INTRODUCCIÓN

El suelo es un recurso agotable y su uso intensivo requiere la incorporación de micro y macronutrientes para preservar su calidad. La evolución de producción agrícola-ganadera en la Argentina hacia una agricultura continua y el desplazamiento de la frontera agrícola hacia zonas tradicionalmente mixtas o ganaderas produjo una elevada extracción de nutrientes que no fueron repuestos en igual magnitud, poniendo en peligro la sustentabilidad de los sistemas productivos (Cruzate y Casas, 2003; Crazate y Casas 2012). Es así que existe un balance negativo de los nutrientes del suelo debido a las bajas tasas de reposición a través de la fertilización, lo cual determina un creciente empobrecimiento en nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), calcio (Ca) y boro (B), entre otros elementos esenciales. (García, 2003; García y González Sanjuán 2010).

En este contexto, la utilización de minerales disponibles en yacimientos existentes en la Argentina surge como una alternativa sustentable para reabastecer los suelos agrícolas con elementos deficientes y críticos para la productividad de los cultivos, permitiendo a su vez sustituir insumos que actualmente deben ser importados o disminuir su importación. A nivel mundial, se observa un creciente interés por la utilización de fertilizantes y fitosanitarios biológicos o naturales que permitan optimizar la producción agrícola y al mismo tiempo coadyuven a la conservación, a la recuperación y al mejoramiento de los recursos naturales (Cruzate y Casas, 2009).

En términos generales, los recursos minerales aplicados al agro pueden agruparse en los que son utilizados como fertilizantes (macro y micronutrientes); y en aquellos utilizados como enmiendas (correctores de suelos). Se considera enmienda a cualquier material inorgánico u orgánico, con capacidad para modificar las características físicas, la acción microbiana, y cambiar la reacción del suelo (Ramos et al., 2006). Entre las enmiendas de origen mineral se destacan el yeso, las rocas carbonáticas (calizas y dolomías), zeolita, perlita, turba, vermiculita y determinadas arcillas, entre otros. Un desarrollo sectorial sustentable debe recurrir al uso de fertilizantes y enmiendas elaboradas a partir de materias primas minerales, para mejorar la producción y disminuir la degradación de los suelos (Ramesh y Reddy, 2011).

La fertilización azufrada es una práctica en expansión en diversos países alrededor del mundo. Para América del Sur, la Argentina y Brasil son los países con mayor demanda de fertilizantes azufrados. En Argentina la mayor parte de la demanda de S con destino a la fertilización de cultivos se origina en la región Pampeana, principal zona de producción de granos del país (trigo, cebada, maíz, sorgo, soja, girasol). Actualmente la fertilización azufrada es una práctica muy instalada en los sistemas de producción, siendo el S el tercer nutriente limitante del rendimiento de los cultivos luego del N y del P (Torres Duggan et al., 2012).

Como alternativa a los fertilizantes azufrados comúnmente utilizados, surge la utilización del yeso. El yeso (CaSO₄.2H₂O) es un mineral común en ambientes sedimentarios (Casby-Horton et al., 2015). Si bien su uso tradicional a escala mundial es la de mejorar suelos sódicos, tiene otros múltiples usos. Así, el yeso es una excelente fuente de Ca y S, dos macroelementos esenciales necesarios para la nutrición de las plantas (Dontsova et al., 2005); su contenido teórico alcanza 18,6% S y 23% Ca aunque el “yeso agrícola” que es la roca que se comercializa en el ámbito agropecuario contiene diversos grados de pureza. Asimismo, el yeso ha sido utilizado como una enmienda en los suelos agrícolas por más de 200 años (Anikwe et al., 2016) debido a su potencial para mejorar la calidad del suelo y la productividad agrícola (Favaretto et al., 2006). Se considera una alternativa económicamente viable para ser utilizada como fertilizante para suplementar los requerimientos de S y remediar los suelos con deficiencia de este nutriente. Los resultados derivados de la aplicación de yeso a campo son consistente en los incrementos en Ca²⁺ y SO4^-2 derivados de su uso, incluso en capas subsuperficiales, variando la respuesta en función de la dosis, condiciones edáficas locales, clima y manejo. Sin embargo, los efectos del yeso en el rendimiento de los cultivos han demostrado ser más variables generalmente dependiendo de las condiciones climáticas y el tipo de suelo donde fueron aplicados (Caires et al., 2003; Rampim et al., 2011).

