EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN SUELO CULTIVADO CON CAÑA DE AZÚCAR (Saccharum Officinarum) BAJO LA APLICACIÓN DE BIOSÓLIDOS
EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN SUELO CULTIVADO CON CAÑA DE AZÚCAR (Saccharum Officinarum) BAJO LA APLICACIÓN DE BIOSÓLIDOS
EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN SUELO CULTIVADO CON CAÑA DE AZÚCAR (Saccharum Officinarum) BAJO LA APLICACIÓN DE BIOSÓLIDOS
DIRECTORES:
A Dios por sus grandes bendiciones y el haberme permitido alcanzar este gran logro.
A mi abuela y tía, Raquel y Lidia Oviedo por ser la columna de mi vida y mi gran bastón.
A mis padres, Mariana Oviedo y Luis Meléndez por brindarme todo su apoyo, cariño y
comprensión.
A mis familiares, Ruth Leiva, Julio Leiva, Gerson Oviedo por su inmensa colaboración y la
paciencia brindada.
Y de manera muy especial a mi chiquita hermosa, Maricela, por todo su amor, tolerancia y
gran apoyo incondicional.
AGRADECIMIENTOS
Al ingeniero Jorge Silva por hacerme participe de este gran proyecto y al ingeniero
Waldemar Peñarete por brindarme esta gran oportunidad, su apoyo y sus consejos.
A mis compañeros del proyecto, Laura Collazos, Jimmy Peña, Anthony del Valle y Diego
Bedoya por su colaboración durante el desarrollo de la fase experimental.
Al Dr. Alberto Palma y al ingeniero Carlos Andrés Unigarro por sus orientaciones durante
la fase estadística de la investigación.
Finalmente quiero agradecer a todas las personas que contribuyeron de una forma u otra
a la elaboración de esta investigación. Por otra parte agradecer aquellas personas con las
que alguna vez compartí durante el transcurso de la carrera y quienes me brindaron su
amistad; y por supuesto a todos mis profesores por compartir sus conocimientos a lo largo
de esta gran experiencia.
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN......................................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 2
2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................ 3
3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 5
3.1. Biosólidos ............................................................................................................... 5
3.1.1. Características fisicoquímicas y biológicas de los biosólidos ............................... 7
3.1.2. Normatividad ........................................................................................................ 9
3.1.3. Consideraciones generales sobre el uso y disposición de los biosólidos ........... 10
3.1.4. Características generales del biosólido producido en la PTAR-Cañaveralejo .... 14
3.2. El suelo ................................................................................................................. 16
3.2.1. Propiedades físicas del suelo............................................................................. 16
3.2.1.1. Textura............................................................................................................ 17
3.2.1.2. Estructura ....................................................................................................... 18
3.2.1.3. Estabilidad estructural ..................................................................................... 19
3.2.1.4. Densidad......................................................................................................... 20
3.2.1.5. Porosidad........................................................................................................ 22
3.2.2. La materia orgánica del suelo ............................................................................ 23
3.2.2.1. La materia orgánica en el Valle del río Cauca ................................................. 24
3.2.3. La degradación del suelo ................................................................................... 25
3.2.4. Valorización agrícola de los biosólidos: Efecto sobre las propiedades físicas del
suelo ................................................................................................................................ 27
3.3. El cultivo de la caña de azúcar.............................................................................. 29
4. OBJETIVOS ............................................................................................................. 33
4.1. Objetivo general .................................................................................................... 33
4.2. Objetivos específicos ............................................................................................ 33
5. MATERIALES Y MÉTODOS ..................................................................................... 34
5.1. Ubicación .............................................................................................................. 34
5.2. Diseño experimental ............................................................................................. 34
5.2.1. Factor ................................................................................................................ 35
5.2.2. Bloques .............................................................................................................. 35
5.2.3. Tratamientos ...................................................................................................... 35
5.2.4. Unidad experimental .......................................................................................... 36
5.2.5. Variables respuesta ........................................................................................... 37
5.3. Montaje experimental ............................................................................................ 37
5.3.1. Lote del cultivo ................................................................................................... 37
5.3.2. Establecimiento del cultivo ................................................................................. 38
5.3.3. Manejo del cultivo .............................................................................................. 40
5.3.3.1. Fertilización ..................................................................................................... 40
5.3.3.2. Sistema de riego ............................................................................................. 42
5.3.3.3. Control de malezas ......................................................................................... 45
5.4. Toma de datos y métodos de determinación ........................................................ 45
5.4.1. Propiedades físicas del suelo ............................................................................ 45
5.4.2. Producción del cultivo ....................................................................................... 47
5.5. Análisis de datos .................................................................................................. 48
5.5.1. Modelo matemático ........................................................................................... 48
5.5.2. Análisis estadístico ............................................................................................ 49
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 50
6.1. Caracterización del suelo y del biosólido .............................................................. 50
6.2. Efecto en la aplicación de biosólidos deshidratados sobre las propiedades físicas
del suelo en estudio ......................................................................................................... 55
6.2.1. Densidad aparente ............................................................................................. 56
6.2.2. Porosidad total ................................................................................................... 59
6.2.3. Microporosidad .................................................................................................. 62
6.2.4. Macroporosidad ................................................................................................. 64
6.2.5. Diámetro ponderado medio (DPM)..................................................................... 66
6.3. Efecto en la aplicación de biosólidos deshidratados sobre la productividad del
cultivo .............................................................................................................................. 68
7. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 72
8. RECOMENDACIONES ............................................................................................. 73
9. BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................... 74
ANEXOS ......................................................................................................................... 84
LISTADO DE TABLAS
LISTADO DE FIGURAS
Figura 5. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la porosidad total del suelo ............ 60
Figura 6. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 4 de
muestreo ......................................................................................................................... 61
Figura 7. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 12
de muestreo..................................................................................................................... 61
Figura 8. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 10
de muestreo..................................................................................................................... 62
Figura 9. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la microporosidad del suelo ........... 63
Figura 10. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la macroporosidad del suelo ........ 64
Figura 11. Efecto de la aplicación del biosólido sobre el DPM del suelo ......................... 66
Figura 12. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la productividad del cultivo ........... 69
LISTADO DE FOTOGRAFÍAS
LISTADO DE ANEXOS
Abreviatura Significado
A Arena
ADEME Agencia del Medio Ambiente y Control de la Energía
Ar Arcilloso
B Bloque
Ca Calcio
C Carbono
CC Cenicaña Colombia
CENICAÑA Centro de Investigación de la caña de azúcar de Colombia
CFR Code of Federal Regulations
CIC Capacidad de Intercambio Catiónico
cm Centímetros
cmol/Kg Centimol por kilogramo
CO3 Carbonato
CV Coeficiente de Variación
Da Densidad aparente
DE Desviación estándar
DPM Diámetro Ponderado Medio
Dr Densidad real
EIDENAR Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente
EMCALI Empresas Municipales de Cali
EPA Environmental Protection Agency
FAO Food and Agriculture Organization
g/cm3 Gramos por centímetro cubico
g/Kg Gramo por kilogramo
ha Hectárea
HCO3 Bicarbonato
HH Huevos de Helmintos
IGAC Instituto Geográfico Agustín Codazzi
JN Consociación Juanchito
K Potasio
Kg/ha Kilogramos por hectárea
KCl Cloruro de Potasio
LARA Lámina de agua rápidamente aprovechable
lps Litros por segundo
LVd Latossolo Vermelho distrófico
LVe Latossolo Vermelho eutroférrico
Mg Magnesio
m Metros
meq Miliequivalentes
Mg/ha Mega gramos por hectárea
mg/Kg Miligramo por kilogramo
mg/L Miligramo-Litro
mm Milímetros
LISTA DE ABREVIATURAS (Continuación)
Abreviatura Significado
En los últimos años, la generación de biosólidos por parte de las PTAR´s Colombianas
ha venido en aumento, lo cual ha conllevado a que se busquen alternativas
económicamente viables para su disposición final, y que a la vez no constituyan riesgos
de carácter humano y ambiental. Una alternativa para su aprovechamiento es su uso en
la agricultura, ya que proporciona los nutrientes necesarios para la producción de un
determinado cultivo, especialmente de la caña de azúcar, por el aporte de materia
orgánica y la cantidad de nutrientes que poseen a bajo costo (lo que conlleva a una
disminución del uso de insumos químicos), y representa además una gran ventaja en el
suelo, como enmienda orgánica, en el mejoramiento de sus propiedades físicas,
químicas y biológicas; todo ello se traduce en una alternativa de manejo sostenible.
Sin embargo, son escasos los estudios que se han hecho en nuestro país sobre la
composición y efecto del uso de los biosólidos en la agricultura. En la presente
investigación se realizó la evaluación de las propiedades físicas de un suelo cultivado
con caña de azúcar (para un ciclo vegetativo del cultivo) mediante la aplicación de
biosólidos, provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales de Cañaveralejo
(PTAR-C).
1
1. INTRODUCCIÓN
En nuestro país, debido a los pocos reportes para la utilización de estos subproductos y
a la ausencia de disposiciones generales acerca de la descarga, transporte o depósito
de estos materiales, millones de toneladas de biosólidos, se disponen frecuentemente en
sitios de relleno y en lugares inadecuados, provocando impactos negativos sobre el
ambiente (Gamrasni 1985, citado por Ramírez et al., 2007).
2
2. JUSTIFICACIÓN
Por otra parte, a medida que la agroindustria azucarera fue creciendo, se empezó a
desarrollar la mecanización intensiva del cultivo, con tractores de gran tamaño,
subsoladas profundas, vagones con altos pesos muertos, aplicaciones excesivas de
fertilizantes nitrogenados y herbicidas y cosechas en épocas de lluvias, todo lo cual
resultó en la alteración de las condiciones físicas y en la destrucción de la materia
orgánica (MO) de los suelos (Luna, 2006).
La pérdida de la MO es una de las grandes amenazas para el suelo porque con ella no
sólo se pone en muy serio riesgo sus funciones y su fertilidad, sino que también se hace
propenso a la erosión. En el Valle del Cauca, observaciones preliminares indican que en
los últimos 40 años se ha perdido el 50% de la MO en suelos del valle geográfico del río
Cauca con valores actuales que oscilan alrededor de 1.5% en buena parte de los
mismos (García, 2009). Así mismo, Luna (2006) menciona que el intenso laboreo del
suelo que se realiza en la región azucarera, puede reducir el porcentaje de MO a niveles
por debajo del 1%, lo cual es biológicamente negativo para el desarrollo de cultivos.
Cada vez que se remueve el suelo existe el peligro de erosión por efecto de las gotas de
lluvia, el viento o por el riego. Independientemente de la cantidad de suelo erosionado en
cada evento, los daños al sistema suelo-planta son acumulativos y se manifiestan en el
tiempo con menores producciones de caña y azúcar. En consecuencia de lo anterior,
gran parte de los suelos con cultivo de caña de azúcar en Colombia se encuentran
altamente compactados, lo que ha conllevado a la pérdida de su fertilidad.
3
En la actualidad, se presenta el uso de materiales orgánicos en la agricultura, en donde
la utilización de biosólidos previamente estabilizados, ha ido en aumento como fuente
principal de nutrientes en diversos cultivos y de materia orgánica para la fertilidad de los
suelos y recuperación de los mismos. Es conocido que la aplicación de materiales
orgánicos no solo, contribuye a la fertilización de los cultivos y mejora la retención de
humedad y la estructura del mismo, sino que se puede transformar en un producto útil,
para la recuperación de suelos degradados, así como para sustituir el uso de insumos
tradicionales en la agricultura (Marambio y Ortega, 2003).
Sin embargo, en este sentido, aún no es claro las repercusiones que tendría el uso de
biosólidos en las propiedades físicas de los suelos; son pocos los estudios que se han
hecho, y además, en la mayoría de estos estudios se han utilizado como enmienda
orgánica en suelos áridos o degradados, donde su uso han representado una mejora en
cuanto a sus propiedades físicas y químicas. Por lo tanto, es importante continuar
evaluando el efecto de la aplicación de los biosólidos sobre las propiedades físicas en
diferentes suelos cultivado con caña de azúcar, por ser éste, uno de los cultivos de
mayor importancia socioeconómica para el país y además, por permitir evaluar el efecto
de estos subproductos en el largo plazo, para así establecer cuál es el alcance máximo
de estos cambios y qué repercusiones podrían representar dichos cambios sobre las
propiedades físicas del suelo.
4
3. MARCO TEÓRICO
3.1. Biosólidos
5
En este aspecto, cabe mencionar que los lodos presentan niveles de metales pesados
de acuerdo con las concentraciones presentes en el agua residual; en el caso de las
aguas residuales municipales, cuya composición es predominantemente doméstica, las
concentraciones en general se encuentran por debajo de los límites aceptables (Torres
et al, 2007a).
De otra parte, los biosólidos son materiales orgánicos ricos en nutrientes, los cuales son
estabilizados, para cumplir con un proceso de formación específico y un estricto criterio
de calidad (Uribe et al., 2002); reduciendo así su nivel de patogenicidad, su poder de
fermentación y su capacidad de atracción de vectores. Gracias a este proceso, el
biosólido tiene aptitud para utilización agrícola y forestal, y en especial para la
recuperación de suelos degradados (Daguer, 2003).
Por otro lado, generalmente a un mayor grado de tratamiento para las aguas residuales
puede aumentarse el volumen total de los biosólidos generados. Los niveles más altos
de tratamiento también pueden aumentar las concentraciones de contaminantes en los
biosólidos, debido a que muchos de los componentes retirados de las aguas residuales
acaban en ellos. Además, los procesos de aguas residuales que implican la adición de
productos químicos para precipitar los sólidos (por ejemplo, como el cloruro férrico, la
cal, o polímeros) pueden resultar en mayores concentraciones de estos productos
químicos en los biosólidos (EPA, 1999).
6
de metales pesados, lo que ha mostrado ser una forma efectiva de rehusar
benéficamente estos productos residuales (Uribe et al., 2002). Históricamente llamados
lodos de depuradora, biosólidos es el término que ahora se utiliza para destacar el
carácter beneficioso de este material reciclable (EPA, 1999).
De igual manera el volumen de los lodos varía inversamente al contenido de los sólidos.
Para eliminar su contenido de agua se emplean, principalmente tres mecanismos:
filtración, centrifugación y evaporación (Jiménez, 2001). A continuación la Tabla 1,
presenta a manera general los procesos de tratamiento en los biosólidos y su efecto en
la calidad de los mismos, así como también el efecto sobre las prácticas en la aplicación
al suelo.
