Macroporosity of a typic argiudoll with different cropping intensity under no-tillage

Abstract

Soil macropores are dominant pathways of water flow and their impact on hydraulic properties is directly related to their geometrical and topological characteristics. A number of field and micromorphological analysis have shown that agriculture management under no-tillage promotes the development of a microstructure characterized by platy aggregates and horizontal planes in the topsoil, together with a densification at a subjacent layer, thus raising questions about physical properties and water dynamics under this system of cultivation. Moreover, scarce information is available about the evolution of pore architecture and physical parameters in soils under no-till with different cropping intensity. The objective of this work was to evaluate soil porosity in a silty loam A horizon of a Typic Argiudoll (Monte Buey series) of northern Pampa Region (Argentina) under two no-tilled contrasting managements: Good Agricultural Practices (GAP) –highly intensified cropping sequence including corn and wheat in addition to soybean-, Poor Agricultural Practices (PAP) -simplified crop sequence, with predominance of soybean- and a Natural Environment (NE) as reference. Topsoil porosity was assessed by micromorphology, micromorphometry and water retention curves approach, and the values obtained were related to some physical and chemical variables. Results of the morphological analysis revealed important differences between both agricultural treatments. In the surface layer in GAP, platy aggregates are thick and result from the cohesion of rounded microaggregates of biological origin; in PAP they are thin and dense, resulting mostly from compaction of individual soil particles and small microaggregates. A soil densification is evident in both agricultural treatments at 5-10 cm depth, although the morphology and size of aggregates and pores also differ between them. Micromorphometric analyses have shown differences in total macroporosity as well as in the size, morphology and orientation of macropores between both treatments. Macroporosity values obtained by digital methods were coincidently reflected by the pressure plate method. Porosity variables measured by digital analysis, in particular elongated pores and pore orientation, appear more sensitive than other soil properties (total carbon, aggregate stability, bulk density) in discriminating treatments. Although no-till cultivation led to the formation of platy microstructures and a decrease of soil porosity compared to NE, both agricultural treatments presented optimal values of Ks and water movement was not impaired. As expected, all morphological and analytical soil variables were better in the NE treatment. In addition, it was interesting to verify that the values of several parameters were close or similar between GAP and NE. Even when more intensified crop sequence (GAP) increases machinery traffic, morphological, physical and chemical soil properties were here improved compared to PAP. In this case, the higher proportion of different graminea into the agricultural cycle, besides its effect on the development of root biopores, seems to promote a higher fauna activity which effectively counteracts the vertical mechanical compression produced by traffic. These results suggest that, in addition to the known benefits of non-tillage on soil conservation, the improvement of various soil properties could be achieved by integrating this method of cultivation with suitable agricultural managements.

Los macroporos del suelo son vías preferenciales del flujo de agua y su impacto sobre las propiedades hidráulicas está directamente relacionado con sus características geométricas y topológicas. Numerosos análisis micromorfológicos y de campo han demostrado que manejos agrícolas bajo siembra directa (SD) promueven el desarrollo de una microestructura caracterizada por agregados laminares y poros planares en el estrato superior del suelo, asociado a una densificación en el estrato subyacente, planteando, de esta forma, incertidumbres sobre la dinámica de las propiedades físicas y la dinámica del agua bajo este sistema de cultivo. Además, es escasa la información sobre la evolución de la arquitectura poral asociada a parámetros físicos en suelos bajo SD con diferentes manejos agrícolas. El objetivo de este trabajo fue evaluar la porosidad del suelo en el horizonte A franco limoso de un Argiudol Típico (serie Monte Buey) de la región norte de la Pampa (Argentina) bajo dos intensidades de cultivo contrastantes bajo SD: Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) – secuencia altamente intensificada incluyendo los cultivos de maíz y trigo además de la soja-, Malas Prácticas Agrícolas (MPA) –secuencia de cultivos simplificada con predominio de soja- y un Ambiente Natural (AN) como referencia. La porosidad del estrato superficial fue evaluada mediante análisis micromorfológicos, micromorfométricos y a partir de la determinación de curvas de retención hídrica. Además se evaluaron diversas variables hidrofísicas. Los resultados del análisis morfológico revelaron diferencias importantes entre ambos tratamientos agrícolas. En el estrato superior de BPA, los agregados laminares son de gran tamaño y resultan de la cohesión de microagregados redondeados de origen biológico; en MPA son de menor tamaño, densos, resultantes principalmente de la compactación de partículas individuales y pequeños microagregados. En el estrato 5-10 cm, la densificación del suelo es evidente en ambos tratamientos agrícolas, si bien la morfología y el tamaño de los agregados y poros difieren entre ellos. Los análisis micromorfométricos mostraron diferencias en la macroporosidad total, así como en el tamaño, morfología y orientación de los macroporos entre ambos tratamientos agrícolas. Los valores de macroporosidad obtenidos por métodos digitales fueron coincidentes con el método de curvas de retención hídrica. Además, las variables de porosidad determinada por análisis digitales, en particular los poros alargados y la orientación de dichos poros, parecen más sensibles que otras propiedades del suelo (carbono total, estabilidad del agregado, densidad aparente) para discriminar los tratamientos. Aunque la SD dio lugar a la formación de microestructuras laminares y una disminución de la porosidad del suelo en comparación con el AN, ambos tratamientos agrícolas presentaron valores óptimos de Ks, no afectando el movimiento del agua. Como era de esperar, todas las variables morfológicas y analíticas del suelo fueron mejores en el Ambiente Natural. Además, fue interesante verificar que los valores de varios parámetros fueran cercanos o similares entre BPA y AN. Incluso cuando la secuencia de cultivo más intensificada (BPA) aumenta el tráfico de maquinaria, varias propiedades morfológicas, físicas y químicas del suelo se ven favorecidas. En este caso, la mayor proporción de gramíneas en el ciclo agrícola, además de su efecto sobre el desarrollo de bioporos radiculares, parece promover una mayor actividad de la fauna, la cual contrarresta eficazmente la compresión mecánica vertical producida por el tráfico. Estos resultados sugieren que, además de los beneficios conocidos de la SD en la conservación del suelo, es posible la mejora de varias propiedades edáficas asociando este sistema de cultivo con manejos agrícolas adecuados.