Otro aspecto que debe considerarse es el relacionado con la eficiencia de la fertilización nitrogenada (Ferraris et al., 2009). Son ampliamente conocidas las pérdidas derivadas de la aplicación de fertilizantes nitrogenados en suelos (lixiviación, volatilización, etc.), con pérdidas de hasta el 70% del nitrógeno aplicado, con la consecuente pérdida de rendimiento de los cultivos, además de la contaminación del suelo y agua por los nitratos (Sainz Rozas et al., 1997). En relación con ello el uso de fertilizantes de liberación lenta da solución parcial a estas pérdidas, liberando el N de forma gradual y de esta manera incrementando la eficiencia es su uso. En este contexto, el uso de zeolitas aplicadas junto con los fertilizantes nitrogenados constituye una alternativa al uso de fertilizantes de liberación gradual (Barbieri et al., 2010; Van Straaten, 2014).

La zeolita, tal como se la utiliza en el ámbito agropecuario, forma parte de rocas que se las utiliza como fertilizantes o enmiendas (ej. tobas con diferente grado de alteración de su material precursor). Los minerales de zeolita, de los cuales hay diferentes y muy variadas especies mineralógicas, están formados por silicio en forma de silicato combinado con átomos de oxígeno y aluminio en una estructura cristalina tridimensional rígida, que deja pequeñas cavidades interconectadas llamadas microporos. Esta capacidad de retención de nutrientes y agua se debe a que el material tiene abundantes cargas negativas en la superficie y en los microtúneles internos, otorgándole una elevada capacidad de intercambio catiónico (CIC) (Chester y Derouane, 2009). Las rocas portadoras de Heulandita/clinoptilolita tiene una CIC de 150-200 m.e./100 g, la cual es hasta ocho veces más alta de aquella medida en los suelos agrícolas. Por ello, su aplicación, mezclada con los fertilizantes o directa al suelo, mejora de manera sustancial su capacidad de retención y el aprovechamiento de nutrientes por las plantas, además de mejorar las condiciones físicas y biológicas de la capa arable (Herrmann y Torres Duggan, 2016). La alta afinidad de las zeolitas por el NH₄ ⁺(Urquiaga y Zapata, 2000) le permite retenerlo en sus canales evitando así su mineralización a NO₃ ^- por bacterias nitrificantes y reduciendo al mismo tiempo las pérdidas de nitrógeno debidas a las rápidas transformaciones bioquímicas y químicas que sufren los fertilizantes nitrogenados en el suelo, principalmente en forma de NO₃ ^- y NH₄ ⁺ por lixiviación y volatilización, respectivamente, pero producidas también por desnitrificación (Barbarick y Pirela, 1983; Rimski-Korsakov et al., 2015). En los resultados experimentales obtenidos en diversos ensayos en Colombia y México, la mezcla de 25% de zeolita con urea o con los fertilizantes químicos aplicados ha mostrado ser la más efectiva para optimizar su eficiencia y el rendimiento de los cultivos (Soca-Nuñez y Villarreal-Nuñez, 2016; Gonzales Camarillo et al., 2012).

En la Argentina existen cuantiosas reservas de yeso y solo un porcentaje minoritario de su explotación es derivado al uso agrícola. Las regiones del país con mayor potencial para la producción de yeso con destino al uso agrícola son la cuenca neuquina incluido el sur de Mendoza, el oeste y centro-oeste argentino, el sur de Mesopotamia (provincia de Entre Ríos), la región noroeste para un abastecimiento regional, y Buenos Aires y La Pampa. Los yacimientos más importantes, por reservas y leyes, son los de origen marino (en nuestro país son los ubicados en la provincia geológica cuenca neuquina), aunque los de origen lacustre situados en cuencas intermontanas de los sectores extraandinos son muy explotados por su cercanía a los principales centros de consumo (Herrmann y Torres Duggan, 2016).