Digestión
Reduce el contenido Reduce la cantidad de
(Aeróbico/Anaeróbico):
biodegradable (estabilización), biosólidos y los costos de
Estabilización biológica, mediante
por la conversión de materiales transporte. Reduce el olor y el
la conversión de la materia
solubles y gas. Reduce los potencial de atracción de
orgánica en dióxido de carbono,
niveles de patógenos y olor vectores durante la aplicación.
agua y metano.
Fuente: Jacobs & McCreary. 2001.
7
Tabla 1 (continuación). Procesos de tratamiento de biosólidos, efecto sobre su calidad
y en las prácticas de aplicación al suelo.
Secado por calor: uso de calor Desinfecta los lodos, destruye la Reduce considerablemente el
para matar los agentes patógenos mayoría de patógenos y reduce volumen de biosólidos. Puede
y eliminar la mayor parte del los olores y la actividad reducir el contenido de
contenido de agua. biológica. nitrógeno
Fuente: Jacobs & McCreary. 2001.
Cabe decir, que las características químicas de los lodos definen en gran manera las
necesidades de tratamiento, las condiciones para su disposición final y su posible
utilización. En general, la naturaleza química de los lodos no ha sido bien caracterizada,
esto es debido a su diversidad y a que la mayoría de las publicaciones se refieren a la
fracción sólida únicamente. Entre las principales propiedades químicas se encuentran: el
8
olor y la composición química (que depende de las características del agua residual que
se trata y el proceso que se lleve a cabo) (Jiménez, 2001).
De otra parte, el alto contenido de organismos patógenos de los lodos es una de sus
características más importantes para limitar su manejo, ya que puede provocar
problemas de origen sanitario. Las propiedades biológicas de un lodo dependen de la
naturaleza de sus constituyentes orgánicos, el contenido de nutrientes y factores de
crecimiento, y de la toxicidad de los materiales que lo constituyen. El tipo y cantidad de
microorganismos patógenos en un lodo depende básicamente del estado epidemiológico
de la comunidad de donde proviene (Jiménez, 2001) y de los efluentes lanzados en las
redes colectoras (Fernandes y Cervantes, 2001).
Ahora bien, los diferentes tratamientos pueden reducir pero no eliminar completamente
tales agentes. Se ha descubierto, por ejemplo, que las bacterias y agentes patógenos
presentes en los biosólidos crudos pueden sobrevivir hasta por 2 años (Cortez, 2003).
Entre las bacterias patógenas más importantes que pueden estar presentes en los
biosólidos se encuentran, las Salmonellas Typhi (que produce fiebre tifoidea), Eschericha
coli (que produce gastroenteritis), Shigellas (que produce disenteria), y las Vibrio
Cholerae (que producen diarreas extremadamente fuertes o cólera). Entre los protozoos
se encuentran la Crytosporidium y la Balantidium Coli (que producen diarrea); también
se pueden encontrar tenias y lombrices intestinales. Entre los virus encontrados en los
biosólidos frescos están los causantes de la hepatitis A y de la poliomielitis (Cortez,
2003).
3.1.2. Normatividad
En países como México, Brasil, Chile y Argentina, han logrado regular el uso y
disposición de sus biosólidos con características similares a la norma de los Estados
Unidos (Norma 40 CFR parte 503). En Colombia la norma se encuentra en proceso de
aprobación (Torres et al., 2009a).
9
En el país, debido a los pocos reportes para la utilización de estos subproductos y a la
ausencia de disposiciones generales acerca de la descarga, transporte o depósito de
estos materiales, millones de toneladas de biosólidos, se disponen frecuentemente en
sitios de relleno y en lugares inadecuados, provocando impactos negativos sobre el
ambiente (Gamrasni 1985, citado por Ramírez et al., 2007).
Así mismo, la Norma 503 define dos tipos de biosólidos con respecto a la reducción de
agentes patógenos, Clase A y Clase B, dependiendo del grado de tratamiento que los
biosólidos hayan recibido. Los dos tipos son adecuados para la aplicación al terreno,
pero se imponen requisitos adicionales en la Clase B. Éstos se detallan en la Norma 503
e incluyen actividades tales como el acceso restringido del público al terreno de
aplicación, la limitación de consumo por el ganado, y el control de los periodos de
cosecha (EPA, 2000). Además son utilizados para la aplicación a granel en suelos
agrícolas, bosques y sitios de restauración. Los lodos de esta calidad deben ser
cubiertos al final de cada día de operación si van a ser dispuestos superficialmente
(Jiménez, 2001). Por el contrario, los biosólidos de Clase A (biosólidos tratados de tal
manera que no contengan agentes patógenos a niveles detectables) no están sujetos a
estas restricciones (EPA, 2000).
Sin embargo, la transformación de los lodos en biosólidos amplía las alternativas de uso
para estos subproductos, ya que permite su utilización en diversos campos de acción
10
como la recuperación de suelos degradados, el mejoramiento orgánico de terrenos para
cultivos, la aplicación forestal (silvicultura), insumo para la fabricación de materiales para
construcción, el aprovechamiento energético por incineración y la bio-remediación
(recuperación de suelos contaminados por hidrocarburos) (Uribe, 2005).
Por otro lado, cuando los biosólidos no puedan ser aprovechados directamente para su
aplicación en el suelo (terrenos degradados alejados del centro de tratamiento de estos
subproductos) o presenten restricciones para su empleo como fertilizantes por sus
características microbiológicas, a menudo se procede a darles una disposición final, para
lo cual se utilizan opciones como el relleno sanitario, el mono-relleno o la incineración
térmica. Sin embargo, estas opciones pueden resultar inconvenientes para garantizar la
sostenibilidad de la gestión integral de biosólidos, al implicar soluciones parciales a la
problemática, requerimiento de grandes extensiones de terreno o altos costos (Uribe,
2005).
Los biosólidos son materiales que pueden ser reciclados para obtener un beneficio de
ellos. El término aplicación significa que los biosólidos se colocan en los suelos para
tomar alguna ventaja de su contenido de nutrientes o de sus propiedades de
acondicionar los suelos (Jiménez, 2001).
11
suelo y las aguas (Leal et al., 2003). En segundo lugar, aportan materia orgánica al suelo
y provee nutrientes esenciales para el crecimiento vegetal, como el nitrógeno y el
fósforo, y algunos micronutrientes como el níquel, el zinc y el cobre. Es así como los
biosólidos pueden servir también como una alternativa para sustituir total o parcialmente
los costosos fertilizantes químicos (EPA, 2000). Sin embargo, cabe mencionar que para
que los nutrientes contenidos en los biosólidos (incluidos gran parte de la materia
orgánica) puedan estar disponibles para las plantas, es necesario que los
microorganismos los liberen al mineralizar la MO; esto implica que la biodisponibilidad es
función no sólo del tipo de biosólidos, sino también de la actividad biológica del suelo
(Uribe, 2005). En este aspecto, es importante señalar que la cantidad de biosólidos que
podrían ser aplicados a un terreno está en función de la cantidad de nutrientes requerido
por la vegetación (tasa agronómica) y de la cantidad de metales encontrados en los
biosólidos. Además, éstos deben satisfacer los requisitos normativos referentes a la
estabilización y el contenido de metales (EPA, 2000).
ADEME (2002), establece que lo ideal, es hacer una “fertilización racional” de los
biosólidos, fundamentada en el análisis del suelo y del material a aplicar, además del
cálculo de las dosis requeridas. Generalmente se recomienda realizar la aplicación en la
fecha más cercana a la siembra del cultivo y considerar aspectos climatológicos,
meteorológicos y agronómicos que puedan influir negativamente en la asimilación de los
nutrientes.
En este aspecto, cabe resaltar que los niveles de NPK presentes en los biosólidos
estabilizados son inferiores a los contenidos en fertilizantes químicos, tal como lo indica
la Tabla 2. Además, las plantas aprovechan los nutrientes que se encuentran en el suelo
en forma mineralizada, con lo cual el valor fertilizante atribuible a los biosólidos
estabilizados es aún menor (Cortez, 2003).
12
Tabla 2. Comparación entre los niveles de nutrientes de Fertilizantes comerciales y el
Biosólido Proveniente de Aguas residuales.
Fertilizantes Comerciales*
Nutrientes Biosólido
Simples Compuestos
(%) Estabilizado**
Urea SPT KCl Triple 15 10 - 30 - 10
N 46 - - 15 10 3.3
P - 46 - 15 30 2.3
K - - 60 15 10 0.3
Sin embargo, el uso de los biosólidos como acondicionador natural permite reducir o
eliminar la necesidad de consumir fertilizantes, reduciendo consecuentemente los
impactos producidos en el ambiente por la contaminación con elementos químicos. Esto
ha dado como resultado el desarrollo de nuevas regulaciones a nivel mundial que
establecen las condiciones y estándares necesarios para que el uso y disposición de los
biosólidos no constituya un riesgo para el medio ambiente ni para la salud humana, y
también ha incidido en el mejoramiento continuo de los sistemas de depuración de aguas
residuales existentes y posteriormente en la calidad de los biosólidos generados (Cortez,
2003).
De otra parte, es importante resaltar que los nutrientes contenidos en los biosólidos no
están disponibles en la misma proporción que necesita un cultivo. Por ejemplo, la
aplicación de biosólidos para abastecer las necesidades de N, también suministra más
fósforo (P) que la cosecha puede utilizar, y menos potasio (K) de lo que puede necesitar
(Cogger et al., 2000; Sullivan et al., 2007). Este fósforo puede proporcionar un beneficio
a largo plazo en la fertilidad del suelo cuando se aplica a los suelos deficientes en P (el
cual depende de la dinámica del elemento y la condición del suelo). Sin embargo, en
suelos que ya tienen alto contenido de P, la aplicación de este nutriente puede aumentar
el riesgo de pérdida de P desde el campo a las aguas superficiales (Sullivan et al., 2007).
En cuanto a los nutrientes contenidos en los biosólidos, éstos pueden estar en diversas
formas químicas. Por ejemplo, el nitrógeno puede estar presente como nitrato, amonio o
nitrógeno orgánico (Cortez, 2003). Sin embargo, el nitrato escasamente se encuentra
presente en la mayoría de los biosólidos; mientras que el amonio está disponible para las
plantas inmediatamente después de la aplicación al suelo y el N-orgánico proporciona la
liberación lenta de N para los cultivos después de la aplicación (Sullivan et al., 2007).
13
Es importante resaltar que las proporciones de amonio y nitrógeno orgánico en los
biosólidos varían en función del proceso de estabilización. Los lodos digeridos
anaeróbicamente a menudo contienen más de nitrógeno amoniacal que N-orgánico.
Otros biosólidos contienen la mayor parte del N en forma orgánica (Sullivan et al., 2007).
Con base a las Normas EPA (1999), Moreno y Ospina (2003) establecieron que desde el
punto de vista de contenido de metales pesados, los biosólidos generados en la PTAR-
Cañaveralejo no presentan ninguna restricción para su manejo y disposición al
medioambiente; sin embargo, por su calidad microbiológica (alto contenido de
patógenos), estos subproductos presentan algunas restricciones sanitarias. Solo en caso
de considerarse las restricciones sanitarias establecidas por la normatividad; los
biosólidos pueden ser utilizados en diversas actividades como: rehúso agrícola,
recuperación de paisajes y reservas naturales, recuperación de suelos degradados,
incineración, disposición en rellenos sanitarios como material de cobertura y relleno.
Por otro lado, en el trabajo realizado por Torres et al., (2009b), sobre eliminación de
patógenos por estabilización alcalina de los biosólidos producidos en la PTAR-C de la
ciudad de Cali, encontraron que estos subproductos, muestran una potencialidad de uso
agrícola por el contenido de materia orgánica y nutrientes; debido a que su relación
Carbono/Nitrógeno (C/N) se encuentra dentro del rango para los biosólidos de plantas de
tratamiento de aguas residuales (ADEME, 2002) y no presentan restricción alguna desde
el punto de vista fisicoquímico y de contenido de metales pesados; sin embargo, por su
baja calidad microbiológica han sido clasificados como clase B. La tabla 3 presenta la
caracterización inicial del biosólido de la PTAR-Cañaveralejo de Cali realizada por Torres
et al., (2009b).
14
Tabla 3. Caracterización inicial del biosólido. PTAR-Cañaveralejo, Cali.
Biosólido Biosólido
Características Valores de referencia
húmedo* seco**
Fisicoquímicas
PH 7.21 6.96 7.5 (1)
Humedad (%) 66,5 50,1 --
Materia orgánica (%) 29,58 25,88 --
Nitrógeno total (%) 2,42 2,25 1,6 - 3,0 (1)
Relación C/N 7,1 6,7 --
Fósforo total (mg/kg) 304.03 296.73 15,000 – 40,000a
Potasio (meq/100g) 0,05 0,04 0 - 3,0(1)
Sodio (meq/100g) 0,02 0,02 --
Calcio (meq/100g) 0,70 0,68 --
Magnesio (meq/100g) 0,06 0,07 --
CIC (meq/100g) 104,49 125,85 --
Hierro-Fe (mg/kg) <1,00*** <1,00*** 3,0-8,0a
Cobre- Cu (mg/kg) <0,10*** <0,10*** 1500b
Manganeso-Mn
11,28 13,4 --
(mg/kg)
Zinc- Zn (mg/kg) 2,71 2,71 2800b
Microbiológico y Parasitológico
Coliformes fecales Clase A: < 1X103 b
6.30 x105 7.90 x 105
(UFC/g) Clase B: < 2X106 b
Salmonella sp. Ausencia Ausencia < 3 NMP/4g
Huevos de Helmintos
5 5 Clase A: < 1HH/4 g b
(HH/g)
* Procedente de digestión anaerobia y deshidratación en filtro prensa.
** Biosólido húmedo sometido a deshidratación natural adicional, temperatura
ambiente (25-31°C) por 72horas.
*** Límite de detección del método.
a. Metcalf y Eddy (2003). b = EPA (2003).
