Fijación de amonio en seis suelos de la VIII Region de Chile (página 2)

MATERIALES Y METODOS

Los suelos usados en
esta experiencia se seleccionaron de acuerdo al tipo de arcilla
predominante, según Guerra (1973),
Besoain et al. (1984) y Besoaín et al. (1987) y Delgado,
(1983). Estos suelos corresponden a las series Diguillín
(medial, térmica, Typic Melanoxerands), Santa
Bárbara (medial, mésica, Typic Haploxerands),
Collipulli (muy fina, mixta, térmica, Typic Rhodoxeralfs),
San Carlos (fina, mixta, térmica, Ultic Palexeralf),
Cauquenes (fina, caolinítica, isomésica, Ultic
Palexaralfs) y Quella (fina, smectítica, térmica,
Aquic Durixererts). Se colectaron 6 muestras superficiales (0-25
cm) por cada serie. Las muestras fueron secadas al aire y tamizadas
a través de una malla de 2 mm. También se
anotó el uso actual de cada lugar de muestreo.

Estos suelos fueron caracterizados en las siguientes
propiedades físicas y químicas: textura (USDA),
densidad
aparente (DA), pH agua (1:2,5),
materia
orgánica (MO), N-NO3, N-NH4
intercambio, N-total, P-Olsen, cationes de intercambio (K, Ca,
Na, Mg y Al). La capacidad de intercambio catiónica
efectiva (CICE) se calculó sumando los cationes de
intercambio.

El NH4+ nativo fijado se
determinó tratando los suelos con KOBr para eliminar el N
orgánico y el NH4+ de intercambio
antes de la digestión con una mezcla HF:HCl, siguiendo el
método A
de Silva y Bremner (1966), pero aumentando la dosificación
de KOBr al doble (40 mL g-1) debido al alto contenido
de MO de algunas muestras. Este método ha sido reconocido
como el que presenta los valores
más exactos y libres de defectos (Paramasivam y
Breitenbeck, 1994). El procedimiento
usado para determinar la capacidad total de fijación de
NH4+ fue el de saturación con
NH4Cl, seguido del método mencionado
anteriormente. La capacidad de fijación inducida de
NH4+ se obtuvo por diferencia entre la
capacidad total de fijación y el contenido de
NH4+ nativo fijado. El N orgánico se
calculó por diferencia entre el N total y N
inorgánico (suma del NH4+ fijado, de
intercambio y del NO3-).

Las variables
físicas y químicas de los suelos se sometieron a
análisis de correlación simple y de
regresión múltiple stepwise (SYSTAT Inc. USA) con
el fin de identificar las propiedades que se relacionan con el
contenido de NH4+ nativo fijado y con las
capacidades de fijación inducida y total.

RESULTADOS Y
DISCUSIÓN

Amonio nativo fijado y distribución del N del suelo

Las distintas fracciones del N de las 36 muestras de
suelos se indican en el Cuadro 1. El contenido de
NH4+ nativo fijado fluctuó entre 0 y
41 mg kg-1 N-NH4, constituyendo esta
fracción como máximo hasta un 68% del N mineral y
3% del N total del suelo. Estos
valores son
inferiores a los informados en la literatura (Dalal, 1977;
Sowden et al., 1978; Kudeyarov, 1981; Doram y Evans, 1983;
Paramasivam y Breitenbeck, 1994; Steffens y Sparks, 1997), tanto
en relación al rango de 7 a 1946 mg kg-1 de
N-NH4 nativo fijado como a los porcentajes que
representa esta fracción en relación al N mineral
(60 al 98%) y al N total (1 al 48%).

Cuadro 1. Contenido de amonio
nativo fijado y distribución de las diferentes fracciones
del nitrógeno del suelo.
Table 1. Fixed native ammonium content and distribution of
the different soil nitrogen fractions.

1 l = Desviación
estándar.

Los suelos alofánicos de las series
Diguillín y Santa Bárbara, derivados de cenizas
volcánicas recientes (andisoles), presentaron los menores
contenidos de N-NH4 nativo fijado, con valores
promedios de 1,1 y 2,5 mg kg-1, respectivamente. En
las muestras de las otras series de suelos esta fracción
presenta promedios de 5,9; 8,5; 9,3 y 15,9 mg kg-1,
correspondientes a las series Collipulli, Quella, San Carlos y
Cauquenes.

