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Criterios para el Laboreo del Suelo en el NOA

El ciclo de los nutrientes en los trópicos es muy diferente a las zonas templadas, en éstas una porción importante de la materia orgánica (MO) y de los nutrientes disponibles permanece en el suelo, mientras que en los trópicos una proporción mayor está en la biomasa y recorre su ciclo dentro de la estructura orgánica del sistema.

Si se compara un bosque templado con uno tropical, el primero conserva más del 50% del carbono orgánico (C) y más del 90% del nitrógeno orgánico (N) en el suelo, mientras que el segundo posee el 75% del C y el 60% del N en la vegetación y de ello el 45% está en la parte aérea. Por ello en los trópicos la supresión de un bosque significa que el suelo no puede retener los nutrientes ni permitir su ciclo, situación ésta que resulta agravada por las altas temperaturas y períodos de lluvias lixiviadoras.

Es de esperar que los estudios de los ecosistemas naturales que han desarrollado la capacidad para resolver estos problemas, aporten datos para concebir sistemas agrícolas más apropiados para los climas cálidos.

El enlace de las partículas del suelo para formar agregados estables es esencial para que sus condiciones de laboreo sean óptimas, suelos bien agregados proveen condiciones físicas para la penetración de las raíces, drenaje libre y moderada retención de agua. Condiciones que favorecen la existencia de un régimen favorable agua-aire para el crecimiento de las plantas y la actividad microbiológica. Los suelos bien agregados son más resistentes a la erosión que las partículas que lo componen: arcilla, arena, limo y MO. La dinámica e inestabilidad de ésta última en zonas tropicales merece discutir el argumento en particular y en relación al laboreo del suelo.

La MO del suelo tiene una fuerte relación con la persistencia y degradación de los pesticidas y residuos orgánicos en el suelo, la importancia de sus efectos positivos son aún ampliamente ignorados por muchos actores del sector agrícola. Entre sus contribuciones positivas conviene destacar: a) es la mayor fuente natural de nutrientes inorgánicos y de energía microbiana, b) sirve como material de intercambio iónico y agente quelante para mantener disponibles el agua y los nutrientes del suelo, c) promueve la agregación del suelo y el desarrollo de la raíces, d) mejora la infiltración del agua y su eficiencia de uso.

El nivel de MO en el suelo es influenciado por los factores que según su importancia son: el clima, la vegetación, la topografía, el material original y el tiempo. Todos ellos interactúan parcialmente, por ejemplo lluvias abundantes (clima) resultan generalmente en mayor producción de biomasa (vegetación). La MO del suelo alcanza un estado de equilibrio cuando estos factores, excepto el tiempo, varían muy poco; para alcanzar un equilibrio estable, según el clima, son necesarios entre 100 y 2000 años.

En general se coincide que: los suelos cubiertos con pasturas poseen niveles de MO mayores que los cubiertos por bosques; los contenidos son mayores conforme las precipitaciones son más abundantes y son menores con temperaturas más altas; las texturas finas presentan contenidos más altos que los de textura gruesa; los suelos más húmedos y con drenaje pobre poseen contenidos de MO más altos que los bien drenados y, los suelos que ocupan las partes más bajas del relieve poseen más MO que los que ocupan las partes más altas. Todos estos aspectos son afectados cuando las tierras vírgenes son cultivadas, pues una porción muy grande de la biomasa es removida para destinarse a la alimentación o para ser usada como combustible. El cultivo seleccionado, las rotaciones y la utilización de los residuos vegetales determinan la cantidad de biomasa que circula dentro del sistema. La pérdida de MO, usualmente, es exponencial ya que declina rápidamente durante los primeros 10 a 20 años y luego tiende a frenarse para alcanzar un nuevo equilibrio en 50 a 60 años. El nuevo equilibrio será altamente dependiente del manejo agronómico del sistema, en particular lo relacionado con la utilización de rastrojos, rotaciones y labranzas (ver tabla 1). Por ejemplo mientras un cultivo ocupa un terreno el ciclo de la MO es más lento debido a compuestos inhibidores liberados por las raíces, predación de la rizósfera o a que las plantas compiten por el C orgánico con los microorganismos. Otro aspecto bastante claro es que el uso de labranza conservacionista previene la pérdida de MO.

