INTERVENCIÓN DE LAS PROPIEDADES EDÁFICAS EN LA DISPONIBILIDAD DE MICROELEMENTOS EN SUELOS AGRÍCOLAS

INTERVENTION OF THE EDAPHIC PROPERTIES IN THE AVAILABILITY OF MICROELEMENTS IN AGRICULTURAL SOILS

Yakelin Cobo Vidal¹, Elio Angarica Baró², George Martín Gutiérrez¹, Adrián Serrano Gutiérrez¹, Yaniel Fuentes Acosta¹, Yunior Rodríguez Ortiz¹, Silvino Anache Casael¹, Alegna Rodríguez Fajardo², Carlos Espinosa Sánchez³ y Yaismari García Ricardo¹

1 Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar INICA - Holguín

2 Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar INICA- Santiago de Cuba

3 Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar INICA - Granma

email: yakelin.cobo@inicahl.azcuba.cu

Resumen

El efecto de algunos factores edáficos como el pH, la materia orgánica del suelo (MOS), los efectos sinérgicos y antagónicos pueden en ocasiones limitar la disponibilidad de microelementos en áreas agrícolas de la Región Oriental de Cuba. El objetivo del trabajo fue definir las propiedades químicas que inciden en la disponibilidad de microelementos en suelos Pardos y Vertisoles de la Región Oriental de Cuba. En muestras de suelo se determinaron los contenidos de Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn pseudo-totales y disponibles por Espectrofotometría de Absorción Atómica, pH_H2O, pH_KCl, materia orgánica del suelo (MOS), bases intercambiables (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) y capacidad de cambio de base (CCB) se realizaron según el Manual de Procedimientos para los Laboratorios de Suelo y las relaciones entre variables se explicaron por métodos multivariados. Los resultados mostraron bajos coeficientes de correlación entre pH, MOS, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ y CCB con los microelementos en suelos Pardos. En los Vertisuelos solo resultaron positivas y significativas las correlaciones entre Co, Fe y Zn pseudo-totales con Ca²⁺, K⁺ y la CCB. Las ecuaciones de regresión de las variables dependientes Mn, Ni y Zn en suelos Pardos, así como Fe y Zn en Vertisuelos presentaron bajos coeficientes de determinación. Se observó una limitada capacidad de predicción del pH, MOS y CCB con los microelementos disponibles a partir de los coeficientes de correlación. La disponibilidad se explica fundamentalmente por las relaciones entre las formas pseudo-totales y disponibles.

Palabras clave: microelementos, propiedades químicas, regresión múltiple

Abstract

The effect of some edaphic factors such as pH, soil organic matter (SOM), synergistic and antagonistic effects can sometimes limit the availability of microelements in agricultural areas. The objective of work was defining the chemical properties that affect the availability of microelements in Brown soils and Vertisols of the Eastern Region of Cuba. In soil samples, were determined the pseudo-total and available Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn contents by Atomic Absorption Spectrophotometry (EAA). The pH_H2O, pH_KCl, soil organic matter (SOM), exchangeable bases. (Ca^2+, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) and base change capacity (CCB) were carried out according to the Soil Laboratory Procedures Manual. The relationships between variables were explained by multivariate methods. The results showed low correlation coefficients between microelements with pH, SOM, Ca^2+, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ and CCB in Brown soils. In the Vertisoils, only the correlations between pseudo-total Co, Fe and Zn with Ca²⁺, K⁺ and the CCB were positive and significant. The regression equations of the dependent variables Mn, Ni and Zn in Brown soils, as well as Fe and Zn in Vertisoils presented low coefficients of determination. A limited ability to predict pH, SOM and CCB with the available microelements was observed from the correlation coefficients. The availability of microelements is fundamentally explained by the relationships with the pseudo-total and available forms.

Key words: microelements, chemical properties, multiple regressions

Introducción

Los microelementos se encuentran en la solución del suelo y en el complejo de cambio donde la cantidad disponible para las plantas depende de las características físico-químicas del medio edáfico (Blanco et al., 2006). Se ha comprobado que los efectos sinérgicos y antagónicos afectan la absorción de estos elementos y en algunos casos pueden inducir deficiencias (Torri et al., 2015).

La reacción del suelo es el factor más importante en el control de todas las reacciones físico-químicas implicadas en la disponibilidad de los microelementos. En suelos medianamente alcalinos es posible encontrar deficiencia de B, Cu, Fe, Mn, Zn. El pH también modifica la carga de los componentes de la fracción coloidal del suelo (arcillas, óxidos y materia orgánica humificada), que poseen carga dependiente del pH, la cual se hace más negativa a pH alcalino y más positiva a pH ácido. Por tanto, la retención de microelementos aumenta a medida que el pH sea más alcalino (Mingorance, 2010).

