Agronomía

Saturación de bases y Capacidad de Intercambio Catiónico

Crop Insights escrito por Adam Gaspar, Doctor, Científico de Investigación

Resumen

·        La construcción y el mantenimiento, el nivel de suficiencia y el porcentaje de saturación de bases catiónica (BCSR, por sus siglas en inglés) han sido las tres filosofías principales que impulsan la recomendación de fertilidad del suelo en Estados Unidos en relación con los nutrientes con carga.

·        La saturación de bases es la suma de los cationes básicos (Ca2+, Mg2+, K+, y Na+) presentes en los sitios de intercambio del suelo dividido por el total de CIC y expresado en porcentaje.

·        Los defensores del BSCR mantienen que existe un porcentaje aproximado de cationes básicos que deben ocupar el CIC del suelo o el crecimiento de la planta será limitado.

·        La cantidad de Ca2+, Mg2+, K+ en el suelo puede variar considerablemente en función del CIC del suelo y de la saturación de bases real.

·        No existe ningún porcentaje «ideal» o rango de porcentajes para mejorar la producción del cultivo y la metodología BCSR puede llevar a recomendaciones de fertilidad costosas e incongruentes.

·        Los agricultores deberían utilizar el enfoque de construcción y mantenimiento o de suficiencia para dirigir la gestión de la fertilidad, puesto que estas metodologías se han probado y calibrado intensamente y se ha considerado la probabilidad de una respuesta. 

Introducción

Desde los años 50, ha habido tres filosofías que han impulsado la recomendación de fertilidad del suelo en Estados Unidos en relación con determinados cationes básicos (Ca2+, Mg2+, K+). Incluyen la construcción y mantenimiento, el nivel de suficiencia y el porcentaje de saturación de bases catiónicas (BCSR, por sus siglas en inglés) Se ha discutido ampliamente la teoría del BCSR «ideal» en el suelo y ha sido utilizado en una medida reducida en el Medio Oeste por los laboratorios de pruebas del suelo para guiar las recomendaciones de fertilidad. El suelo «ideal» fue sugerido, por primera vez, por investigadores de Nueva Jersey en los años 40 (Bear et al., 1945; Bear and Toth, 1948; Hunter, 1949; Prince et al., 1947) y, posteriormente, enfatizado por William Albrecht, Profesor de la Universidad de Missouri. Su teoría se basó en el trabajo realizado por Loew y May (1901), que sugería que las Ca y Mg debían estar en una relación de 5:4 para un crecimiento óptimo de la planta.

Sin embargo, esta teoría ha sido un tema de amplio debate en términos de utilidad para los rendimientos de los cultivos afectados y la rentabilidad de los agricultores. Numerosos estudios han detectado fallos en el método BCSR y no han demostrado aumentos probados en el rendimiento, mientras que existe una mayor base de investigación que apoya los enfoques de suficiencia y construcción y mantenimiento (Eckert and McLean, 1981; McLean et al., 1983).

Aun así, algunos asesores y minoristas agrarios ya usan el método BCSR para guiar las recomendaciones de fertilidad. Todas las recomendaciones universitarias de fertilidad de concesión de tierras en el Medio Oeste utilizan un enfoque de suficiencia o de construcción y mantenimiento. Este artículo abordará la teoría detrás del método BCSR, su aplicabilidad, si existe algún valor en él y por qué las recomendaciones estatales de fertilidad no respaldan el método BCSR.

La filosofía detrás del enfoque BCSR

Para entender la teoría detrás del método BCSR o, en concreto, la relación Ca:Mg, debe entenderse la capacidad de intercambio catiónico (CIC). Los cationes son iones con carga positiva presentes en la solución del suelo (Ca2+, NH4+, Mg2+, K+, Na+, etc.). La CIC se define como la cantidad total de cationes, en miniequivalentes (meq) presentes en los componentes del suelo a través de una atracción electroestática, que puede intercambiarse con cationes en la solución del suelo. Una CIC del suelo específica depende de tres factores principales:

1.     La cantidad de arcilla (textura del suelo).

2.     El tipo de arcilla.

3.     La cantidad de materia orgánica (OM).

Por este motivo, la CIC de un suelo determinado puede variar de 0 a 50 meq/100 g de suelo. Normalmente, los suelos con una CIC baja presentan una elevada fracción de arena y un contenido bajo en MO, mientras que los suelos con alta CIC tienen una fracción de arcilla y/o contenido en MO relativamente altos (Figura 1).


