,89 bSDB 3,77 5,3 a 7,41 aSDcc 3,92 5,48 a 7,66 a

Secuencia NS NS NSSistema de labranza (<0,001)ª (<0,001) (<0,001)

Secuencia x Sistema de labranza (0,037) NS NS

profundidad (cm)

NS no significativo; ª: p-valor; test LSD Fisher (P≤ 0,05). Letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas en cada columna para la fuente de variación con p-valor.

II.3.4 Índices de estratificación de carbono orgánico total

Los índices de estratificación de carbono calculados a partir de los datos de la Figura II.2 entre las profundidades 0-5/5-10 y 0-5/10-20 presentaron iguales tendencias entre sí. La relación 0-5/5-10 presentó valores que oscilan entre 1 y 1,7, siendo SDcc y SDB (Figura II.7.b y d) iguales, y estadísticamente mayores que LR. Respecto a las secuencias de cultivo, sj-mz fue mayor que sj-sj (P≤ 0,01) (Figura II.7.a y c). Los valores de la relación entre la capa superficial muestreada (0-5 cm) y otras más profundas (20-30, 30-50 cm) mostraron el mismo comportamiento, aunque tienden a incrementarse levemente a medida que la comparación se hace con capas de suelo ubicadas a mayor profundidad (Figura II.7.c y d). Por ello, los IE de COT entre las capas 0-5/10-20 tiene mayores valores absolutos (1,2-2,2) aunque se mantuvieron las diferencias entre los sistemas de labranza SDcc=SDB>LR (P≤ 0,001) y entre las secuencias de cultivo sj-mz>sj-sj (P≤ 0,001).

17

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

sj-mz sj-sj

IE

a b

(a)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

SDcc SDB LR

IE

a

b

a

(b)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

sj-mz sj-sj

IE

a b

(c)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

SDcc SDB LR

IE

a

b

a

(d)

Figura II.7. Índices de estratificación de carbono (a) 0-5/5-10 cm para las secuencias de cultivos (b) 0-5/5-10 cm para los sistemas de labranza (c) 0-5/10-20 cm para las secuencias de cultivos (d) 0-5/10-20 cm para los sistemas de labranza. Letras diferentes indican diferencias significativas Test LSD Fisher (P≤ 0,05).

Con el objeto de realizar un análisis de la asociación entre los IE y los stocks COT hasta 100 cm se efectuó un análisis de regresión que se muestra en las Figuras II.8 y II.9. En las figuras podemos observar que los valores de IE más altos y con mayor stock de COT se dieron en los tratamientos bajo SDcc, le siguen en magnitud los SDB y por último LR, a pesar que los R2 de las regresiones fueron bajos y los valores de P fueron altamente significativos (P<0,001 y P<0,001).

18

y = 9,4657x + 51,438R² = 0,3675

n = 42

50

55

60

65

70

75

80

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Sto

ck C

OT

(M

g ha

-1)

IE

LR

SDB

SDcc

Figura II.8. Regresión entre los índices de estratificación de carbono 0-5/5-10 y la existencia de COT hasta 100 cm de profundidad corregidos por unidad de masa diferenciando los diferentes sistemas de labranza: (×) labranza reducida, (◊) siembra directa y (▲) siembra directa con cultivo de cobertura.

y = 9,1448x + 49,438R² = 0,3727

n = 42

50

55

60

65

70

75

80

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Sto

ck C

OT

(M

g ha

-1)

IE

LR

SDB

SDcc

Figura II.9. Regresión entre los índices de estratificación de carbono 0-5/10-20 y la existencia de COT hasta 100 cm de profundidad corregidos por unidad de masa diferenciando los diferentes sistemas de labranza: (×) labranza reducida, (◊) siembra directa y (▲) siembra directa con cultivo de cobertura.

19

II.4 DISCUSIÓN

II.4.1 Concentración de carbono orgánico total y nitrógeno total

La concentración de COT y Nt en las capas superficiales de los tratamientos bajo SD presentaron valores mayores comparado con los tratamientos bajo LR (Figuras II.2 y II.3). Estos resultados coinciden con Franzluebbers (2002) y Díaz Zorita & Grove (2002) para suelos de EEUU, quienes sostienen que la SD al mantener los residuos en superficie produce un incremento en las concentraciones de COT y Nt en los primeros centímetros del suelo. Respuestas similares se han encontrado en otros ensayos dentro de la región semiárida argentina (Nuñez Vázquez, 1992; Díaz Zorita et al, 2004; Apezteguía, 2005) y en otras sub-regiones de la pampa argentina (Alvarez et al., 2009).

La incorporación de gramíneas en la secuencia como cultivo de cobertura incrementó aún más la concentración de COT y Nt. Al respecto, resultados similares fueron encontrados por Wander & Traina (1996) en una secuencia soja-maíz donde los contenidos de materia orgánica fueron significativamente mayores cuando se incluyeron cereales de invierno como cultivo de cobertura. Por otra parte, el incremento de los contenidos de Nt superficiales puede relacionarse con lo reportado por Reicosky & Archer (2005), quienes mencionan que una característica deseable de la incorporación de cc es la retención de N en el sistema, ya que evita pérdidas de nitratos potencialmente lixiviables.

La relación C/N presentó valores promedio similares a los reportados por Batjes (1996) para suelos Chernozems. La relación decrece con la profundidad (Figura II.5) lo que demuestra la presencia de fracciones más estables de la materia orgánica, en coincidencia con lo encontrado por Batjes (1996).

La puesta en cultivo de las tierras por lo general da como resultado una marcada disminución en el contenido de carbono orgánico, porque la entrada de carbono al suelo se ve reducida y la mineralización de la materia orgánica se acelera (Grupta & Germida, 1988; Havlin et al., 1990; Richter, 1990). La disminución del contenido de materia orgánica es más rápida durante los primeros años de uso agrícola y luego se hace más lenta, tendiendo a un equilibrio (Alvarez & Steinbach, 2006c). En este estudio se encontraron concentraciones menores de COT (g kg-1) en los sistemas agrícolas respecto a un suelo muestreado como testigo (cuasi-prístino) (Figura II.10) hasta los 30 cm de profundidad. En la profundidad 0-5 cm dentro las situaciones agrícolas algunos tratamientos fueron un 64 y 41 % menor que el testigo (sj-sj LR y sj-mz SDcc, respectivamente). En la profundidad 5-10 cm las concentraciones de COT de las situaciones agrícolas se encontraron por debajo del testigo en un rango que varía entre el 39 y 49 % y en la profundidad 10-20 cm los tratamientos agrícolas fueron menores al testigo dentro de un rango que varió entre 32 y 40 %, pero a partir de los 30 cm de profundidad los perfiles de los tratamientos no se diferencian del testigo.

20

0

10

20

30

40

50

60

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100

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0

prof

und

idad

(cm

)

COT (g kg suelo-1)

Testigo Situaciones agrícolas

Figura II.10. Concentración de COT hasta 100 cm de profundidad del (×) testigo cuasi-prístino y (○) situaciones agrícolas.

En las concentraciones de Nt se destaca que en todas las situaciones agrícolas (Figura II.11), en las capas superficiales presentaron menores concentraciones de Nt respecto del testigo (cuasi-prístino). En los 0-5 cm de profundidad el tratamiento sj-sj SDcc fue un 39 % menor que el testigo y sj-sj LR un 60 % menor y a la profundidad 5-10 cm la concentración de Nt en sj-sj LR y sj-sj SDB fueron un 37 y 48 % menor que el testigo, respectivamente. Luego en 10-20 cm sj-sj LR fue un 40 % menor al testigo y sj-sj SDB un 45 %. A partir de aquí las diferencias fueron disminuyendo hasta los 100 cm pero se mantuvo la tendencia de que las situaciones agrícolas fueron inferiores a la parcela tomada como testigo.

21

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

prof

und

idad

(cm

)

Nt (g kg suelo-1)

Testigo Situaciones agrícolas

Figura II.11. Concentración de Nt hasta 100 cm de profundidad del (×) testigo cuasi-prístino y (○) situaciones agrícolas.

Como se mencionó en los párrafos anteriores, a partir de los 30 cm las diferencias en las concentraciones de COT y Nt de los tratamientos agrícolas respecto al testigo son mínimas y esto es coincidente con resultados obtenidos por Costantini et al. (2007) para la zona de Marcos Juárez, quienes a partir de esa profundidad no encuentran diferencias entre los tratamientos agrícolas cuando se los compara con situaciones cuasi-prístinas.

II.4.2 Densidad aparente

La densidad aparente posibilitó calcular los stocks de COT y Nt, permitiendo detectar su influencia sobre las cantidades de COT y Nt expresados por unidad de masa (Du et al., 2010; Jantalia et al., 2007; Alvarez & Steinbach, 2006b; Sisti et al., 2004). Las dos capas superficiales (0-5 y 5-10 cm) mostraron una densificación en los tratamientos bajo siembra directa comparado con la labranza reducida, coincidiendo con lo reportado por Hernanz et al. (2009) para un suelo franco. Alvarez & Steinbach (2009) observaron incrementos en la densidad aparente bajo siembra directa cuando se comparó con labranza en la capa superficial en una serie de 35 experimentos en la Pampa Argentina. A partir de 10 cm no se observan diferencias significativas entre los tratamientos en los valores de densidad aparente, siendo las medias por profundidad muy similares a las reportados por Bachmeier et al. (1989) para la misma serie de suelos utilizada en este trabajo. Las capas mayores a 30 cm los valores de densidad aparente fueron iguales en los tratamientos agrícolas y concuerda con lo expresado por Diekow et al. (2005) donde mencionan que a esas profundidades los efectos de los diferentes manejos agrícolas se consideran mínimos.

