En Colombia, alrededor del 70.0 % del N aplicado al suelo se pierde principalmente por lixiviación (Consejo Nacional de Política Económica y Social, 2009), lo que ocasiona problemas ambientales relacionados con el recurso hídrico.

La mayoría de los suelos retienen con mayor facilidad los cationes; por tanto, aniones como nitrito y nitrato son lixiviados regularmente del medio. Por el contrario, el amonio (catión) puede ser retenido en el complejo de cambio o puede ser fijado en las entrecapas estructurales de los minerales de arcilla 2:1, para luego ser liberado e iniciar el proceso de nitrificación (Navarro García y Navarro García, 2013).

Gran parte de la lixiviación de N se debe a la degradación estructural y pérdida de materia orgánica del suelo (MOS), ocasionada por la labranza intensiva y aplicación de riego excesivo, que disminuye la capacidad de retención de amonio y nitrato (FAO, 2015).

En este panorama se hace necesario buscar nuevas alternativas que permitan mejorar las propiedades del suelo y aumentar su capacidad de retención de N. Recientemente se vienen estudiando las enmiendas inorgánicas como los minerales de arcilla, y orgánicas, como los abonos. Si bien las enmiendas orgánicas han mejorado la retención y liberación de N en el suelo, no han reducido de manera significativa las pérdidas por lixiviación (Forge et al., 2016). Las EOM (mezcla entre material orgánico y minerales de arcilla) han surgido como una nueva estrategia para el mejoramiento de propiedades de los suelos, gracias a que elevan la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) y la retención de agua (Leggo et al., 2006) y su uso aporta al manejo eficiente de N y a la reducción de la contaminación del agua, así como al mejoramiento de las propiedades de los suelos.

Las EOM se fundamentan en los complejos órgano- minerales, los cuales son compuestos generados a partir de la adherencia de las sustancias húmicas a los minerales de arcilla, que ocurre normalmente en los suelos. Las sustancias húmicas están compuestas por grupos carboxílicos y fenólicos que, al unirse con los minerales arcillosos y dependiendo del pH, saturan las cargas positivas de éstos formando el complejo. Los grupos orgánicos mencionados pueden unirse a cationes presentes en el medio, formando un enlace entre un radical orgánico negativo y un mineral de arcilla negativo (Das et al., 2019; Chotzen et al., 2016).

Abonos como el compost, la gallinaza, el lombricompost y el estiércol son los más utilizados para el componente orgánico de las EOM, ya que mejoran los procesos de nitrificación y desnitrificación en el suelo, aportan amoniaco y nitratos y mejora la nutrición de las plantas (Agegnehu et al., 2016). En cuanto a la fracción mineral, la zeolita se ha destacado debido a su eficiencia en el uso del N en el suelo, gracias a su alta CIC y a su estructura cristalina, por lo tanto, ha sido útil en la reducción de la lixiviación de nitratos debido a la retención de humedad y del amonio (Gholamhoseini et al., 2013;). Por su parte, el uso de la bentonita en la agricultura se ha orientado hacia su efecto sobre el uso eficiente del N en viarios suelos (Shen et al., 2020; Chu et al., 2020), y en propiedades químicas en suelos salino-sódicos (Shaygan et al., 2017)

En Colombia, poco se ha evaluado la aplicación de EOM para el mejoramiento de las propiedades físicas y químicas del suelo; las investigaciones se han enfocado a la utilización de zeolita (Obregón- Portocarrero et al., 2016). Por lo anterior, como hipótesis se plantea que la aplicación de EOM, como la montmorillonita como fracción mineral, y lombricompost y gallinaza como fracción orgánica, a dos inceptisoles de las zonas plana y de ladera del Valle del Cauca, reducirá la lixiviación de N y, a su vez, la pérdida de agua; además de mejorar las propiedades físicas y químicas de ambos suelos. Por tanto, el objetivo es evaluar la aplicación de EOM en la disminución de la lixiviación de N en dos inceptisoles.