Los contenidos promedio de NH4+
nativo fijado se relacionaron en cierto grado con las arcillas
predominantes en los distintos suelos (Cuadro 2), puesto que,
según Kudeyarov (1981), el poder de
fijación es casi nulo en el alofán, bajo en las
arcillas 1:1 (haloisita, metahaloisita, caolinita) y mayor en las
arcillas 2:1 (illita, vermiculita, montmorillonita). La
excepción a esta tendencia se presentó en la serie
Quella, en la que predominan arcillas 2:1, que debería
haber tenido los valores mayores. El hecho que el contenido de
NH4+ nativo fijado no se haya relacionado
directamente con la mineralogía de la fracción
arcilla puede deberse a que su contenido puede modificarse por el
manejo. Se ha encontrado que los suelos cultivados tienen menos
NH4+ nativo fijado que los suelos no
cultivados o de praderas (Sowden et al., 1978), pero más
que los suelos de bosques (Baethgen y Alley, 1987) y los suelos
sin leguminosas menos que los con leguminosas (Baethgen y Alley,
1987).

Cuadro 2. Predominancia relativa
de minerales
silícicos secundarios y primarios en la fracción
arcilla en cada serie de suelo1
Table 2. Relative predominance of secondary and primary
siliceous minerals in each soil series

Valores de frecuencia: 5 = dominante; 4 =
abundante; 3 = común; 2 = presente; 1 = escaso o raro.
1 Fuente: Besoain et al. (1984), Besoain et
al. (1987).
2 CAO: caolinita; HAL: haloisita;
ESM: esmectita; VER: vermiculita; CLO:
clorita; ILL: illita; ALO/IMO:
alofán/imogolita; GIB: gibbsita; GOE:
goethita; CUA: cuarzo; FEL: feldespato; CRI:
cristobalita.

Excluyendo los suelos alofánicos Diguillín
y Santa Bárbara, debido a su nulo o bajo contenido, el
contenido promedio de NH4+ nativo fijado
fue mayor en suelos con espino (Acacia caven) (23,6 mg
kg-1) seguido en orden decreciente por los suelos de
praderas (11,9 mg kg-1), cultivos anuales y rastrojos
(7,1 mg kg-1), bosque y matorrales (6,4 mg
kg-1), tendencia que concuerda con lo informado por
los autores mencionados.

Fijación inducida y capacidad total de
fijación de NH4+

Los valores de fijación inducida y capacidad
total de fijación de NH4+,
determinados en las 36 muestras de suelo se presentan en el
Cuadro 3, expresados en mg kg-1 N y kg ha-1
de N.

Cuadro 3. Contenido de amonio
nativo fijado y capacidades de fijación inducida y total
de las 36 muestras de suelos.
Table 3. Fixed native ammonium content, and artificial and
total fixing capacities of the 36 soil samples.

1l = Desviación
estándar

La fijación inducida, medida como la diferencia
entre NH4+ nativo fijado y el
NH4+ fijado después de saturar las
muestras con NH4Cl y que representa la fijación
máxima que puede ocurrir en terreno cuando se aplica un
fertilizante amoniacal, varió de 0,1 a 73 mg N
kg-1 (0,2 a 227 kg N ha-1), correspondiendo
los valores menores a un suelo de la serie Santa Bárbara y
los mayores a un suelo de la serie Quella.

La capacidad total de fijación, por su parte,
varió de 0,3 a 81 mg N kg-1 (desde 0,7 a 252 kg
N ha-1), también con los valores más
bajos en los suelos alofánicos y con los valores
máximos en un suelo Quella.

Al igual que en el caso del NH4+
nativo, los suelos alofánicos presentaron muy bajas
capacidades de fijación inducida y total, con valores
promedio por serie que no superaron 2,3 mg N kg-1 (6
kg N ha-1) y 4,1 mg N kg-1 (9 kg N
ha-1), respectivamente. En los suelos no
alofánicos los valores promedio por serie, de la
fijación inducida, fluctuaron entre 18 y 38 mg N
kg-1 (61 y 131 kg N ha-1) y los valores de
la capacidad total de fijación entre 23 y 47 mg N
kg-1 (81 y 163 kg N ha-1). La serie
Collipulli presentó los valores menores y la serie San
Carlos los mayores (Figura 1). 

