Tipificación de suelos ecológicosb
TIPIFICACIÓN DE SUELOS ECOLÓGICOS
M. D. Raigón*, A. Domínguez-Gento**, C. Campos*, J. M. Carot-Sierra*,
*Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola. Universidad Politécnica de Valencia, Avda. Blasco Ibáñez, 21. 46010. Valencia. Teléfono: 96 3877347. Fax: 96 3877129. e-mail: mdraigon@qim.upv.es, cricamso@euita.upv.es, jcarot@eio.upv.es
**Estació Experimental Agraria de Carcaixent, Pda. Barranquet, s/n, 46740 Carcaixent; tf: 96 243 04 00; e-mail: esexag.carcaixent@agricultura.m400.gva.es; alfonsdgento@wol.es
Palabras clave: col china, análisis discriminante, análisis factorial, actividad enzimática.
Resumen
La principal actuación en las prácticas agronómicas ecológicas es la eliminación de aplicaciones de productos químicos o de síntesis en el suelo, lo que implica un aumento de su microfauna. Además el aumento de la biomasa edáfica incrementa la producción de los nutrientes necesarios para el sostén del suelo y el del cultivo existente, a partir de la materia orgánica y restos vegetales y animales.
El conocimiento y clasificación de los suelos ecológicos es importante para el buen manejo del sistema ecológico.
En este trabajo se han analizado 15 parámetros físico-químicos en muestras de suelo con el fin de poder tipificar diferentes parcelas convertidas a los sistemas de producción ecológicos. La realización de un análisis discriminante permite determinar con éxito la clasificación. Los parámetros que más han influido en la tipificación son, el pH potencial, el contenido en fósforo y la actividad enzimática. También se han analizado por un análisis factorial, las correlaciones existentes entre los parámetros estudiados.
Introducción
El suelo debe ser considerado como un ecosistema, en el cual, la acción exterior puede descompensarlo. Esta transformación es llevada a cabo por los factores edáficos, climáticos y biológicos. Sobre los dos primeros el hombre no puede influir, pero en cambio el hombre si actúa sobre el factor biológico.
La agricultura convencional es la sucesión razonada de prácticas agronómicas que crean un gran impacto sobre el medio ambiente.
El ciclo natural (Figura 1) es un sistema cerrado, donde no existen pérdidas de elementos. Con la práctica de la agricultura se rompe el ciclo natural, lo que implica una extracción de elementos sin aportación.
Figura 1. Ciclo natural de la producción vegetal
En la agricultura primaria existía un reciclaje de los principios nutritivos del suelo a través de la ganadería y del consumo humano, que en la agricultura moderna se ha roto. Lo que se ha traducido en un cansancio del suelo por falta de nutrientes y una acumulación de residuos inutilizados.
La agricultura ecológica recupera la cultura agrícola y campesina en la que se daba principal importancia al conocimiento de los procesos naturales, las variedades y razas apropiadas a las condiciones de cada zona, los ciclos de cultivo determinados por el clima y el suelo y el aprovechamiento íntegro y sostenido de los procesos naturales. Esto no significa abandonar los modernos conocimientos técnicos, si no fundamentarse en ellos para comprender mejor la razón de ser de las técnicas tradicionales (Van Gestel et al., 1996).
La agricultura tradicional ha basado sus investigaciones en una cadena de dos eslabones: el suelo, como soporte físico, y el cultivo como producto final. En cambio, la agricultura ecológica lo considera como una red tridimensional, donde además del suelo y el cultivo se tiene en cuenta a los organismos vivos que habitan en el suelo (Isart, 1996).
El objetivo de este trabajo es la realización de un análisis discriminante con el que se pretende clasificar o tipificar diversos suelos pertenecientes al cultivo de col china (Brassica pekinensis) bajo sistemas de producción ecológicos y convencionales, también se realiza un análisis factorial para estudiar las correlaciones existentes entre los parámetros del suelos analizados.
material y métodos
Para llevar a cabo los objetivos marcados se trabajó con suelos ecológicos procedentes de cinco parcelas dedicadas al cultivo de col china y con suelos convencionales procedentes de tres parcelas dedicadas al mismo cultivo. Las características comunes de todos los suelos son su superficie, su clase textural (franco-arenosa) y su situación en la provincia de Valencia (España).
De cada parcela se tomaron, distribuidas por toda la superficie, tres muestras de suelo, entre una profundidad de 15 y 25 cm.