Con respecto a las rocas portadoras de zeolitas, se trata de un grupo mineral de oferta más reducida. Si bien es relativamente difícil de prospectar, ya que su identificación definitiva se logra mediante difracción de rayos X, organismos como el Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR) han llevado a cabo dicha tarea desde hace varios años con resultados satisfactorios. Las zeolitas conforman un grupo mineral de aluminosilicatos hidratados de elementos alcalinos y alcalinotérreos (Ca, Na, K), que se caracterizan por su continua (y en parte reversible) deshidratación y por sus propiedades de intercambio de cationes, principalmente de NH4⁺ y K⁺. Sus yacimientos son niveles de piroclastos alterados (“zeolitizados”) originados en depósitos lagunares de antiguas cuencas intermontanas, que se presentan en forma de estratos o mantos, y dentro de ellos uno o más niveles de tobas muy zeolitizadas. Se destacan los yacimientos ubicados en la cuenca de Paganzo (La Rioja), con mineralogía de la serie Heulandita/clinoptilolita; en otras zonas del país (Mendoza) se han hallado zeolitas del grupo mordenita. Algunos de ellos han desarrollado ya su explotación y comercialización del producto (Agosto et al., 2005).

Los objetivos del presente trabajo fueron i) evaluar los efectos de la aplicación de yeso y zeolitas acompañando la fertilización de urea sobre el rendimiento del cultivo de maíz en un Arguidol típico de San Antonio de Areco manejado bajo siembra directa y ii) analizar los costos en relación con el beneficio (rendimiento) de los tratamientos ensayados.

MATERIALES Y MÉTODOS

Los datos se analizaron mediante análisis de varianza (ANVA) y test de comparación de medias por LSD Fischer (Infostat, 2008) considerando 5% como nivel de significación estadística.

El estudio se desarrolló durante la campaña 2017/18 en el establecimiento La Fe, ubicado en el partido de San Antonio de Areco, provincia de Buenos Aires. La unidad cartográfica correspondiente al área de estudio presenta un 100% de la serie de suelos Capitán Sarmiento (mapas de suelo INTA). Dicha serie es por superficie y capacidad productiva, la más importante del partido de San Antonio de Areco, habiendo sido clasificada como un Argiudol, fino, illítico, muy profundo, de textura franco arcillo limosa, y 3,4% de materia orgánica en el horizonte superficial. La temperatura media es de 16,5 °C, produciéndose las temperaturas medias mensuales más bajas en junio y julio, mientras que las temperaturas medias mensuales más altas ocurren de diciembre a marzo. Por su parte, la precipitación media anual regional es de 1084 mm, el 75% de estas ocurre en primavera-verano. Durante el ciclo del cultivo la temperatura se encontró dentro de los rangos normales para el momento del año y la zona. Las precipitaciones durante el ciclo del cultivo fuero de 308 mm, aunque estas fueron insuficientes durante el período crítico del cultivo pudiendo generar períodos de estrés hídrico.

El sitio experimental se encontraba hace diez años previos bajo agricultura continua con siembra directa; la secuencia de cultivos desde la campaña 2007/2008 fue la siguiente: maíz-barbecho-soja- maíz-verdeo de invierno-verdeo de invierno-verdeo de invierno/soja, observándose en la tabla 1 la características químicas del este (tabla 1).