En este sentido, cabe mencionar que Torres et al., (2009a) realizaron una evaluación de
la estabilización alcalina de los biosólidos generados de la PTAR – C para mejorar su
calidad microbiológica, empleando dos tipos de cal (hidratada y viva). Los resultados
15
mostraron que con cal se logró reducción total de las variables de respuesta evaluadas
(coliformes fecales, Salmonella sp y huevos de helmintos), mientras que el poder
alcalinizante de las cenizas evaluadas fue insuficiente. El biosólido higienizado con cal
presenta alto potencial de uso agrícola por su calidad microbiológica y por el contenido
final de materia orgánica y nutrientes (N, P) que pueden beneficiar los suelos, pero es
recomendable evaluar la optimización a escala piloto de la dosificación de cal y la
aplicación del biosólido en diferentes tipos de suelos y cultivos para precisar los
beneficios o medidas preventivas antes de la aplicación. Sin embargo, es de aclarar que
este tipo de enmienda deba realizarse en suelos con pH acido (Mahamud et al., 1996b),
ya que tienen algún valor como material de encalado y pueden llegar a sustituir las
aplicaciones de materiales encalantes (Jacobs & McCreary, 2001).
3.2. El suelo
El Soil Survey Staff (SSS), 1998 citado por Jaramillo (2002), define al suelo como un
cuerpo natural compuesto de sólidos (minerales y materia orgánica), líquidos y gases
que ocurre en la superficie de la tierra y ocupa un espacio. Se caracteriza por tener
horizontes o capas que se diferencian del material inicial como resultado de los factores
y procesos de formación de suelos. Además, es capaz de soportar las plantas en un
ambiente natural.
El suelo, como base de la agricultura, además de constituir el medio donde las plantas
se desarrollan, es responsable del suministro de agua y nutrientes, protege la calidad del
aire y es el hábitat natural de múltiples formas de vida. El suelo es la mezcla variable de
materiales orgánicos e inorgánicos que contiene vida y constituye un sistema bioquímico
complejo de sólidos, líquidos y aire. Su formación parte de la meteorización de las rocas
en un proceso que tarda miles de años (Luna, 2006).
16
Por tanto, el arreglo de la fase sólida, la naturaleza y distribución por tamaño de
agregados y del espacio poroso entre sus partículas constituyentes (estructura) juega un
papel determinante en el desarrollo de las propiedades físicas, y por ende de la fertilidad
del suelo (García, 2010). Un suelo con buenas características físicas debe contener
suficientes espacios porosos entre las partículas minerales y orgánicas y entre los
agregados del suelo, con el fin de garantizar el adecuado suministro de agua, aire y
nutrientes a las raíces de las plantas (Luna, 2006). A continuación se describen las
propiedades físicas más importantes del suelo:
3.2.1.1. Textura
La textura es uno de los atributos más estables del suelo, el cual solo está modificado
ligeramente por la agricultura y otras prácticas que causan la mezcla de las diferentes
capas del suelo (USDA, 1999). En Colombia se maneja la clasificación por tamaño de
partículas, dada por USDA (Departamento de Agricultura de Estados Unidos) como se
muestra en la tabla 4:
Cabe decir, que la textura es una característica importante, ya que influye en la fertilidad
y ayuda a determinar las tasas de entrada de agua y almacenamiento de ésta en el
suelo, la facilidad de labranza y las cantidades de aireación (USDA, 1999). Por ejemplo,
los suelos ricos en partículas de arcilla tienden a drenajes deficientes, dificultad al
laboreo, mayor encharcamiento superficial, mayor retención de agua y nutrientes, mayor
resistencia a la erosión, etc. (Valenzuela y Torrente, 2010).
17
Así mismo, la textura puede determinar el contenido de materia orgánica de un suelo,
siendo éste mayor en los suelos de grano fino que en los suelos de textura gruesa
(García, 2009). La textura más equilibrada para el buen desempeño agrícola,
corresponde a la de los suelos francos (arcilla entre 7 – 27% y limo 28 – 50%); éstos
presentan una tendencia uniforme a retener agua a la vez que permiten la difusión de
gases, con lo cual las funciones fisiológicas de la planta no sufrirán limitaciones
(Montenegro y Malagón, 1990).
3.2.1.2. Estructura
La estructura del suelo es la forma como se agrupan las partículas del suelo, como se
acomodan y distribuyen las partículas en agregados. Importante para el desarrollo de las
raíces. Puede entonces definirse como: “el grado de agregación de las partículas
individuales o separados del suelo en unidades compuestas”. El agregado (terrón) es la
unidad relativamente estable formada por la unión de dos o más partículas del suelo
(Jaramillo, 2007).
Para haber formación de agregados del suelo son necesarias dos condiciones: que una
fuerza mecánica cualquiera provoque una aproximación de las partículas del suelo
(movimiento de raíces, animales, expansión y contracción del suelo, prácticas agrícolas),
o por el contrario entre las partículas, deba existir un agente cementante que mantenga
la unión, generando de esta manera el agregado. La materia orgánica junto con los
minerales de arcilla son los dos agentes cementantes que más contribuyen para la
agregación del suelo (Ferreira et al, 2006).
Los suelos que tienen un alto contenido de materia orgánica, tienen una mayor
estabilidad de sus agregados (USDA, 1996a). Esto incluye aumentos en la porosidad y
reducción de la densidad aparente. También aumenta la permeabilidad y puede
aumentar el agua disponible para las plantas. La adición de estiércol, compost, u otros
materiales orgánicos como los lodos municipales pueden mejorar y mantener la
estructura del suelo, ayudando a resistir a la degradación (USDA, 1996b).
La estructura del suelo es una de las propiedades más importantes, ya que el arreglo
que presente la fase sólida está determinando el espacio que queda disponible para las
otras dos fases de éste: la líquida y la gaseosa; puede decirse que esta propiedad es la
18
que controla las interrelaciones entre las diferentes fases físicas del suelo y la dinámica
de líquidos y gases en él, ya que tiene una influencia directa en propiedades como
porosidad, densidad aparente, régimen hídrico, régimen térmico, permeabilidad,
aireación, distribución de la materia orgánica, entre otras; por lo anterior, no es casual
que se estime la degradación de un suelo de acuerdo con el grado de deterioro de su
estructura (Jaramillo, 2002).
La estabilidad estructural del suelo, se refiere a la resistencia que los agregados del
suelo tienen a desintegrarse o romperse frente a la acción del agua y manipulación
mecánica (laboreo). El factor más importante que afecta la estabilidad estructural es el
contenido de agua que hay en el suelo ya que determina el grado en que las fuerzas
mecánicas causan destrucción en la estructura (Rucks et al, 2004).
19
Tabla 5. Interpretación de la estabilidad de los agregados.
Finalmente cabe decir, que el mantenimiento de una estructura estable del suelo es
importante para garantizar una buena aireación. Los macroporos se forman e
incrementan por agregados estables, estos permiten el rápido y oportuno drenaje,
facilitando así la circulación de los gases del suelo a la atmosfera. El mantenimiento de
materia orgánica por adición de estiércol o de residuos de cultivo y el crecimiento denso
de pastos y leguminosas es tal vez el medio más práctico de fomentar la estabilidad de
agregados, el cual es determinante para mantener el drenaje eficiente y la aireación del
suelo (Valenzuela y Torrente, 2010). En general, una mayor cantidad de agregados
estables son mejores para la calidad del suelo (USDA, 1999).
3.2.1.4. Densidad
La densidad real se define como el peso de las partículas sólidas del suelo, relacionado
con el volumen que ocupan, sin tener en cuenta su organización en el suelo, es decir, sin
involucrar en el volumen el espacio ocupado por los poros; se deduce, entonces, su
dependencia de la composición mineral del suelo y del contenido de algunos sólidos
especiales en él, como la materia orgánica y los óxidos de hierro (Jaramillo, 2002). En
general, la densidad real de los suelos que no poseen cantidades anormales de
minerales pesados, está alrededor de 2,65 g/cm3 si los contenidos de materia orgánica
no superan el 1% (De Leenheer, 1967; De Boodt, 1965, citado por Rucks et al, 2004).
Estos autores proponen reducir el valor 2,65 en 0,02 por cada 1% de aumento en el
contenido de materia orgánica, hasta menores de 5% de este componente del suelo.
Para contenidos mayores proponen determinar la densidad real directamente. A pesar
20
de lo anterior, en los cálculos estándar se ha usado el valor 2,65 g/cm3 (Rucks et al,
2004).
La densidad aparente del suelo puede servir como un indicador de la compactación y las
restricciones en relación con el crecimiento de raíces (ver Tabla 6). Típicamente la
densidad aparente del suelo varía en un rango de 1.0 a 1.7 g/cm3, y generalmente
aumentan con la profundidad en el perfil del suelo (Arshad et al., 1996 citado por USDA
1999).
Tabla 6. Relación general de la densidad aparente del suelo para el crecimiento de las
raíces basadas en la textura del suelo.
21
3.2.1.5. Porosidad
Cuando se analiza la matriz del suelo, se pueden distinguir tres fases a saber: fase
sólida, fase gaseosa y fase líquida. La fase sólida es la constituida por la fracción mineral
y la orgánica; la fase gaseosa por el aire y la líquida por el agua. Las dos últimas fases
constituyen el espacio poroso del suelo (Tafur, 2005).
Jaramillo (2007), establece que según el tamaño de los poros del suelo, se debe
distinguir tres tipos de porosidad:
Macroporosidad: Son los poros grandes (poros mayores a 100 micras (0.1
mm)). Estos no retienen el agua contra la fuerza de gravedad, y por lo tanto son
los responsables del drenaje y la aireación del suelo, constituyendo además, el
principal espacio en el que se desarrollan las raíces (Rucks et al, 2004)
Microporosidad: Son los poros más pequeños del suelo (diámetro menor a 30
micras). En ellos se encuentra la mayor parte del agua retenida, ya que son los
responsables de la retención del agua por el suelo. A través de ellos el flujo
capilar es muy lento.
Al interpretar la porosidad del suelo, debe tenerse en cuenta que si predominan los
macroporos, se va a presentar drenaje y aireación excesivos y una baja capacidad de
almacenamiento de agua, en tanto que, si predomina la microporosidad, se presentarán
problemas de drenaje y aireación y aumentará la posibilidad de compactación del suelo y
de producción de compuestos tóxicos para la planta por efecto de las condiciones
reductoras que pueden generarse (Jaramillo, 2002).
Teóricamente se acepta como buena una porosidad total promedia alrededor del 50%
(Jaramillo, 2002; Castro y Gómez, 2010). No obstante, desde el punto de vista
22
agronómico es conveniente que los suelos tengan gran volumen de poros capilares y, al
mismo tiempo, una porosidad capilar no menor del 20% al 25% de la porosidad total
(Kaurichev et al., 1984). A continuación en la tabla 7, Kaurichev et al. (1984) presenta
una calificación de la porosidad total del suelo:
Baver et al. (1973) consideran que la distribución de poros ideal, es aquella en la cual,
macro y microporos se encuentran en igual proporción (de modo que cada una ocupe
entre un 40% y 60% del total (Valenzuela y Torrente, 2010)) y agregan que, cuando la
macroporosidad es menor del 10 %, se restringe la proliferación de raíces y pueden
propiciar condiciones reductoras.
La materia orgánica (MO) constituye una parte integral de cada suelo, la cual afecta sus
condiciones físicas, químicas, y biológicas en un mayor grado que lo podría indicar su
proporción en el suelo. Todas las sustancias orgánicas en el suelo vivas o muertas,
frescas o descompuestas, son parte de la materia orgánica del suelo. Esta incluye las
raíces, residuos de plantas y animales en todos los estados de descomposición, humus,
microorganismos y cualquier compuesto orgánico. Por otro lado las bacterias, hongos y
otros microorganismos vivos son incluidos por la sencilla razón de que es imposible
separarlos de la materia orgánica del suelo (Montenegro y Malagón, 1990).
Para propósitos prácticos la materia orgánica del suelo puede clasificarse mejor en
residuos y humus. Los residuos incluyen partes muertas de plantas y animales y
excrementos de animales en diferentes estados de descomposición. El humus es la
materia orgánica del suelo, realmente activa, coloidal, de colores oscuros, que tiene
23
propiedades físicas y químicas bien definidas y que no está sujeta a una tasa de
descomposición tan rápida como la de los residuos (Montenegro y Malagón, 1990). Su
acumulación está directamente relacionada con la actividad de la población de
microorganismos vivos en el suelo, conocida también como masa microbiana (Castro y
Gómez, 2010).
De otra parte, la acción de la materia orgánica o del humus puede ser directa o indirecta.
Se considera, por tanto, que el humus puede actuar directamente sobre la producción de
los cultivos, incrementando la permeabilidad celular, por acción de carácter hormonal, o
por combinación de esta clase de procesos. Aporta a las plantas, a través de la
descomposición biológica, nitrógeno, azufre y fósforo en formas aprovechables.
Indirectamente en la medida en que mejora las propiedades físicas del suelo como la
agregación, aireación, permeabilidad y capacidad de retención de humedad (Burbano,
1989).
La materia orgánica actúa como un depósito de elementos nutritivos que son esenciales
para el desarrollo de las plantas. La mayor parte del nitrógeno del suelo se presenta en
combinaciones orgánicas. También una cantidad considerable del fósforo y el azufre
existe en formas orgánicas. Cuando la materia orgánica se descompone, es decir, se
mineraliza, proporciona a las plantas los nutrientes necesarios para su desarrollo
(Burbano, 1989).
La materia orgánica del suelo, entonces, juega un importante papel, ya que regula los
procesos químicos que allí suceden e influye sobre las propiedades físicas y, además
configura el núcleo de casi todas las actividades biológicas que se desarrollan en el
suelo, por parte de la microflora, la fauna y también el sistema de raíces de las plantas
superiores (Burbano, 1989).
Por ello, la pérdida de la materia orgánica es una de las grandes amenazas para el
suelo, porque con ella no solo se ponen en riesgo sus funciones y su fertilidad, sino que
también lo hacen propenso a la erosión (García, 2010).
Debido a que los distintos factores de formación del suelo actúan en diversas
combinaciones se puede producir una gran variabilidad en el contenido de MO de los
suelos (García, 2010). Para las condiciones climáticas predominantes en la zona
24
azucarera del valle geográfico del río Cauca, se han establecido tres categorías de
suelo, según el contenido de MO (Quintero, 1995), como se muestra en la tabla 8:
Por otro lado, Quintero (2003) menciona que en la parte plana del Valle geográfico del río
Cauca el 32% de los suelos contiene menos de 2% de MO, el 63% contiene entre 2% y
4%, y el 5% restante contiene más del 4% de MO.
Sin embargo, observaciones preliminares realizadas por García (2009), indica que en los
últimos 40 años se ha perdido el 50% de la MO en suelos del Valle del Río Cauca con
valores actuales que oscilan alrededor de 1.5% en buena parte de los suelos.