Una vez en el laboratorio las muestras de suelo se secan en condiciones ambientales de luz, humedad y temperatura, en bandejas de polietileno, hasta alcanzar humedad constante y separándose las materias extrañas y restos vegetales. Cuando el suelo estuvo seco, se procedió al tamizado y a la obtención de la muestra representativa de aproximadamente 350 g, mediante la técnica del cuarteo (FAO, 1970).
En cada muestra de suelo y por duplicado se han determinado 15 parámetros fisico-químicos que son: el contenido (%) en cenizas y humedad (MAPA, 1994), el valor del pH en la suspensión (1/2.5) en agua y en una disolución 0.1 M de KCl (Chapman y Pratt, 1961), la determinación de la conductividad eléctrica (dS m-1) en el extracto 1:5 (MAPA, 1994), el contenido en materia orgánica mediante el método de Walkey y Black (MAPA, 1994), la concentración de nitrógeno asimilable N-NH4+, N-NO3- y N-NO2- (mg/100gss) mediante fotometría y análisis de inyección en flujo (Raigón et al., 1992), la concentración (meq/100gss) de potasio, sodio y calcio asimilables por fotometría de llama (MAPA, 1994), la concentración (mg/Kgss ) de fósoforo asimilable (Perez et al., 1991), el contenido (%) en carbonatos totales a través del calcímetro de Bernard y el contenido (mg p-nitrofenol/h gss) de la actividad enzimática (Tabatabai y Bermner, 1969).
resultados y DISCUSIÓN
El objetivo principal del análisis discriminante es calcular las combinaciones lineales de las variables clasificadoras (los 15 parámetros) que maximicen la diferencia entre los grupos (agricultura ecológica y convencional).
El análisis discriminante se ha utilizado con éxito, entre otros ejemplos en la tipificación de suelos de cultivo que han presentado ataques por diversas plagas (Krasnov et al., 1998), en la clasificación de suelos semiáridos (Quiroga et al., 1998) o en la tipificación de suelos en función de su fertilidad (Carter, 1997).
El primer paso en el análisis es determinar las variables explicativas que cumplen los criterios de tolerancia mínimo (0.001), para ello se introduce en cada paso la variable que minimice el valor de lambda de Wilks global. Se comprueba que las tres variables superan el criterio.
En el segundo paso del análisis se comprueba que se ha obtenido una función canónica discriminante (Tabla 1), con un alto nivel de correlación con la cual se explica el 100% de la variabilidad y significativa al 95% de confianza.
Tabla 1. Autovalores de la función discriminante en la clasificación de suelos ecológicos y convencionales en col china
Autovalor | % de Varianza | Correlación canónica | Lambda de Wilks | Chi-cuadrado | Grados libertad | Nivel de significación | |
Función discriminante | 3.387 | 100 | 0.879 | 0.228 | 28.835 | 3 | 0.000 |
Los resultados del análisis discriminante han permitido clasificar los suelos ecológicos y convencionales, quedando como variables clasificadoras el pH en KCl, el contenido en fósforo y la actividad enzimática. La Figura 2 muestra los coeficientes estandarizados de la función discriminante canónica, observando que el parámetro que más contribuye a la clasificación es el pH en KCl, seguido del contenido en fósforo.
Figura 2. Coeficientes estandarizados de la función discriminante en la clasificación de suelos ecológicos y convencionales de col china
La Tabla 2 muestra la matriz de estructura del análisis discriminante. Se trata de una tabla donde aparecen las correlaciones intra-grupo combinadas entre las variables discriminantes y la función discriminante canónica tipificada. Las variables se presentan ordenadas por el tamaño de la correlación con la función.
Tabla 2. Matriz de estructura en la clasificación de los suelos ecológicos y convencionales de col china
Variable explicativa | Valor de correlación con la función |
pH (KCl) | 0.558 |
Actividad enzimática | -0.431 |
Ca2+ | -0.418 |
Cenizas | -0.395 |
Na+ | 0.371 |
Humedad | -0.364 |
Fósforo | 0.342 |
N-NO2- | -0.332 |
K+ | -0.278 |
N-NO3- | -0.215 |
CaCO3 | 0.201 |
N-NH4+ | 0.193 |
Materia Orgánica | -0.109 |
pH (H2O) | 0.086 |
Por otro lado, la Tabla 3 muestra los resultados de la clasificación de los suelos ecológicos y convencionales en el cultivo de col china, bajo las condiciones del trabajo.