Figura 1. Valores
promedio, por serie de suelo, de los contenidos de amonio nativo
e inducido fijados. (DG: Diguillín; SB: Santa
Bárbara; CLL: Collipulli; SC: San Carlos; CQ: Cauquenes;
QU: Quella).
Figure 1. Mean values of the native and artificially fixed
ammonium per soil series. (DG: Diguillín; SB: Santa
Bárbara; CLL: Collipulli; SC: San Carlos; CQ: Cauquenes;
QU: Quella).

Las capacidades de fijación inducida y total de
estos suelos también aparecen como bajas si se comparan
con los valores informados en la literatura, los cuales alcanzan
máximos de 937 mg N kg-1 y de 1324 mg N
kg-1, respectivamente (Cox et al., 1996). Estas
diferencias pueden deberse a que, en la mayoría de los
estudios se utilizan suelos que, a diferencia de los suelos de la
VIII Región, tienen un alto contenido de arcillas 2:1 de
elevado poder de fijación.

Relación entre la fijación de amonio y
las propiedades del suelo

Solamente se analizaron los datos
correspondientes a los suelos de las series no alofánicas.
Se excluyeron los suelos alofánicos por presentar una nula
o muy baja capacidad de fijación. El análisis de
correlación simple (Cuadro 4) indicó que el
contenido de NH4+ nativo fijado sólo
se asoció con el contenido de NO3-
del suelo. Por otra parte, no hubo correlación con las
capacidades de fijación inducida y total, lo que concuerda
con lo encontrado por Sowden et al. (1978). La escasa
correlación entre el NH4+ nativo y
las propiedades del suelo se atribuyen al hecho que la cantidad
de NH4+ nativo fijado se modifica, como se
mencionó anteriormente, con el manejo al que ha estado
sometido el suelo.

Cuadro 4. Coeficientes de
correlación significativos (P£ 0,05) entre la cantidad de amonio
nativo fijado, las capacidades de fijación inducida y
total y las propiedades de las 24 muestras de suelos no
alofánicos.
Table 4. Significant correlation coefficients
(P£ 0.05)
between the amount of fixed native ammonium, the artificial and
total fixing capacities and the properties of the 24 samples of
non-alophanic soils.

1 ns = no
significativo
2 CIC efectiva = Suma de bases + Al
intercambio

Las capacidades de fijación inducida y total se
asociaron fuertemente entre sí y ambas con los cationes de
intercambio Ca, Mg y Na y, además, con la CICE. Doram y
Evans (1983) también encontraron una correlación
positiva entre la capacidad de fijación inducida y la
CICE. Estos cationes de intercambio son justamente los que
provocan una expansión interlaminar de las capas de
arcillas, promoviendo así el ingreso del
NH4+ a los espacios interlaminares y su
fijación (Adams y Stevenson, 1964).

Dado que NH4+ y K son fijados por
las arcillas por el mismo mecanismo, ambos iones compiten por los
lugares de fijación y el K tiene un efecto depresivo sobre
la fijación de NH4+ (Nômmik,
1981). Cabe señalar, que ninguna de las fracciones de
NH4+ fijado se correlacionó
significativamente con el contenido de K del suelo. Al respecto,
Lumbanraja y Evangelou (1994) señalaron que estos
cationes, K y NH4+ no son como usualmente
se cree verdaderos análogos respecto a las reacciones de
cambio en los
suelos. Estos resultados sugieren que es muy difícil
predecir el comportamiento
de fijación del K o NH4+ en base a
tamaño iónico y carga. En consecuencia, se requiere
mayor experimentación para tener certezas sobre
predicciones de intercambio o fijación en suelos con
mineralogías y propiedades muy distintas.

En el Cuadro 5 se presentan los modelos que
entregó el análisis de regresión
múltiple. Toda la variación del contenido de
NH4+ fijado nativo es atribuible al
contenido de NO3-, aunque esta variable
explica sólo el 14% de la variación; ninguna otra
propiedad del
suelo contribuyó significativamente a la regresión.
La variación de la capacidad de fijación inducida
de NH4+ se explica, en un 64%, por los
contenidos de Na de intercambio, limo y MO, mientras que el
modelo que
incluye Na, Ca y Al de intercambio, MO y relación C/N
explica el 76% de la variación de la capacidad total de
fijación de NH4+.