La fertilidad de los suelos se refiere a la habilidad del suelo para soportar el crecimiento
de las plantas. Ella es producto de la estructura física la cual determina la aireación,
capacidad de retención de agua y penetración de las raíces y de su fertilidad química, es
decir, de la habilidad para suministrar nutrientes a las plantas. Tanto las características
físicas como las químicas y las biológicas tienden a deteriorarse debido al cultivo de
cosechas y la remoción en los productos cosechados (García, 2009).
La degradación física del suelo se define como la pérdida de la calidad de estructura del
suelo. Esa degradación estructural puede ser observada tanto en la superficie, con el
surgimiento de finas costras, como bajo la capa arada, donde surgen capas
compactadas. En los suelos degradados, las tasas de infiltración de agua en el suelo se
reducen, mientras las tasas de escorrentía y de erosión aumentan (Valenzuela y
Torrente, 2010).
Castro, (1995) citado por Jaramillo (2002), identifica como las principales causas del
deterioro físico del suelo las siguientes: Inadecuadas prácticas de mecanización,
monocultivo, pérdida de la materia orgánica y problemas de mal drenaje.
25
Jaramillo (2007), menciona que los problemas más comunes que se observan en los
campos bajo cultivo intensivo, por ejemplo en el Valle del río Cauca son:
3) Problemas de acumulación de sales nocivas para las plantas y el suelo, a través del
tiempo, como consecuencia de desbalance entre la cantidad de sales que se acumulan y
la falta de agua (lluvia o riego) para lavarlas, problema que se ve magnificado por la baja
capacidad de drenaje de los suelos que van perdiendo su estructura con el correr del
tiempo.
Además según Luna (2006), el intenso laboreo del suelo que se realiza en la región
azucarera, puede reducir el porcentaje de MO a niveles por debajo del 1%, lo cual es
biológicamente negativo para el desarrollo de cultivos y fomenta la degradación de
suelos. Cada vez que se remueve la MO del suelo, existe el peligro de erosión por efecto
de las gotas de lluvia, el viento o por el riego. Independientemente de la cantidad de
suelo erosionado en cada evento, los daños al sistema suelo-planta son acumulativos y
se manifiestan en el tiempo con menores producciones de caña y azúcar.
26
3.2.4. Valorización agrícola de los biosólidos: Efecto sobre las propiedades
físicas del suelo
Los biosólidos se han investigado a nivel mundial por más de 30 años, y hace más de
una década en los países desarrollados existen marcos normativos que regulan su
disposición y aprovechamiento en actividades agrícolas y no agrícolas como:
recuperación de suelos, cobertura de rellenos sanitarios, aprovechamiento forestal, entre
otros (Daguer, 2003). No obstante, el uso agrícola de los biosólidos, sigue siendo la
alternativa más atractiva, por los beneficios medioambientales y económicos, pues
transforma un residuo urbano en un insumo importante para la agricultura, capaz de
mejorar la productividad, reducir la dependencia de fertilizantes químicos y mejorar las
propiedades físicas del suelo (Andreoli et al., 1999).
Por otra parte, con respecto a los efectos que ejercen la aplicación de éstos
subproductos al suelo, Cuevas et al. (2006), mencionan que son predominantemente
físicos, por el alto componente de materia orgánica que contienen; mientras que los
efectos químicos y nutricionales dependerán de la composición, tratamiento y método de
aplicación del lodo. Además, por la composición de los lodos es esperable que los
efectos físicos sobre el suelo sean similares a los obtenidos con las aplicaciones de otros
tipos de materiales orgánicos, generando cambios en la estructura y en el sistema
poroso (Cuevas et al., 2006).
Al respecto, Tsadilas et al. (2005), realizaron un estudio de tres años para determinar la
influencia de la aplicación de biosólidos sobre algunas propiedades físicas del suelo
cultivado con algodón; en un suelo franco arcilloso, de Grecia. Determinaron que
después de tres años de aplicación, el contenido de materia orgánica, la capacidad de
retención de agua, el agua disponible, y la tasa de infiltración aumentaron
significativamente, mientras que la densidad aparente y el índice de inestabilidad de
agregados disminuyeron en el suelo con dosis de 30 ton/ha. Finalmente los autores
concluyeron que la influencia de los biosólidos es una consecuencia del incremento del
contenido de materia orgánica del suelo.
27
encontraron que las condiciones físicas se favorecieron al adicionar biosólidos,
aumentándose la estabilidad de agregados, la porosidad total, y la retención de humedad
y disminuyéndose las densidades aparente y real.
Por su parte, Lue-Hing et al., 1992 citado por Moreno y Ospina (2003), afirman que la
aplicación del lodo al suelo puede influir de manera negativa o positiva en las
propiedades físicas del suelo, dependiendo de su textura. El aumento en la capacidad de
retención de agua ocurrió tanto en suelos de textura fina como en suelos de textura
gruesa, siendo mayor en los últimos.
En este sentido, aún no es claro las repercusiones que tendría el uso de biosólidos en
las propiedades físicas de los suelos; son pocos los estudios que se han hecho; y
además, en la mayoría de estos estudios, en varios lugares alrededor del mundo, se han
utilizado como enmienda orgánica en suelos áridos o degradados, donde su uso han
representado una mejora en cuanto a las propiedades físicas y químicas para este tipo
de suelos, ya que presentan componentes que mejoran dichas propiedades, como por
ejemplo cambios en los valores de densidad aparente (Cuevas et al. 2006, García et
al.2005) y real (Ramírez et al.,2007; Barbosa et al., 2002); a la vez favorecen el aumento
en la estabilidad de agregados y porosidad del suelo (García et al.2005; Ramírez et
al.,2007; Melo et al., 2004).
Sin embargo, cabe mencionar que los países en vías de desarrollo poseen escasos
estudios sistemáticos de la composición y efecto del uso de lodos (Cuevas et al, 2006).
Son escasas las investigaciones realizadas en el trópico en este campo y la
extrapolación de resultados de la zona templada no es pertinente en virtud de la
dinámica diferente de los suelos, su textura, su pH y el contenido de materia orgánica.
En Colombia, las investigaciones con biosólidos son muy pocas (Vélez, 2006).
28
3.3. El cultivo de la caña de azúcar
La caña de azúcar se cultiva con éxito en la mayoría de suelos, pero los más adecuados
para este cultivo son los de textura franca o franco arcillosos, bien drenados, profundos,
aireados ricos en materia orgánica, topografía plana y semiplana y con pH que oscile
entre 5.5 a 7.8 unidades para su óptimo desarrollo. Suelos con valores de pH inferiores a
5.5 unidades pueden limitar la producción por la presencia de niveles altos de aluminio
intercambiable y micronutrientes como hierro y manganeso que pueden producir
fitotoxicidad a la planta. En suelos con valores de pH mayores a 8 se presentan niveles
altos de sodio intercambiable que pueden causar toxicidad a las plantas e inducir
cambios en las condiciones físicas del suelo, reduciendo la porosidad y resultando en
drenajes muy pobres con una conductividad hidráulica muy lenta (Quintero, 1993;
Victoria et al, 2002).
29
manejo del cultivo. Con respecto a la caña de azúcar, además de estos factores también
influye el número de corte (Quintero, 2008).
Dadas las condiciones agroclimáticas del valle geográfico del río Cauca, la caña de
azúcar extrae mayor cantidad de potasio (K) que de cualquier otro elemento esencial del
suelo; sin embargo, por la baja capacidad que tienen los suelos para suministrar el
nitrógeno (N), éste se ha constituido como el elemento más deficitario (lo que permite
establecer que es el elemento que más limita la producción de este cultivo, (Quintero,
1995, 2004)), en contraste con el K que se encuentra en mayor proporción. Por ello,
generalmente los planes de fertilización se encuentran orientados hacia los
requerimientos de las dosis de N y K por parte del cultivo.
Por otro lado, las principales características del suelo que influyen en la aplicación de
nitrógeno son: el contenido de materia orgánica, el drenaje y la profundidad del nivel
freático. Los mayores requerimientos de éste nutriente se han encontrado en suelos con
bajos contenidos materia orgánica, muy pobremente drenados y con niveles freáticos
muy superficiales en algunas épocas del año (Quintero, 1995).
30
Tabla 9. Cantidad de Nitrógeno recomendado (Kg/ha)
De otra parte, la respuesta del cultivo a la aplicación de potasio en los suelos de la zona
azucarera del Valle geográfico del río Cauca ha sido escasa. En la mayoría de estos
suelos se ha observado que el contenido de este nutrimento en la lámina foliar tiende a
aumentar con la edad del cultivo, mientras que el de nitrógeno tiende a disminuir; por lo
tanto, la relación nitrógeno/potasio en la hoja es menor a medida que avanza la edad de
la planta (Quintero, 1995).
Las recomendaciones de K para la caña de azúcar en los suelos de la parte plana del
Valle del río Cauca (Tabla 10) se dan con base a los contenidos de K intercambiable del
suelo. Las aplicaciones de K en suelos deficientes de este nutrimento incrementan la
producción de caña por unidad de superficie y mejoran los contenidos de sacarosa de
los tallos molederos (Quintero, 2004).
En cuanto a fósforo, según Quintero (2004), las experimentaciones realizadas con las
variedades de caña de azúcar más sembradas en la parte plana del Valle del río Cauca
han mostrado bajas respuestas a las aplicaciones al suelo de este nutrimento. Esta baja
respuesta se explica por el predominio de suelos con altos contenidos de P disponible y
31
por el requerimiento relativamente bajo de P por parte del cultivo (Tabla 11). De manera
similar ocurre para el Calcio (Ca) y el Magnesio (Mg), donde predominan altos
contenidos intercambiables de estos elementos en dichos suelos. El aporte de estos
nutrimentos por parte del suelo no depende solamente de la fracción intercambiable sino
también del balance entre ellos.
P disponible
Contenido Dosis P2O5
(ppm)
Bajo <5 50
Mediano 5 - 10 25-50
Alto >10 0-25
Fuente: Quintero, 2004.
Finalmente los riegos de la caña en el Valle del río Cauca son de carácter suplementario
debido a que la precipitación natural no es suficiente o su distribución no es adecuada
para satisfacer los requerimientos de agua de la caña (Torres et al., 2004).
32
4. OBJETIVOS
33
5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1. Ubicación
Por otra parte, el tipo de suelo utilizado en la investigación es del orden Inceptisol con
propiedades vérticas (arcillas expandibles tipo 2:1, se agrietan en seco y se expanden en
húmedo), perteneciente a la Consociación Juanchito (Vertic Endoaquepts) (Herrera y
Verdugo, 2011).
34
5.2.1. Factor
5.2.2. Bloques
Dado a lo anterior, se obtuvieron en primer lugar tres (3) bloques con una distancia de
5 m entre bloque y bloque, para de ésta manera evitar interferencias y efectos de borde
por el movimiento horizontal del agua de riego. La distancia entre tratamientos dentro de
un mismo bloque fue de 3 m con el mismo objetivo. Sin embargo, es de aclarar que por
cuestiones adversas del clima (presentada en gran parte durante la fase inicial del
experimento) y de logística, solo se contaron con dos (2) de los tres bloques en campo.
5.2.3. Tratamientos
Los tratamientos son los diferentes niveles que toma el factor, para este caso se
plantearon cuatro niveles distintos, los cuales se describen a continuación:
TRATAMIENTO* DESCRIPCIÓN
T1 Testigo: Suelo sin ninguna aplicación
Fertilización inorgánica: Aplicación de Urea
T2
(46% de N)
Fertilización con biosólido deshidratado
T3
(100% dosis de requerimiento)
Fertilización con biosólido deshidratado
T4
(200% dosis de requerimiento)
* A todos los tratamientos se les aplicó agua de pozo para el suministro del riego
35
Cada tratamiento fue aplicado en cada uno de los bloques sobre un grupo de tres surcos
consecutivos; cabe notar que la distribución de los mismos se determinó al azar dentro
de los bloques.
T1: tratamiento uno, T2: tratamiento dos, T3: tratamiento tres, T4: tratamiento cuatro
36
5.2.5. Variables respuesta
Como variables respuesta se determinaron las propiedades físicas del suelo susceptibles
al aporte de materia orgánica y nutrientes proporcionado por el biosólido (principalmente
las que están relacionadas con los macroporos del suelo). Así mismo, por parte del
cultivo se realizó la cosecha a los 12.5 meses de edad y se obtuvo como variable
respuesta su producción (en toneladas de caña por ha). A continuación la Tabla 13,
presenta las variables respuesta y la época de muestreo realizada en la investigación.
Época de Muestreo
Tipo Variable
(meses)
Toneladas de caña
Producción Caña 12.5
por ha
*Todas las propiedades se determinaron antes de la siembra y tiempo después de la
incorporación del biosólido, del fertilizante químico y establecimiento del cultivo.
El montaje experimental fue comprendido por los lotes sembrados de caña de azúcar; el
sistema de riego fue por tubería de ventanas y como fuente de agua se empleó la
suministrada por un pozo profundo ubicado dentro de las mismas instalaciones de la
PTAR-C. Este pozo brinda una oferta de 70 Lps y una altura de bombeo de 42 m.c.a.
37
Fotografía 1. Disposición de los bloques en campo.
En primer lugar, se realizó una caracterización del suelo con el objetivo de definir su
estado inicial y posteriormente, establecer el plan de fertilización para el cultivo. Se
determinó que para cada bloque las muestras (físicas y químicas) obtenidas fueran
compuestas y representativas en toda la zona de estudio.
Previo a las labores de siembra del cultivo, se procedió a la preparación del terreno
utilizando mecanización de labranza primaria (arado) y secundaria (rastra), con la
finalidad de permitir la buena aireación y la construcción de los surcos para la siembra
(Victoria et al., 2002).
La adecuación de los lotes tiene como objetivo principal el acondicionamiento del suelo
de acuerdo con la pendiente necesaria para el establecimiento de las infraestructuras de
riego y drenaje. En zonas planas, la pendiente debe variar entre 3 y 5 por mil para
facilitar el riego por gravedad y la evacuación rápida de los excesos de agua por medio
de canales o acequias recibidoras (Victoria et al., 2002).
38
Por lo general, las labores de preparación del cultivo se realizan mediante un sistema de
secuencia de labranza convencional, el cual incluye labores de descepada, subsolada,
arada, rastrillada y surcada. A continuación, la fotografía 2 muestra el terreno preparado
para la siembra del cultivo en el lote experimental.
Siembra
39
Fotografía 3. Siembra del cultivo en el lote experimental.