Tabla 1: modificación de las propiedades de los suelos con uso agrícola del NOA (Vargas Gil J.R. 1999)

El efecto de los residuos orgánicos sobre la MO del suelo parece jugar un rol muy importante en la determinación del equilibrio y se relaciona mucho con la cantidad y muy poco con el tipo de residuo. Su descomposición es un hecho fundamental para sostener el contenido de MO en el suelo, pues los productos de la degradación son incorporados en diferentes combinaciones.

Los factores determinantes de la degradación son: temperatura, humedad, aireación, pH, C, N, contenido de lignina, tamaño de las partículas y grado de enterrado en el suelo. La descomposición de los residuos se produce a través de un proceso que incluye etapas sucesivas que involucran transformaciones tanto químicas como físicas. En general, la fracción de C soluble en agua como azúcares, ácidos orgánicos, proteínas y las partes no estructurales de los hidratos de carbono se degradan primero, luego los polisacáridos estructurales como celulosa y hemicelulosa y finalmente la lignina cuya tasa de descomposición es mucho más lenta.

La pérdidas de C y N orgánicos son el resultado de la combinación del incremento de la oxidación debida al laboreo, menores retornos de residuos al suelo y, frecuentemente, erosión hídrica y eólica. Los procesos de erosión pueden modificar significativamente la superficie del suelo, alterar su textura, la acumulación de MO y capacidad de conservar el agua. Mientras que la aeración del suelo puede cambiar por efecto del drenaje y por el incremento en la densidad provocada por las labranzas y el tráfico vehicular. La erosión continua del suelo, tiene un efecto pronunciado sobre la estabilidad del nivel de MO y en consecuencia, reduce la productividad de largo plazo de muchos agroecosistemas. No ha sido fácil separar en estudios de largo plazo las pérdidas de MO debidas a los fenómenos de erosión de aquellas debidas a su oxidación acelerada o a bajos inputs de C orgánico. Sin embargo, los resultados más recientes indican que la erosión del suelo es el factor dominante en la pérdida de MO en sistemas de cultivo continuo.

En el NO Argentino la tala y el uso del suelo en agricultura, con aumento de la presión sobre el mismo, provocan un considerable incremento y concentración de los escurrimientos superficiales. Las condiciones naturales dan lugar a cambios en la red de drenaje natural, favorecidos por las características del relieve de pendientes largas y continuas. Por ello, es esencial conocer cuanto y como se mueve el agua superficial dentro de una cuenca; manejar los escurrimientos, sanear y recuperar las áreas afectadas por erosión y/o anegamiento.

De los 3,8 millones de ha con aptitud agrícola del NOA 1,4 millones de ha están habilitadas, de ellas 330 mil presentan desmontes inapropiados, 827 mil muestran signos de erosión hídrica y 102 mil erosión eólica. Es común observar pérdidas de MO, cambios en la disponibilidad de nutrientes (N y P) y acidificación del suelo.

El incremento en la densidad aparente y la erosión de la capa superficial que caracteriza a la puesta en cultivo de las tierras vírgenes, están acompañados de efectos negativos en el contenido de C y N orgánico. Según datos de distintas partes del mundo, que incluyen a la Argentina, los incrementos en la densidad son del orden de 13 al 28%; el laboreo intensivo disminuye la estabilidad de los agregados, la disponibilidad del C orgánico demandado por la flora microbiana y deja expuesto el material orgánico protegido del suelo luego de romper su estructura. Cuando ello predomina por largos períodos de tiempo esta situación deriva en actividad microbiana limitada por escasez de C y como consecuencia más clara, los suelos presentan una estructura débil con incapacidad de resistir las labranzas, el transporte de agua o el tráfico de vehículos.

La compactación que se produce en los suelos agrícolas es el resultado inevitable del aumento de su densidad por disminución del espacio poroso y se origina principalmente en los procesos de humedecimiento-desecación y en el tráfico vehicular. Como resultado se afecta de manera negativa la penetración de las raíces, el intercambio gaseoso, la infiltración y conservación del agua; todos estos aspectos restringen el desarrollo de las raíces, la actividad microbiana, la absorción de nutrientes y los procesos de mineralización.