Cuadro 5. Modelos de
regresión múltiple que asocian las distintas
fracciones de amonio fijado con las propiedades de las 24
muestras de suelos no alofánicos.
Table 5. Multiple regression models that associate the
different fixed ammonium fractions and the properties of the 24
samples of non-alophanic soils.

R2: coeficiente de
determinación. P: probabilidad. MO:
materia orgánica

En estas dos últimas regresiones, el Na aparece
como la variable de mayor peso, explicando el 47% de la
variación de la fijación inducida y el 40% de la
variación de la fijación total. Este efecto del Na
seguramente se debe a que este catión presenta el mayor
radio
iónico hidratado de todos los cationes de intercambio y
por lo tanto produce una mayor expansión del espacio
interlaminar de los cristales de arcillas expandibles.

El contenido de arcilla no presentó
correlación significativa con las distintas fracciones de
NH4+ fijado ni integró los modelos
de regresión múltiple. Este hecho posiblemente se
debe a que la fracción arcilla de las diferentes series de
suelo está compuesta por proporciones distintas de
minerales fijadores y minerales de bajo poder de fijación
y, además, a que otras fracciones del suelo, tales como el
limo y la arena pueden presentar algún grado de
fijación (Kowalenko y Ross, 1980). En las series de suelos
no alofánicos, el poder de fijación total (Figura
1) aparentemente se relaciona con el contenido de arcillas
expandibles, excepto en la serie San Carlos que no presenta este
tipo de arcillas, pero que contiene abundante feldespato (Cuadro
3), mineral que también participa en la fijación de
NH4 (Adams y Stevenson, 1964).

Disponibilidad del amonio fijado

El NH4+ nativo fijado se considera
menos disponible que el NH4 inducido fijado.
Dependiendo de las características del suelo, de un 12-18%
de la fracción nativa y de un 64-98% de la fracción
inducida del NH4+ fijado por el suelo
pueden ser utilizados por las plantas, bacterias
nitrificantes y/o microorganismos heterotróficos durante
una estación de crecimiento (Kudeyarov, 1981; Mengel y
Scherer, 1981; Liang y MacKenzie, 1994; Breitenbeck y
Paramasivam, 1995; Steffens y Spark, 1997).

Considerando el valor
máximo de disponibilidad anteriormente indicado (18%) y
aplicándolo a las 36 muestras de suelos estudiados (Cuadro
6), el NH4+ nativo podría aportar de
0 a 32 kg N ha-1. El aporte es prácticamente
nulo en los suelos alofánicos, no superando 2,3 kg N
ha-1, con promedios de 0,5 en la serie
Diguillín y de 0,9 kg N ha-1 en la serie Santa
Bárbara. En los suelos no alofánicos, la
disponibilidad del NH4+ nativo fijado puede
ser mayor, aunque baja, con promedios por serie de 3,7 a 12 kg N
ha-1, correspondiendo el valor menor a la serie
Collipulli y el valor mayor a la serie Cauquenes.

Cuadro 6. Disponibilidad del
amonio nativo fijado y del fijado en forma artificial, al aplicar
los porcentajes máximos informados en la literatura*
Table 6. Availability of native and artificially fixed
ammonium, according to the maximum percentages reported in the
literature

* Amonio nativo fijado = 18% (Breitenbeck
y Paramasivam, 1995)
Amonio inducido fijado = 99% (Kowalenko y Ross, 1980).

Basándose en estos valores posibles de
disponibilidad, se puede inferir que el
NH4+ nativo fijado en la estrata arable
(0-25 cm) de los suelos analizados no juega un papel importante
en la nutrición
de los cultivos, especialmente en el caso de los suelos
alofánicos.

En tanto, el NH4+ inducido fijado
puede constituir una reserva del N proveniente de la
mineralización de la MO o de los fertilizantes amoniacales
(Liang y MacKenzie, 1994), que posteriormente será
entregada en forma sostenida a los cultivos durante la etapa de
crecimiento (Nômmik, 1981; Baethgen y Alley, 1987). Por
otra parte, la fijación inducida se puede considerar un
mecanismo útil para reducir las pérdidas del N del
suelo por lavado y desnitrificación (Nômmik,
1981).

