AIANBA. Evaporación durante el barbecho: Efectos del rastrojo en ambientes sub-húmedos y semi-áridos

Selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

Evaporación durante el barbecho: Efectos del rastrojo en ambientes sub-húmedos y semi-áridos

Monzon, J.P a * ; V.O. Sadras b and F.H. Andrade a

a Facultad de Ciencias Agrarias UNMdP, Unidad Integrada INTA Balcarce, CC 276, 7620 Balcarce, Argentina

b South Australian Research and Development Institute, Waite Research Precinct, Australia

 

Resumen

El efecto de la cobertura del suelo por residuos sobre el almacenaje de agua durante el barbecho es altamente variable. En ambientes con baja incidencia de lluvias y suelos de textura gruesa, el aporte del rastrojo para lograr almacenamiento de agua es normalmente menor que en ambientes más húmedos con suelos más pesados. Mientras este patrón es reconocido, los efectos del suelo y de las precipitaciones permanecen confundidos. Se combinaron experimentos de campo y modelos de simulación para medir los efectos del rastrojo en la evaporación del suelo y el almacenamiento de agua para suelos franco arenosos (Walpeup, Australia) y suelos francos (Balcarce, Argentina). Se dio especial importancia al efecto del tamaño de las precipitaciones, cuantificadas con relaciones base. La cantidad de lluvia caída explicó la mayoría de las variaciones en la evaporación. Para el suelo desnudo, la evaporación fue menor que la esperada en años con mayor frecuencia de grandes lluvias, pero no hubo relación entre la evaporación y el tamaño de lluvias en suelos con rastrojo. Dos condiciones favorecieron la contribución del rastrojo sobre el almacenaje de agua: las lluvias a mediados del barbecho, y la alta frecuencia de pequeñas lluvias. Los resultados de este estudio proveen una plataforma para evaluar la contribución del rastrojo al almacenaje de agua y al rendimiento de los cultivos.

Palabras clave: evaporación del suelo, almacenaje de agua, rastrojo, precipitaciones, relaciones base.

Key words: Soil evaporation, soil water storage, stubble, rainfall, power law

1. Introducción

En sistemas en siembra directa, la cobertura del suelo por residuos y la falta de laboreo puede incrementar el almacenaje de agua en el suelo (Fryrear, 1995; Incerti et al., 1993) . En la zona sub-húmeda del sudeste de Buenos Aires, suelos francos en siembra directa pueden almacenar, durante el periodo de barbecho, hasta 40mm más de agua que el mismo tipo de suelos bajo laboreo convencional. Esto puede significar ganancias sustanciales en rendimiento del cultivo de maíz cuando las precipitaciones son inferiores al promedio histórico (Rizzalli, 1998) .

En la región semiárida del Malle (sudeste de Australia), caracterizada por precipitaciones escasas y concentradas en invierno, pequeños incrementos en el agua almacenada en el suelo pueden tener impactos sustanciales en el rendimiento del trigo. En suelos franco-arenosos de esta región, Incerti et al. (1993) encontraron pequeñas ganancias en el almacenaje de agua en el suelo atribuibles a la presencia de rastrojo en superficie, sin beneficios en el rendimiento de los cultivos. Respuestas mayores y más consistentes a la presencia de rastrojo fueron reportadas para la región australiana del Wimmera, la cual es más húmeda y tiene suelos más pesados que el Malle (Cantero-Martínez et al., 1995) . Simulaciones realizadas por Gregory et al. (2000) indican que la posibilidad de reducir la evaporación a través de la presencia de rastrojo en superficie es mayor en suelos arcillosos y en localidades con precipitaciones frecuentes y baja demanda atmosférica y menores en suelos arenosos y localidades con precipitaciones esporádicas y alta demanda evaporativa.

Mientras un patrón general es reconocido, los efectos del suelo y de las precipitaciones permanecen confundidos. No se han desarrollado aún relaciones cuantitativas entre las precipitaciones, el rastrojo y las ganancias en agua almacenada para el periodo de barbecho. En este trabajo se investigó el efecto del rastrojo sobre la evaporación y el almacenaje de agua en el suelo en ambientes contrastantes de Argentina y Australia. Se dio especial importancia al tamaño de las precipitaciones, cuantificado mediante los métodos de Golluscio et al. (1998) y Sadras (2003) .