La resistencia a la compactación de un suelo depende, entre otros aspectos, de su textura (determina el ángulo de roce entre las partículas del suelo), de los contenidos de humedad y de MO.

Con la intensificación de la mecanización en la agricultura, el tráfico vehicular de tractores, cosechadoras e implementos ha pasado a ser la causa inductora de compactación más relevante, pues los equipos son cada vez más grandes, pesados y el tráfico sumamente intenso. Por ello merece la pena referirse en los próximos párrafos a precisar algunos conceptos básicos relacionados.

Actualmente se distinguen dos tipos de compactación del suelo: la superficial que comprende la primera capa de 35 cm. y depende de la presión (peso por unidad de superficie) y de las características de los neumáticos u orugas de goma; la subsuperficial o profunda cuando se incluye suelo a más de 35 cm. de profundidad y que depende exclusivamente del peso por eje del equipo. Se sabe que si el peso por eje supera los 50 kN el suelo se compacta y que el mayor daño ocurre durante la primera pasada del equipo.

A fin de optimizar la eficiencia de producción es necesario usar tractores más potentes y caros, con capacidad de ejercer altos esfuerzos de tiro y así accionar equipos de arrastre, por ejemplo sembradoras más anchas y pesadas que trabajan a velocidades relativamente altas.

Entre los índices disponibles para estimar la eficiencia del tractor y a los efectos de esta discusión, resultan más útiles la eficiencia tractiva () que relaciona la potencia en la barra () con la potencia en el eje () y el coeficiente de tracción () que relaciona el esfuerzo de tiro realizado () con el peso adherente (estático + dinámico) del tractor (). 

La eficiencia tractiva permite interpretar cuanta potencia se aprovecha () en relación a la potencia ofrecida por el tractor (); se sabe con certeza que la eficiencia tractiva depende directamente del peso adherente del tractor y que valores medios aceptables es 1 kN / HP en el motor razón por la cual los tractores con más de 120 HP compactan el suelo. Sin embrago, se ha comprobado que existen factores que atenúan el efecto negativo de la carga transmitida por los neumáticos al suelo, como son la presencia de restos vegetales sobre la superficie y el uso de neumáticos radiales.

Suponiendo neumáticos de iguales dimensiones sometidos a la misma carga vertical, las características constructivas del tipo radial permiten una deformación mayor de su talón y en consecuencia, que la huella sea más larga y de ancho similar respecto de los neumáticos convencionales.

Ello deriva en un área de contacto mayor entre el neumático y el suelo que permite trasmitir una fuerza de tracción de mayor magnitud.

Estos criterios son aplicables cuando el suelo presenta de mediana a alta cohesión entre sus partículas y explican la conveniencia de emplear neumáticos de tipo radial.

Cuando el suelo presenta baja cohesión entre sus partículas (suelos sueltos) la magnitud de la máxima fuerza de tracción posible de transmitir, depende más de la carga máxima que del área de contacto; razón por la cual conviene incrementar el lastre del tractor.

En ambos casos la resistencia a la rodadura, originada en la reacción del suelo cuando es sometido a deformación por parte del neumático, es siempre inferior para el tipo radial en razón de que su presión de inflado es menor. Y éste es un argumento más a favor de este diseño de neumático.

Todos estos argumentos indican que para lograr un mismo esfuerzo de tiro, el uso de neumáticos radiales incrementa la eficiencia tractiva en relación a la obtenida con neumáticos convencionales.

También está claro que la eficiencia tractiva es mayor cuando, para una misma superficie de contacto del neumático con el suelo, la huella es larga y angosta, lo que significa que neumáticos altos y angostos son más eficientes que los bajos y anchos y por lo tanto, para el mismo esfuerzo de tiro requieren menos peso adherente y compactan menos.

El coeficiente de tracción indica en cambio, la capacidad de un tractor de ejercer el esfuerzo de tiro en función de su peso adherente, los tractores más eficientes sólo han sido capaces de arrastrar un equivalente a su propio peso estático.