La investigación se lleva a cabo en el invernadero del Laboratorio de Aguas y Suelos Agrícolas (LASA) de la Universidad del Valle, ubicado en el municipio de Santiago de Cali, Valle del Cauca, a 979 msnm, 3°22’22,29” N y 76°31’49,22” O. La temperatura y precipitación promedio anual es de 25°C y 909 mm, respectivamente. Los suelos utilizados se clasifican taxonómicamente como Andic Dystrudepts ácido (N 3° 37’ W 76° 37’) y Fluventic Haplustepts básico (N 3° 26’ W 76° 27’) (IGAC y CVC, 2004).

El suelo ácido tiene una textura franco arcillo arenosa, pH fuertemente ácido, alto contenido de MOS, alto contenido de N total y alta CIC, originario del Corregimiento El Palmar, municipio de Dagua. El suelo básico presenta pH neutro, textura arcillosa, porcentaje de N alto, MOS medio, y alta CIC, proveniente de la vereda Caucaseco, municipio de Candelaria (Fernandez 2006; Porta et al., 2014) (Tabla 1).

Tabla 1

Las EOM se elaboraron a partir de lombricompost y gallinaza como componentes orgánicos y la bentonita cálcica (Montmorillonita) proveniente de Tuluá-Valle del Cauca, como componente mineral. El lombricompost tuvo como materia prima estiércol de vaca (95.0 %) y residuos de cocina (5.0 %). La gallinaza fue producto del compostaje de la mezcla de estiércol de aves de corral con aserrín (Tabla 2).

Tabla 2

Se realiza un diseño experimental completamente al azar estableciendo 9 tratamientos y un testigo por suelo, con tres repeticiones cada uno. Los tratamientos consisten en tres proporciones de mezcla entre lombricompost y montmorillonita para el suelo ácido (LP1: 1:1; LP2: 1.2:1; LP3: 1.25:1), para el suelo básico (LP1: 1.20:1; LP2: 1.25:1; LP3: 1.22:1); tres proporciones de mezcla entre gallinaza y montmorillonita para el suelo ácido (GP1: 0.64:1; GP2: 0.79:1; GP3: 0.87:1), para el suelo básico (GP1: 0.82:1; GP2: 0.86:1; GP3: 0.97:1); solo lombricompost (Lom), solo gallinaza (Gal), solo montmorillonita (Mon), y control (Control). Cada tratamiento, dependiendo del tipo de suelo, tiene 3.0 kg de suelo ácido, o 4.1 kg de suelo básico, y urea (150 kg/ha de N). Las proporciones de enmienda fueron establecidas tomando como referencia las investigaciones de Gholamhoseini et al. (2013) y Leggo et al. (2006). Al tratamiento Control solo se le adiciona urea.

Los lisímetros de drenaje consisten en columnas de policloruro de vinilo (PVC) de 35 cm x 15.2 cm unidas con silicona a embudos plásticos. En la parte superior e inferior de cada columna se acopla una placa plástica con perforaciones múltiples de 6.3 mm para garantizar la uniformidad del riego y la recolección completa del lixiviado. El embudo condujo el líquido hacia una manguera de polietileno para riego de 2.5 cm de diámetro conectada a recipientes plásticos con capacidad de 200 mL, que a su vez se disponen dentro de recipientes plásticos de 11 litros evitando el contacto con la luz y la pérdida de lixiviado en caso de derrame. Entre el suelo y la placa perforada inferior se adiciona una capa de 2 cm de grava gruesa para evitar la pérdida del suelo. Los lisímetros se soportaron con bases construidas con ángulos de acero de 2.5 cm, a 80 cm del suelo.

Dentro del lisímetro, los materiales se distribuyen así: 2 cm de grava en la base, suelo tamizado por 2 mm, EOM mezclada con los primeros 10 cm de suelo a capacidad de campo, y el fertilizante. Los materiales de la EOM fueron mezclados entre sí antes de mezclarlos con el suelo.