2. Métodos

Se utilizaron datos de almacenaje de agua en el suelo al final de periodos de barbecho bajo condiciones de suelo desnudo y cubierto por rastrojo de experimentos en Balcarce, en el sudeste bonaerense (37° S, 58° W) y en Walpeup, en el Mallee australiano (35 o S, 142 o E). El modelo CropSyst (Stöckle et al., 2003) fue validado y utilizado para estimar a largo plazo ( 1971-2003) la evaporación y el contenido de agua en el suelo para periodos de barbecho desde el 1ro de Enero al 30 de Mayo para Walpeup (barbecho para trigo) y desde el 15 de Mayo al 15 de Octubre para Balcarce (barbecho para maíz). Las precipitaciones, la temperatura y la radiación incidente fueron obtenidas de estaciones meteorológicas del INTA (Argentina) y del Australian Bureau of Meteorology (Australia).

Reglas base que relacionan el número de eventos de precipitación N ( s ) y su tamaño s , i.e. N ( s )~ s -t fueron utilizadas para caracterizar los patrones de las precipitaciones durante los respectivos barbechos (Sadras, 2003) . El parámetro t es la pendiente de la línea que relaciona el tamaño con el número de eventos en una escala logarítmica. Los registros de precipitación fueron divididos en intervalos de 5 mm, y se usaron regresiones lineales para ajustar la relación entre log N ( s ) y log s .

3. Resultados

El análisis del tamaño de eventos mostró un patrón común a través de las localidades. A pesar de la diferencia sustancial en las precipitaciones (rango desde 108 hasta 471 mm para Balcarce y desde 46 hasta 305 mm para Walpeup), la contribución relativa de los pequeños y grandes eventos fue similar en ambas localidades; i.e. la mayor cantidad de precipitación se relacionó con un aumento de los eventos de mayor tamaño (Fig. 1).

* Corresponding author: Email: jpmonzon1978@hotmail.com

Fig. 1. Cantidad de agua recibida en pequeños y grandes eventos en función de la precipitación para el periodo de barbecho en Balcarce y Walpeup. Datos desde 1971 a 2003. Los periodos de barbecho son del 15 Mayo-15 Octubre (Balcarce) y del 1 Enero – 30 Mayo (Walpeup).

El modelo CropSyst estimó adecuadamente el contenido de agua para ambas localidades (R 2 = 0.99). La regresión ajustada tuvo una intercepción indistinguible de 0 (P = 0.84) y una pendiente indistinguible de 1 (P = 0.54). El cuadrado medio del error fue 7.2 mm.

Para el análisis conjunto de los datos a través de las localidades, la proporción de precipitación perdida como evaporación durante el barbecho fue 21-98% para el tratamiento de rastrojo y 40-100% para el suelo desnudo. La evaporación del suelo estuvo relacionada con la precipitación (Fig. 2 a y b) y no tuvo relación con la evapotranspiración de referencia (Fig. 2 c y e).

El parámetro t, varió desde 0.48 a 1.56 y no estuvo relacionado con la cantidad de precipitación (P = 0.13). El tamaño de las precipitaciones influyó sobre la evaporación en el suelo desnudo, pero no en el suelo con rastrojo. Esta conclusión se basa en el análisis de los residuales de la regresión entre evaporación en el suelo y precipitaciones, la cual estuvo significativamente asociada con el t en el suelo desnudo (R 2 = 0.2, P<0.001; Fig. 2f) pero no en el suelo con rastrojo (P=0.33; Fig. 2d). La evaporación en el suelo desnudo fue por lo tanto menor que la esperada en función de la cantidad de precipitación en años con mayor frecuencia de eventos de gran tamaño (Fig. 2f).

La diferencia en evaporación entre el suelo desnudo y con rastrojo se incrementó linealmente con la precipitación. Los beneficios en reducir la evaporación del suelo requieren una cantidad mínima de precipitación de 63 mm. Los residuales de la relación entre la diferencia en evaporación del suelo y precipitación estuvieron relacionados al parámetro t (R 2 = 0.15, P<0.01, datos no mostrados) reflejando el efecto del tamaño de la precipitación sobre la evaporación del suelo desnudo ( Fig. 3 f). Con mayor frecuencia de eventos de precipitación de mayor tamaño (t pequeño), las diferencias en evaporación entre tratamientos fueron menores que las esperadas en función de la cantidad de precipitación total.

La diferencia en contenido de agua en suelos con y sin rastrojo mostró una respuesta curvilinear a la diferencia en evaporación del suelo (R 2 = 0.56, P < 0.001, datos no mostrados). Los mayores beneficios debido a la presencia de rastrojo se alcanzaron con 61mm de diferencia en evaporación del suelo, que corresponde a 266mm de precipitación. Este valor representa el umbral cuando la precipitación comienza a ser suficiente para cubrir la demanda evaporativa y de almacenaje en el suelo desnudo.