Tabla 3. Resultados de la clasificación de los suelos ecológicos y convencionales en col china
Tipo de agrupación | Tipo de suelo | Grupo de pertenencia pronosticada | ||
Ecológico | Convencional | |||
Original | Recuento | Ecológico | 14 | 1 |
Convencional | 1 | 8 | ||
% | Ecológico | 93.3 | 6.7 | |
Convencional | 11.1 | 88.9 | ||
Validación cruzada | Recuento | Ecológico | 14 | 1 |
Convencional | 1 | 8 | ||
% | Ecológico | 93.3 | 6.7 | |
Convencional | 11.1 | 88.9 | ||
Se observa que de las 15 muestras de suelo de cultivo ecológico, el modelo ha clasificado correctamente a 14, lo que indica que el estudio puede clasificar correctamente un 93% de los suelos ecológicos. De las 9 muestras de suelo convencional, 8 las clasifica bien y la restante la confunde con suelo ecológico, en total clasifica correctamente el 88.9% de los suelos convencionales.
La validación cruzada consiste en la verificación del análisis discriminante, para ello se elimina una de las muestras de suelo y se ejecuta de nuevo el análisis. En la validación cruzada, cada caso se clasifica mediante las funciones derivadas a partir del resto de los casos. Por esta técnica se clasifican correctamente los mismos suelos que por el método original, por lo que se puede concluir que en los suelos estudiados, la clasificación realizada permite diferenciar con un alto grado de correlación los suelos sometidos a cultivo ecológico y convencional en col china, dando como resultado un modelo estadístico más robusto.
Es evidente que existe una clara relación entre el comportamiento de los parámetros analizados en cada muestra de suelo en función de que pertenezca a un sistema de cultivo ecológico o convencional. Esta información se puede estudiar a partir de la matriz de correlaciones de los parámetros que recogen los valores de cada muestra de suelo y de su correspondiente sistema de cultivo. Para resumir esta información se emplea el análisis factorial.
El análisis factorial es una técnica multivariante que utiliza un procedimiento que permite descomponer una matriz de correlaciones en unos pocos factores que explican las correlaciones entre muchos parámetros. Es decir, el análisis factorial se utiliza para el examen y la interpretación de las correlaciones halladas entre un grupo de parámetros con el objetivo de descubrir los posibles factores comunes a todos ellos. Los parámetros que están correlacionados entre sí y que son además suficientemente independientes de otros, se agrupan en factores. Cada factor está constituido por una combinación lineal de un subconjunto de los parámetros originales y es independiente de los otros factores. El objetivo es obtener un número reducido de factores comunes independientes e interpretables que recojan la mayor parte de la información original. En el análisis factorial se empleó el método componentes principales como método de extracción de factores y después se realizó una rotación multimax (Figura 3).
Figura 3. Representación de las observaciones en el espacio vectorial
Se han obtenido 4 factores principales con los cuales se consigue explicar el 88.07% de la variabilidad de los resultados originales.
A través de la rotación varimax (Tabla 4) se muestra el peso que cada uno de los parámetros tienen en los factores. Se observa que para el primer factor los parámetros con mayor peso dentro del análisis factorial son la concentración en K+, el pH en KCl, la concentración en nitritos, el contenido en cenizas, materia orgánica y humedad y la concentración de Ca2+, respectivamente.
Tabla 4. Valores estandarizados de los parámetros después de la rotación varimax
Parámetro | Factor 1 | Factor 2 | Factor 3 | Factor 4 |
Cenizas (%) | 0.83858 * | 0.48700 | -0.00583 | 0.06239 |
Humedad (%) | 0.79820 | 0.55820 | -0.08687 | 0.00209 |
pH en agua | -0.25146 | -0.82402 | 0.07425 | -0.38049 |
pH en KCl | -0.88330 | -0.06010 | 0.05859 | -0.34461 |
Conductividad | 0.40262 | 0.80827 | 0.28788 | -0.06199 |
M. O. (%) | 0.83653 | -0.06842 | 0.35887 | 0.13958 |
N-NO3- | 0.18959 | 0.79836 | -0.26471 | -0.14707 |
N-NO2- | 0.85375 | 0.41871 | -0.14659 | 0.06456 |
K+ | 0.90889 | 0.15700 | -0.03149 | 0.15387 |
Ca2+ | 0.74094 | 0.45391 | -0.36734 | -0.18411 |
Na+ | 0.08983 | 0.18025 | 0.73581 | -0.46627 |
Fósforo | -0.10754 | -0.16815 | 0.92397 | 0.02399 |
CaCO3 | -0.62731 | 0.63530 | 0.09161 | 0.30085 |
A. enzimática | 0.26127 | 0.09495 | -0.12443 | 0.83748 |
*en negrita los coeficientes con mayor peso dentro del factor
Por otra parte, el factor 4 separa la actividad enzimática del resto de parámetros, lo que indica que los valores de la actividad enzimática son lo suficientemente robustos como para constituir un factor independiente en el análisis factorial que analiza los suelos ecológicos y convencionales en el cultivo de col china.