Figura 1. Representación de la CIC del suelo. Adaptado por Spectrum Analytics Inc.

Un conocimiento adicional de la saturación de bases es esencial para el método BCSR. La saturación de bases es la suma de los cationes básicos (Ca2+, Mg2+, K+, y Na+) presentes en los sitios de intercambio del suelo dividido por el total de CIC y expresado en porcentaje. La saturación de bases puede describirse como Figura 2. Por este motivo, la cantidad de cationes en los sitios de intercambio estará limitada a medida que el pH del suelo disminuye o se hace más ácido debido a la cantidad aumentada de iones H+ en los sitios de intercambio y en la solución del suelo.


Figura 2. La relación entre la saturación de bases y los H+ en la CIC en el pH del suelo.

Porcentaje de saturación de bases catiónica
Los defensores del BCSR mantienen que existe un porcentaje de cationes de básicos (Ca2+, Mg2+, and K+) que debe ocupar los sitios de intercambio catiónico del suelo o se limitará el crecimiento de las plantas. Bear et al. (1945) sugirió que la saturación de bases del complejo de intercambio catiónico debería darse en cantidades específicas del 65 % Ca2+, 10 % Mg2+, 5 % K+ y 20 % una combinación de H+, Na+ y NH4+. Estos resultan en unos porcentajes de saturación de bases catiónica de 6.5:1 para Ca:Mg, 13:1 para Ca:K y 2:1 para Mg:K, que también se expresa como 13:2:1 para Ca:Mg:K y ha sido denominado como el porcentaje «ideal» (Tabla 1).

Además, Bear y sus compañeros mencionaron que probablemente existe un porcentaje en la cantidad de Ca2+, Mg2+ y K+ que puede ocupar sitios de intercambio y aún así permiten un crecimiento óptimo del cultivo. Sin embargo, nunca se declaró dicho porcentaje y, por tanto, muchos laboratorios de prueba del suelo tomaron estos valores como absolutos sin margen de error. Los porcentajes de saturación de bases no se declararon hasta que Graham (1959) lo hizo y, posteriormente, también Baker y Amacher (1981). Sin embargo, estos porcentajes se basan completamente en la teoría y en el trabajo de Bear y sus compañeros, pero en ningún experimento de campo o laboratorio real (Tabla 1).

Tabla 1. Saturaciones de bases indicadas anteriormente y consecuentes porcentajes de saturación de bases catiónica (BCSR, por sus siglas en inglés) para un suelo «ideal».


* Bear et al. (1945) se considera el porcentaje «ideal».

El método BCSR se centra en mantener estos tres nutrientes cerca de los porcentajes catiónicos específicos (Tabla 1) independientemente de los valores de prueba del suelo, del tipo de suelo, del cultivo y del rendimiento potencial. Sin embargo, dado que el enfoque BCSR solo se centra en mantener un porcentaje específico entre Ca2+, Mg2+ y K+ (13:2:1), la cantidad de nutrientes en el suelo puede variar considerablemente dependiendo de la CIC del suelo en concreto (Tabla 2) y saturación de bases real (Tabla 4).

Tabla 2. Comparación de los 2 suelos con las mismas saturaciones de bases, pero diferentes CIC y sus niveles aproximados de calcio, magnesio y potasio en el suelo en el porcentaje «ideal».


 

Tabla 3. Categorías de pruebas de suelo de Wisconsin para el calcio, el magnesio y el potasio.


*De Laboski y Peters (2012)

Nota: Vista más amplia- Tabla 3.