Se instalaron 18 parcelas de 3 x 5 m bajo un diseño completamente aleatorizadas para evaluar el efecto de la mezcla de yeso (Y) y zeolita granulada (Z) con urea (U) aplicado en el cultivo de maíz (Zea mays L.). A todos los tratamientos se les aplicó 100 kg de fosfato mono amónico (FMA) como fertilización de base a la siembra. Los tratamientos ensayados fueron (1) maíz fertilizado con: 200 kg ha^-1 de urea (U), (2) 200 kg ha^-1 de urea y 90 kg ha^-1 de yeso (U+Y), (3) 150 kg ha-1 de urea y 50 kg ha^-1 de zeolita granulada (U+Z); (4) 150 kg ha^-1 de urea, 90 kg ha^-1 de yeso y 50 kg ha^-1 de zeolita granulada (U+Y+Z) y (5) situación testigo sin fertilización nitrogenada (T). La reducción en la cantidad de N como urea cuando esta fue aplicada junto con las zeolitas responde a que se aconseja la mezcla de 75% urea más 25% zeolita, debido al efecto de este mineral en el incremento de la eficiencia del N aplicado como ya fue explicado en la introducción. La densidad de siembra fue de 5 plantas por m. La urea y la zeolita se mezclaron manualmente y se aplicaron al voleo en el entresurco cuando el maíz se encontraba en estado V6.

Los minerales utilizados en el ensayo fueron provistos y caracterizados por el SEGEMAR a partir de proveedores nacionales. La caracterización del yeso y zeolita utilizados en el ensayo se presentan en las tablas 2 y 3, respectivamente. Las especies minerales identificadas por DRX en la muestra de la zeolita utilizada en el ensayo fueron mayoritariamente la Clinoptilolita Na₆(Al₆Si₃₀O₇₂). 24 H₂O, y la Heulandita Ca4(Al₈Si₃₀O₇₂). 24 H2O en menor proporción. La granulometría de la roca portadora de zeolita estuvo en un rango de 0,4-1 mm (mallas ASTM -18 +40).

En cada unidad experimental se midió el rendimiento de grano. Para ello se recolectaron las espigas de las dos hileras centrales de cada parcela a humedad de cosecha (14%). Luego las espigas se desgranaron con una desgranadora estática y se pesaron los granos para calcular el rendimiento por hectárea.

Los datos se analizaron mediante análisis de varianza (ANVA) y test de comparación de medias por LSD Fischer (Infostat, 2008) considerando 5% como nivel de significación estadística.

Tabla 1Análisis de suelo del sitio del ensayo a la profundidad de 0-20 cm.CE: conductividad eléctrica, MO: materia orgánica, Nt. Nitrógeno total, N-NO3: nitrógeno en forma de nitratos; P: fósforo extractable; S-SO4: azufre en forma de sulfatos. 

Tabla 2Caracterización fisicoquímica del yeso utilizado. 

Tabla 3Caracterización fisicoquímica de la zeolita utilizada. 

RESULTADOS

Efecto de la adición de yeso y zeolitas sobre el rendimiento del maíz

La fertilización con urea (U), urea con yeso (U+Y) y urea con yeso y zeolita (U+Y+Z) incrementaron significativamente el rendimiento del maíz respecto al tratamiento con fertilización base (T). La fertilización con urea (U) y urea + yeso (U+Y) produjeron incrementos del 18% y 16%, respectivamente respecto al testigo, mientras que cuando se aplicó la urea junto con el yeso y la zeolita (U+Y+Z) el incremento en rendimiento estuvo en el orden del 25% (p<0,05) (figura 1).

En cuanto a la fertilización con urea más zeolita (U+Z) aunque pudo observarse una tendencia a incrementos del rendimiento (10% de incremento respecto al testigo), esta no fue estadísticamente significativa al 5%. Esto significa que si bien la sustitución de 25% p/p en la dosis de fertilización de urea por zeolita no causó descensos significativos en rendimiento de grano en relación con el tratamiento U, a diferencia de lo reportado por John et al. (2002), tampoco propició incrementos de rendimiento que resultaran significativamente superiores. Esto podría indicar que bajo las condiciones del presente estudio no se verificaron efectos positivos debido al uso de la zeolita, posiblemente debido a que las condiciones climáticas durante el ensayo no generaron un ambiente de pérdidas de N importantes.