A la vista de los resultados y atendiendo al factor 1 del análisis factorial, se puede concluir que un aumento en el contenido en materia orgánica en los suelos estudiados, repercute en un aumento del contenido en cenizas (material mineral, en general), en un aumento en la humedad, es decir, del contenido en agua adherida a las partículas del suelo, y un aumento del contenido de los iones intercambiables (K+ y Ca2+), además se observa que se produce una disminución del pH potencial (en KCl), esto pone de manifiesto que la realización de enmiendas orgánicas como práctica cultural en el cultivo de col china, mejora la estructura y composición de los suelos (tanto ecológicos como convencionales). El mayor contenido en materia orgánica de los suelos ecológicos del presente trabajo indica las mejores calificaciones de estos suelos.
conclusiones
La clasificación de suelos ecológicos y convencionales en cultivo de col china ha sido posible a través de un análisis discriminante con una función significativa al 95% de confianza, con un alto nivel de correlación, con la cual se explica el 100% de la variabilidad. Se clasifican correctamente el 93% de los suelos ecológicos y el 88.9% de los suelos convencionales. Los parámetros que más participan en la clasificación son el pH potencial, la concentración en fósforo y la actividad enzimática.
La relación entre los distintos parámetros de los suelos de cultivo de col china ha sido posible a través del análisis factorial al 95% de confianza, con un alto nivel de correlación, con el que se explica el 88.07% de la variabilidad de los resultados originados.
Se obtienen 4 factores principales, con el factor 1 se concluye que el aumento del contenido en materia orgánica se relaciona con un aumento cuantitativo de las cenizas, humedad e iones intercambiables (K+ y Ca2+), así como, con la disminución del pH potencial. Con el factor 4 se indica que los valores de actividad enzimática tienen el suficiente peso, para constituir un factor clasificador independiente en el análisis factorial que analiza los suelos ecológicos y convencionales en el cultivo de col china.
bibliografía
Carter, S.E. (1997) Spatial stratificatión of western Kenya as a basis for research on soil fertility management. Agric. Syst. 55(1), 45-70
Chapman, H. D., Pratt, P. F. (1961) Methods of Analysis for Soil Plants and Water. University of California. División of Agricultural Sciencies. 233 - 234 pp.
FAO. (1970) Phisical and Chemical Methods of soil and Water analysis. Soils bulletin núm. 10. Roma. 19 pp.
Isart, J. (1996) Biodiversity and land use: The role of organic farming. First ENOF Workshop. Barcelona.
Krasnov, B., Shenbort, G., Khokhlova, I., Medvedev, S. , Vatschenok, V. (1998) Habitad dependence of a parasite-host relationship: flea (Siphonaptera) assemblages en two gerbil species of the Negev Desert. J. Med. Entomol 35, 303-313.
MAPA. Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación (1994) Métodos oficiales de análisis. Tomo II. Madrid. 567 pp.
Perez-García, M., Puchades, R., Maquieira, A. (1991) Determination of asimilable phosphorus in solis by reserved flow injection analysis. Soil Sci. 151, 349-354.
Quiroga, A. R., Bushiazzo, D. E., Peinemann, N. (1998) Management discriminant properties in semiarid Soils. Scr. 163(7), 591-597.
Raigón, M. D., Perez Garcia, M., Maquieira, A., Puchades, R. (1992) Determination of available nitrogen (nitric and ammoniacal) in soils by flow injection analysis. Analusis 20, 483-487.
Tabatabai, M., Bermner, J. M. (1969) Use af p-nitrophenyl phosphate for assay of soil phosphatase activity. Soil Biol. Biochem. 1, 301-307.
Van Gestel, M., Merckx, R., Vlassak, K. (1996) Spatial distribution of microbial biomass in microaggregates of a silty-loam soil and the relation with the resistance of microorganisms to soil drying. Soli. Biol. Biochem. 18, 503-510.