II.4.3 Existencias de carbono orgánico total y nitrógeno total

Cuando se analizan los stocks de COT hasta los 30, 50 y 100 cm las diferencias míninas significativas entre los sistemas de labranza (SDcc, SDB y LR)

22

son de 1,68, 2,14 y 2,94 Mg C ha-1 respectivamente. Esto indica los cambios ocurren en todo el perfil, aunque los mayores aportes sean en las capas superficiales en SD, el sistema radical de las gramíneas que exploran mayores volúmenes de suelo, podrían tomar importancia a partir de los 50 cm de profundidad. Los mayores stocks de COT en SD respecto de LR se pueden analizar como un retardo en la pérdida de C orgánico y no como una menor ganancia (Franzluebbers, 2010), anualmente para las condiciones del ensayo (región semiárida) hasta los 30 cm, estas ganancias, son alrededor de 313 kg C ha-1 año-1 para la secuencia sj-mz y 33 kg C ha-1 año-1 para sj-sj. Franzluebbers (2010) para suelos del sudeste de EEUU (clima cálidos y húmedos) estima una tasa de COT secuestrado de 450 kg C ha-1 año-1, en cambio VandenBygaart (2008) para suelos de Canadá estimó una tasa entre 60-160 kg C ha-1 año-1. Alvarez & Steinbach (2006b) para la Pampa Ondulada argentina lo analizaron como la velocidad de cambio del stock COT entre SD y LR y mencionan que los incrementos anuales bajo SD relativos a los suelos manejados con LR son alrededor de 460 kg C ha-1 año-1, y aclaran que luego de incorporada la siembra directa la velocidad de cambio es mayor entre los 4 y 9 años.

Los menores stocks de COT en LR respecto de SDB y SDcc pueden atribuirse a que las prácticas de labranza favorecen la mineralización de la materia orgánica por mayor temperatura y menor protección física, provocando liberación de nutrientes y pérdidas de C como CO2 (Abril et al, 2005). Otra posibilidad es Por otra parte, para que se produzca acumulación de materia orgánica es necesario además de un aumento de los aportes de residuos de carbono por los cultivos un ingreso extra de N (Sisti et al., 2004). Una posibilidad de tener un balance negativo de N en LR puede deberse a que la fijación biológica de N es inhibida en forma parcial debido a la mineralización de la materia orgánica estimulada por la labranza (Alves et al., 2002).

Si observamos los stocks de COT de SDcc no se diferencian significativamente de SDB, aunque tendieron a ser mayores. El sistema que presentó mayor stock de COT fue el que tuvo el aporte de C de las dos gramíneas (maíz y triticale), a pesar de que los rendimientos de maíz disminuyen, en determinados años, a causa del cc como antecesor (Salas et al., 2005).

Por debajo de los 30 cm y hasta los 100 cm se mantienen las diferencias en los stocks de COT debidas a los sistemas de manejo, lo que resulta concordante con lo encontrado por varios investigadores (Sisti et al., 2004; VandenBygaart et al., 2011). Es probablemente que por esta razón algunos autores consideran que no es necesario realizar muestreos a tanta profundidad para encontrar diferencias entre manejos, y que la determinación de stock de COT hasta los 15 cm (VandenBygaart et al. 2011) o 30 cm (Du et al., 2010) pueden ser suficiente para detectar diferencias entre manejos. Desde el punto de vista de un balance entre el secuestro de carbono y las emisiones de gases de efecto invernadero es importante considerar mayores profundidades (Dou et al., 2007; Jantalia et al., 2007).

La situación cuasi-prístina mostró, al igual que en las concentraciones de carbono, stocks muy superiores a los tratamientos evaluados en todas las profundidades (0-30 cm = 62,11 Mg ha-1; 0-50 cm = 74,45 Mg ha-1; 0-100 cm = 89,87 Mg ha-1). La situación más contrastante se observó en sj-sj LR hasta los 30 cm de profundidad, fue un 42 % mayor y para el mismo tratamiento pero hasta los 100 cm el testigo fue un 30 % superior.

Una tendencia similar a lo sucedido con los stocks de COT se observó en los stocks de Nt, los tratamientos bajo SD fueron superiores a los tratamientos bajo LR.

23

Las mismas tendencias fueron observadas por otros autores para suelos del sudeste de Brasil (Sisti et al., 2004) y en suelos del sur de los EEUU (Dou et al., 2007). A medida que se profundiza en el perfil (0-50 y 0-100 cm) las diferencias se incrementan. Esto indica al igual que en los stocks de COT, que los mayores cambios ocurren en las capas superficiales. Si las diferencias de stocks de Nt encontradas entre SDB y LR hasta una profundidad de 30 cm se dividen por la cantidad de años de iniciado el ensayo (13 años), anualmente se incrementan alrededor de 23 kg N ha-1 año-1 para la secuencia sj-mz y 1 kg N ha-1 año-1 para sj-sj. Las diferencias entre SDcc y LR ( 21 kg N ha-1 año-1) son mayores a las encontradas entre SDB y LR, en la secuencia sj-sj (1 kg N ha-1 año-1) esto puede relacionarse a lo mencionado por Wagger et al. (1998), quienes indican que los cultivos de cobertura realizan una transferencia de N mineral al sistema y en consecuencia reducen las lixiviación de nitratos potencialmente mineralizables.

En las parcelas tomadas como testigo, y al igual que lo que sucede con los stocks de COT, los stocks de Nt fueron superiores respecto de las situaciones agrícolas (0-30 cm = 6,00 Mg ha-1; 0-50 cm = 7,55 Mg ha-1; 0-100 cm = 9,76 Mg ha-

1) llegando en algunos casos a ser un 40 % mayor.

II.4.4 Índices de estratificación de carbono

Los IE de COT encontrados en este ensayo, luego de 13 años, fueron muy cercanos a 2 bajo siembra directa y menores a 1,5 bajo labranza reducida. Díaz Zorita et al. (2004) en la región semiárida Argentina luego de 12 años de experimento obtuvo valores de 1,6 de IE de COT bajo siembra directa. La antigüedad del ensayo en que se realizó este trabajo (13 años) podría justificar el hecho de tener valores de IE de COT cercanos a 2, en los tratamientos bajo siembra directa. Según lo reportado por Franzluebbers (2002) se podrían considerar como sistemas estabilizados bajo condiciones de manejo conservacionista aquellos en los que los IE de COT son superiores a 2. Varios autores también reportaron valores de IE de COT superiores a 2 en sistemas bajo siembra directa e inferiores a 2 en sistemas bajo labranza convencional (arado o disco como labor primaria) (Díaz Zorita & Grove, 2002; Hernanz et al., 2009; Du et al., 2010).

Algunos autores como Sá & Lal (2009) relacionaron el secuestro de carbono con los IE de COT donde encontraron una fuerte correlación positiva entre el IE de COT de las capas superficiales (0-5/5-10) y los stocks de C (Sá & Lal, 2009); comparando con los resultados del ensayo, se encontró una relación poco marcada entre el stock de COT y el IE de COT de las capas superficiales (0-5/5-10). La regresión de dichas variables (Figura II.8) sólo explicó casi un 40 %, quedando un 60 % del secuestro de carbono sin explicar por el IE. Cuando la regresión se realizó entre el stock COT y el IE 0-5/10-20 (Figura II.9) como propone Franzluebbers (2009) y Causarano et al. (2008) relacionando los IE de COT con variables físicas de suelo, se llega a explicar también el 40 % del carbono secuestrado. Además podemos observar en las Figuras II.8 y II.9 que los mayores IE de COT se observan en los tratamientos con mayores stocks (SDcc≥ SDB≥LR), coincidiendo con lo reportado por Franzluebbers (2009) y Causarano et al. (2008) para suelos del sudeste de los EEUU.

24

II.5 CONCLUSIONES � La siembra directa promueve la acumulación de COT y Nt, haciéndose

más notable este efecto cuanto mayor es la inclusión de gramíneas en la secuencia.

� Aunque la estratificación del COT obtuvo valores mayores bajo siembra directa, esto no permitiría aseverar que el IE de COT sea un buen indicador de la capacidad de secuestro de carbono de este suelo.

25

CAPÍTULO III : EMISIONES DE ÓXIDO NITROSO DEL SUELO BAJO DIFERENTES SECUENCIAS DE CULTIVO Y SISTEMAS

DE LABRANZA EN LA REGIÓN SEMIÁRIDA PAMPEANA

26

III.1 INTRODUCCIÓN Ciertos manejos agrícolas pueden promover la acumulación de C en el suelo,

principalmente cuando se combinan con la adición importantes volúmenes de residuos y aporte de N. Estas prácticas, a primera vista benéficas, pueden generar condiciones edáficas y ambientales que predisponen la emisión de N2O (Mosier et al., 2006).

Algunos sistemas de implantación de cultivos, como la SD promueven la acumulación de residuos en la superficie del suelo y como resultado incrementos en sus contenidos de C y N, además de mejorar los contenidos de agua en la capa superficial comparado con la labranza convencional (Robertson & Paul, 2000; Bono et al., 2008; Sisti et al., 2004; Franzluebbers, 2002). El aporte de N junto a la adición de altos volúmenes de residuos y condiciones de alta humedad superficial puede generar escenarios indeseados como la ocurrencia de emisiones de N2O (Jantalia et al., 2008; Liebig et al. 2010).