Los microelementos Fe, Zn, Cu, Mn y otros en formas catiónicas se adsorben normalmente con mayor facilidad a medida que aumenta el pH, lo contrario sucede con las formas aniónicas. A medida que aumenta la alcalinidad del suelo los microelementos son transformados en óxidos, hidróxidos, fosfatos y carbonatos que forman complejos insolubles poco disponibles para la nutrición de las plantas (Torri et al., 2015).

El escenario que da lugar al proceso de formación sialítica en los suelos Pardos y Vertisoles en Cuba y en específico en la zona oriental conlleva a un pH alcalino. Resultados obtenidos por Villegas et al. (2015) confirman que más de 65 % de las muestras de suelo provenientes de la base de datos nacional del SERFE (2004-2014) categorizan como neutras o alcalinas. El predominio de pH entre 6,5 y 7,5 se manifiesta en las capas más profundas de un perfil con el incremento en los horizontes BC y C donde la intemperización es menos intensa (Hernández et al., 2018). Estas condiciones en algunas ocasiones limitan la disponibilidad de microelementos en el área de estudio.

El objetivo de este trabajo es definir las propiedades químicas y físico-químicas que inciden en la disponibilidad de microelementos en suelos Pardos y Vertisoles de la Región Oriental de Cuba.

Materiales y Métodos

La zona estudiada abarcó los suelos Pardos y Vertisoles plantados con caña de azúcar en las provincias Las Tunas, Granma, Holguín y Santiago de Cuba. Se evaluaron 170 muestras de suelo en el horizonte superficial (0-20 cm) tomadas aleatoriamente y georreferenciadas, siguiendo las Normas y Procedimientos Metodológicos del SERFE (Villegas et al., 2007). Los suelos se clasificaron según la Clasificación de los suelos de Cuba propuesta por Hernández et al. (2015). En la determinación de los contenidos de Mn, Fe, Co, Ni, Cu y Zn pseudo-totales se empleó la solución extractiva de ácido clorhídrico + ácido nítrico (HCl - HNO₃) con una relación 3:1 (aqua regia) por la norma ISO 11466:1995 y por Espectrofotometría de Absorción Atómica (EAA) en un Espectrómetro Marca SOLAAR 929 de UNICAM GB, perteneciente a la Unidad de Proyectos Laboratorio del Centro de Investigaciones y Desarrollo de Níquel (CEDINIQ-Moa). La forma disponible se realizó mediante la solución de 0,005M ácido dietilentriaminopentacético (DTPA) + 0,1M de trietanolamina (TEA) + 0,01 M de CaCl₂ según la norma ISO 14870:2001. Los análisis de pH_H2O y pH_KCl (NC- 2001:2015), materia orgánica del suelo (MOS) (NC-51:1999) y cationes intercambiables (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) (NC-209: 2002) se desarrollaron según el Manual de Procedimientos para los Laboratorios de Suelo del INICA (INICA, 2014).

Se empleó el análisis multivariado para relacionar las variables. La relación entre dos variables se determinó por el coeficiente de correlación de Pearson (r) cuando siguieron una distribución normal. En los casos que al menos una de las variables no se ajustó a la normalidad se utilizó el coeficiente de correlación de Spearman (Rho). Se consideró una correlación moderada cuyo valor fuera ≥0,5 y <0,7 y alta >0,7.

El modelo de regresión múltiple (paso a paso) propuesto por Rojo (2007) fue la herramienta utilizada para explicar las relaciones entre las propiedades químicas, físico-químicas y los contenidos de microelementos pseudo-totales como predictivos de las formas disponibles. La evaluación del ajuste general del modelo fue por dos vías: a) a través del coeficiente de determinación (R²) donde los valores cercanos a 1 implican que la mayor parte de la variabilidad de Y está explicada por el modelo de regresión; b) el cálculo de la R² ajustada (R² adj.) que penaliza el incremento de los términos que no son útiles en el modelo según López (2013). El tratamiento estadístico de los datos se realizó mediante el software STATISTICA versión 8 (StatSoft, 2007).

Resultados y Discusión

Las relaciones funcionales de la reacción del suelo con los microelementos pseudo-totales en el área agrícola de los suelos Pardos revelaron coeficientes de correlación negativos altamente significativos del pH_KCl - Co, Mn y Cu y el pH_H2O - Co y Mn, aunque con relaciones muy bajas en ambos casos, con excepción de pH_KCl - Co (r = -0,55**). De igual forma en los Vertisuelos, la dependencia con el pH fue baja, solo relacionaron de forma significativa negativa el pH_KCl - Mn, Fe, Co y el pH_H2O - Fe y Zn.