Estos conceptos ayudan a interpretar el por qué de las ventajas de los tractores con oruga de goma que, para la misma potencia pueden ser mucho más livianos que los de ruedas y alcanzar la misma eficiencia tractiva con coeficientes de tracción altos. En otras palabras, los tractores con oruga de goma son capaces de ejercer esfuerzos de tiro más altos con menor peso adherente y por lo tanto compactan menos el suelo que los equipados con neumáticos. Además, mantienen su eficiencia en un rango más amplio de condiciones de suelo y lastrado del tractor.

Para los equipos de cosecha es necesario, además, optimizar la oportunidad de la recolección y por ello se requieren cada día más cosechadoras de alta capacidad. Estos equipos pueden procesar 40 tn/hora de granos y paja, aunque para proveer esa capacidad con la tecnología actual pesan 200 kN ó más cuando llevan sus tolvas llenas de grano y como consecuencia causan excesiva compactación del suelo.

El problema que generan estos equipos es tan serio que hoy los expertos trabajan sobre diseños de equipos articulados con 3 ó 4 ejes, destinando el sector anterior a la cosechadora propiamente dicha y el sector posterior al tanque de granos.

Otra causa de compactación asociada con la cosecha deriva del tráfico de los acoplados tolva de 1 ó 2 ejes con capacidad de 15 a 25 tn de granos, para estos casos se recomienda reemplazar las ruedas por orugas de goma y/o transitar con ellos sólo en las cabeceras de los lotes.

Según se ha dicho, la compactación de los suelos agrícolas con reducción del espacio poroso e incremento de la densidad es inevitable y justifica la necesidad de remover el suelo o realizar labranzas.

El problema derivado de la compactación superficial puede solucionarse con tratamiento mecánico del suelo, mientras que la compactación profunda no puede ser efectivamente revertida con las operaciones de labranza normales, ya que la efectividad del subsolado es cuestionable.

Para las diferentes zonas en general y para las tropicales en particular se recomiendan los sistemas de labranza conservacionistas, entendidos como el conjunto de operaciones de labranza que no invierten el espesor de suelo labrado, dejan una porción importante de los residuos sobre la superficie o los incorpora superficialmente y su finalidad es: controlar la erosión, reducir el uso de energía, conservar el suelo y el agua.

Muchos estudios han demostrado que estos sistemas de labranzas incrementan el C y N orgánico en los 8-10 cm superficiales en comparación con los métodos tradicionales de laboreo. Por debajo de esta capa superficial la cantidad de C y N es más o menos la misma o inferior que con labranza tradicional. Este cambio neto en el perfil del suelo no es tan positivo como podría parecer a pesar de que la cantidad cerca de la superficie es mucho mayor, pues hay muy poca evidencia de que el C o el N orgánico se mueva desde allí donde queda estabilizado por el humus del suelo.

El quebrado o rotura del suelo incluye, según Coulomb, 2 procesos mecánicos: fricción y cohesión. La fricción es proporcional a la presión () que actúa perpendicular a la superficie de cizallado, mientras que la cohesión () es constante e independiente de la presión normal. La suma de ambos define la intensidad de cizallamiento () a lo que se agrega el coeficiente interno de fricción entre las partículas del suelo (). 

Cuando la humedad disminuye, la atracción entre las partículas del suelo se incrementa de manera similar a la causada por el aumento de la carga normal y por lo tanto, también crece la intensidad de cizallamiento, es decir es más difícil de romper el suelo. Mientras que con exceso de humedad la resistencia friccional desaparece y es imposible romper o cizallar un suelo. Una cantidad apreciable de MO es, usualmente, el primer requisito para que un suelo sea fácil de romper, en particular cuando presenta altos contenidos de arena o arcilla.

El tratamiento del suelo con herramientas de tipo vertical es ampliamente recomendado por demandar menos energía y por sus ventajas relacionadas con la conservación del agua y del suelo; sin embrago las necesidades particulares de cada caso muestran en la práctica una amplia complejidad que hacen difícil predecir y por ello es necesario ejecutar ajustes en el campo. A fin de apoyar la toma de este tipo de decisiones, en los próximos párrafos se hace referencia a conceptos básicos relacionados con la labranza vertical.