Resultados similares fueron reportados por Camarillo et al. (2012) en Regosoloes de textura media y fina en México, ante la sustitución de 15% del fertilizante químico por zeolita clinoptilolita granulada y en polvo, sin hallar incrementos significativos en el rendimiento de maíz respecto al testigo con fertilización con urea.

La aplicación de yeso junto con la urea (ej. tratamiento U+Y) no mejoró la productividad del maíz, reflejando que la oferta de S habría permitido satisfacer la demanda del cultivo, ya que la concentración de S en la siembra del cultivo fue superior al umbral de respuesta de 10 ppm (Espósito et al., 2012).

Cabe destacar que el mayor incremento en rendimientos se logró cuando la urea fue aplicada junto con el yeso y la zeolita (U+Y+Z), aspecto que resulta llamativo teniendo en cuenta que tanto el yeso como la zeolita aplicados por separado en combinación con la urea no generaron cambios estadísticamente significativos (p<0,05) sobre el rendimiento en grano del maíz. Para poder profundizar sobre los posibles mecanismos que expliquen estos resultados, es necesario replicar este estudio en un mayor gradiente ambiental (ej. sitios y años de experimentos) para poder determinar si se trata de una sinergia basada en un mecanismo o bien forma parte de un resultado atípico.

Lo esperable cuando se aplica yeso sobre la superficie del suelo es que se mejore la disponibilidad de cationes divalentes intercambiables que tienden a flocular los suelos (Ngwu, 2006) a la vez que proporciona Ca y S al complejo de intercambio (Dontsova y Norton, 2002). De esta manera, las enmiendas de yeso promueven la floculación, reduciendo el sellado de la superficie y aumentando las tasas de infiltración del agua. Debido a su alta solubilidad en comparación con la cal, posee movilidad en el perfil del suelo (Caires et al., 2003), mejorando la fertilidad del subsuelo lo que permite un mayor desarrollo de raíces, favoreciendo la captación y reciclaje de nutrientes (Rampim et al., 2011). En consecuencia, el yeso mejora el enraizamiento profundo y la capacidad de las plantas para acceder a suministros adecuados de agua y nutrientes durante la sequía (Ritchey et al., 1980; Tirado-Corbalá et al., 2017). De esta manera, a los beneficios derivados de la aplicación de yeso, debe sumarse la capacidad de las zeolitas para retener nutrientes con carga positiva (cationes), como el nitrógeno amoniacal, potasio, calcio y magnesio, que luego pueden ser liberados lenta y gradualmente a medida que se agotan en la solución del suelo, reduciendo así las pérdidas de nutrientes por lavado, arrastre y lixiviación, e incrementando las posibilidades de un mayor aprovechamiento por parte de las plantas (Torres Duggan et al., 2017).

Varios autores han observado respuestas positivas en el rendimiento de gramíneas (ej. maíz, trigo y la cebada) ante la aplicación de yeso (Caires et al., 2001, 2011). También se han observado incrementos en los niveles foliares de Ca y S, y una disminución en los niveles de Mg (Caires et al., 2003) ante el agregado de yeso. Cruzate y Casas (2017) sostienen que se debe prestar especial atención a nutrientes como Ca y Mg, no solo por el rol que desempeñan en la estructuración y actividad biológica del suelo, sino también por su importancia para la nutrición de los cultivos.

Figura 1Rendimiento (kg ha-1) promedio y error estándar del cultivo de maíz para los diferentes tratamientos. Los tratamientos son T: testigo sin N. U: 200 kg ha-1 de Urea. U+Y 200 kg ha-1 de urea y 90 kg ha-1 de yeso. U+Z 150 kg ha-1 de urea y 50 kg ha-1 de zeolita granulada. U+Y+Z 150 kg ha-1 de urea, 90 kg ha-1 de yeso y 50 kg ha-1 de zeolita granulada. (5 Todos los tratamientos reciñeron 100 kg ha-1 de FMA como fertilización de base.Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos al 5% de significación estadística. 