5.3.3.1. Fertilización
Con base a las caracterizaciones iniciales tanto del suelo como del biosólido y del
requerimiento de N por parte del cultivo, se estableció la dosis de aplicación del biosólido
en el suelo. De acuerdo a lo anterior, el biosólido se incorporó de manera manual sobre
la superficie de los surcos correspondientes a los tratamientos 3 y 4. La fotografía 4,
muestra la incorporación del biosólido en el suelo.
En la tabla 15 se expresa la tasa aplicada del biosólido (ton/ha), la cual fue calculada a
partir de la tasa agronómica establecida por la EPA (1993) y las condiciones geológicas
del sitio de aplicación y del suelo:
40
El propósito de limitar la tasa de aplicación a la tasa agronómica, es reducir al mínimo la
contaminación del agua subterránea en el sitio de aplicación, por el nitrógeno contenido
en los biosólidos (EPA, 1993). A continuación, la tabla 14 muestra la tasa y dosis de
aplicación del biosólido para el área efectiva correspondiente a cada tratamiento.
Tabla 14. Tasas y dosis de aplicación del biosólido (kg) para el área efectiva (0.0099 ha/
tratamiento)
- Fertilización química
41
- Plan de Fertilización
100 217.4 45 98 45 75
Tabla 16. Requerimiento de fertilizantes (kg) para el área efectiva (0.0099 ha/
tratamiento)
Como método de riego, se implementó el riego por gravedad por surcos, el cual contó
con un sistema de distribución de tubería por ventanas y conducción cerrada (Tubería
PVC presión y Novarriego). Este sistema de riego, trabaja con presiones mínimas
aplicando el agua directamente al surco a través de las compuertas, pudiéndose regular
42
el caudal de acuerdo a la necesidad del cultivo y a las características del suelo; logrando
así grandes ahorros de agua y aumentos en la eficiencia durante la distribución.
Por otra parte, para la programación de los riegos se empleó la metodología del balance
hídrico (diario), el cual consiste en llevar una contabilidad del agua en el suelo, de donde
43
se comparan las ganancias y pérdidas de humedad, y posteriormente se determina los
cambios de humedad del suelo (CHS) en un periodo definido (Torres et al, 2004). Las
ganancias de humedad en el suelo ocurren durante un evento de precipitación o cuando
se aplica agua artificialmente por medio del riego; mientras que las pérdidas o salidas de
humedad se asocian al agua que transpira la planta y la evaporación que ocurre desde
la superficie del suelo, en lo que se le conoce como la evapotranspiración del cultivo, la
cual fue calculada (diariamente) con los parámetros climáticos registrados en la estación
meteorológica PTAR-C, ubicada dentro de las mismas instalaciones.
- Agua de Riego
En cuanto al agua de pozo utilizada para riego de las parcelas, el análisis químico
realizado (ver tabla 17) no muestra restricción o riesgo alguno para su uso en la
agricultura. La mayoría de los parámetros evaluados (a excepción del potasio) se
encuentran dentro de los límites establecidos por la FAO (1985).
Por otra parte, de acuerdo al diagrama de clasificación de las aguas para irrigación
establecidas por la USDA (IGAC, 2006b), el agua de pozo empleada es clasificada como
C2-S1, lo que significa que ésta posee una salinidad media pero es apta para irrigación
44
si existe un lavado moderado (lo cual se cumple para el riego por gravedad por surcos
debido a su baja eficiencia durante la aplicación); además indica que es baja en sodio y
puede usarse en la mayoría de los suelos, sin riesgo de que se produzcan niveles de
sodio intercambiable (demostrado por la RAS). Sin embargo, puede presentar problemas
en cultivos sensibles al sodio, como algunos frutales y aguacates, donde pueden
acumular cantidades perjudiciales de dicho elemento (IGAC, 2006b).
Fotografía 8. Control de malezas y aplicación del herbicida en los lotes del cultivo.
45
posteriormente obtener una muestra compuesta en cada uno de éstos y representativa
de cada unidad experimental.
46
Tabla 18. Métodos de determinación de las variables respuesta
Densidad
g.cm-3 Cilindro
aparente
Diámetro
mm Yoder
ponderado medio
Propiedad
Física Determinación indirecta a
Porosidad total % partir de la Macroporosidad
y Microporosidad
Macroporosidad % Caja de arena
47
Fotografía 11. Cosecha del cultivo y pesaje in situ de cada surco.
Dónde:
Entre tanto, debido a que el experimento presenta medidas repetidas sobre un mismo
individuo a lo largo del tiempo, se planteó el uso de análisis de medidas repetidas
univariada para determinar la iteración Muestreo*Tratamiento a través del tiempo. El
modelo lineal para un experimento de un solo factor en el que se realizan medidas
repetidas es:
48
Donde μ es la media general, Ai es el efecto del i-esimo tratamiento, Dik representa el
componente de error del sujeto; Cj es el efecto del j-esimo tiempo (muestreo), (AC)ij es
la interacción entre tratamientos y tiempo (muestreo), y Eijk es el error experimental
aleatorio con distribución normal en las mediciones repetidas.
Para el análisis estadístico de los datos se empleó estadística descriptiva a las variables
de control; además, se realizó un análisis de varianza (ANOVA) con una confiabilidad del
95% y comparación de medias (Tukey), con el objetivo de poder establecer diferencias
significativas entre los tratamientos realizados por cada periodo de muestreo y a través
del tiempo. Finalmente se desarrolló correlaciones y regresiones simples entre variables
para establecer las posibles relaciones entre las propiedades físicas estudiadas y el
aporte del biosólido. Todo ello se realizó mediante la ayuda de software estadísticos
como SPSS v.18.0 y SAS v.9.0.
49
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Fotografía 12. Perfil del suelo del lote experimental. (Fuente: Herrera y Verdugo, 2011).
50
A continuación la tabla 19, muestra la caracterización química inicial del suelo y del
biosólido empleado en la investigación. Seguidamente la tabla 20, muestra la
interpretación de las propiedades químicas del suelo.
51
De acuerdo a Jaramillo (2007), este suelo es considerado como alcalino, donde existe un
posible exceso de carbonatos y una baja solubilidad del fósforo. Por otra parte, debido a
que la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo es alta, puede considerarse
como fértil, aunque por la gran abundancia de iones alcalinos (Ca, Mg, K, Na), puede
presentar al mismo tiempo desequilibro iónico en el perfil del suelo y conllevar a que se
presente antagonismo entre nutrientes limitando su absorción por parte del cultivo,
afectando así su expresión en cuanto a rendimiento (Castro y Gómez, 2010). En este
aspecto, cabe mencionar que aunque la relación Ca/Mg está un poco por debajo (2.4:1)
del valor ideal (3:1), la relación Mg/K (17.7) está muy por encima de la proporción ideal
(6-8), lo cual indica un desbalance de estos nutrientes en el suelo, específicamente en
relación al contenido de K (Castro y Gómez, 2010). Entre tanto, a pesar que el contenido
del sodio en el suelo es medio (0.1 – 0.5 meq/100 g), éste no resulta ser toxico para el
cultivo, ya que se encuentra por debajo de 1; además su porcentaje de saturación (PSI
(%) = 1.38), indica que el suelo está muy por debajo del límite (< 7%) para considerarlo
como sódico (Jaramillo, 2007).
Sin embargo, el alto contenido del ion Mg (> 1.8 cmol/Kg) y su alto porcentaje de
saturación (> 25%) en el complejo de cambio (Castro y Gómez, 2010), afectan la
estructura del suelo provocando la dispersión potencial de sus agregados (García, 2010).
Esta característica de saturación suele atribuirse al material parental (serpentinas) y a la
posición que tienen los suelos del valle del río Cauca, tales como las planicies de
inundación, cubetas, basines y terrazas o depresiones del terreno, donde los iones
predominantes son el Mg+2 y Na+ en su orden (García et al., 2003). No obstante, es de
aclarar que este suelo no es clasificado como magnésico puesto que la relación Ca/Mg
no se encuentra invertida (Castro y Gómez, 2010).
Por otra parte, el contenido de materia orgánica del suelo (MOS) se encuentra en un
nivel medio en la profundidad de estudio (0 – 21 cm), lo cual es posible correlacionarlo
con la presencia de colores oscuros del primer horizonte y la presencia de
macroorganismos descritas por Herrera y Verdugo (2011).
Entre tanto, las propiedades físicas (iniciales) del suelo, indican valores característicos
para este tipo de suelos pesados; la densidad aparente se encuentra entre 1.18 y 1.34
g/cm3 y la densidad real de 2.25 a 2.67 g/cm3; los valores de porosidad total fluctúan
entre 44 y 53%, dominada principalmente por los microporos; los macroporos ocupan
menos del 13% (IGAC, 2006a).
52
Tabla 21. Caracterización física inicial del suelo
Bloque
Propiedad
B1* B2*
29.8% A 37.8% A
Textura Ar 53.4% Ar Ar 47.4% Ar
16.8% L 14.8% L
DPM (mm)** 2.35 2.96
Da (g/cm3) 1.33 1.33
Dr (g/cm3) 2.45 2.41
Porosidad Total (%) 49.7 51.05
Macroporosidad (%) 6.54 5.71
Microporosidad (%) 43.1 45.3
* Promedio de cuatro muestras por bloque.
** DPM: Diámetro ponderado medio.
Por otra parte, el Diámetro Ponderado Medio (DPM) indica una estructura
moderadamente estable pero que puede ser susceptible al rompimiento de sus
agregados frente a la acción del agua, debido a la baja capacidad de aireación del suelo
(Valenzuela y Torrente, 2010), a sus características vérticas ocasionadas por la
expansión – contracción de los minerales de arcilla (García, 2010) y al alto contenido del
magnesio en el complejo de cambio.
Finalmente, las principales limitantes de estos suelos para el uso y manejo en el aspecto
son: relación (Ca + Mg)/K es muy amplia en todo el perfil (> 40 en la profundidad de
estudio), lo cual origina el no aprovechamiento eficiente del K, además de la baja
solubilización del fósforo a causa del pH; en el aspecto físico, la baja capacidad de
aireación, drenaje natural pobre e imperfecto, la consistencia en mojado muy pegajosa y
muy plástica y permeabilidad e infiltración lentas (IGAC, 2006a). Todo lo anterior
posiblemente sea consecuencia del alto contenido de Mg en el complejo de cambio del
suelo, el cual induce al deterioro potencial de su estructura. Por otra parte, cabe
mencionar que el suelo estuvo caracterizado por un alto contenido de pedregosidad en la
profundidad de estudio analizada.
53
aguas residuales. Dicho tratamiento consiste básicamente en un proceso procedente por
espesamiento (sedimentación primaria) y digestión anaerobia (biodegradación de la
materia orgánica y estabilización), con la aplicación de materiales coagulantes y
floculantes para su acondicionamiento; posteriormente se somete a deshidratación del
lodo, mediante filtros de prensa (fotografía 13), para la reducción de su contenido de
humedad final. Mediante este proceso la PTAR-C puede generar alrededor de 100
ton/día de este material con un 65 a 70% de humedad (EMCALI, 2009 citado por Torres
et al., 2009b).
Fotografía 13. Filtro de prensa y recolección del biosólido en las bandas transportadoras
Por otra parte, la tabla 22 muestra la caracterización química del biosólido (deshidratado)
producido en la PTAR-C y algunos valores de referencia en la generación de este tipo de
materiales.
54
Tabla 22. Caracterización química del biosólido producido en la PTAR-C y algunos
valores de referencia de biosólidos obtenidos por digestión anaerobia.
Biosólido Valores de
Parámetro
Deshidratado referencia (%)
pH ( sin unidades) 7.6a 6.5 – 7.5e
C-Orgánico (%) 24.3a 23.5c
MO (%) 29.58b -
a
N-Total (%) 2.5 1.6 - 3e
a
N-NH4 (mg/kg) 0.182 1 – 3d
Relación C/N 7.10b 7.8c
P-Total (%) 0.03b 1.5 – 5d
K (%) 0.09a 0 – 3e
a
Ca (gr/kg) 35.4 -
a
Mg (gr/kg) 5.47 -
b
CIC (Meq/100 gr) 104.49 -
a = Silva et al., 2011; b = Torres et al., 2009b; c = Fernandes y Cervantes, 2001; d= NBP -
Nacional Biosolids Partnership, 2005; e = Metcalf & Eddy, 2003.
A continuación la tabla 23, muestra el valor promedio por variable respuesta realizado
durante el muestreo inicial (mes 0) del experimento o de caracterización del suelo:
55
Tabla 23. Valor promedio de las variables de respuesta para el muestreo 1
Por otra parte cabe mencionar que el tratamiento (T1) corresponde al testigo o suelo sin
ninguna aplicación, el tratamiento (T2) al suelo con aplicación de fertilización inorgánica,
y los tratamientos (T3) y (T4), al suelo con aplicación del biosólido deshidratado al 100%
y 200%, la dosis de requerimiento respectivamente. A continuación se evaluará el efecto
de la aplicación de los biosólidos sobre algunas propiedades físicas del suelo.
Los valores medios obtenidos para esta propiedad de cada tratamiento en cada periodo
de muestreo realizado, a excepción del T4 el cual posee un ligero incremento, indican
ser característicos para este tipo de suelos (IGAC, 2006a), con valores medios que
oscilan entre (1.24 – 1.37 g/cm3). A continuación la figura 3 muestra los datos obtenidos
para cada tratamiento en cada una de las mediciones realizadas y además muestra el
análisis de varianza por punto de muestreo, el cual se indica por medio de letras.
1,40 a a a a a
a a
1,35
a a
1,30 a
a a
Da (g/cm3)
1,25
T1
1,20 T2
1,15 T3
1,10 T4
1,05
1,00
4 10 12
Tiempo (meses)
Figura 3. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la densidad aparente del suelo.
(Medias con la misma letra no son significativamente diferentes).
56
Se observa que no se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos
evaluados, para todos los periodos de muestreo realizados (letras iguales). Por otra
parte, muestra que hubo cambios de la propiedad en el tiempo, pero es de aclarar que
posiblemente no se debió al efecto de los tratamientos propuestos, ya que no se
presentaron diferencias significativas de éstos a través del tiempo (ANEXO E).
Estos resultados concuerdan con los obtenidos por Macedo et al. (2006b) en el cual
encontraron que después de la cuarta aplicación consecutiva de lodos provenientes de
dos estaciones de tratamiento de aguas residuales, no causaron alteraciones
significativas en la densidad aparente de un suelo Latosol cultivado con maíz.