Las emisiones de N2O en los suelos ocurren principalmente como consecuencia de procesos de desnitrificación y nitrificación a partir de N mineral (Linn & Doran, 1984). Robertson & Groffman (2007) explican que durante la estación seca se produce una acumulación de N-nitrificable, el cual se convierte en nitratos, cuya producción se acelera cuando se inician las lluvias. La desnitrificación es producida por microorganismos desnitrificadores heterotróficos. La mayor parte de estos microorganismos son anaeróbicos facultativos, usan preferentemente oxígeno (O2) como receptor de electrones pero también pueden usar nitratos y nitritos como sustitutos (Robertson & Groffman, 2007). En las reacciones de desnitrificación hay que considerar los siguientes pasos intermedios:

Desnitrificación

2NO3- 2NO2

- 2NO N2O N2

La velocidad de la desnitrificación depende de ciertas condiciones edáficas: ocurre cuando el O2 es limitante o sea bajo condiciones de humedad cercana al 60 % del espacio poroso de suelo saturado con agua, pueden influir también en dicha velocidad el pH, la temperatura, la concentración de nitratos, la presencia de C lábil y la condición redox (Linn & Doran 1984). Generalmente se le atribuye la emisión de N2O al proceso de desnitrificación, sin embargo bajo ciertas circunstancias el proceso de nitrificación parece tener una importancia relativamente mayor (Bouwman, 1996), por medio de la vía que se detalla a continuación:

Nitrificación:

NH4+ NO2

- NO3-

Martino (2001) ha indicado a la aplicación de fertilizantes nitrogenados sintéticos como principal responsable de las crecientes emisiones de N2O a la atmósfera. La adopción de la siembra directa podría generar una mayor frecuencia de fenómenos de anaerobiosis, causando una mayor desnitrificación, aunque también es de esperar menor disponibilidad de nitratos por lo que los resultados en cuanto a la producción de N2O son inciertos. Distintos autores (Kopp & Abril, 1999; Abril et al., 2005) han observado una mayor disponibilidad de nitratos en suelos bajo SD que

N2O

27

bajo LR durante diferentes etapas de los cultivos y se ha señalado que la menor tasa de liberación de nutrientes en SD se podría contrarrestar con la reducción de las pérdidas por lixiviación y volatilización como resultado de una mayor capacidad de retención de los residuos (Silgram & Shepherd, 1999; Mitchell et al., 2000; Salinas-García et al., 2002).

La producción de N2O está también sujeta al tipo de suelo y al manejo al que están sometidos. Las diferencias asociadas a diferentes tipos de suelo han sido relacionadas principalmente a su comportamiento hídrico (Henault et al., 1998). Rochette (2008) sostiene que los suelos pobremente aireados pueden aumentar las emisiones de N2O bajo siembra directa comparado con labranza convencional, pero las respuestas erráticas respecto a las emisiones de N2O encontradas bajo siembra directa se dan tanto en suelos de moderada aireación como bien aireados.

El potencial del calentamiento global proporciona medios para comparar los efectos relativos de una fuente o sumidero de gas de efecto invernadero respecto de otro. Colocando todos los flujos en términos comunes, se puede evaluar directamente el costo relativo de, por ejemplo, el secuestro debido al aumento de C por aportes de residuos (mitigación de emisiones) contra el aumento del N2O de la aplicación adicional de fertilizantes (fuente de emisiones) (Roberston & Grace, 2004).

Los cambios en las prácticas de cultivo pueden tener efectos imprevistos y no deseados generando otras fuentes de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, la conservación de agua del suelo asociada con la siembra directa proporcionó mayor humedad para las plantas, así como para las bacterias nitrificantes y desnitrificantes. Entonces, al estimular la actividad microbiana podría aumentar la producción de gases de efecto invernadero como el N2O, compensando parte o la totalidad del potencial de mitigación de almacenamiento de C deseado al implementar la nueva práctica de manejo (Robertson, 1999).

A nivel local, es necesaria la medición in situ de N2O para obtener estimaciones globales más precisas que también puedan ser comparadas con los procedimientos propuestos por el IPCC (2006). Los antecedentes nacionales se basan en mediciones durante un ciclo de cultivo (Picone et al.; 2006), en sistemas ganaderos (Videla et al., 2010), ajuste de metodologías de medición (Alvarez et al., 2010; Cosentino et al., 2010) o investigaciones realizadas en laboratorio (Ciarlo et al., 2007), lo cual genera la necesidad de ampliar el conocimiento sobre las relaciones entre las emisiones de N2O y los sistemas de producción actuales en condiciones de campo.

28

III.1.1 Objetivos específicos

o Determinar la influencia de diferentes secuencias de cultivo y sistemas de labranza sobre las emisiones de N2O medidas in situ.

o Determinar para esos tratamientos la relación entre las emisiones de N2O a campo y algunas variables físicas y químicas del suelo (espacio poroso de suelo con agua, nitratos).

o Confrontar los valores de N2O medidos in situ con los calculados a través de la metodología del IPCC (2006).

29

III.2 MATERIALES Y MÉTODOS III.2.1 Caracterización geomorfológica y climática del sitio en estudio

Esta descripción puede encontrarse en la página 7 y 8, Capítulo II.

III.2.2 Descripción y características del sitio experimental

El trabajo se desarrolló en un ensayo de larga duración iniciado en el año 1995. El suelo es un Haplustol éntico serie Oncativo, profundo, bien drenado, desarrollado sobre materiales franco limosos, con una capacidad de almacenaje de agua disponible de 307 mm hasta los 200 cm de profundidad (INTA, 1987).

El diseño del experimento es un arreglo bifactorial. Un factor es el sistema de labranza, cuyos niveles son: siembra directa con barbecho químico (SDB), siembra directa con cultivo de cobertura, triticale (Triticosecale) (SDcc) y labranza reducida, con rastra de discos como labor primaria (LR). El factor secuencia de cultivo tiene los niveles: soja-soja (Glycine max (L) Merrill) (sj-sj) y soja-maíz (Zea mays) (sj-mz). A través de la combinación de los distintos niveles de cado uno de los factores quedan conformados 6 tratamientos. Las unidades experimentales tienen 110 m de largo por 35 m de ancho.

Para este estudio fueron utilizados la combinación de tratamientos: LR sj-sj, LR sj-mz, SDB sj-sj y SDB sj-mz, por considerarse los más difundidos en la región. Además, se obtuvieron muestras de un testigo (cuasi-prístino), que representa una condición aproximada a la original del lugar. Las emisiones de N2O fueron medidas in situ durante un año, desde marzo de 2009 hasta abril de 2010, separándose para objetivos de análisis e interpretación de los datos en dos períodos: barbecho y cultivo. El período de barbecho transcurrió desde marzo a diciembre de 2009 y el período de cultivo desde enero hasta abril de 2010. Aunque la rotación se mantiene, la utilización del suelo va cambiando. Por lo tanto, en el período de barbecho se evaluaron las emisiones de acuerdo al residuo que se encontraba en superficie y su continuación de la secuencia durante el período de cultivo quedando la combinación de tratamientos para cada período mostrado en la Cuadro III.1.

Cuadro III.1. Tratamientos para el período de barbecho y cultivo. Color gris indica los periodos muestreados, mes y año indican el inicio de cada período.

sj-sj LR SOJA Barbecho SOJA

SDB SOJA Barbecho SOJA

sj-mz LR SOJA Barbecho MAÍZ

SDB MAÍZ Barbecho SOJA

2008/2009MARZO

2009ENERO

2010Sistema de labranzaSecuencia

Al tratamiento LR se le realizó una labor primaria de rastra de discos al finalizar el invierno. Luego, previo a la siembra de los cultivos de verano se laboreó con un vibrocultivador preparando el suelo para la siembra. En los tratamientos con SDB durante el período de barbecho las malezas se controlaron con herbicidas.

30

El cultivo de soja se sembró el 15 de diciembre de 2009 y el maíz el 17 de diciembre del mismo año. El cultivo de maíz se fertilizó con 12 kg ha-1 de P (superfosfato triple) a la siembra y el 15 de enero de 2010 con 107 kg N ha-1. Como fuente nitrogenada se utilizó una mezcla comercial de UAN + tiosulfato de amonio (30-0-0), 2,6 % S. El cultivo de soja se fertilizó con 12 kg ha-1 de P (superfosfato triple) a la siembra.

III.2.3 Forma de muestreo y determinaciones analíticas

III.2.3.1 Emisiones de N2O Durante el período de barbecho se realizó un muestreo cada 30 días,

aproximadamente. Durante el período de cultivo los muestreos de N2O se realizaron con una frecuencia de 10 a 15 días, ya que se presuponía un período de mayor nivel de emisión debido a las condiciones ambientales.

Para medir N2O se utilizaron cámaras estáticas, considerado el sistema colector de muestras más apropiado según Conen & Smith, (1998). Cada cámara está compuesta por una base de hierro (43 cm x 29,5 cm) enterrada en el suelo a 5 cm (Figura III.1.b), las que permanecieron en el ensayo durante todo el período de medición evitando el disturbio del suelo que ocasionaría su retiro y nueva colocación en cada muestreo. Al momento de la obtención de la muestra, sobre la base de hierro se colocó una cubierta de PVC (11880 cm3) (Figura III.1.a) sujeta a la base firmemente por dos bandas elásticas, de esta manera queda formada una cámara de muestreo de la atmósfera sobre el suelo (Figura III.1.c). Al momento de colocar las cubiertas de PVC se tomó una muestra de la atmósfera inicial, denominada tiempo cero (t0) y al cabo de 30 min se tomó una segunda muestra del gas (t1) contenido en la atmósfera de la cámara, retirándose luego la cubierta de PVC hasta el próximo muestreo. Se colocaron aleatoriamente 2 cámaras por cada unidad experimental y en el área testigo se coloraron 4 cámaras.