Fig. 2. Evaporación del suelo simulada con Cropsyst en función de la precipitación para los periodos de barbecho en Balcarce y Walpeup en suelos con rastrojos (a) y suelos desnudos (b). Las figuras pequeñas muestran la evaporación del suelo en función de la evaporación de referencia para suelos con rastrojo (c) y suelos desnudos (e). (d) y (f) son los residuales de las relaciones en (a) y (b) en función de t. En (b) y (f), los puntos con círculo alrededor muestran un año atípico para Walpeup.

4. Discusión

El hecho de que una función simple relacionando la evaporación del suelo y la precipitación ajuste bien para dos lugares con clima y suelos contrastantes puede estar relacionado a las similitudes encontradas en las características de las precipitaciones (Fig. 1). Nuestras conclusiones refuerzan la importancia de cuantificar el efecto del tamaño de eventos, como se muestra en otros estudios en sistemas de cultivo (Sadras, 2003) y naturales (Sala and Lauenroth, 1982) .

El parámetro t explicó parte de la variación en la evaporación en suelo desnudo que no era explicada por la precipitación (Fig. 1e). El re-humedecimiento frecuente del suelo es necesario para mantener altas tasas evaporativas en el suelo desnudo. En años con alta frecuencia de eventos de precipitación de mayor tamaño (t pequeño) la superficie en el suelo desnudo esta seca por periodos prolongados y la evaporación es menor que la esperada de la cantidad total de precipitación (e.g. puntos con circulo alrededor, Fig. 2b y f). Bajo estas condiciones, las diferencias en evaporación atribuibles al rastrojo se ven minimizadas. El tamaño de los eventos de precipitación no parece afectar la evaporación en suelos con rastrojo. En estas condiciones la evaporación de suelo tiene lugar a menores tasas y el proceso esta menos limitado por la cantidad de agua disponible.

La dinámica de la evaporación y almacenaje de agua en suelos desnudos y con rastrojo involucra tres fases (Fig. 2). En la primer fase, toda la precipitación se evaporó independientemente de la cobertura del suelo. Gráficamente, la fase 1 corresponde a la sección de las curvas en la Fig. 2 que se ajusta a la función y = x. Durante esta fase, por lo tanto, no existen diferencias en el contenido de agua en el suelo entre tratamientos con y sin rastrojo en superficie. En la segunda fase, la presencia de rastrojo redujo la evaporación del suelo respecto al suelo desnudo (Fig. 2) posibilitando una mayor acumulación de agua en el perfil. En la tercera fase, la precipitación cubrió la demanda de evaporación en el suelo desnudo, y los excesos se pudieron almacenar, reduciéndose las diferencias en contenido de agua entre los tratamientos con y sin rastrojo en superficie.

El descubrimiento de relaciones comunes entre la evaporación del suelo y las precipitaciones (Fig. 2a y b) para sitios con precipitaciones y demandas evaporativas contrastantes tiene importantes implicancias agronómicas. Los datos de precipitación a largo plazo están usualmente disponibles para la mayoría de las zonas agrícolas, y las relaciones de la figura 2, pueden ser útiles para evaluar la posible contribución del rastrojo a incrementar el almacenaje de agua durante el barbecho.

En conclusión, hemos cuantificado el efecto del rastrojo sobre la evaporación en el suelo en relación con las propiedades climáticas y edáficas de dos ambientes contrastantes. Independientemente del suelo y el tratamiento de rastrojo, la evaporación estuvo principalmente relacionada con el volumen de precipitación. Se encontró un modelo de tres fases relacionando la evaporación del suelo y las precipitaciones. La evaporación del suelo estuvo claramente limitada por la disponibilidad de agua, especialmente para el suelo desnudo, y las ventajas del rastrojo fueron claras para volúmenes pluviométricos medios y especialmente cuando predominaron precipitaciones de menor tamaño.

5. Bibliografía

Cantero-Martínez, C., et al. 1995. Soil Till. Res., 34: 79-94.

Fryrear, D.W. 1995. Soil Sci Soc Am J, 59: 668-672.

Golluscio, R.A., et al. 1998. Oecologia, 115: 17-25.

Gregory, P.J., et al. 2000. Agron. J., 92: 814-820.

Incerti, M., et al. 1993. Aus. J. Exp. Agric., 33: 877-883.

Rizzalli, R.H., 1998. Tesis de Magister Scientiae-UNMdP, Balcarce, Buenos Aires, Argentina.

Sadras, V.O. 2003. Aust. J. Agric. Res., 54: 341-351.

Sala, O.E. et al. 1982. Oecologia, 53: 301-304.

Stöckle, C.O., et al. 2003. Eur. J. Agron., 18: 289 - 307.