Mineralización y estabilización de residuos de raíces de soja, maíz y sorgo en distintas fracciones del carbono orgánico total del suelo

Abstract

Normalmente se denomina a las raíces “la mitad oculta” de las plantas. Las raíces representan un importante porcentaje del carbono que ingresa y se estabiliza en el suelo. A pesar de su importancia, el conocimiento acerca de los factores que modifican su comportamiento es aún limitado. La hipótesis planteada fue que la distribución del carbono de residuos de raíz entre formas estabilizadas y mineralizadas es dirigida por la composición de la raíz y de las propiedades del suelo. El objetivo general de este trabajo fue estudiar la estabilización y mineralización de raíces de soja, maíz y sorgo en suelos con diferentes características edáficas de la región central de Argentina. Para ello, se caracterizó la mineralización de la materia orgánica del suelo (MOS) en diferentes suelos representativos de la variabilidad edáfica de la provincia de Córdoba en la región central de Argentina. Se evaluaron las relaciones existentes entre los atributos edafo-climo-topográficos y la mineralización de la MOS a corto plazo. En segundo lugar, mediante incubaciones de suelo con adición de raíces de soja, maíz y sorgo se examinó la relación de la composición de raíces y las propiedades del suelo con la mineralización de residuos de raíz a corto plazo, así como las interacciones suelo-raíz existentes. En tercer lugar, utilizando tanto incubaciones como fraccionamiento físico y químico de la MOS se evaluó el efecto de la adición de raíces sobre la distribución del C en distintas fracciones de la MOS. Por último, se utilizó un modelo de simulación (EPIC) y se predijo la mineralización de MOS y de C de raíces en las incubaciones. Los resultados mostraron que en los suelos se mineralizó entre un 2 % y un 31 % del C orgánico. La mineralización de la MOS de los suelos de la región central de Argentina fue dirigida de manera conjunta por propiedades edáficas, en especial la textura, el P y Cu extractables y la MOS. Se generaron mapas temáticos, de utilidad para diferenciar los suelos de acuerdo a su potencialidad y velocidad de mineralización del C de la MOS. Se mostró que con información de suelo y de raíz es posible predecir de manera satisfactoria la mineralización de las raíces en diferentes suelos. Se observó interacción entre el suelo y el tipo de raíz. Las raíces con más celulosa se mineralizaron más en los suelos de menor pH. El contenido de N total de los suelos se correlacionó fuertemente con la mineralización de C de raíces. Aquellas con mayor contenido de fracción soluble (sorgos) presentaron mayor mineralización de C que las con menor contenido de solubles (soja y maíz), que además mostraron una fase de retardo en los primeros días de incubación. En cuanto a la estabilización de C, la incorporación de C al suelo a partir de raíces mostró que, en los 175 días que duró el experimento, la fracción que reflejó mayores cambios cuantitativos fue la del carbono ubicado en la fracción >53 micras. Este patrón se replicó en todos los suelos con la adición de raíces de soja y maíz. Los suelos con mayor contenido de arcillas presentaron una tendencia a incrementar el C en la fracción<53 micras. La adición de raíces de soja y maíz también incrementó de manera significativa el C en ácidos fúlvicos y el C en ácidos húmicos. Los suelos tratados con raíz de sorgo mostraron en algunos suelos mayor tasa de polimerización que los residuos de soja y maíz. Este comportamiento sería compatible con la estabilización del C por procesos microbianos. La intensa mineralización ocurrida en los primeros días en los suelos con adición de raíces de sorgo aporta evidencia para esta hipótesis de estabilización biológica del C del suelo, y no sólo por provenir de estructuras recalcitrantes. La composición bioquímica de las raíces estuvo asociada a diferente estabilización y mineralización de C. Si bien EPIC subestimó el C mineralizado tanto para la MOS como para las raíces, captó de manera satisfactoria el efecto del suelo para modificar la mineralización de las raíces, por ello aportó resultados promisorios para ser utilizado en el modelado de la mineralización de C en experimentos de condiciones controladas.

The roots are usually called "the hidden half" of plants. The roots represent a significant percentage of the carbon that enters and stabilizes in the soil. Despite its importance, knowledge about the factors that modify its behavior is still limited. The hypothesis raised was that the distribution of carbon from root residues between stabilized and mineralized forms is directed by the composition of the root and soil properties. The general objective of this work was to study the stabilization and mineralization of soya, corn and sorghum roots in soils with different edaphic characteristics of the central region of Argentina. For this, the mineralization of soil organic matter (SOM) was characterized in different soils representative of the edaphic variability of the province of Córdoba, in the central region of Argentina. Existing relationships between the edafo-climate-topographic attributes. and short term SOM mineralization were evaluated. Secondly, by means of soil incubations with the addition of soy roots, corn and sorghum, the relationship of the composition of roots and the properties of the soil with the mineralization of short-term root residues was examined, as well as the soil-root interactions existing. Thirdly, using both incubations and physical and chemical fractionation of the SOM, the effect of adding roots on the distribution of C in different fractions of the SOM was evaluated. Finally, a simulation model (EPIC) was used and the mineralization of SOM and root C in the incubations was predicted with it. The results showed that between 2% and 31% of the organic soil C was mineralized. The mineralization of the SOM of the soils of the central region of Argentina was jointly directed by edaphic properties, especially the texture, the extractable P and Cu and the SOM. Thematic maps were generated, useful for differentiating soils according to their potential and speed of SOM-C mineralization. It was shown that with soil and root information it is possible to satisfactorily predict the mineralization of the roots in different soils. Interaction between soil and root type was observed. Roots with more cellulose became more mineralized in lower pH soils. The total N content of the soils was strongly correlated with the mineralization of C roots. Those with higher soluble fraction content (sorghum) had higher C mineralization than those with lower soluble content (soy and corn), which also showed a delay phase in the first days of incubation. Regarding the stabilization of C, the incorporation of C to the soil from roots showed that, in the 175 days that the experiment lasted, the fraction that reflected the greatest quantitative changes was that of carbon located in the fraction> 53 microns. This pattern was replicated in all soils with the addition of soy and corn roots. The soils with higher clays content showed a tendency to increase the C in the fraction <53 microns. The addition of soy and corn roots also significantly increased C in fulvic acids and C in humic acids. Soils treated with sorghum root showed in some soils a higher polymerization rate than soybean and corn residues. This behavior would be compatible with the stabilization of C by microbial processes. The intense mineralization that occurred in the first days in soils with the addition of sorghum roots provides evidence for this hypothesis of biological stabilization of soil C, and not only because it comes from recalcitrant structures. The biochemical composition of the roots was associated with different stabilization and mineralization of C. Although EPIC underestimated the mineralized C for both the SOM and the roots, it satisfactorily captured the effect of the soil to modify the mineralization of the roots, therefore provided promising results to be used in the modeling of C mineralization in laboratory experiments.