31

Figura III.1. (a) Cámara estática; (b) bases de hierro; (c) cubierta de PVC.

Las muestras se extrajeron por medio de una bomba (Figura III.2.a) que en una sola operación, realiza vacío en un frasco de 13 ml sellado con una goma y anillo de aluminio, luego se extrae la muestra de la cámara y se la inyecta en el frasco que quedó con vacío (Figura III.2.b).

Figura III.2. (a) Bomba; (b) frasco lacrado.

Cada frasco se selló con una película de esmalte en el orificio que dejó la aguja al inyectar la muestra en el frasco (Figura III.2.b). El esmalte estaba compuesto por agentes de formación de películas, resinas, plastificantes, solventes y agentes colorantes. Luego fueron enviadas al laboratorio de la EMBRAPA – Agrobiología, Estado de Río de Janeiro, Brasil, según las normas descriptas en Alvarez et al.(2010).

La muestras de gas se analizaron usando un cromatógrafo gaseoso Perkin Elmer Model Auto System XL (Perkin Elmer, Wellesley, USA) equipado con columna empaquetada Porapak Q (largo 3 m, i.d. 0,32 cm) y detector de captura de electrones.

a b

c

b a

32

III.2.3.2 Cálculo de emisiones de N2O Para realizar los cálculos de las emisiones de N2O se usó la Ecuación III.1. El

volumen molar ( ) del gas se corregirá por la temperatura ambiente del aire

medida al momento de extracción de la muestra y los flujos ( ) de N2O se calcularán

con la siguiente expresión matemática:

Ecuación III.1:

Donde, es el cambio de concentración de N2O en la cámara durante el

tiempo de incubación ; y son el volumen de la cámara (11880 cm3) y el área

de suelo cubierta (1268,5 cm2) por la cámara respectivamente. es el peso

molecular del N2O.

III.2.3.3 Nitratos Se monitoreó el contenido de nitrógeno como nitratos (N-NO3

-) disponible en el suelo hasta los 5 cm de profundidad en cada fecha en las que se determinaron las emisiones de N2O, tomando una muestra compuesta por unidad experimental. La determinación de nitratos se realizó en muestra húmeda por el método del ácido fenoldisulfónico (Bremner, 1965).

III.2.3.4 Espacio poroso de suelo con agua Se monitorearon los contenidos de humedad gravimétrica en el suelo hasta los

5 cm de profundidad en cada fecha en las que se midieron las emisiones de N2O, tomando 2 muestras por unidad experimental. Las muestras fueron secadas en estufa a 110 °C durante 24 hs. Luego se calculó el contenido gravimétrico de agua en el suelo y con el valor de densidad aparente medida en el sitio donde se encontraba cada cámara estática, se calculó el espacio poroso de suelo saturado con agua (EPSA).

III.2.4 Emisiones de N2O estimadas a través de la metodología propuesta por IPCC

En el presente estudio se calcularon las emisiones de N2O según lo propuesto por IPCC (2006). El cálculo para estimar las emisiones N2O contiene dos factores: emisiones directas e indirectas. Las emisiones directas consideran el N del fertilizante y N mineralizado de los residuos de cultivos, y las indirectas el N lixiviado y volatilizado del fertilizante sitético aplicado. Los factores de emisión utilizados para las emisiones directas (EF1) fue 1 % e indirectas fueron 10 % para el N volatilizado y 30 % para el N lixiviado, todos ellos son los que el IPCC considera por defecto.

III.2.5 Equivalencias con CO2

33

Los resultados de las emisiones de N2O fueron convertidos a su equivalencia en términos de unidades de CO2 obtenida para un intervalo de 100 años multiplicando la cantidad de N2O por 310 como lo sugirió IPCC (2006). La conversión fue realizada para las emisiones de N2O medidas.

III.2.6 Análisis estadístico

Las emisiones de N2O en las distintas secuencias de cultivo y labranza fueron comparadas con un ANVA usando modelo mixto donde las secuencia de cultivos, los sistemas de labranzas y la interacción entre ellos fueron considerados efectos fijos y las fechas de muestreo como efecto aleatorio. Durante el periodo de barbecho la falta de homogeneidad de varianzas entre fechas de muestreo de emisiones de N2O se modeló utilizando una estructura de varianzas idénticas entre las emisiones de una misma fecha. En el periodo de cultivo, la estructura de varianzas fue modelada para la interacción secuencia de cultivos×sistema de labranza, permitiendo de ésta forma comparar los efectos de tratamiento. Además, se incorporaron al modelo tres co-variables: contenido de N-NO3

-, EPSA y temperatura del aire para mejorar la precisión de las comparaciones entre tratamientos. Ante la existencia de diferencias significativas se aplicó el test de comparación de medias LSD de Fisher (P≤ 0,05) (InfoStat, 2010).

Se utilizaron también, métodos multivariados basados en algoritmos de árboles de regresión y/o clasificación, donde se consideró emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el contenido de N-NO3

-, EPSA, temperatura del aire, sistemas de labranza y secuencias de cultivo. Inicialmente todos los objetos son considerados como pertenecientes al mismo grupo. El grupo se separa en dos subgrupos a partir de una de las variables regresoras de manera tal que la heterogeneidad, a nivel de la variable dependiente, sea mínima de acuerdo a la medida de heterogeneidad seleccionada, suma de cuadrados para este caso (InfoStat, 2010).

34

III.3 RESULTADOS En el Cuadro III.2 se muestran los rendimientos del ensayo: a) promedio de

los 15 años; b) campaña de producción 2008-2009, luego de la cosecha se inició el período de medición de N2O (barbecho); y c) rendimientos de la campaña 2009-2010, período de medición de N2O con cultivos estivales. Los rendimientos del cultivo de soja en la campaña 2008-2009 fueron inferiores al promedio histórico en todos los tratamientos. Por otro lado, los resultados de la campaña 2009/2010 bajo LR fueron inferiores al rendimiento histórico, aunque para SDB estuvieron muy por encima del rendimiento histórico. Para el cultivo de maíz el rendimiento de la campaña 2008-2009 fue superior al rendimiento histórico mientras que en la campaña 2009-2010 fue inferior, debido a un marcado estrés hídrico presente durante el primer mes de desarrollo.

Cuadro III.2. Rendimientos (kg ha-1) de los diferentes cultivos: promedio histórico, campaña 2008-2009 y campaña 2009-2010.

Secuencia Sistema de labranza

sj-sj LR 1626 2244 2600SDB 1265 3627 3067

sj-mz LR 1791 3182 3078 9650 5295 7595SDB 1490 3983 3379 10700 7535 8617

2009/2010 SOJA

2008/2009 SOJA

Históricos2008/2009

MAÍZ2009/2010

MAÍZHistóricos

Cultivos

III.3.1 Flujos de N2O y sus variables

III.3.1.1 Período de barbecho Durante el período de barbecho las temperaturas medias diarias variaron entre

3,8 y 30,7 ºC con valores de mínima y máxima extremas de -5,3 y 41,6 ºC, respectivamente. Durante los 290 días que duró el período de barbecho las precipitaciones se distribuyeron de la siguiente manera: el 30 % en el primer trimestre, el 6 % en el segundo trimestre y el 64 % en el último. Eventos de precipitaciones superiores a 20 mm se registraron sólo en tres oportunidades: una en los primeros días de marzo, uno a mediados de noviembre y el último en los primeros días de diciembre.

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Te

mp

erat

ura

med

ia (

ºC)

0

5

10

15

20

25

30

35

Pre

cip

itaci

on

es (

mm

)

0

20

40

60

80

100

120

140

Figura III.3. Evolución de la temperatura media diaria y precipitaciones durante el período de barbecho.

Las Figuras III.4 y III.7 muestran el EPSA en cada una de las fechas de muestreo durante el período de barbecho. El EPSA superó el 50 % en la primera y la

35

última medición del período y valores alrededor del 40 % de EPSA se observaron el 18 de noviembre. Las tres fechas mencionadas fueron precedidas por eventos de precipitaciones superiores a 20 mm. El tratamiento que en promedio tuvo el menor porcentaje de EPSA fue LR sj-sj residuo soja (22,8 %) y el mayor EPSA promedio se registró en SDB sj-mz residuo maíz (33,5 %).

En las Figuras III.5 y III.8 se observa la evolución del contenido de N-NO3-

durante el período de barbecho. Al inicio del período los valores estuvieron por debajo de los 10 mg N-NO3

- kg suelo-1, luego se mantuvieron estables oscilando entre 13,2 y 21 mg N-NO3

- kg suelo-1 y al final del período de evaluación se observó un incremento del contenido de N-NO3

- llegando en algunos tratamientos a valores de 50 mg N-NO3

- kg suelo-1. Los mayores valores se observaron en los tratamientos bajo SDB respecto de LR. La última fecha del período fue precedida por un evento de precipitación que alcanzó los 130 mm.

Las Figuras III.6 y III.9 presentan los flujos de N2O durante el período de barbecho. En la mayoría de las fechas de medición los flujos de N2O se mantuvieron en valores muy bajos, pero en la última fecha se observó un pico que alcanzó valores de 140 µg N-N2O m-2 h-1. Estas emisiones de N2O fueron acompañadas por valores de EPSA superiores al 50 % y contenido de N-NO3

- 40 mg N-NO3- kg-1 suelo,

promedio entre todos los tratamientos evaluados.