En el análisis de la fracción disponible no se encontraron coeficientes de correlación que marcaran dependencia del pH con ninguno de los microelementos en los dos agrupamientos. De esta forma, se evidenció que los valores de pH cercanos a la neutralidad no mostraron una influencia directa sobre las reservas pseudo-totales y disponibles de algunos microelementos. Estos resultados no coinciden con algunas investigaciones que declaran altas correlaciones negativas significativas entre pH - Fe (r = -0,64**), Zn (r = -0,73**) (Wang et al., 2018), Mn (r = -0,63**) (Yáñez et al., 2018) y Bartkowiak et al. (2018) que indicaron correlaciones positivas significativas del pH_KCl - Zn (r = 0,97*) y Cu (r = 0,98*).

Se ha comprobado la acción del pH sobre la participación directa en los procesos de meteorización, que dan lugar a la estabilización de las reservas de microelementos y en la regulación de su disponibilidad. La baja relación del pH con los microelementos en los suelos estudiados está asociada a la estabilidad de sus valores medios y la estrechez entre los valores máximos y mínimos que limita la reacción del suelo como variable predictiva de la disponibilidad.

La MOS, al igual que el pH, no correlacionaron con las reservas pseudo-totales, sólo se destacaron Zn (r = 0,46**) y Mn (r = -0,54**) en Vertisuelos, que presentaron una correlación significativa negativa. A pesar de ser la MOS una fuente importante de microelementos, no se obtuvo alta correlación con ninguno de los elementos disponibles.

Las bajas correlaciones entre la MOS y las formas de los microelementos están dadas por sus valores uniformes y cercanos a un nivel medio de abastecimiento en un ecosistema de monocultivo cíclico como la caña de azúcar, que cada año mantiene el equilibrio acumulación-destrucción. Los resultados concuerdan con De Santiago et al. (2019) cuando definieron que en suelos minerales con contenidos de MOS cercano a 2,0 % disminuye su impacto sobre la disponibilidad de microelementos.

Este comportamiento no coincide con lo planteado por Hernández y Francisco (2017) y Wang et al. (2017) que indicaron el efecto positivo de la MOS en el incremento de la disponibilidad de microelementos. De esta manera, Ayele et al. (2014) observaron correlaciones positivas entre la MOS - Fe (r = 0,50*) y Zn (r = 0,69*). Yáñez (2017) obtuvo correlaciones positivas altamente significativas entre MOS - Fe (r = 0,75**), Mn (r = 0,69**) y Zn (r = 0,66**).

Las bases intercambiables y los microelementos se encuentran en el complejo de cambio y en la solución del suelo producto del proceso de meteorización, estos elementos se presentan en disímiles magnitudes que, unido a la alta colinealidad dificultan la explicación de las relaciones entre ellos. Dentro de este marco, se presentaron muy bajos coeficientes de correlación entre los cationes intercambiables y la CCB con los microelementos pseudo-totales en los suelos Pardos.

Las correlaciones en los Vertisuelos resultaron positivas y significativas en los casos del Co - K⁺ (r = 0,60**), Fe - K⁺ (r = 0,54**), Fe - CCB (r = 0,58**), Zn - Ca²⁺ (r = 0,62**), Zn - CCB (r = 0,55**) y negativa Fe - Ca²⁺ (r= -0,54**). Estos resultados sugieren que los cationes intercambiables Ca²⁺, K⁺ y la CCB tienen una mayor capacidad predictiva de las reservas potenciales de los microelementos bajo condiciones vérticas.

A diferencia de las correlaciones encontradas entre algunos cationes y la CCB con los microelementos pseudo-totales en Vertisuelos, en las formas disponibles las relaciones resultaron bajas en ambos agrupamientos (r < 0,50).

Varias investigaciones bajo condiciones y ambiente edafológico diferentes han obtenido correlaciones significativas entre CIC - Cu (r = -0,51*) (Yitbarek et al., 2013) y K - Cu (r = 0,66*) (Ayele et al., 2014). Yáñez et al. (2018) en Vertisuelos observaron correlaciones positivas entre K - Mn (r = 0,72**), K - Cu (r = 0,60*), CIC - Fe (r = 0,59*), CIC - Mn (r = 0,68**) y CIC - Zn (r = 0,62*).