Costo/beneficio de la aplicación de yeso y zeolitas

En la tabla 4 se presentan los valores estimados de costo por hectárea de la fertilización aplicada en cada tratamiento y los rendimientos promedio obtenidos en cada caso.

Para el caso de la aplicación de urea + yeso (U+Y) no hubo diferencias estadísticas en el rendimiento respecto a la fertilización tradicional con fosfato mono amónico y urea (U), y en este caso el costo extra de aplicar yeso fue de 9 USD ha^-1. Sin embargo debe considerarse que en el presente trabajo no se midieron variables edáficas sobre las cuales pudo haber influenciado el yeso en términos de los contenidos de Ca y S disponibles, inclusive pudiendo generar efectos residuales sobre cultivos subsiguientes en las rotaciones.

En cuanto a la sustitución de 25% de urea por zeolitas (U+Z), puede observarse que el rendimiento tampoco difirió estadísticamente del alcanzado con la fertilización tradicional (U), y el costo fue 14,5 USD ha^-1 menor. Sin embargo, debe considerarse que aunque en términos estadísticos el rendimiento no difirió, en valores absolutos puede observarse una disminución en términos relativos del 8,5%. Esto podría ser atribuido a la variabilidad de las mediciones. Sin embargo, esta diferencia sugiere que deberían realizarse futuras investigaciones que permitan ampliar la comprensión sobre el funcionamiento de la zeolita en combinación con la urea en un amplio gradiente ambiental (diferentes tipos de suelos, condiciones climáticas, temperatura, etc.). Asimismo, esta información básica es central para generar recomendaciones de manejo en diferentes subregiones de la región Pampeana.

Por último, el rendimiento del tratamiento con reemplazo de 25% de urea por zeolita más aplicación de yeso (U+Y+Z) no difirió estadísticamente del tratamiento con fertilización tradicional (U), con un incremento de este no significativo (6% respecto a U), siendo el ahorro por hectárea de 5,5 USD. Basado en estos resultados este tratamiento presentaría el mayor beneficio en relación con el costo, ya que el rendimiento promedio estuvo por encima del obtenido con la fertilización tradicional (U), y a su vez presentó un menor costo por hectárea.

Como se mencionó anteriormente, es necesaria más investigación para validar los resultados que surgen de este primer estudio, considerando los efectos sobre la condición de fertilidad de suelos, posibles efectos residuales, como así también un análisis económico más exhaustivo para definir de mejor forma la rentabilidad del uso de estos minerales, entre otros aspectos.

Tabla 4Costo por hectárea de la fertilización aplicada y rendimiento promedio de cada tratamiento.T: testigo sin N. U: 200 kg ha-1 de Urea. U+Y 200 kg ha-1 de urea y 90 kg ha-1 de yeso. U+Z 150 kg ha-1 de urea y 50 kg ha-1 de zeolita granulada U+Y+Z 150 kg ha-1 de urea, 90 kg ha-1 de yeso y 50 kg ha-1 de zeolita granulada. (5 Todos los tratamientos reciñeron 100 kg ha-1 de FMA como fertilización de base. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos al 5% de significación estadística. Dentro del costo del los minerales se encuentra el gasto de aplicación de estos. 

CONCLUSIONES

Se observó respuesta a la aplicación de nitrógeno en forma de fertilizante por parte del cultivo.

La combinación de urea en conjunto con la zeolita no incrementó el rendimiento, que podría reflejar que no se presentaron pérdidas de N o bien que si se presentaron, no implicaron una menor disponibilidad de N para el cultivo

La aplicación conjunta de urea más yeso agrícola no incrementó el rendimiento, evidenciando la ausencia de respuesta a S.

La combinación de urea, zeolita y yeso agrícola en conjunto maximizó el rendimiento en grano, aunque no fue posible asociarlo con mecanismos o procesos estudiados en el presente estudio.

Se requiere de mayor investigación fundamental y aplicada para poder generar recomendaciones de dosis de zeolitas para maximizar la EUN en maíz y otros cultivos.