En las Figuras III.10, III.11 y III.12 se observa cómo se comportó el testigo en relación a EPSA, el contenido de N-NO3

- y las emisiones de N2O. El EPSA estuvo cercano y hasta por encima del 50 % en cinco fechas del período de muestreo. En general, se observó que la evolución del contenido de N-NO3

- acompañó la tendencia de las emisiones de N2O durante todo el período aunque, ambos con magnitudes pequeñas. El contenido de N-NO3

- fue en promedio 4,58 mg N-NO3- kg-1 suelo y la

emisiones de N2O oscilaron entre 4,02 y 33,6 µg N-N2O m-2 h-1. Los contenidos de agua por encima del 50 % coincidieron con valores bajos de N-NO3

- y emisiones de N2O.

36

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EP

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(%

)

0

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40

60

80

100

Figura III.4. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho.

02/03

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N-N

O3- m

g kg

-1 s

uelo

0

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20

30

40

50

60

70

Figura III.5. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad.

02/03

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23/03

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µg N

-N2O

m-2

h-1

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Figura III.6. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho.

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02/03

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/09

EP

SA

(%

)

0

20

40

60

80

100Rastra

de discosCutivador de campo

Figura III.7. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho.

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N-N

O3- m

g kg

-1 s

uel

o

0

10

20

30

40

50

60

70Rastra

de discosCutivador de campo

Figura III.8. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad.

02/03

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µg N

-N2O

m-2 h

-1

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160Rastra

de discosCutivador de campo

Figura III.9. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (rastrojo soja), (▼) sj-mz (rastrojo maíz) y (●) sj-sj (rastrojo soja) durante el período de barbecho.

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(%

)

0

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40

60

80

100

Figura III.10. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho.

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N-N

O3- m

g kg

-1 s

uel

o

0

10

20

30

40

50

60

Figura III.11. Evolución del nitrógeno como nitratos en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho, hasta 5 cm de profundidad.

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µg N

-N2O

m-2

h-1

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Figura III.12. Emisiones de N2O en el tratamiento (◊) testigo durante el período de barbecho.

39

Al evaluar todo el período de barbecho (Cuadro III.3) sólo las secuencias de cultivo arrojaron diferencias significativas (P≤ 0,01) respecto de las emisiones de N2O. El tratamiento sj-mz (A) residuo soja (8,92 µg N-N2O m-2 h-1) fue mayor que sj-sj (7,06 µg N-N2O m-2 h-1) y sj-mz (B) residuo maíz (6,31 µg N-N2O m-2 h-1). A pesar de observar emisiones de N2O de baja magnitud durante la mayor parte del período la secuencia sj-mz (A) residuo soja, en la primera y la última fecha de medición (Figura III.6 y III.9) mostró valores superiores al resto de los tratamientos. Las variables EPSA, N-NO3

- y temperatura media del aire analizadas como co-variables, dentro del modelo, arrojaron diferencias no significativas (P= 0,162; P= 0,354; P= 0,225, respectivamente).

Cuadro III.3. Emisiones promedio de N2O (µg N-N2O m-2 h-1) para el período de barbecho de tres secuencias de cultivo bajo dos sistemas de labranza: siembra directa con barbecho químico (SDB) y labranza reducida (LR) y el testigo.

Secuencia SDB LR Mediasj-mz (A) 9,16 8,67 8,92 asj-mz (B) 4,62 8,00 6,31 b

sj-sj 6,39 7,74 7,06 bMedia 6,72 A 8,14 A

Testigo 11,56

Fuentes de variaciónSecuencia (0,013)

Sistema de labranza NSSecuencia x Sistema de labranza NS

Sistema de labranza

(µg N-N2O m-2 h

-1)

( ), p-valor; NS, no significativo; letras minúsculas iguales en la misma columna indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); letras mayúsculas iguales en la misma fila indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); sj-mz (A) residuo de soja durante el otoño-invierno, sj-mz (B) residuo de maíz durante otoño-invierno.

En el análisis con métodos multivariados basados en algoritmos de árboles de regresión para el período de barbecho (Figura III.13), se observó que el contenido de N-NO3

- fue la variable de mayor importancia para explicar las emisiones de N2O. Cuando los N-NO3

- se encontraban por encima de 28 ppm se produjeron emisiones mayores de N2O y cuando el contenido de N-NO3

- estuvo por debajo de ese umbral fue el EPSA el que influenció las emisiones de N2O. Según los algoritmos de regresión el segundo nodo indicó que, cuando el suelo contuvo un 43 % o más de EPSA, se produjeron mayores emisiones de N2O. La variable que le siguió en importancia fue la temperatura media con un umbral de 10 ºC.

40

(n=235)

N-NO3 <=28,28 ppm

EPSA <=42,92 %

Temp. media <=9,8 ºC Temp. media >9,8 ºC

EPSA >42,92 %

N-NO3 >28,28 ppm

(n=235)

N-NO3 <=28,28 ppm

EPSA <=42,92 %

Temp. media <=9,8 ºC Temp. media >9,8 ºC

EPSA >42,92 %

N-NO3 >28,28 ppm

N-N2O

(n=24)

(n=211)

(n=179)

(n=32)

(n=46) (n=133)

Figura III.13. Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el contenido de N-NO3

-, EPSA, temperatura del aire para el período de barbecho.

III.3.1.2 Período de cultivo

El período de cultivo se extendió de enero a marzo de 2010. En la Figura III.14 se observan las temperaturas medias diarias y las precipitaciones de dicho período. Las temperaturas medias diarias varían entre 16,5 y 27,1 ºC con mínima y máxima absoluta de 8,1 de 36,4 ºC, respectivamente. El total de las precipitaciones fue 492 mm distribuidas en 22 eventos. Precipitaciones superiores a 20 mm ocurrieron en un 50 % de los casos.

04/01/10

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23/02/10

28/02/10

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Tem

pera

tura

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)

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Pre

cipi

taci

one

s (m

m)

0

20

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100

Figura III.14. Evolución de la temperatura media diaria y precipitaciones durante el período de cultivo.

N-N2O

N-NO3- ≤ 28 ppm

N-NO3- > 28 ppm

EPSA ≤ 43 %

EPSA > 43 %

Temp. media diaria ≤ 10 ºC Temp. media diaria > 10 ºC

41

En las Figuras III.15 y III.18 se muestra el EPSA durante el período de cultivo. En general, los valores de EPSA bajo siembra directa (Figura III.15) estuvieron por encima de los valores registrados para labranza reducida (Figura III.18). El contenido de agua (EPSA) bajo siembra directa se mantuvo por encima del 50% durante la mayor parte del período; sólo en una fecha disminuyó hasta un mínimo de 33 %. Los tratamientos bajo labranza reducida presentaron valores de EPSA que oscilaron en un rango de 30 a 63 % y sólo el 5 de febrero todos los tratamientos tuvieron valores de EPSA por encima del 50 %.

Si se analiza el contenido de N-NO3- se puede observar (Figuras III.16 y

III.19) que todos los tratamientos presentaron un rango que varía entre 17,5 y 35 mg N-NO3

- kg-1 suelo, exceptuando el 19 de enero de 2010 donde hubo un pico de N-NO3

- en todos los tratamientos, tanto bajo cultivo de soja como maíz. El cultivo de maíz, días previos al muestreo fue fertilizado y los contenidos observados de N-NO3

- fueron 179 mg kg suelo-1 para LR sj-mz y 110 mg kg suelo-1 para SDB sj-mz y en los tratamientos con cultivo de soja se midieron valores de N-NO3

- entre 85 y 146 mg kg suelo-1.

Los flujos de N2O medidos durante el período de cultivo (Figuras III.17 y III.20) mostraron variaciones entre 1,72 y 117 µg N-N2O m-2 h-1 considerando todos los tratamientos. Además, se evidencia que los flujos de N2O en el cultivo de maíz bajo SDB y LR en la mayoría de las fechas de muestreo estuvieron por encima de los demás tratamientos. El maíz bajo SDB, en la fecha de muestreo posterior a la fertilización, marcó el pico de emisión de todo el período. Emisiones alrededor de 100 µg N-N2O m-2 h-1 se observaron en maíz bajo LR en varias oportunidades y sólo en la primera fecha de muestreo para soja bajo LR sj-mz.

En relación al testigo la variable EPSA (Figura III.21) estuvo por encima del 50 % durante todo el período de evaluación con promedio de 78,5 %. En el contenido de N-NO3

- (Figura III.22) se observó un pico el 18 de enero con un valor de 74 mg kg-1 suelo y el resto de las mediciones del período fueron en promedio 15 mg kg-1 suelo. Respecto a las emisiones de N2O (Figura III.23) se evidenció un pico de 82,8 µg N-N2O m-2 h-1 al final del período de cultivo, que fue acompañado por un 83 % de EPSA y 17,2 mg kg suelo-1. En el resto de las fechas de muestreo las emisiones medidas fueron en promedio de 10,8 µg N-N2O m-2 h-1.

42

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EP

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(%

)

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60

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100Fertilización

Figura III.15. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo.

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/10

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/10

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/10

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/10

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/10

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N-N

O3-

mg

kg s

uel

o-1

0

40

80

120

160

200

240

280Fertilización

Figura III.16. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad.

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µg N

-N2O

m-2

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0

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160

200Fertilización

Figura III.17. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo siembra directa con barbecho químico para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo.

43

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EP

SA

(%

)

0

20

40

60

80

100Fertilización

Figura III.18. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo.

04/01

/10

09/01

/10

14/01

/10

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/10

24/01

/10

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/10

03/02

/10

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/10

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/10

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/10

23/02

/10

28/02

/10

05/03

/10

N-N

O3-

mg

kg s

uel

o-1

0

40

80

120

160

200

240

280Fertilización

Figura III.19. Evolución del nitrógeno como nitratos en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad.