El análisis de regresión mostró los mejores modelos de ajuste o ecuaciones de predicción. En tal sentido, en suelos Pardos no se explicaron las variables dependientes Mn, Ni y Zn y en Vertisuelos Fe y Zn, debido al bajo coeficiente de determinación R² ajustado < 0,30 (Rojo, 2007 y López, 2013) (Tabla 1).

De este modo relacionaron con Zn y Cu en suelos Pardos y Co, Zn, Cu, Mn y Ni en Vertisuelos. Los que participaron como predictores se relacionaron con el Fe, Co y Ni en suelos Pardos y Co, Zn, Cu, Mn y Ni en Vertisuelos.

Tabla 1. Ecuaciones de regresión múltiples de propiedades del suelo con los microelementos disponibles
Agrupamiento Pardos	R^2	R^2aj.
Fe-DTPA = - 20,033 + 13,440* CoDTPA- 9,728* K^+ + 3,051* pHH2O + 0,101* ZnT + 0,589 *Mg^2+- 0,167* CuT	0,50		0,42
Co-DTPA= 1,059 + 0,013 * FeDTPA + 0,072* NiDTPA+ 0,006 * Ca^2+	0,53		0,47
Cu-DTPA = 8,652-1,945* pHKCl + 0,338 * Mg^2+	0,53		0,47
Agrupamiento Vertisuelos
Mn-DTPA = -268,641+6,606*CuDTPA+12,761*Mg^2++43,184*pHKCl-17,417*MOS+14,496*Ca^2+-13,587*CCB-0,086*Ni-T+10,235*K^+	0,68		0,61
Co-DTPA = - 2,617+0,275*NiDTPA-0,038*CoT-0,010*ZnT	0,77		0,73
Ni-DTPA = -0,287+2,077*CoDTPA-2,432*pHH2O+0,003*MnT-0,185*CuT+0,652*CuDTPA+0,012*NiT-1,755*ZnDTPA	0,83		0,78
Cu-DTPA = 2,773+0,068*CuT-0,004*NiT+0,155*NiDTPA+0,018*MnDTPA+0,826*pHH2O+0,019ZnT	0,72		0,66
R^2: Coeficiente de determinación, R^2aj: Coeficiente de determinación ajustado, (MicroT): Micro pseudo-total

Otras propiedades resultaron predictivas de la disponibilidad asociada la CCB, pH_H2O y la MOS en Vertisuelos, así como pH_KCl y los cationes intercambiables Mg²⁺, K⁺ y Ca²⁺ en ambos agrupamientos.

Un estudio desarrollado por Eyherabide (2015) en suelos de la Región Pampeana Argentina, obtuvo una alta dependencia del Fe, Cu y Mn a partir del pH y la MOS, en cambio, el contenido de Zn disponible no fue pronosticado por las variables consideradas, resultados que coinciden con los del presente trabajo. Bhaskar et al. (2017) lograron precisar que el Cu disponible explicó la mayor varianza a partir del pH, CO, CIC, porcentaje de salinidad y de arcilla con un R² = 0,62.

De acuerdo con los resultados obtenidos, la disponibilidad de microelementos estuvo explicada fundamentalmente por las relaciones con las formas pseudo-totales y disponibles. Por consiguiente, se observó una limitada capacidad de predicción del pH, la MOS y la CCB con determinados microelementos.

Es importante resaltar que el pronóstico del contenido de microelementos disponibles a partir del coeficiente de correlación, no ofreció una información precisa en términos explicativos, sin embargo, los cationes fueron más representativos dentro del escenario edafológico construido con las regresiones múltiples. Estos resultados coinciden con Silveira et al. (2003) que le atribuyeron importancia a la CIC debido a la supremacía del Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Al³⁺ y NH₄⁺ sobre los microelementos en el complejo de cambio y la solución del suelo.

Desde esta perspectiva, Kataba-Pendias (2011) y Alvarado et al. (2014) consideraron que los mejores modelos de ajustes para expresar la disponibilidad de los microelementos están representados por la participación de los cationes junto al contenido y tipo de arcilla que regulan o alteran el intercambio.

Conclusiones

Se observó una limitada capacidad de predicción del pH, MOS y CCB con los microelementos disponibles a partir de los coeficientes de correlación. Con el uso de las regresiones múltiples no fueron explicadas en suelos Pardos las variables dependientes Mn, Ni y Zn disponibles y en Vertisuelos Fe y Zn, debido al bajo coeficiente de determinación. La disponibilidad de microelementos se explica fundamentalmente por las relaciones con las formas pseudo-totales y disponibles.

Agradecimientos

El colectivo de autores agradece toda la colaboración brindada por el equipo de analistas del Laboratorio de Investigaciones del Níquel (CEDINIQ-Moa) para el desarrollo de este trabajo.

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