Si la capacidad de fijación de
NH4+ se saturara como consecuencia de la
aplicación de fertilizantes amoniacales, la reserva
útil, considerando una disponibilidad del 99%, del
NH4+ inducido fijado sería de 0,2 a
225 kg ha-1 en la estrata arable de los suelos
analizados.

En los suelos alofánicos la cantidad de
NH4+ que puede oscilar entre las formas
fijada y disponible debido a la fijación inducida
sería de 0,2 a 15 kg N ha-1, valores muy bajos
para que este fenómeno participe activamente en el ciclo
del N en el suelo. En los suelos no alofánicos, la
fijación inducida podría ciclar, en valores
promedio por serie, de 60 a 129 kg N ha-1 y participar
activamente en la dinámica del NH4+
proveniente de la fertilización amoniacal o de la
mineralización.

CONCLUSIONES

Se encontraron bajas cantidades de
NH4+ nativo fijado, constituyendo esta
fracción una baja proporción del N
inorgánico y una proporción muy baja del N total de
la estrata superficial de los suelos, especialmente en los suelos
alofánicos. Esto indica que el NH4+
no intercambiable que contienen los suelos no contribuye
significativamente al nitrógeno disponible y a la
nutrición nitrogenada de los cultivos.

La capacidad de fijación inducida es muy baja en
los suelos alofánicos y moderada en los suelos de las
series no alofánicas. En estos últimos suelos, la
fijación inducida puede jugar un papel relevante en la
dinámica del NH4+ proveniente de los
fertilizantes amoniacales.

Aunque la fijación de NH4+
no se asoció con el contenido de arcilla, el
NH4+ nativo fijado y las capacidades de
fijación inducida y total fueron más altos en los
suelos con mayor proporción de arcillas 2:1 y feldespato.
El alofán no participa en el proceso de
fijación.

En los suelos no alofánicos, el contenido de
NH4+ nativo fijado solamente se
asoció con el nitrato, mientras que las capacidades de
fijación inducida y total se relacionaron principalmente
con los cationes de intercambio, especialmente el Na, los cuales
expanden la malla del cristal de arcillas 2:1.

LITERATURA CITADA

Adams Jr., R.S., and F.J. Stevenson. 1964. Ammonium
absorption and release from rocks and minerals. Soil Sci. Soc.
Am. Proc. 16:345-351.

Axley, J.H., and J.O. Legg. 1960. Ammonium fixation in
soils and the influence of potassium on nitrogen availability
from nitrate and ammonium sources. Soil Sci.
90:151-156.

Baethgen, W.E., and M.M. Alley. 1987. Non-exchangeable
ammonium nitrogen contribution to plant available nitrogen. Soil
Sci. Soc. Am. J. 51:110-115.

Bajwa, M.I. 1982. Soil clay mineralogies in relation to
fertility management: Effect of clay mineral types on ammonium
fixation under conditions of wetland rice culture. Agron. J.
74:143-144.

Besoain, E., M. González, y C. Saez. 1984.
Mineralogía de arcillas de algunos suelos de la zona
central de Chile con exclusión de los suelos de cenizas
volcánicas: origen, alteración,
distribución. Sociedad
Chilena de la Ciencia del
Suelo. Boletín Nº4. p. 31-65

Besoain, E., M.A. Sadzawka, y G. Sepulveda. 1987.
Estados de alteración, minerales y propiedades de los
suelos volcánicos. Simiente 57:49-64.

Breitenbeck, G.A., and S. Paramasivam. 1995.
Availability of 15N-labeled non-exchangeable ammonium
to soil microorganisms. Soil Sci. 159:301-310.

Chen, C.C., F.T. Turner, and J.B. Dixon. 1989. Ammonium
fixation by high-charge smectite in selected Texas Gulf Coast
soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 53:1035-1040.

Cox, A.E., B.C. Joern, and C.B. Roth. 1996.
Non-exchangeable ammonium and potassium determination in soils
with a modified sodium tetraphenylboron method. Soil Sci. Soc.
Am. J. 60:114-120.

Dalal, R.C. 1977. Fixed ammonium and carbon-nitrogen
ratios of some Trinidad soils. Soil Sci. 124:323-327.