04/01

/10

09/01

/10

14/01

/10

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/10

24/01

/10

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/10

03/02

/10

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/10

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/10

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/10

23/02

/10

28/02

/10

05/03

/10

µg N

-N2O

m-2 h

-1

0

40

80

120

160

200Fertilización

Figura III.20. Emisiones de N2O en los tratamientos bajo labranza reducida para las secuencias (×) sj-mz (maíz), (▼) sj-mz (soja) y (●) sj-sj (soja) durante el período de cultivo.

44

04/01

/10

09/01

/10

14/01

/10

19/01

/10

24/01

/10

29/01

/10

03/02

/10

08/02

/10

13/02

/10

18/02

/10

23/02

/10

28/02

/10

05/03

/10

EP

SA

(%

)

0

20

40

60

80

100

Figura III.21. Evolución del espacio poroso de suelo saturado con agua en el tratamiento (◊) testigo durante el período de cultivo.

04/01/2010

09/01/2010

14/01/2010

19/01/2010

24/01/2010

29/01/2010

03/02/2010

08/02/2010

13/02/2010

18/02/2010

23/02/2010

28/02/2010

05/03/2010

N-N

O3- m

g kg

-1 s

uelo

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Figura III.22. Evolución del nitrógeno como nitratos en el tratamiento testigo (◊) durante el período de cultivo, hasta 5 cm de profundidad.

04/01

/2010

09/01

/2010

14/01

/2010

19/01

/2010

24/01

/2010

29/01

/2010

03/02

/2010

08/02

/2010

13/02

/2010

18/02

/2010

23/02

/2010

28/02

/2010

05/03

/2010

µg N

-N2O

m-2

h-1

-200

20406080

100120140160180200

Figura III.23. Emisiones de N2O en el tratamiento testigo (◊) durante el período de cultivo.

45

Del análisis estadístico respecto de las emisiones de N-N2O para el período de cultivo (Cuadro III.4) se observó que sólo el factor secuencia de cultivo arrojó diferencias significativas (P≤ 0,01). Los flujos de N-N2O fueron mayores en el tratamiento sj-mz maíz (64,5 µg N-N2O m-2 h-1) respecto de sj-mz soja (36,81 µg N-N2O m-2 h-1) y sj-sj soja (33,28 µg N-N2O m-2 h-1). Las variables EPSA, N-NO3

- y temperatura media del aire analizadas como co-variables, dentro del modelo, arrojaron diferencias no significativas P= 0,06; P= 0,53; P= 0,55 , respectivamente.

Cuadro III.4. Emisiones promedio de N2O (µg N-N2O m-2 h-1) para el período de cultivo de tres secuencias de cultivo bajo dos sistemas de labranza: siembra directa con barbecho químico (SDB) y labranza reducida (LR) y el testigo.

Secuencia SDB LR Mediasj-mz (A) 52,95 76,11 64,53 a sj-mz (B) 19,64 53,99 36,81 ab

sj-sj 32,78 33,78 33,28 b Media 35,12 A 54,63 A

Testigo 25,22

Fuentes de variaciónSecuencia (0,018)

Sistema de labranza NSSecuencia x Sistema de labranza NS

Sistema de labranza

(µg N-N2O m-2 h

-1)

( ), p-valor; NS, no significativo; letras minúsculas iguales en la misma columna indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); letras mayúsculas iguales en la misma fila indican diferencias no significativas (P≤ 0,05 LSD Fisher); sj-mz (A) maíz en primavera-verano, sj-mz (B) soja en primavera-verano.

El análisis con métodos multivariados, realizado para el período de cultivo (Figura III.24), mostró que el EPSA es la variable de mayor importancia para explicar las emisiones de N2O. Cuando el EPSA se encontró por encima de 52 % fue posible medir emisiones mayores de N2O. Si el EPSA se encontró por debajo de ese umbral fue el sistema de labranza quien condicionó las emisiones de N2O. Según los algoritmos de regresión el segundo nodo indica que bajo siembra directa se observaron emisiones menores de N2O respecto de labranza reducida. El resto de las variables regresoras fueron de menor importancia en el período de cultivo.

46

N-N2O

EPSA <=51,1 %

LR (n=33) SDB (n=22)

EPSA >51,1 %

N-N2O

EPSA <=51,1 %

LR (n=33) SDB (n=22)

EPSA >51,1 %(n=55)

(n=49)

(n=104)

N-N2O

EPSA ≤ 52 %

EPSA > 52 %

LR (n=33) SDB (n=22)

Figura III.24. Árbol de regresión: Emisiones de N2O como variable dependiente y como variables regresoras el EPSA y el sistema de labranza para el período de cultivo.

III.3.2 Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas en base a IPCC

Los flujos anuales fueron calculados por interpolación lineal de las emisiones medidas de N2O entre fechas sucesivas según lo sugerido por Metay et al. (2007) y Jantalia et al., (2008). Los valores variaron entre 1,09 y 2,41 kg N-N2O ha-1 año-1 (Cuadro III.5). En general las emisiones anuales bajo LR fueron mayores respecto de SDB y en la secuencia sj-mz (A) mayores a las demás. En esta secuencia se puede observar el efecto que tuvo la fertilización del cultivo de maíz durante el período de cultivo. El tratamiento con mayor emisión anual fue LR sj-mz (A) (maíz en el período de cultivo) y el valor de menor emisión anual de N-N2O fue tratamiento SDB sj-mz (B). Las emisiones anuales de este tratamiento fueron similares a las emisiones anuales del testigo.

Cuadro III.5. Estimación de pérdida de N como N2O (kg N-N2O ha-1) de dos sistemas de labranza: SDB y LR, dos secuencias de cultivo: sj-mz y sj-sj, y el testigo desde marzo 2009 a marzo 2010.

2009/2010

sj-mz (A) 1,55 2,41 1,98sj-mz (B) 1,09 1,80 1,45

sj-sj 1,29 1,16 1,23Media 1,31 1,79

Testigo 1,10

Media

(kg N-N2O ha-1 año-1)

Sistema de labranza

Secuencia SDB LR

sj-mz (A) cultivo de maíz en la campaña 2009/2010, sj-mz (B) cultivo de soja en la campaña 2009/2010.

Las emisiones estimadas para ésta región según la metodología propuesta en IPCC (2006) se calcularon en función de los rendimientos de la campaña en la que se midieron las emisiones de N2O in situ y también de los rendimientos históricos del

47

ensayo (Figura III.25), considerándose como factor de emisiones directas el valor por defecto de EF1 (1 %) sugerido por IPCC (2006). Además en la misma figura se colocaron las emisiones medidas, ya mostradas en el Cuadro III.4, con fines comparativos.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

SDB sj-mz (A) LR sj-mz (A) SDB sj-mz (B) LR sj-mz (B) SDB sj-sj LR sj-sj

kg N

-N2O

ha-1

año-1

Medidos (2009/2010)

IPCC (2009/2010)

IPCC (Históricos)

Figura III.25. Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas a través de IPCC (2006) con los rendimientos del ensayo 2009/2010 e históricos. sj-mz (A) maíz en primavera-verano, sj-mz (B) soja en primavera-verano.

Como se puede observar en la Figura III.25 las pérdidas anuales de N como N2O medidas fueron inferiores a los estimados con la metodología de IPCC para todas las situaciones evaluadas. Los valores más altos se observaron en los tratamientos bajo LR y SDB en la secuencia sj-mz (A) y los menores valores, tanto medidos como estimados fueron para SDB y LR bajo la secuencia sj-sj. Las emisiones anuales calculadas con los rendimientos históricos del ensayo fueron muy superiores a las demás en los tratamientos bajo la secuencia sj-sj. En la secuencia sj-mz (A) las emisiones IPCC con los rendimientos históricos fueron también superiores a los demás pero en escasa magnitud y en la secuencia sj-mz (B) las emisiones calculadas con IPCC para la campaña 2009/2010 fueron superiores a las demás.

48

III.4 DISCUSIÓN

III.4.1 Flujos de N2O y sus variables

Las épocas de muestreo marcaron sus diferencias respecto al nivel de emisiones, siendo menores en la estación seca (barbecho), y mayores en la estación húmeda (cultivo).

III.4.1.1 Período de barbecho Durante el período de barbecho en general las emisiones fueron bajas. El N2O

es formado tanto por el proceso aeróbico de nitrificación como por el anaeróbico de desnitrificación (Linn & Doran, 1984; Metay et al., 2007a). Observando los datos meteorológicos del período se evidencia que las condiciones no fueron óptimas para ninguno de los procesos mencionados. Las temperaturas fueron bajas para favorecer el proceso de mineralización y las precipitaciones fueron ocasionales y de poca magnitud, lo que permite presuponer que no existieron períodos de anaerobiosis (Abril et al., 2005). Esto se refleja en las Figuras III.4, III.5, III.7 y III.8 donde en general los valores de EPSA y contenido de N-NO3

- son bajos. Las características meteorológicas del período de barbecho fueron las normales del clima de la región (Casagrande & Vergara, 1996).