Cuando se analiza individualmente un cuerpo de labranza vertical se atiende especialmente al ancho del área de rotura y a la energía consumida por unidad de dicha zona o energía específica. 

Los estudios muestran que el ancho del área roturada se incrementa cuando el ángulo de ataque de la púa es más agudo y no depende de su ancho, mientras que la energía específica se reduce cuando el ángulo es más agudo y se incrementa con el ancho de la púa. También coinciden que el ángulo que ofrece la mayor eficiencia está comprendido entre 20 y 18º.

Además, está claro que si el ángulo de ataque de la púa es inferior a 45º aparece una fuerza resultante cuya dirección es hacia abajo (succión) que ayuda a la penetración de la herramienta. Si bien las púas curvas demandan más energía específica, desmenuzan más el suelo que las púas planas.

El patrón de remoción característico es un área con forma de media luna donde el suelo fluye hacia arriba, sin embrago luego de aproximadamente 30 cm de profundidad se alcanza la profundidad crítica (p.c.) a partir de la cual el suelo sólo fluye hacia delante y los costados de la herramienta de labranza y produce compactación hacia los lados; ésta será leve mientras el ángulo de ataque sea inferior a 25º. Normalmente la p.c. aparece entre 5 y 7 veces el ancho de la púa.

Por ejemplo una púa normal de 65 mm de ancho alcanza la p.c. entre 300 y 400 mm, aunque se ha comprobado que luego de colocar un ala de 300 mm es posible incrementarla en 30 a 80 mm con incrementos del 10 al 30% en el esfuerzo de tiro.

Todo tipo y diseño de púa siempre alcanza su p.c. que será mayor conforme el suelo esté suelto en superficie o esté más seco, la púa sea más ancha, esté más inclinada o tenga ala. La desventaja de trabajar debajo de la p.c. se pone en evidencia con el subsolador convencional pues la carga aumenta, se remueve menos suelo y se compacta en profundidad.

Se ha probado que la alternativa de colocar púas superficiales por delante de la púa alada que trabaja más profunda resulta en: mejor remoción de la superficie, disminuye la energía específica y se reduce el esfuerzo de la púa alada.

Para todos los diseños de púas que trabajan a p.c. existe una separación máxima aceptable entre los cuerpos que no debe superarse si se desea remover bien el suelo. Las púas convencionales deben separarse entre 1 y 1,5 veces la p.c., las púas aladas entre 1,5 y 2 veces la p.c. y la combinación de púas superficiales con púas aladas entre 2 y 2,5 veces la p.c. Es decir, con púas convencionales la remoción completa del suelo con superficie pareja sólo puede obtenerse si no se sobrepasa la separación límite señalada, en caso de ser necesario incrementarla se deberá colocar púas superficiales y/o alas en las que trabajan más profundo.

En algunas condiciones es necesario remover el suelo a mayor profundidad cuando existe compactación subsuperficial o profunda, generada normalmente por el tráfico vehicular con implementos cuyo peso por eje supera los 50 kN y como se ha mencionado, es un problema complejo de revertir con tratamiento mecánico del suelo.

Para roturar en profundidad se ha comprobado que inclinar el cuerpo o timón del subsolador hacia el lado y a partir de la p.c. permite remover aceptablemente hasta los 600 a 650 mm de profundidad. En estos casos la fuerza hacia abajo o de succión se reduce en un 20 a 40% mientras que la fuerza lateral se incrementa en un 30%. Se distinguen 2 ángulos: el ángulo de ataque () que se mide en el sentido de avance de la herramienta y ángulo lateral () en sentido transversal al avance. El primero debe variar entre 45º y 20º como ya se ha señalado y el segundo ser de 45º aproximadamente; las herramientas con este diseño o similar suelen mencionarse con el nombre de paraplow.

Figura 9: detalle de los ángulos de ataque y lateral de un paraplow, vista de lado () y vista de frente ()

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Autores:
Dr. Ing. Agr. Mario E. De Simone, Ing. Agr. Adriana I. Godoy 
EEA INTA Salta.