Delgado, L.A. 1983. Incidencia de la cobertura vegetal
sobre las propiedades, desarrollo y
clasificación de perfiles graníticos del
área de Florida VIII Región. 80 p. Tesis
Ingeniero Agrónomo. Universidad de
Concepción, Facultad de Agronomía, Chillán,
Chile.

Doram, D.R., and L.J. Evans. 1983. Native fixed ammonium
and fixation of added ammonium in relation to clay mineralogy in
some Ontario soils. Can. J. Soil Sci. 63:631-639.

Feigenbaum, S., A. Hadas, M. Sofer, and J.A. Molina.
1994. Clay-fixed labeled ammonium as a source of available
nitrogen. Soil Sci. Soc. Am. J. 58:980-985.

Guerra, O. 1973. Caracterización
mineralógica de algunos suelos del área de
regadío del embalse Coihueco, Chillán. 95 p. Tesis
Ingeniero Agrónomo. Universidad de Concepción,
Facultad de Agronomía, Chillán, Chile.

Keerthisinghe, G., K. Mengel, and S.K. Datta. 1984. The
release of non-exchangeable ammonium (15N labelled) in
wetland rice soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 48:291-295.

Kowalenko, C.G., and G.J. Ross. 1980. Studies on the
dynamics of "recently" clay-fixed NH4+
using 15N. Can. J. Soil Sci. 60:61-70.

Kudeyarov, V.N. 1981. Mobility of fixed ammonium in
soil. Ecol. Bull. (Stockholm) 33:281-290.

Liang, B.C., and A.F. Mackenzie. 1994. Fertilization
rates and clay fixed ammonium in two Quebec soils. Plant and Soil
163:103-109.

Lumbanraja, J., and V.P. Evangelou. 1994.
Adsorption-desorption of potassium and ammonium at low cation
concentrations in three Kentucky subsoils. Soil Sci.
157:269-278.

Marzadori, C., D. Scudellari, B. Maragoni, A. Simoni,
L.V. Antisari, and C. Gessa. 1989. Season variation of interlayer
ammonium in the soil of a peach orchard. Acta Hortic.
383:35-46.

Mengel, K., and H.W. Scherer. 1981. Release of
non-exchangeable (fixed) soil ammonium under field conditions
during the growing season. Soil Sci. 131:226-232.

Nômmik, H. 1981. Fixation and biological
availability of ammonium in soil clay minerals. Ecol. Bull.
(Stockholm) 33:273-279.

Paramasivam S., and G.A. Breitenbeck. 1994. Distribution
of nitrogen in soils of the Southern Mississippi River alluvial
plain. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 25:247-267.

Preston, C.M. 1982. The availability of residual
fertilizer nitrogen immobilized as clay-fixed ammonium and
organic N. Can. J. Soil Sci. 62:479-486.

Silva, J.A., and J.M. Bremner. 1966. Determination and
Isotope-ratio analysis of different forms of nitrogen in soils:
5. Fixed ammonium. Soil Sci. Soc. Am. Proc.
30:587-594.

Smith, S.J., J.F. Power, and W.D. Kemper. 1994. Fixed
ammonium and nitrogen availability indexes. Soil Sci.
158:132-140.

Sowden, F.J., A.A. Mclean, and G.J. Ross. 1978. Native
clay fixed ammonium content and fixation of added ammonium of
some soils of Eastern Canada. Can. J.
Soil Sci. 58:27-38.

Steffens, D., and D.L. Sparks. 1997. Kinetics of
non-exchangeable ammonium release from soils. Soil Sci. Soc. Am.
J. 61:455-461.

Walsh, L.M., and J.T. Murdock. 1960. Native fixed
ammonium and fixation of applied ammonium in several Wisconsin
soils. Soil Sci. 89:183-193.

Williamd, L.B., and R.E. Ferrel Jr. 1991. Ammonium
substitution in illite during maturation of organic matter. Clays
and Clay Minerals 39:400-408.

Luis Longeri S. 2, Iván
Vidal P. 2 y Myriam Fernández D.
2
1Investigación financiada por
Proyecto
FONDECYT 1971004.
2 Universidad de Concepción, Facultad de
Agronomía, Departamento de Suelos. Casilla 537,
Chillán, Chile.