Observaron una tendencia en la disminución de esta propiedad (a una profundidad de
3 – 8 cm del suelo) conforme aumenta la dosis en uno de los lodos; no obstante, este
efecto no fue debido a la aplicación del lodo, ya que los resultados obtenidos no difirieron
estadísticamente. Sin embargo, resaltan que la forma de preparación del suelo y de
aplicación del lodo, pudieron haber ocultado los posibles beneficios en la adición de
estos materiales.
En cuanto al análisis descriptivo realizado (ANEXO C), los resultados indican una baja
dispersión de los datos obtenidos, ya que el coeficiente de variación (CV) por tratamiento
estuvo por debajo del 9%, además se obtuvo cierta similitud entre la media y la mediana,
confirmando lo anteriormente expuesto. Por otra parte, de acuerdo al contenido textural
del suelo (fina), la tabla 23 y la figura 3 muestra que la densidad aparente en los
primeros meses de muestreo (0 y 4) adquiere valores altos, superiores a 1.3 g/cm3
(Carbonell, 2009) a excepción del testigo (T1). No obstante, dichos valores no restringe
el crecimiento y proliferación de las raíces de las plantas, ya que se encuentran por
debajo de su límite para ejercer tal efecto (< 1.39 g/cm3) (USDA, 1999).
A partir de lo anterior, puede decirse entonces que ocurre un leve descenso de esta
propiedad para el mes 10, en todos los tratamientos a excepción del (T4), por el posible
efecto del desarrollo de las raíces del cultivo (etapa previa de rápido crecimiento (4 a 10
meses)). Sin embargo, esta tendencia de la densidad aparente en decrecer durante la
etapa inicial y media del cultivo, puede atribuirse de igual forma al efecto de las labores
de adecuación realizadas en la etapa previa del desarrollo de la fase experimental, tal
como lo expresan Herrera y Verdugo (2011) en su investigación, el cual pudieron
propiciar la germinación de las semillas y el posterior crecimiento de las raíces.
57
De igual forma, observado el comportamiento del T4, se aprecia que cuando se utilizó la
mayor dosis de estos subproductos al suelo, pudo presentarse sellamiento superficial
que hizo que el valor de la densidad aparente aumentara, lo que alerta la posibilidad de
que si se aumenta la dosis, en el largo plazo, se podría ocasionar degradación al suelo y
se vean afectadas otras propiedades. Al respecto, Macedo et al. (2006a) encontraron
que después de la cuarta siembra del cultivo de maíz, en la profundidad de 0 a 5 cm del
suelo, la densidad aparente aumentó en la superficie de las muestras recolectadas
(tomando valores mayores que los obtenidos en profundidad), conforme se aumentan las
dosis de los lodos, específicamente para los tratamientos con dosis de 2N, 4N y 8N.
Además encontraron que la densidad aparente en los primeros 0.3 cm del suelo es
significativamente mayor con respecto a los valores obtenidos en otras dos
profundidades (de 0.5 cm y 1.2 cm respectivamente). Por otra parte, indicaron que la
adición de lodo, principalmente con las dosis de 4N y 8N, puede estar influenciando el
incremento del sellamiento superficial del suelo.
Por otra parte, la figura 3 muestra además que a partir del mes 10 y 12, la densidad
aparente del suelo tiende a incrementarse para todos los tratamientos, siendo más
evidente en el tratamiento 4. Dicho comportamiento puede indicar una posible tendencia
a la compactación del suelo, en la profundidad de estudio analizada. Si bien no se
encontraron diferencias significativas entre los tratamientos evaluados, en cada uno de
los periodos de muestreo realizados, Villegas (2009) señala que esta tendencia, puede
atribuirse a los procesos naturales que tiene el suelo en los ciclos de humedecimiento y
secado; situación que puede volverse aún más evidente con las características vérticas
que posee este tipo de suelo y en las condiciones climáticas presentadas durante la fase
experimental de la investigación. A continuación en la figura 4, se muestran los valores
de la evaporación mensual registrada por la estación perteneciente a la Red
Meteorológica Automatizada (RMA) de la industria azucarera de influencia en el lote
experimental y la precipitación registrada por el pluviómetro ubicado en la misma.
58
250 Siembra (mes 0)
Cosecha
(mes 12.5)
200
150
mm/mes
100
50
mes
Precipitación Evaporación
De la figura anterior, se puede apreciar que durante la etapa inicial y final del cultivo,
predominó la precipitación sobre la evaporación en los lotes del cultivo, por lo que en los
meses 4 y 12 de muestreo los valores de densidad aparente fueron superiores debido
aun posible exceso de humedad en el suelo (expansión de los minerales de arcilla).
A partir de la figura 5 y de la tabla 23, se observa que la porosidad total del suelo varía
entre valores medios de 48.9% a 65.02%, con un valor promedio por tratamiento de
59
55.8% para T1, 51.23% para T2, 51.8% para T3 y 52.4% para T4. Este valor promedio
por tratamiento indica, según Kaurichev et al. (1984), una calificación de porosidad total
del suelo como satisfactoria (media), a excepción del T1 la cual es excelente y solo se
presentó para el mes 10 de muestreo.
70,00
a
65,00
Porosidad Total (%)
60,00
a a a a a
55,00 a a a a
a a
50,00
T1
45,00 T2
40,00 T3
35,00 T4
30,00
25,00
20,00
4 10 12
Tiempo (meses)
Figura 5. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la porosidad total del suelo.
Con relación a lo anterior, Melo et al. (2004), evaluaron el efecto de la adición de los
biosólidos en las propiedades físicas de un oxisol (Latosol Rojo Distrófico) de textura
media (LVd) y un oxisol (Latosol Rojo Eutrófico) de textura arcillosa (LVef). Se utilizaron
cuatro dosis de aplicación de biosólidos (seco), acumuladas en 5 años, de 0, 25, 47.5 y
50 toneladas por ha incorporados a una profundidad de 0.1 metros. Los resultados
mostraron que la porosidad total, la microporosidad y la retención de agua (en todas las
tensiones), no difirieron entre capas, ni con las dosis de biosólidos aplicadas en ambos
suelos.
60
de 3 – 8 cm) en un suelo Latosol cultivado con maíz. De la misma forma, obtuvieron
resultados similares para la microporosidad y macroporosidad del suelo.
Por otra parte, de acuerdo a los resultados obtenidos se encontró que existe una
correlación (o relación directa) entre las variables de porosidad total y microporosidad del
suelo para todos los periodos de muestreo realizados. Las figuras 6 y 7 muestran el
comportamiento entre las variables anteriormente descritas durante el mes 4 y 12 de
muestreo la cual fue lineal, obteniéndose un coeficiente de correlación de 0.934 y 0.867
respectivamente, a un nivel significativo del 99%.
Ajuste lineal
y = a + bx
a = 1.20752E+001
b =8.4530E-001
Figura 6. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 4
de muestreo.
Ajuste lineal
y = a + bx
a = 1.074E+001
b =8.808E-001
Figura 7. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 12
de muestreo.
61
Entre tanto, para el mes 10 de muestreo la correlación entre estas dos variables muestra
un comportamiento parabólico, con un error estándar de 2.587 y un coeficiente de
correlación de 0.9365 (a un nivel significativo del 99%).
Ajuste cuadrático
2
y = a + bx + cx
a = 6.41880E+001
b = -9.85717E-001
c = 1.60360E-002
Figura 8. Correlación entre la microporosidad y porosidad total del suelo para el mes 10
de muestreo.
Sin embargo, cabe mencionar que a pesar de que la porosidad total admitida como
adecuada (Castro y Gómez, 2010) en todos los periodos de muestreo realizados, el
aumento de la microporosidad puede generar ambientes asfixiantes y reductores a las
raíces del cultivo (Valenzuela y Torrente, 2010), así mismo puede llegar a presentar
problemas de drenaje y aireación generando compactación del suelo (Jaramillo, 2002);
por lo anterior es importante o más relevante tener en cuenta la distribución de poros que
el valor de porosidad total.
6.2.3. Microporosidad
Los valores medios obtenidos para esta propiedad por tratamiento en cada periodo de
muestreo realizado se presentan en la figura 9 y en la tabla 23, e indican un valor
promedio por tratamiento de 50.7% para T1, 45.41% para T2, 46% para T3 y 47% para
T4. Por otra parte, al igual que la porosidad total, la figura 9 muestra claramente el
62
mismo comportamiento que tiene la microporosidad en el suelo a través del tiempo, lo
que confirma en cierta manera la estrecha relación entre estas dos propiedades. Se
puede ver además que se destaca mucho más el testigo con respecto a los otros
tratamientos, en cuanto al mayor valor obtenido de microporosidad, para el muestreo 4 y
10 respectivamente.
60,00 a
55,00 a
a a a a a
50,00 a a a
Microporosidad (%)
a a
45,00
40,00
T1
35,00 T2
30,00 T3
25,00 T4
20,00
15,00
10,00
4 10 12
Tiempo (meses)
Por otro lado, el análisis de varianza realizado por cada periodo de muestreo (ANEXO
D), muestra que no se presentaron diferencias significativas entre los diferentes
tratamientos aplicados (letras iguales). Aunque se presentan cambios de la propiedad a
través del tiempo, es de aclarar que no se debió al efecto de los tratamientos, ya que no
se presentaron diferencias significativas de éstos en el tiempo (ANEXO E).
63
fertilización química y agua de pozo con la aplicación de fertilizantes químicos), dicho
comportamiento se lo atribuyeron a la textura (fina) del suelo.
6.2.4. Macroporosidad
La figura 10, muestra los valores promedio de macroporosidad por cada tratamiento en
cada periodo de muestreo. Se observa que el tratamiento 2 presenta el valor más alto de
macroporosidad para el mes 10 de muestreo con un valor de 8.1%, mientras que el
testigo presenta el valor más bajo con 3.03% para el mes 4. No obstante, los valores
promedio por cada tratamiento resultan ser menores al 10% en los todos los periodos de
muestreo realizados (incluido el inicial), por lo que según Baver et al. (1973), pueden
restringir la proliferación de raíces y propiciar condiciones reductoras en cada uno de
éstos.
9,00
a
8,00
Macroporosidad (%)
7,00
a a
6,00 a a a a
a a T1
5,00
T2
a a
4,00 T3
a
3,00 T4
2,00
1,00
4 10 12
Tiempo (meses)
Figura 10. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la macroporosidad del suelo.
Por otra parte, la figura 10 muestra que no se presentaron diferencias significativas entre
los tratamientos para los diferentes periodos de muestreo realizados (letras iguales); de
igual manera aunque se evidencia cambios de la propiedad a través del tiempo, el
ANEXO E muestra que no se presentaron diferencias significativas en el tiempo (p>0.05)
64
para un mismo tratamiento, por lo que los cambios observados pueden no atribuirse al
efecto del tipo de fertilización.
No obstante, debe tenerse en cuenta que los efectos del clima, relacionado con las altas
precipitaciones durante el periodo inicial y final del cultivo (ver figura 4), asociado al alto
contenido de ion magnesio y a las características vérticas del suelo (arcillas expandibles
tipo 2:1) pudo haber afectado el comportamiento de esta propiedad a través del tiempo.
Al respecto, García et al. (2003), mencionan que los suelos vertisoles afectados por una
alta saturación de Mg+2 se caracterizan por tener contenidos elevados de arcillas
expandibles, las cuales por acción de la humedad aumentan considerablemente de
volumen por lo que se produce alteración del espacio poroso, especialmente de los
macroporos disminuyendo su volumen drásticamente e interrumpiendo la continuidad de
muchos de ellos.
Por otro lado el análisis descriptivo realizado (ANEXO C), muestra una alta dispersión de
los datos obtenidos por tratamiento en los distintos periodos de muestreo, con un
coeficiente de variación mayor al 30% en la mayoría de los casos. Estos resultados
concuerdan con los obtenidos por Herrera y Verdugo (2011), en el cual encontraron una
alta heterogeneidad de los datos para la medición de esta propiedad en este mismo
suelo y en diferentes tiempos de muestreo.
65
Finalmente cabe mencionar, que estos resultados difieren con los obtenidos por Melo et
al. (2004), en el cual encontraron que la macroporosidad del suelo es mayor en la capa
de 0 a 0.1 m, a partir de las dosis acumuladas (hasta por cinco años) de 47.5 y 50
toneladas por ha de biosólidos, en un suelo oxisol tanto de textura media como de
textura arcillosa. Por su parte, Barbosa et al. (2002), encontraron que para la
macroporosidad del suelo, existe una tendencia a aumentar en los tratamientos que
utilizaron dosis de lodo de 18 y 24 toneladas por ha-año, mostrando una mejoría en
cuanto a la agregación del suelo. Sin embargo, vale la pena recordar que los resultados
obtenidos en estas investigaciones fueron realizados en otros tipos y condiciones del
suelo, por lo que el efecto de estos materiales puede también atribuirse a este factor.
Los valores medios obtenidos para el DPM de cada tratamiento en cada periodo de
muestreo realizado, se presentan en la figura 11. Dichos valores oscilan entre 1.61 – 3.2
mm para T1, 1.64 – 2.8 mm para T2, 1.78 – 2.97 mm para T3 y 2.04 – 3.10 mm para T4.
Los valores más altos para cada tratamiento se presentan en el último muestreo (a
excepción del T2 el cual disminuyó ligeramente); estos valores, según el IGAC (2006b),
muestran una estructura del suelo moderadamente estable para T2 y T3, y estable para
T1 y T4; entre tanto, los valores más bajos de cada tratamiento se obtuvieron solamente
en el muestreo 2; sin embargo, conservaron una estructura moderadamente estable en
este punto (IGAC, 2006b). En cuanto al análisis descriptivo de los datos, el ANEXO C
muestra una baja dispersión de los mismos, con un CV menor al 24% (en la gran
mayoría de los datos) y una estrecha relación entre la media y la mediana para todos los
tratamientos en los diferentes periodos de muestreo.
3,50 a a
a a
3,00 a
a
2,50 a a
a
DPM (mm)
2,00 a T1
a a
1,50 T2
T3
1,00 T4
0,50
0,00
4 10 12
Tiempo (meses)
Figura 11. Efecto de la aplicación del biosólido sobre el DPM del suelo.
66
Por otra parte, con base a la figura 11, el análisis de varianza realizado por cada punto
de muestreo, muestra que no se presentaron diferencias significativas entre los distintos
tratamientos aplicados (letras iguales). No obstante, a pesar de que se presentan
cambios de la propiedad a través del tiempo, es de aclarar que no se debió al efecto de
los tratamientos, ya que no se presentaron diferencias significativas de éstos a través del
tiempo (ANEXO D).