Tabla 4. Comparación de dos suelos con la misma CIC y relación «ideal» de 13:2:1 de Ca:Mg:K, pero diferente porcentaje de saturaciones de bases y sus niveles aproximados de calcio, magnesio y potasio.


*De Schulte y Kelling (1985)

Nota: Vista más amplia- Tabla 5.


 

Por ejemplo, un suelo con una CIC de 5 meq/100g en el suelo contendrá, aproximadamente, 589,67 kg/media hectárea de Ca (650 ppm) en comparación con 4717,36 kg/media hectárea de Ca (5.200 ppm) en un suelo con una CIC de 40 meq/100g, ambos a la misma saturación de bases del 65 % Ca (Tabla 2). Mientras estos niveles de Ca no sean perjudiciales para el crecimiento de la planta, alcanzar esta saturación de bases de Ca en un suelo con alta CIC puede requerir amplias y costosas aplicaciones de fertilizante. Por ejemplo, si el porcentaje Ca:Mg es, en un primer momento, 5.5:1 (55 % Ca y 10 % Mg) y el CIC del suelo es 40 meq/100g, hay aproximadamente 3.991,61 kg/media hectárea de Ca.

Evidentemente un suelo con más de 4 toneladas/meda hectárea de Ca (4.000 ppm) presenta un suministro en exceso, pero el enfoque BSCR recomendaría 3,6 toneladas/media hectárea de aljez para que el suelo esté en la relación «ideal» de 6.5:1. Con un precio de 40 dólares/tonelada de aljez, esto costaría aproximadamente 144 dólares/media hectárea en un suelo que ya tiene Ca en exceso (>1,000 ppm), como indica el enfoque de construcción y mantenimiento (Tabla 3).

Otros dos suelos con la misma CIC, ambos al porcentaje «ideal», pueden presentar cantidades de Ca, Mg y K enormemente diferentes debido a saturaciones de bases diferentes del complejo de intercambio catiónico (Tabla 4). En la Tabla 4 se muestran dos suelos de arena con CIC baja, ambos al porcentaje «ideal». Sin embargo, el suelo n.º 2 con saturaciones de bases del 32,5 % de Ca, del 5 % de Mg y del 2,5 % de K contendría menos de las cantidades óptimas de estos tres nutrientes para la producción del cultivo. Los niveles de prueba del suelo serían, en consecuencia, 325 ppm de Ca, 30 ppm de Mg y 49 ppm de K (Tabla 3). Los tres nutrientes entrarían en la parte inferior de la categoría baja de prueba del suelo (Tabla 3) y, por tanto, es probable que se limitase la producción del cultivo aunque el suelo está al porcentaje «ideal». Además, es probable que esta saturación baja de las CIC con Ca, Mg y K llevara a un pH bien por debajo de 6.0 debido a la alta saturación de los iones H+ en los sitios de intercambio (Figura 2).

Las recomendaciones actuales sugieren una aplicación de cal agrícola o dolomita para corregir el pH. Además, al incrementar el pH, la aplicación de cal también desplazaría el BSCR del porcentaje «ideal», pero mejoraría realmente la producción del cultivo debido a un pH más favorable.

Investigación sobre el porcentaje de saturación de bases catiónico

Porcentajes en los suelos de Wisconsin
El medioambiente en crecimiento y los tipos de suelos varían considerablemente en Wisconsin. Schulte y Kelling (1985) cuantificaron la relación de Ca:Mg de 17 tipos de suelos comunes en Wisconsin y descubrieron que la relación variaba de 8.1:1 a 1.0:1 (Tabla 5). Algunos suelos francos de limo, como Antigo, caen cerca de 4:0.1 en relación con suelos con más arcilla, como Marathon, con una relación de 7.7:1.