De los diez momentos de muestreo durante el período de barbecho las emisiones de N2O sólo en dos estuvieron por encima de la media (Cuadro III.3): levemente para la emisión correspondiente al primer muestreo (5 de marzo de 2009) y marcadamente para la del último muestreo (3 de diciembre de 2009). El 5 de marzo los contenidos de humedad del suelo fueron favorables para la ocurrencia del proceso de desnitrificación; sin embargo los contenidos de nitratos fueron muy bajos, aunque no nulos. Al respecto, varios autores (Panek et al., 2000, Holtgrieve et al., 2006) mencionan una correlación positiva que existe entre la disponibilidad de N inorgánico y la emisión de N2O mientras que otros (Metay et al., 2007a) en concordancia con lo obtenido en este trabajo no la encuentran claramente establecida (Figura III.26). Respecto a los contenidos de humedad es posible que hayan contribuido para que la emisión de N2O pueda justificarse tanto por nitrificación como desnitrificación. Al respecto, Davidson (1991) estimó la contribución relativa de ambos procesos a los flujos de N2O en función del contenido de humedad de los suelos, encontrando un flujo neto máximo alrededor del 60 % EPSA, punto en el cual la nitrificación y la desnitrificación contribuirían por igual al flujo de N2O. Por el contrario, Linn & Doran, (1984) mencionan que la desnitrificación al 60 % de EPSA resulta insignificante. Lo mencionado hace presuponer que las emisiones de N2O medidas en esta fecha pueden atribuirse principalmente a la vía de desnitrificación en siembra directa mientras que en labranza reducida probablemente sea la vía de nitrificación, la que luego se mantiene preponderante hasta la última fecha de muestreo de este período.

49

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60

N-N

2O µ

g m

-2ha

-1

N-NO3- mg kg suelo-1

Figura III.26. Emisiones de N-N2O en función del contenido de N-NO3- durante el

período de barbecho; (o) LR (×) SDB.

En la última fecha de muestreo del período de barbecho, en ambos sistemas de labranza, se produce un pulso significativo en la emisión de N2O que sólo puede ser parcialmente justificado por el EPSA. La combinación del efecto que producen las condiciones ambientales del barbecho sobre las emisiones de N2O al final del período puede ser explicado a través de lo reportado por Fassbender & Bornemisza (1987) quienes mencionan que durante la estación seca se produce una acumulación de N-nitrificable, el cual se convierte lentamente en nitratos, cuya producción se hace muy rápida cuando se inician las lluvias. Esto último, puede asociarse con los resultados obtenidos en este trabajo, donde luego de un otoño-invierno con muy bajas precipitaciones, una lluvia importante provocó altos contenidos de N-NO3

- y como consecuencia altas pérdidas de N como N2O. Saggar et al. (2004) sugieren que en climas con marcada estación seca, la primera lluvia sobre suelo seco genera un pulso marcado de emisión de N2O que puede contribuir significativamente a la emisión total anual, lo que coincide con lo encontrado en la última fecha de medición del período de barbecho (Figuras III.6 y III.9). Las temperaturas, precipitaciones y los porcentajes de EPSA registrados durante el período pueden verse en las Figuras III.3, III.4 y III.7 respectivamente.

En la mayor parte del período de barbecho (exceptuando las fechas mencionadas anteriormente) los flujos de N2O fueron muy bajos coincidiendo con lo encontrado por Levine et al. (1996), por Sanhueza et al. (1990) en suelos bien drenados y por Metay et al. (2007a) durante la estación seca en el Cerrado brasileño. Sin embargo, los valores de N2O estuvieron por encima de los niveles de detección de las cámaras y sistemas de cromatografía en contraposición a lo reportado por Verchot et al. (1999) también para suelos del Cerrado brasileño.

Las emisiones de N2O del testigo tuvieron una tendencia similar a los tratamientos evaluados (Figura III.12) pero con magnitudes de flujo menores. Lo mencionado es coincidente con lo encontrado por Jantalia et al. (2008), quienes mencionan que durante todo el período por ellos evaluado, la vegetación nativa acompaña las tendencias de los flujos de los tratamientos bajo cultivo pero con menores magnitudes.

50

III.4.1.2 Período de cultivo Durante el período de cultivo las emisiones de N2O fueron en general

mayores al período de barbecho (Figuras III.17, III.20). En los tratamientos bajo siembra directa las emisiones de N2O acompañaron los contenidos de nitratos en tanto que el EPSA se mantuvo por encima del 50 % durante todo el período. Esta tendencia no resultó tan clara bajo labranza reducida donde las relaciones entre emisión de N2O y contenido de nitratos, para las diferentes secuencias de cultivo, mostraron un comportamiento más errático, con niveles de EPSA ligeramente inferiores a los mostrados en siembra directa (Figuras III.15, III.16, III.17, III.18, III.19 y III.20).

Los tratamientos que durante el período tuvieron cultivo de maíz presentaron emisiones de N2O mayores. Debe recordarse que éste fue el único cultivo que recibió fertilización nitrogenada. Metay et al. (2007a) encontraron picos de emisiones en tratamientos bajo labranza y siembra directa luego de aplicar fertilizantes nitrogenados. Sin embargo, en este trabajo estos picos de emisión se detectaron en diferentes momentos. En el caso de siembra directa el pico de emisión de N2O se registró muy poco después de la aplicación del fertilizante nitrogenado, con un evento de precipitación muy significativo inmediatamente después de la fertilización. Por el contrario, bajo labranza reducida el aumento en la emisión luego de la fertilización se observó días después. Weitz et al. (2001) determinaron que cuando el fertilizante se aplica durante una fase seca, los incrementos medidos en los flujos de N2O post fertilización se observan después que una lluvia rehumedeció el suelo. Esto último coincide también con Linn & Doran (1984) quienes encontraron que la máxima pérdida de N2O por desnitrificación se produjo poco después de eventos de lluvia cuando el EPSA está por encima de 60 %.

Sin embargo, los tratamientos con cultivo de soja mostraron en algunas oportunidades valores de flujos mayores o iguales que los tratamientos fertilizados (cultivo de maíz). Según Weitz et al. (2001) la disponibilidad de nitrógeno de los residuos puede incrementar las emisiones de N2O temporariamente. Lo encontrado en este trabajo puede explicarse con lo mencionado por Casado-Murillo & Abril (2011), quienes manifiestan que cuando el cultivo de soja comienza a madurar existe un gran aporte de material vegetal fácilmente degradable y de muy baja relación C/N entregando N-mineral al final del ciclo del cultivo.

Las diferencias poco definidas respecto de las emisiones de N2O entre la SD y LR observadas en este trabajo, fueron disímiles respecto a lo reportado por otros autores (Linn & Doran, 1984), que encontraron pérdidas totales de N2O durante la estación de crecimiento de los cultivos de verano, dos veces más altas bajo siembra directa en comparación con la labranza convencional.

Las emisiones de N2O del testigo observadas durante el período de cultivo en general fueron inferiores a las situaciones agrícolas, excepto la última medición que alcanzó valores similares a las situaciones agrícolas. Jantalia et al. (2008) observaron la misma tendencia en una situación cuasi-prístina, las emisiones de N2O en general fueron bajas pero en ciertos momentos alcanzaron valores similares a los tratamientos evaluados, puede deberse a los bajos contenidos de N-NO3

-.

Choudhary et al. (2002) encontraron una alta variabilidad espacial en las emisiones de N2O en un amplio rango de suelos debido a su heterogeneidad y a características propias de la emisión del gas. La variabilidad encontrada en este estudio está en concordancia con Metay et al. (2007a) y Schwizer (2000). La

51

variabilidad de las emisiones de N2O es un incoveniente usual en las mediciones, y parte se debe a la presencia espacialmente heterongenea del C particulado en micrositios llamados hot-spots (Parkin, 1987).

III.4.2 Comparación y análisis de ambos períodos

En los Cuadros III.3 y III.4 se muestran las medias de los flujos de N2O para los dos períodos estudiados. Se observan diferencias significativas solamente con las secuencias de cultivo, siendo el monocultivo de soja el que presentó los menores valores de este flujo. Esto puede deberse a que el monocultivo es el que recibe los menores aportes de residuos orgánicos ya que no incluye maíz en la secuencia. La fijación biológica de N no estaría mostrando en este caso un incremento en el flujo de N2O, lo que concuerda con las directivas impartidas por IPCC (2006) de no contabilizar como factor de emisión al cultivo de soja debido al aporte de la fijación de N atmosférico.

La falta de efecto de las labranzas sobre los flujos de N2O que se muestra en los Cuadros III.3 y III.4 coincide con Perdomo et al. (2009) y está en contraposición con lo expresado por Smith (1999) y Smith & Conen (2004).

El algoritmo de árbol de regresión para el período de barbecho de la Figura III.13 muestra las variables medidas más importantes de las emisiones de N2O, dentro de las seleccionadas para realizar el análisis. Según las condiciones ambientales del período, la principal vía de emisión de N2O podría haber sido la nitrificación (Davidson, 1991). El árbol de regresión prioriza el contenido de nitratos, lo que es una evidencia que este proceso se produjo principalmente en un período donde se estima una baja lixiviación de los nitratos. Como segundo elemento prioritario aparece el EPSA aunque con valores inferiores al umbral que citan Linn & Doran (1984) para justificar un proceso de desnitrificación.

En la Figura III.24 (Período de cultivo) aparece priorizado, para justificar las emisiones de N2O, el EPSA. Comparando con la figura anterior la aparición del EPSA con primera variable resulta razonable, no sólo por la relación que algunos autores mencionan entre la emisión de N2O y el EPSA (Metay et al., 2007a; Saggar et al., 2004), sino que en este período se concentra el 80 % de la precipitación anual (INTA, 1987; Casagrande & Vergara, 1996). Además, Rochette (2008) menciona una fuerte asociación entre incrementos en las emisiones de N2O y condiciones de baja aireación en los suelos bajo siembra directa, sugiriendo que este incremento de N2O es originado a través del proceso de desnitrificación.

En este esquema, el análisis muestra en un segundo nivel de prioridad al sistema de labranza, aunque por el análisis estadístico tradicional (Cuadros III.3 y III.4) se ha demostrado que no existieron diferencias significativas entre ellos. En este sentido los datos presentados por el árbol de regresión coinciden con lo mencionado por Smith (1999) y Smith & Conen (2004).