Entre tanto, Barbosa et al. (2002), evaluaron los efectos de dos años de aplicación de
lodo (biosólido) en dosis crecientes de 6, 12 y 18 ton/ha (aplicados en una y dos veces
por año) sobre la propiedades físicas de un suelo oxisol (Latosol Rojo Eutrófico); y
encontraron una tendencia de aumento en la agregación del suelo y disminución de la
densidad aparente y en la microporosidad; sin embargo, no encontraron diferencias
significativas en los tratamientos que recibieron el lodo.
Por otra parte, la tabla 23 y la figura 11 indican que para el periodo inicial de desarrollo
del cultivo (0 a 4 meses), el DPM tiene un comportamiento descendente para todos los
tratamientos, aunque es de aclarar que posiblemente no se deba al efecto del tipo de
fertilización (orgánica e inorgánica), ya que no se encontraron diferencias significativas
entre los mismos y a través del tiempo; no obstante, ello puede atribuirse a que durante
67
esta etapa los surcos de la caña (plantilla) suelen encontrarse muy disturbados debido al
efecto de las practicas intensivas de preparación del suelo realizadas para la siembra, tal
como lo expresan Torres et al. (2004).
Por otra parte, algunas fuerzas mecánicas como el movimiento de las raíces y las
características vérticas del suelo (expansión y contracción), pudieron igualmente haber
promovido la formación de los agregados en los distintos tratamientos, tal como lo
expresan Ferreira et al. (2006).
Sin embargo, no hay que descartar igualmente un posible efecto del magnesio sobre
esta propiedad en el suelo. Al respecto, Mendoza y García (1989), en su investigación
sobre el efecto de la saturación del magnesio intercambiable en varios suelos del Valle
del Cauca, encontraron que la saturación de este elemento tuvo un efecto agregante
sobre los mismos, mientras que la influencia del PMgI sobre las densidades real y
aparente, la porosidad y la conductividad hidráulica, resultó ser poca.
68
90,0
a a
80,0
70,0
TCH (Mgr/ha)
a a
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
T1 T2 T3 T4
Tratamientos
Figura 12. Efecto de la aplicación del biosólido sobre la productividad del cultivo.
A partir del análisis de varianza (ANEXO D), la figura 12 muestra que no hubo
diferencias significativas entre los diferentes tratamientos evaluados (letras iguales),
evidenciando que las distintas fuentes de fertilización aplicadas al suelo no influyeron
significativamente en la producción de caña obtenida. Por el contrario estuvieron
influenciadas por factores externos a la investigación.
Sin embargo, puede resaltarse que tanto el fertilizante inorgánico (T2) como el orgánico
específicamente T4, pueden mejorar la productividad del cultivo con respecto al testigo
(o suelo sin ninguna aplicación), aunque para este último se necesitan dosis mayores
que la dosis recomendada de biosólido (200%) para ejercer tal efecto en el suelo. No
obstante, debe recordarse que dicho efecto puede verse a largo plazo, ya que el
contenido de nutrientes en estos subproductos (en especial el N) es de liberación lenta
(Castro y Gómez, 2010; Costa et al, 2001).
Otros resultados, como los obtenidos por Torres et al. (2007), muestran que la aplicación
agrícola, en un mismo tipo de suelo, del compost obtenido con lodo primario de la PTAR-
C, en el cultivo de rábano y acelga, no influyeron en cuanto a productividad obtenida,
puesto que no se presentaron diferencias significativas entre los distintos tratamientos
evaluados. En el tratamiento control (suelo sin ninguna aplicación) mencionan que las
variables agrícolas evaluadas presentaron un menor desempeño con respecto a los
tratamientos con acondicionamientos (suelo con fertilizante químico (NPK 10-30-10) y
suelos con compost). Por otro lado, indican que el porcentaje de germinación y la altura
promedio presentaron valores similares tanto con fertilizante como con compost. Sin
embargo, el análisis estadístico les indicó que no existe diferencia significativa en la
69
productividad de los suelos acondicionados, por lo que recomiendan el uso del compost
en el cultivo de rábano. En el caso de la acelga, aunque el análisis estadístico les indicó
que el uso de cualquiera de los materiales empleados no influye significativamente en la
productividad, resaltan que se podría dar aprovechamiento al compost ya que la mejora
entre un 43% a 130%. Sin embargo, es necesario tener en cuenta el tipo de suelo en que
fue realizado dicho experimento, puesto que los autores señalan que todos los
tratamientos tuvieron la potencialidad para mejorar las características del suelo debido al
mayor contenido de materia orgánica y nutrientes, los cuales fueron deficientes en el
suelo estudiado.
Por otra parte, CENICAÑA (2011) reporta que para el periodo comprendido entre enero y
diciembre del año 2010 (que se caracterizó por fuertes lluvias durante el tercer y cuarto
trimestre del año) se obtuvieron en promedio 114.6 en TCH, lo cual difiere con la
obtenida durante el mismo periodo para el año 2009, el cual fue superior alcanzando
valores hasta de 120.3 en TCH. Es de aclarar, que las determinantes de las variaciones
en productividad en la agroindustria azucarera se encuentran asociadas con elementos
de manejo de la caña de azúcar y con los factores que afectan el desarrollo del cultivo y
su respuesta en producción. De manera singular, el comportamiento del clima afecta de
manera importante la eficiencia productiva tanto en campo como en fábrica (CENICAÑA,
2011).
Por otra parte, el componente suelo y variedad de caña también pudieron haber influido
de manera significativa en la productividad. Al respecto, Muñoz (2009) plantea que en los
suelos con baja capacidad para evacuar los excesos de agua pueden afectar la
productividad, incluso tan negativamente como ocurre cuando el agua disponible es
deficitaria. La anterior afirmación se pudo evidenciar en las distintas propiedades físicas
que fueron anteriormente evaluadas, las cuales tienden hacia una potencial
compactación natural en los primeros 21 cm del suelo, con una baja capacidad de
aireación, aumentos en la densidad aparente y un alto contenido de sus microporos
(asociado al drenaje pobre del suelo). Así mismo, Victoria et al. (2002) mencionan que
en los suelos con altos contenidos de arcilla y en aquellos ligeramente salinos, la
70
variedad CC 85 – 92 tiene un menor crecimiento, produce menos tonelaje y mantiene su
porte erecto. A continuación en la fotografía 15, se muestra el porte de la caña durante la
fase experimental para el mes 9.5 y 12.5 respectivamente (este último corresponde al de
la cosecha); en la cual se muestra que coincide con la descripción dada por Victoria et al.
(2002).
Fotografía 15. Porte del cultivo al mes 9.5 y de la cosecha en la parcela del T4 (B1).
71
7. CONCLUSIONES
72
8. RECOMENDACIONES
73
9. BIBLIOGRAFÍA
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83
ANEXO A. REQUERIMIENTOS DE NUTRIENTES DEL CULTIVO
- REQUERIMIENTOS DE NITRÓGENO
- REQUERIMIENTOS DE FOSFORO
P disponible
Contenido Dosis P2O5
(ppm)
Bajo <5 50
Mediano 5 - 10 25-50
Alto >10 0-25
Fuente: Quintero, 2004.
De acuerdo a la tabla anterior y a los resultados obtenidos del análisis químico del suelo
(tabla 16); éste presenta un contenido de fósforo entre 5-10 ppm (medio), el cual requirió
84
entonces de una aplicación entre 25 a 50 Kg/ha de P2O5. Se seleccionó el valor de 45
Kg/ha.
- REQUERIMIENTOS DE POTASIO
Con base a lo anterior y a los resultados del análisis químico del suelo (Tabla 15), éste
presenta un contenido de potasio mayor a 0.4 meq/100 g (alto), por que requirió una
aplicación entre 0 a 45 Kg/ha de K2O (definida en base a la variedad empleada CC 85 -
92). Se seleccionó el valor de 45 Kg/ha.
100 217.4 45 98 45 75
85
ANEXO B. MÉTODOS DE DETERMINACIÓN EN LABORATORIO
- PROPIEDADES FÍSICAS
Textura
Las fórmulas para determinar los contenidos de los separados del suelo, son:
86
Densidad real
Dónde:
Dr, Dw: densidad de las partículas sólidas y densidad del agua (gr/cm3) respectivamente.
Mpss: masa del picnómetro más suelo seco (gr).
Mpv: masa del picnómetro vacío (gr).
Mpw: masa del picnómetro más agua (gr).
Mpssw: masa del picnómetro más agua más suelo seco (gr).
Densidad aparente
Se empleó el método del cilindro biselado, el cual consiste en tomar una muestra de
suelo indisturbada en un cilindro de volumen conocido. Inicialmente se procede a colocar
el cilindro con la muestra de suelo a secar en horno a 105 ºC, durante 24 a 36 horas,al
cabo de las cuales se retira el conjunto del horno, se deja enfriar y se pesa (Pt)
(Jaramillo, 2002).
Luego se retira el suelo del cilindro y se pesa éste (Pc). Además, al cilindro se le toman
las medidas de su longitud (h) y de su diámetro interno (d), con las cuales se calcula su
volumen (Vc). Finalmente, se calcula la densidad aparente, utilizando la relación
(Jaramillo, 2002):
Dónde:
87
Estabilidad de agregados: Diámetro ponderado medio
Dónde:
A partir de muestras de suelo sin disturbar (tomadas con cilindros), se procede a calcular
el espacio poroso total y la distribución de poros empleando la metodología de la caja de
arena. Esta medida suele hacerse en función del agua retenida a una determinada
intensidad (Valenzuela y Torrente, 2010). Inicialmente consiste en saturar por
capilaridad, las muestras de suelo durante unas 48 horas. Luego éstas se dejan drenar
por otras 48 horas, e inmediatamente se ponen a secar en horno a 105 ºC, entre 24 a 48
horas. Al final de cada proceso se registra el peso del conjunto cilindro-suelo.
88
Posteriormente los cálculos se realizan empleando las siguientes expresiones:
Dónde:
89
ANEXO C. DATOS ANÁLISIS DESCRIPTIVO DE LAS VARIABLES DE RESPUESTA
Tratamiento 1
Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM
M B M B M B
(g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm)
2 1,13 59,5 1,88 57,6 3 1,23 56,3 12,9 43,4 4 1,33 53,4 5,2 48,2
1,53 3,20 3,2
2 1,22 54,4 2,57 51,8 3 1,24 56,9 9,4 47,5 4 1,35 52,3 4,3 48,0
2 1,38 52,5 2,54 50,0 3 1,23 * * * 4 1,31 51,9 2,7 49,3
B1 1,6 B1 1,47 B1 3,38
2 1,36 48,0 2,85 45,1 3 1,20 60,2 6,9 53,4 4 1,23 48,1 7,1 41,0
2 1,23 53,5 1,44 52,1 3 1,22 56,8 3,8 53,1 4 1,32 55,4 5,6 49,7
1,21 1,52 2,8
2 1,12 43,0 3,44 39,5 3 1,28 51,7 6,1 45,6 4 1,35 52,6 5,2 47,4
2 1,26 52,7 4,4 48,3 3 1,26 * * * 4 1,33 55,3 5,0 50,3
1,6 1,84 3,33
2 1,33 51,8 3,6 48,2 3 1,28 77,0 3,0 74,1 4 1,29 62,3 4,8 57,6
2 1,22 57,2 2,3 54,9 3 1,33 79,5 5,9 73,6 4 1,48 52,2 6,1 46,1
B2 1,89 B2 2,7 B2 3,08
2 1,25 54,6 4,0 50,6 3 1,28 67,6 3,6 64,0 4 1,57 50,0 2,6 47,4
2 1,25 64,5 4,2 60,3 3 1,35 74,8 4,1 70,7 4 1,43 49,0 5,0 44,0
1,85 3,02 3,39
2 1,17 59,2 3,2 56,0 3 1,27 69,3 5,9 63,4 4 1,36 57,9 6,7 51,2
Media 1,24 54,24 3,03 51,21 1,61 Media 1,26 65,02 6,14 58,88 2,29 Media 1,36 53,36 5,02 48,34 3,20
Mediana 1,24 53,93 3,03 51,21 1,60 Mediana 1,27 63,94 5,86 58,41 2,27 Mediana 1,34 52,44 5,08 48,08 3,27
DE 0,083 5,592 0,936 5,679 0,246 DE 0,045 9,908 3,039 11,755 0,774 DE 0,092 3,966 1,375 4,044 0,228