Evidentemente la relación Ca:Mg variará según los tipos de suelos, pero la teoría sugiere que la relación debería cambiar después de años de producción de un cultivo y, posteriormente, retirando varias cantidades de Ca y Mg intercambiable. Sin embargo, el efecto de cultivo fue insignificante y solo disminuyó la relación en el suelo margoso de Boone (Tabla 6). Se observó que esta disminución fue el resultado de reducir el Ca intercambiable (Schulte y Kelling, 1985).

Tabla 6. Efecto de la producción del cultivo en la relación Ca:Mg en cuatro suelos de Wisconsin. Adpatado por Schulte y Kelling (1985)



†Libras reales de Ca intercambiable/Mg intercambiable.

Efectos del BCSR en la producción del cultivo
Debido a la popularidad de las recomendaciones de fertilidad BCSR por parte de algunos laboratorios comerciales de prueba del suelo, se llevaron a cabo varios estudios en los años 70 y 80 para probar esta metodología. Los resultados de estos estudios casi no han revelado pruebas de un efecto de la relación de la saturación de bases catiónica en los rendimientos de los cultivos. De hecho, los resultados de Bear et al. (1945) y Graham (1959) pudo atribuirse más a los cambios en el pH del suelo cuando la saturación de bases de Ca y Mg se ajustó al 65 % y al 10 % respectivamente, en vez de a la relación actual.

Liebhardt (1981) demostró una relación directa entre el pH del suelo y el Ca+Mg intercambiable (Figura 3). Por coincidencia, la relación «ideal» se corresponde con un pH ligeramente por encima del 6.0 que es óptimo para el crecimiento de cultivos de no leguminosas y puede explicar el aumento del crecimiento de las plantas determinado por Bear et al. (1945), Bear y Toth (1948), Hunter (1949) y Prince et al. (1947).

Además, Liebhardt (1981) determinó que existe un rango amplio de relaciones de Ca:Mg que fomentarán la producción de maíz y soja dado que la saturación de K no está limitando. Esto concuerda con Key et al. (1962), quien no determinó ningún efecto de la relación Ca:Mg en el rango CIC de 3 a 27 meq/q00g en el rendimiento del maíz y la soja dado que la relación no está por debajo de 1.0:1, lo que es extremadamente raro en los suelos agrícolas. Además, un estudio realizado en Ohio evaluó 18 combinaciones BCSR diferentes durante 4 años y su efecto en los rendimientos de grano de maíz y soja (McLean et al., 1983). Los resultados del estudio no identificaron ninguna relación entre el BCSR y el rendimiento del grano y no se encontró ninguna relación «ideal» específica. En realidad, había un rango amplio de relaciones que se corresponden con los rendimientos de grano más altos y más bajos cada año y que se muestran en la Tabla 7.


Figura 3. Relación del pH del suelo y Ca+Mg Adaptación de Liebhardt (1981).

Simson et al. (1979) tampoco encontraron ningún efecto de la relación Ca:Mg en el rendimiento del grano de maíz y en la producción de materia seca de alfalfa en cuatro lugares en Wisconsin cuando se probó una relación tan baja como 1.0:1 Fueron más allá y sugirieron que un rango más amplio de la relación Ca:Mg favorecería la producción de alfalfa y maíz. Se obtuvieron las mismas conclusiones para la relación Mg:K en un suelo arenoso irrigado en Nebraska, donde el BCSR de 10.3:2.5:1.0 se incrementó y disminuyó, añadiendo Mg y K, pero se mantuvieron los valores de prueba del suelo críticos para la producción del cultivo (Rehm and Sorensen, 1985). Independientemente de cualquier aplicación de Mg o K, no se observó ningún efecto de rendimiento del grano.

Tabla 7. Rango de BCRS para los cinco rendimientos más altos y más bajos de maíz y soja. Datos de McLean et al. (1983) y tabla adaptada de Rehm (1994).