III.4.3 Emisiones anuales de N2O medidas y estimadas en base a IPCC

Las emisiones anuales medidas, mostradas en la Cuadro III.5, se compararon con las estimadas a partir de la metodología IPCC (2006). Los cálculos se efectuaron de dos formas: una con los rendimientos de la presente campaña agrícola (IPCC 2009/2010) y otra con los rendimientos históricos del ensayo (IPCC Histórico). Las estimaciones IPCC de los tratamientos SDB sj-mz (B) y LR sj-mz (B) con IPCC

52

2009/2010 (Figura III.25) son superiores a los valores estimados con de los rendimientos históricos. Esto puede ser debido a que, en las emisiones directas, el N proveniente de los residuos de un cultivo de maíz que presentó rendimientos muy superiores al histórico del ensayo (Cuadro III.2). A su vez SDB sj-mz (A) y LR sj-mz (A) presentan altos valores según la estimación IPCC para ambos cálculos ya que entra en consideración el fertilizante nitrogenado agregado al cultivo de maíz.

Además puede observarse en la Figura III.25 que los valores estimados a partir de la metodología del IPCC Históricos con el factor EF1 que IPCC (2006) considera por defecto para las emisiones directas son superiores a los medidos en este estudio. Jantalia et al. (2008) observó la misma tendencia al realizar las estimaciones de IPCC (2006) con el valor de EF1 por defecto mientras que Parkin & Kaspar (2006) mostraron valores de N2O calculados según IPCC (2006), inferiores a los medidos.

El factor de emisiones directas calculado con los datos medidos fue inferior al EF1 propuesto por IPCC (2006) en todas las situaciones. Pero el que más se acercó al valor propuesto por IPCC fue el calculado para el cultivo de soja en sj-sj (0,98 %). En el cultivo de maíz en la secuencia sj-mz (A), que fue fertilizado, estuvo en el orden del 0,81 % y por último en el cultivo de soja en la secuencia sj-mz (B) fue de 0,42 %. Al comparar estos valores con los estimados Weitz et al. (2001) se observa, que los calculados en este trabajo se encuentran dentro de los rangos que estos autores proponen para variadas situaciones agrícolas.

53

III.5 CONCLUSIONES � Las emisiones de N2O de los distintos manejos de suelo sólo se

diferenciaron estadísticamente cuando se encontraba el cultivo de maíz en la secuencia.

� Las cantidades anuales de N perdido como N2O (kg N ha-1) bajo los diferentes manejos fueron inferiores a las calculadas en base a lo propuesto por IPCC, indicando que la metodología IPCC (2006) sobreestima las emisiones de N2O, al menos para las condiciones estudiadas.

54

CAPÍTULO IV : CONSIDERACIONES FINALES En el presente trabajo se estudiaron los efectos de diferentes sistemas de

labranza (siembra directa, siembra directa con cultivo de cobertura y labranza reducida) bajo las secuencias de cultivo más difundidas en la región agrícola central de Córdoba (soja-maíz, soja-soja) respecto de los contenidos de carbono del suelo y las emisiones de óxido nitroso. Más específicamente, los trabajos se orientaron a la capacidad de secuestro de carbono y nitrógeno del suelo (Capítulo II), y las emisiones de N2O (Capítulo III).

A continuación se enuncian y discuten los principales hallazgos que contribuyeron a la comprobación o no de las hipótesis planteadas en el Capítulo I, incluyendo el análisis de interrogantes derivados del presente estudio. Finalmente se sugieren nuevas líneas de investigación para futuros trabajos.

Los contenidos de COT observados bajo siembra directa respecto de labranza reducida fueron superiores cuando se combinó con una secuencia de cultivo donde se incluyeron gramíneas. Cuando la diferencia de stock de COT entre la LR respecto de SDB y SDcc se dividió por el número de años desde que se instaló el ensayo, resultó en una diferencia a favor de SDB de 33 kg C ha-1 año-1 para la secuencia sj-sj y 313 kg C ha-1 año-1 para sj-mz hasta los 30 cm de profundidad, también la diferencia fue mayor a favor de SDcc con 183 kg C ha-1 año-1 para la secuencia sj-sj y 427 kg C ha-1 año-1 para sj-mz hasta los 30 cm de profundidad. A medida que se incrementó la profundidad de muestreo las diferencias aumentaron. Hasta 50 cm la diferencia en stocks de COT fue para SDB de 71 y 273 kg C ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente y para SDcc de 241 y 485 kg C ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente. Hasta 100 cm de profundidad para SDB fue de 61 y 412 kg C ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente y para SDcc de 261 y 589 kg C ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente.

La incorporación de gramíneas, para la región central de Córdoba (semiárida pampeana), es importante desde el punto de vista de secuestro de carbono. La SD genera un aumento relativo cuando se la compara con LR. VandenBygaart et al. (2008), en suelos canadienses, mencionan un delta a favor de la SD respecto de labranza convencional entre 60-160 kg C ha-1 año-1 en la capa superficial. Franzluebbers (2010), para suelos del sudeste de los EEUU, reportó un diferencial de C secuestrado a favor de la SD respecto de labranza convencional de 450 kg C ha-1 año-1 en la capa superficial. Metay et al. (2007b) para suelos del Cerrado brasilero encontraron un incremento del contenido de C de 350 kg C ha-1 año-1, en SD respeto de labranza de discos, en la capa superficial. En el presente trabajo y para los diferentes autores mencionados anteriormente, la SD mejora los stocks de carbono en el suelo respecto de la labranza convencional y reducida.

Una tendencia semejante surge al analizar los stocks de Nt para los diferentes manejos estudiados. Las diferencias a favor de la SDB y SDcc respecto de LR se observan en todos los tratamientos. Comenzando por SDB respecto de LR hasta los 30 cm la menor diferencia está en la secuencia sj-sj de 1 kg N ha-1 año-1 y para sj-mz de 23 kg N ha-1 año-1. Luego al incrementar la profundidad en el perfil la diferencias se acentúan; hasta 50 cm son de 11 y 33 kg N ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente y a 100 cm de profundidad 18 y 50 kg N ha-1 año-1 para sj-sj y sj-mz, respectivamente.

55

En resumen los hallazgos detallados ampliamente el Capítulo II permitieron comprobar la hipótesis según la cual: La siembra directa y la labranza reducida en las condiciones de producción de la región semiárida pampeana generan un efecto diferencial en las existencias de carbono orgánico y nitrógeno total del suelo.

Al observar los cambios en los contenidos de COT del suelo luego de incorporada la siembra directa podemos inferir, al menos con estos datos, que el suelo se comporta como un sumidero de C bajo SD comparado con LR. La siembra directa se sugiere a menudo como una práctica para reducir las emisiones netas de gases de efecto invernadero. En este estudio, aunque los efectos de la siembra directa respecto de la labranza reducida fueron poco claro, se estimó que las emisiones de N2O en un suelo de la región semiárida pampeana son en promedio 0,78 kg N-N2O ha-1 año-1 mayor bajo labranza reducida que bajo siembra directa en la secuencia sj-mz y 0,13 kg N-N2O ha-1 año-1 mayor bajo siembra directa que bajo labranza reducida en la secuencia sj-sj. Teniendo en cuenta el potencial de calentamiento global N2O lo mencionado es equivalente a una pérdida de carbono del suelo de aproximadamente 104 kg C ha-1 año-1 (LR>SDB) bajo sj-mz y 16 kg C ha-1 año-1 (LR<SDB) bajo sj-sj. Si a éstas pérdidas de N2O se le restan los incrementos de stocks anuales en SDB respecto de LR, la siembra directa en términos de equivalente de C secuestra 417 kg C ha-1 año-1 más respecto de la labranza reducida en la secuencia sj-mz y 16 kg C ha-1 año-1 en la secuencia sj-sj.

Los hallazgos detallados ampliamente el Capítulo III permitieron comprobar parcialmente la hipótesis según la cual: Los sistemas de labranza y las secuencias de cultivo no se diferencian en su capacidad de emitir óxido nitroso a la atmósfera en las condiciones ambientales de la región semiárida pampeana.

Finalmente, los cálculos de las emisiones anuales de N2O con la metodología propuesta por IPCC sobreestiman las emisiones de gases de efecto invernadero para la región comparados con los valores anuales medidos. En este sentido se puede decir que los hallazgos detallados ampliamente el Capítulo III permitieron comprobar la hipótesis según la cual: Las emisiones anuales de N2O son inferiores a las estimaciones basadas en el métodos propuesto por el Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (2006).

IV.1 APORTES A LA INVESTIGACIÓN Y FUTURAS IMPLICANC IAS

A partir de los ensayos descriptos y resultados obtenidos en el presente trabajo se ha logrado aumentar el conocimiento de aspectos críticos sobre el secuestro de carbono del suelo y las emisiones de gases de efecto invernadero que contribuirán a mejorar el manejo de los suelos. Esto es particularmente importante para lo referido el balance de carbono teniendo en cuenta las pérdidas como N2O, el gas de efecto invernadero con mayor potencial de calentamiento global.

La importancia de esta tesis radica en que son las primeras determinaciones de N2O realizadas a campo en un período que permite realizar estimaciones anuales de pérdidas de N-N2O bajo las condiciones de manejo más difundidas en la región semiárida pampeana.

Finalmente merece destacarse que es necesario continuar el trabajo en las líneas de investigación tratadas en esta tesis, ampliándolo a otras regiones, otras actividades agropecuarias y otros manejos, que permitan determinar con precisión el nivel de emisiones de GEI para actividades del sector agropecuario. En este sentido,

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un objetivo ambicioso, aunque no imposible y muy necesario, es el cálculo de nuestros propios factores de emisión de gases.

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