Durante la fase experimental (100 días) se hace seguimiento a la humedad gravimétrica dos veces por semana, con el fin de mantener el suelo a capacidad de campo, cuyo valor es de 29.65 % para el suelo ácido, y 45.95 % para el suelo básico. El riego depende exclusivamente del balance hídrico, en el que se utiliza un coeficiente de cultivo (Kc) igual a 1.24 (M. Daza et al., 2017) como referencia y un factor de tanque de 0.75 (Allen, 2006). Se aplican 4265.6 mL de agua en total.

Se registra el volumen semanal y total lixiviado de cada tratamiento. Los lixiviados son almacenados a 4 °C hasta la determinación de amonio y nitrato por el método Kjeldahl modificado y extracción por cloruro de potasio 2N y cuantificación potenciométrica (Instituto Geográfico “Agustín Codazzi”, 2006).

Se realiza un balance de N de los lixiviados. Como entradas se tienen en cuenta el fertilizante urea, el lombricompost, la gallinaza y la montmorillonita. La estimación del N total (kg/ha) en los materiales de las enmiendas se realiza utilizando ecuación 1 (Navarro García y Navarro García, 2013):

Ec. 1

Donde: TA: cantidad aplicada (kg); % N: porcentaje de N; A: área del cilindro (ha). El valor obtenido se multiplica por 0.05 para estimar el N asimilable. Debido a que el agua de riego era potable, el N en ella se considera despreciable. Las concentraciones de amonio (mg/kg) y nitrato (mg/kg) se multiplicación por la suma del peso del suelo (kg) y la EOM (kg) en el lisímetro, dividido por el área del lisímetro (ha) y, multiplicado finalmente por 1x10^-6 para obtener las cantidades de cada tratamiento en kg/ha.

Al finalizar el experimento se toman muestras de suelo de cada lisímetro a una profundidad de 5 cm desde la superficie, las cuales son secadas en horno a 105 °C y tamizadas para obtener partículas de 2 mm. Se determina humedad a capacidad de campo por método de tensión, densidad aparente por método del cilindro, pH por Potenciómetro relación 1:1 y N total por método Kjeldahl (IGAC, 2006).

La distribución normal de los datos se verifica por medio del gráfico q-q. También se realiza un análisis de homogeneidad de varianzas por Levene. Las diferencias significativas entre tratamientos se establecen por la prueba de Tukey, con un nivel de confianza del 95.0 %. Se utilizó el programa estadístico R 3.3.2 (R Core Team, 2015).

Las enmiendas órgano-minerales favorecen la retención de agua y amonio en ambos suelos, sin embargo, el suelo ácido muestra mayores porcentajes de nitrógeno total en la muestra final. La mezcla de lombricompost y montmorillonita es más efectiva en la retención de agua a diferencia de la mezcla entre gallinaza y montmorillonita, aunque lixivian mayores concentraciones de amonio y nitrato. En el suelo básico la frecuencia de riego y el pH afectan el proceso de nitrificación evidenciando mayor lixiviación de amonio que de nitrato. Además, los tratamientos de EOM con gallinaza registran que, a mayor proporción de enmienda, hay menor lixiviación de amonio.

La mezcla entre lombricompost y montmorillonita en el suelo ácido propicia la retención de agua debido al pH y la posible formación de complejos órgano-minerales, la baja densidad aparente, y la macroestructura migajosa que presenta en comparación con los tratamientos que tuvieron gallinaza, en los que se forman agregados grandes que contribuyen a la formación de flujos preferenciales.

La formación de complejos órgano minerales se ve favorecida por el tipo de abono orgánico, la estructura de la enmienda órgano-mineral, el pH, y el mineral de arcilla; estos factores influyen significativamente en la reducción de las pérdidas de agua.