 

El único efecto en la planta observado al alterar el BCSR de los suelos fue la concentración relativa de Ca, Mg y K en el tejido vegetativo. Rehm and Sorensen (1985) descubrieron que la concentración de Mg de la planta aumentó porque aumentó la saturación de Mg de las CIC, pero la concentración de Mg en el tejido vegetativo disminuyó cuando la saturación de K de la CIC aumentó, lo que coincide con McLean y Carbonell (1972). También se descubrió que las concentraciones de calcio en la alfalfa y el maíz aumentaban la saturación de Ca de la CIC aumentada (Simon et al., 1979). Sin embargo, aunque la absorción por parte de la planta de estos diferentes cationes (Ca2+, Mg2+, and K+) podría alterarse, cambiando la saturación de bases de la CIC del suelo, sin resultar en ningún aumento de rendimiento.

Enfoque de construcción y mantenimiento

A diferencia del BSCR, un enfoque de construcción y mantenimiento crea niveles de fertilidad para niveles críticos de prueba del suelo, aplicando fertilizante durante varios años, evitando una tasa de una sola aplicación excesivamente alta. Una vez que se alcanza el nivel crítico de prueba del suelo en base a la rotación del cultivo y al tipo de suelo, las recomendaciones de fertilizantes se basan en el mantenimiento (eliminación anual del cultivo), sin mantener una tasa catiónica del suelo específica (Laboski yPeters, 2012; Macnack et al., 2013). Este concepto se ilustra mejor en la Figura 4 donde la aplicación del fertilizante relativo disminuye a medida que se crea el nivel de prueba del suelo.

Además, la cantidad de fertilizante específico tanto en la eliminación del cultivo como en la construcción del suelo cambia proporcionalmente según las categorías de prueba de suelos. Por ejemplo, entre las categorías «muy bajo» y «óptimo», se aplica una tasa que se adapte a la eliminación del cultivo más una determinada cantidad de fertilizante destinado a construir el suelo En la categoría de prueba del suelo óptima, se recomienda suficiente fertilizante para satisfacer solo la eliminación de cultivos. Si el nivel de prueba del suelo se desvía de la categoría óptima, la aplicación de fertilizante incluye una tasa reducida de eliminación del cultivo y nada destinado a la construcción del suelo. Por ejemplo, en las pruebas del suelo en la categoría alta, la recomendación es ½ de eliminación del cultivo, y en la categoría muy alta, solo se recomienda ¼ de eliminación del suelo. Esto ayuda a mantener la rentabilidad cuando el nivel de prueba del suelo está por encima del óptimo debido a que las respuestas de rendimiento al fertilizante no son tan amplias o frecuentes en estas categorías.

En resumen, el enfoque de construcción y mantenimiento lleva a los agricultores a mantener los niveles de prueba del suelo (Tabla 4) y, después, a continuar fertilizando el cultivo, y no el suelo, para maximizar la rentabilidad en la rotación del cultivo (Figura 4).


Figura 4. Teoría detrás de una recomendación de fertilidad de construcción y mantenimiento.

Conclusiones

En resumen, el enfoque BCSR para la fertilidad del suelo fue desarrollado en los años 40 y solo se basaba en unos pocos estudios realizados en el este de Estados Unidos (Bear et al., 1945; Bear y Toth, 1948; Hunter, 1949; Prince et al., 1947). Lamentablemente en los años 50, se incorporó a las recomendaciones de fertilidad del suelo de algunos laboratorios de prueba del suelo y todavía persiste en algunos minoristas agrícolas del país. Su metodología puede llevar a recomendaciones costosas e incongruentes que mantienen el Ca, Mg y K a diferentes niveles debido a la CIC del suelo y/o la saturación de bases. En muchos casos, esto puede resultar en aplicaciones excesivas de fertilizante o en deficiencias de nutrientes aunque se mantenga la relación «ideal». Fue un trabajo considerable el que se realizó en los años 70 y 80 para probar el concepto BCSR.

La conclusión de todos estos estudios fue que no existía ninguna relación «ideal» o rango de relaciones para mejorar la producción del cultivo y aconsejaba que deberían mantenerse estos nutrientes a niveles suficientes pero no excesivos en vez de apuntar hacia una relación o saturación de bases específica (Key et al., 1962; McLean et al., 1983; Moser, 1933; Rehm and Sorensen, 1985; Simson et al., 1979).