CV (%) 6,67 10,31 30,88 11,09 15,25 CV (%) 3,53 15,24 49,46 19,97 33,78 CV (%) 6,77 7,43 27,41 8,37 7,13
* Datos atípicos
90
Tratamiento 2
Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM
M B M B M B
(g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm)
2 1,65 40,8 4,86 35,9 3 1,44 50,3 7,1 43,2 4 1,22 * * *
1,39 2,66 2,01
2 1,35 53,7 2,54 51,2 3 1,22 53,4 6,5 46,9 4 1,33 54,6 7,8 46,8
2 1,37 50,5 4,09 46,4 3 1,29 54,9 6,6 48,3 4 1,28 51,2 5,1 46,1
B1 1,6 B1 2,44 B1 2,24
2 1,39 41,4 7,18 34,3 3 1,42 50,9 2,7 48,3 4 1,43 49,1 4,4 44,7
2 1,41 46,0 7,07 38,9 3 1,16 54,4 4,5 49,8 4 1,41 54,2 6,3 47,9
1,26 3,28 2,13
2 1,39 48,5 2,65 45,9 3 1,17 55,9 6,6 49,3 4 1,29 54,3 4,0 50,3
2 1,30 52,2 6,0 46,2 3 1,15 58,0 12,2 45,9 4 1,44 47,1 1,3 45,8
1,93 3,61 3,1
2 1,35 52,8 1,7 51,2 3 1,28 50,6 12,3 38,4 4 1,39 55,2 4,0 51,2
2 1,39 48,9 5,5 43,3 3 1,25 * * * 4 1,30 54,9 2,2 52,7
B2 1,51 B2 2,17 B2 2,39
2 1,32 54,3 6,4 47,9 3 1,29 55,7 3,2 52,5 4 1,37 50,8 2,4 48,4
2 1,16 55,3 8,1 47,2 3 1,13 53,6 12,8 40,8 4 1,50 46,0 2,4 43,5
2,12 2,63 3,51
2 1,28 42,2 4,9 37,4 3 1,11 58,8 14,5 44,3 4 1,54 48,2 3,0 45,2
Media 1,36 48,88 5,08 43,81 1,64 Media 1,24 54,24 8,09 46,15 2,80 Media 1,37 51,40 3,91 47,50 2,56
Mediana 1,36 49,68 5,19 46,03 1,56 Mediana 1,24 54,38 6,63 46,86 2,65 Mediana 1,38 51,17 3,98 46,75 2,32
DE 0,113 5,191 2,028 5,820 0,329 DE 0,108 2,853 4,133 4,179 0,541 DE 0,094 3,416 1,940 2,899 0,602
CV (%) 8,28 10,62 39,95 13,29 20,10 CV (%) 8,73 5,26 51,11 9,05 19,32 CV (%) 6,86 6,65 49,65 6,10 23,49
* Datos atípicos
91
Tratamiento 3
Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM
M B M B M B
(g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm)
2 1,31 52,7 3,09 49,6 3 1,32 46,5 8,1 38,4 4 1,43 57,0 3,5 53,5
1,47 1,52 3,01
2 1,22 43,4 9,17 34,3 3 1,33 47,0 5,0 42,0 4 1,32 54,8 6,2 48,6
2 1,39 48,9 5,53 43,3 3 1,14 * * * 4 1,37 54,5 4,2 50,3
B1 1,61 B1 2,7 B1 3,5
2 1,45 * * * 3 1,22 54,5 6,2 48,3 4 1,20 52,5 9,1 43,4
2 1,26 54,3 4,75 49,5 3 1,35 51,8 3,6 48,2 4 1,38 * * *
1,3 1,58 3,49
2 1,16 55,3 8,07 47,2 3 1,32 54,8 4,5 50,3 4 1,55 53,9 4,6 49,3
2 1,36 48,0 5,6 42,3 3 1,22 55,1 9,2 46,0 4 1,29 55,7 5,2 50,5
1,96 2,87 2,97
2 1,47 42,1 2,8 39,3 3 1,33 54,3 4,3 50,0 4 1,33 56,7 6,7 50,0
2 1,38 40,4 2,7 37,7 3 1,29 52,4 4,9 47,5 4 1,33 55,2 5,7 49,4
B2 1,95 B2 2,29 B2 1,95
2 1,46 46,4 8,4 38,1 3 1,29 54,7 3,6 51,1 4 1,29 54,8 6,1 48,7
2 1,33 54,0 4,8 49,2 3 1,25 55,9 7,7 48,2 4 1,26 52,7 3,0 49,7
2,4 3,18 2,92
2 1,24 55,7 7,1 48,6 3 1,36 * * * 4 1,38 54,0 6,1 48,0
Media 1,34 49,20 5,64 43,56 1,78 Media 1,29 52,70 5,72 46,98 2,36 Media 1,34 54,72 5,50 49,22 2,97
Mediana 1,35 48,85 5,53 43,33 1,78 Mediana 1,31 54,38 4,92 48,19 2,50 Mediana 1,33 54,82 5,75 49,40 2,99
DE 0,102 5,569 2,286 5,607 0,400 DE 0,064 3,386 1,976 3,968 0,688 DE 0,088 1,431 1,678 2,398 0,565
CV (%) 7,65 11,32 40,56 12,87 22,47 CV (%) 4,95 6,42 34,57 8,44 29,20 CV (%) 6,56 2,62 30,53 4,87 19,00
* Datos atípicos
92
Tratamiento 4
Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM Da Porosidad Macro Micro DPM
M B M B M B
(g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm) (g/cm3) (%) (%) (%) (mm)
2 1,36 48,0 5,64 42,3 3 1,50 54,8 5,3 49,5 4 1,53 45,1 3,6 41,4
2,03 2,95 3,46
2 1,40 50,2 3,19 47,1 3 1,43 52,3 1,9 50,4 4 1,36 55,4 4,4 51,0
2 1,20 52,9 4,67 48,2 3 1,50 47,5 2,9 44,7 4 1,44 49,6 4,4 45,2
B1 1,9 B1 2,49 B1 3,44
2 1,50 47,2 5,42 41,8 3 1,33 53,2 4,3 48,9 4 1,35 53,2 5,1 48,1
2 1,11 54,5 9,73 44,8 3 1,34 51,5 5,2 46,3 4 1,26 * * *
1,94 2,98 2,58
2 1,37 48,8 6,56 42,3 3 1,40 51,7 3,5 48,2 4 1,45 50,8 7,4 43,4
2 1,32 55,9 5,7 50,2 3 1,19 56,0 5,9 50,2 4 1,35 53,7 9,0 44,8
1,66 2,52 2,94
2 1,26 56,1 8,1 47,9 3 1,28 52,4 1,9 50,5 4 1,26 57,4 4,8 52,6
2 1,27 53,1 6,3 46,8 3 1,21 56,1 7,5 48,6 4 1,28 55,2 6,7 48,4
B2 2,89 B2 3,16 B2 2,72
2 1,27 53,6 6,8 46,8 3 1,32 56,0 5,2 50,8 4 1,42 52,9 3,9 49,1
2 1,29 51,4 4,4 47,0 3 1,39 52,9 1,8 51,2 4 1,35 59,6 3,5 56,0
1,81 3,42 3,45
2 1,26 55,5 5,2 50,3 3 1,29 54,7 1,8 52,9 4 1,29 57,0 7,8 49,2
Media 1,30 52,27 5,98 46,29 2,04 Media 1,35 53,27 3,93 49,35 2,92 Media 1,36 53,63 5,52 48,11 3,10
Mediana 1,28 52,99 5,67 46,89 1,92 Mediana 1,34 53,05 3,92 49,85 2,97 Mediana 1,35 53,71 4,79 48,41 3,19
DE 0,100 3,125 1,728 2,934 0,436 DE 0,101 2,493 1,921 2,235 0,362 DE 0,084 4,050 1,886 4,237 0,402
CV (%) 7,67 5,98 28,90 6,34 21,38 CV (%) 7,50 4,68 48,91 4,53 12,41 CV (%) 6,19 7,55 34,17 8,81 12,98
* Datos atípicos
93
M4 - TCH (Mgr/ha)
T1 T2 T3 T4
55.03 67.33 44.33 80.15
Bloque 1 66.36 54.42 53.97 73.36
46.70 82.91 47.27 81.36
71.39 84.42 66.30 56.42
Bloque 2 63.70 83.52 74.45 115.18
76.97 94.12 85.36 57.06
Media Aritmética 63.36 77.79 61.95 77.26
Mediana 65.03 83.21 60.14 76.76
Desviación Estándar 11.009 14.318 16.205 21.543
Coeficiente Variación (%) 17.38 18.41 26.16 27.89
94
ANEXO D. ANOVAS DE LAS VARIABLES RESPUESTA POR MUESTREO
Muestreo 2
Factores inter-sujetos
Bloque 1,00 4
2,00 4
1,00 2
Tratamientos 2,00 2
3,00 2
4,00 2
95
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente: Macroporosidad
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido 10,750 4 2,688 6,968 0,071
Intersección 195,229 1 195,229 506,189 0,000
Bloque 0,174 1 0,174 0,451 0,550
Tratamientos 10,576 3 3,525 9,141 0,051
Error 1,157 3 0,386
Total 207,136 8
Total corregida 11,907 7
a. R cuadrado = 0,903 (R cuadrado corregida = 0,773)
96
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente: DPM
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido ,535 4 ,134 6,650 0,076
Intersección 24,992 1 24,992 1243,405 0,000
Bloque ,304 1 ,304 15,134 0,030
Tratamientos ,230 3 ,077 3,822 0,150
Error ,060 3 ,020
Total 25,587 8
Total corregida ,595 7
a. R cuadrado = 0,899 (R cuadrado corregida = 0,764)
97
Muestreo 3
Factores inter-sujetos
Bloque 1,00 4
2,00 4
Tratamientos 1,00 2
2,00 2
3,00 2
4,00 2
98
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente: Macroporosidad
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido 20,431 4 5,108 0,813 0,592
Intersección 290,887 1 290,887 46,328 0,006
Bloque ,858 1 ,858 0,137 0,736
Tratamientos 19,573 3 6,524 1,039 0,488
Error 18,837 3 6,279
Total 330,155 8
Total corregida 39,267 7
a. R cuadrado = 0,520 (R cuadrado corregida = - 0,119)
99
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente: DPM
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido 0,889 4 0,222 3,421 0,170
Intersección 53,665 1 53,665 826,248 0,000
Bloque 0,296 1 0,296 4,564 0,122
Tratamientos 0,592 3 0,197 3,040 0,193
Error 0,195 3 0,065
Total 54,748 8
Total corregida 1,084 7
a. R cuadrado = 0,820 (R cuadrado corregida = 0,580)
100
Muestreo 4
Factores inter-sujetos
Bloque 1,00 4
2,00 4
Tratamientos 1,00 2
2,00 2
3,00 2
4,00 2
101
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente: Macroporosidad
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido 3,315 4 0,829 0,573 0,704
Intersección 200,801 1 200,801 138,718 0,001
Bloque ,530 1 0,530 0,366 0,588
Tratamientos 2,785 3 0,928 0,641 0,638
Error 4,343 3 1,448
Total 208,458 8
Total corregida 7,658 7
a. R cuadrado = 0,433 (R cuadrado corregida = -0,323)
102
Pruebas de los efectos inter-sujetos
Variable dependiente:DPM
Suma de
cuadrados tipo Media
Origen III gl cuadrática F Sig.
a
Modelo corregido 0,470 4 0,118 0,542 0,721
Intersección 70,034 1 70,034 322,717 0,000
Bloque 0,004 1 0,004 0,017 0,906
Tratamientos 0,467 3 0,156 0,717 0,605
Error 0,651 3 0,217
Total 71,155 8
Total corregida 1,121 7
a. R cuadrado = 0,419 (R cuadrado corregida = -0,355)
103
ANEXO E. ANOVAS EN ELTIEMPODE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO
Muestreo 4 1234
Bloque 2 12
Tratamiento 4 1234
104
Diseño en Bloques Completos al Azar
Porosidad
Muestreo 4 1234
Bloque 2 12
Tratamiento 4 1234
105
Diseño en Bloques Completos al Azar
Microporosidad
Muestreo 4 1234
Bloque 2 12
Tratamiento 4 1234
106
Diseño en Bloques Completos al Azar
Macroporosidad
Muestreo 4 1234
Bloque 2 12
Tratamiento 4 1234
107
Diseño en Bloques Completos al Azar
Estabilidad
Muestreo 4 1234
Bloque 2 12
Tratamiento 4 1234
108
ANEXO F. CORRELACIONES ENTRE VARIABLES RESPUESTA POR MUESTREO
Muestreo 2
Estadísticos descriptivos
Desviación
Variable
Media típica N
Da 1,3108 0,10663 48
Porosidad 51,1894 5,30091 47
Macroporosidad 4,9177 2,09702 47
Microporosidad 46,2723 5,85720 47
DPM 1,7671 0,37776 24
Correlaciones
Da Porosidad Macroporosidad Microporosidad DPM
** **
Correlación de Pearson 1 -,575 -,090 -0,488 -0,132
Da Sig. (bilateral) 0,000 0,546 0,001 0,539
N 48 47 47 47 24
** **
Correlación de Pearson -0,575 1 -,084 0,934 -0,068
Porosidad Sig. (bilateral) 0,000 ,574 0,000 0,752
N 47 47 47 47 24
**
Correlación de Pearson -0,090 -,084 1 -0,434 0,329
Macroporosidad Sig. (bilateral) ,546 ,574 0,002 0,116
N 47 47 47 47 24
** ** **
Correlación de Pearson -0,488 0,934 -,434 1 -0,175
Microporosidad Sig. (bilateral) 0,001 0,000 0,002 0,413
N 47 47 47 47 24
Correlación de Pearson -0,132 -,068 ,329 -0,175 1
DPM Sig. (bilateral) 0,539 0,752 ,116 0,413
N 24 24 24 24 24
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
109
Muestreo 3
Estadísticos descriptivos
Desviación
Variable
Media típica N
Da 1,2850 ,09015 48
Porosidad 56,1093 7,20508 43
Macroporosidad 5,9279 3,20307 43
Microporosidad 50,2023 7,95549 43
DPM 2,5917 ,63440 24
Correlaciones
Da Porosidad Macroporosidad Microporosidad DPM
**
Correlación de Pearson 1 -0,178 -0,579 0,072 0,123
Da Sig. (bilateral) 0,254 0,000 0,645 0,568
N 48 43 43 43 24
**
Correlación de Pearson -0,178 1 -0,024 0,916 0,201
Porosidad Sig. (bilateral) 0,254 0,879 0,000 0,395
N 43 43 43 43 20
** **
Correlación de Pearson -0,579 -0,024 1 -0,424 -0,040
Macroporosidad Sig. (bilateral) 0,000 0,879 ,005 0,867
N 43 43 43 43 20
** **
Correlación de Pearson 0,072 0,916 -0,424 1 0,198
Microporosidad Sig. (bilateral) 0,645 0,000 0,005 0,402
N 43 43 43 43 20
Correlación de Pearson 0,123 0,201 -0,040 0,198 1
DPM Sig. (bilateral) 0,568 0,395 0,867 0,402
N 24 20 20 20 24
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
110
Muestreo 4
Estadísticos descriptivos
Desviación
Media típica N
Da 1,3608 ,08785 48
Porosidad 53,2822 3,48857 45
Macroporosidad 4,9822 1,79194 45
Microporosidad 48,2978 3,43256 45
DPM 2,9579 ,50528 24
Correlaciones
Da Porosidad Macroporosidad Microporosidad DPM
** **
Correlación de Pearson 1 -0,492 -0,402 -0,292 0,315
Da Sig. (bilateral) 0,001 0,006 0,052 0,133
N 48 45 45 45 24
** **
Correlación de Pearson -0,492 1 0,291 0,867 -0,089
Porosidad Sig. (bilateral) 0,001 0,053 0,000 0,687
N 45 45 45 45 23
**
Correlación de Pearson -0,402 0,291 1 -0,225 -0,247
Macroporosidad Sig. (bilateral) 0,006 0,053 0,137 0,255
N 45 45 45 45 23
**
Correlación de Pearson -0,292 0,867 -0,225 1 0,031
Microporosidad Sig. (bilateral) 0,052 0,000 0,137 0,888
N 45 45 45 45 23
Correlación de Pearson 0,315 -0,089 -0,247 0,031 1
DPM Sig. (bilateral) 0,133 0,687 0,255 0,888
N 24 23 23 23 24
**. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
111