Por otra parte, este artículo también resume la metodología detrás del enfoque de construcción y mantenimiento de fertilidad del suelo, que es apoyado por una amplia base de investigación con respuestas de rendimiento probadas. Además, este enfoque incluye un aspecto económico a la hora de crear las recomendaciones de fertilidad. Actualmente todas las universidades del Medio Oeste recomiendan el enfoque de construcción y mantenimiento de suficiencia y los agricultores deberían utilizarlo en lugar del usar programas de fertilidad medioambiental y económicamente sostenibles.

Referencias

·        Baker, D.E. and M.C. Amacher. 1981. The development and interpretation of a diagnostic soil-testing program. Boletín de la Estación Agrícola Experimental de la Universidad de Pennsylvania. State College, PA.

·        Bear, F.E., A.L. Prince, and J.L. Malcolm. 1945. Potassium needs of New Jersey soils. N.J. Agric. Exp. Stn. Bull. N.º 71.

·        Bear, F.E. and S.J. Toth. 1948. Influence of calcium on availability of other cations. Soil Sci. 65:69-96.

·        Graham, E.R. 1959. An explanation of theory and methods of soil testing. Bull. 734. Missouri Agric. Exp. Stn., Columbia.

·        Hunter, A.S. 1949. Yield and composition of alfalfa as influenced by variations in the calcium-magnesium ratio. Soil Sci. 67:53-62.

·        Key, J.L., L.T. Kurtz, and B.B. Tucker. 1962. Influence of ratio of exchangeable calcium-magnesium on yield and composition of soybeans and corn. Soil Sci. 93:265-270.

·        Laboski, C.A.M. y J.B. Peters. 2012. Nutrient application guidelines for field, vegetable, and fruit crops in Wisconsin. Coop. Ext. Serv. A-2809. Universidad de Wisconsin, Madison, WI.

·        Liebhardt, W.C. 1981. The basic cation saturation concept and lime and potassium recommendations on Delaware Coastal Plain soils. Soil Sci. Soc. 45:544-549.

·        Loew, O., and D.W. May. 1901. The relation of lime and magnesia to plant growth. USDA Bur. Of Plant Industries Bull. 1. USDA, Washington, DC.

·        Macnack, N., B.K. Chim, B. Amedy y B. Arnall. 2013. Fertilization based on sufficiency, build-up, and maintenance concept. Coop. Ext. Serv. PSS-2266. Universidad de Oklahoma, Stillwater, OK.

·        McLean, E.O. y M.D. Carbonell. 1972. Calcium, magnesium, and potassium ratios in two soils and their effects upon yields and nutrient content of German millet and alfalfa. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 36:927-930.

·        McLean, E.O., R.C. Hartwig, D.J. Eckert, and G.B. Triplett. 1983. Basic cation saturation ratios as a basis for fertilizing and liming agronomic crops. II. Field studies. Agron J. 75:635-639.

·        Prince, A.L., M. Zimmerman, and F.E. Bear. 1947. The magnesium supplying power of 20 New Jersey soils. Soil Sci 63:69-78.

·        Rehm, G. W. 1994. Soil cation ratios for crop production. Coop. Ext. Serv. 533. Universidad de Minnesota, St. Paul, MN.

·        Rehm, G.W. and R.C. Sorensen. 1985. Effects of potassium and magnesium applied for corn grown on an irrigated sandy soil. Soil Sci. Soc. Amer. J. 49:1446-1450.

·        Schulte, E.E., and K.A. Kelling. 1985. Soil calcium to magnesium ratios – should you be concerned? Coop. Ext. Serv. G-2986. Universidad de Wisconsin, Madison, WI.

·        Simson, C.R., R.B. Corey, and M.E. Sumner. 1979. Effect of varying Ca:Mg ratios on yield and composition of corn and alfalfa. Commun. Soil Sci. and Plant Anal. 10:153-162.

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Diciembre de 2019.