Silicate rock remineralizers sustain soil potassium availability and irrigated rice yield in subtropical agroecosystems

Resumen Técnico: Remineralizadores de Rocas Silicáticas en Sistemas de Arroz Irrigado Subtropical

Planteamiento del Problema
La producción de arroz irrigado brasileña, un componente crítico de la seguridad alimentaria nacional, enfrenta desafíos significativos en cuanto al manejo del potasio (K). Los suelos hidromórficos del sur de Brasil, principalmente Albaqualfs, poseen una baja capacidad de intercambio catiónico (CIC) e insuficientes reservas nativas de K para mantener altos rendimientos (que a menudo superan los 8 Mg ha⁻¹). En consecuencia, el sistema agrícola depende fuertemente de la fertilización mineral. Actualmente, aproximadamente el 80% de los fertilizantes utilizados en Brasil son importados, siendo el cloruro de potasio (KCl) la fuente de K dominante. Esta dependencia crea vulnerabilidad económica debido al aumento de los costos internacionales y a las preocupaciones ambientales asociadas con los fertilizantes altamente solubles, como las pérdidas por lixiviación. Si bien los polvos de rocas silicáticas (remineralizadores) ofrecen una alternativa potencial al proporcionar K junto con otros nutrientes y mejorar la química del suelo, los datos de campo que validen su eficacia como reemplazo directo del KCl en sistemas de arroz irrigado subtropical siguen siendo escasos.

Metodología
Para abordar esta brecha de conocimiento, se llevó a cabo un experimento de campo durante la temporada de cultivo 2023/24 en cuatro sitios del sur de Brasil (Capão do Leão, Rio Grande y Camaquã, Rio Grande do Sul). El estudio utilizó un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones para evaluar seis tratamientos de fertilización potásica:

1. T1: Sin fertilización con K (Control).
2. T2: Cloruro de Potasio (KCl) (Manejo convencional).
3. T3: Fonolita.
4. T4: Siena.
5. T5: Siena nefhelina.
6. T6: Esquisto micáceo.

Los tratamientos de rocas silicáticas (T3–T6) se aplicaron a tasas equivalentes a tres veces la tasa recomendada de KCl basada en el contenido total de K, considerando su baja solubilidad en agua (<1%) en comparación con la solubilidad del 100% del KCl. El tiempo de aplicación difirió: el KCl se aplicó en la etapa de desarrollo V4, mientras que los remineralizadores de rocas silicáticas se incorporaron 15 días antes de la siembra de un cultivo de cobertura de invierno (trébol persa) para extender la interacción con el suelo y el tiempo de meteorización.

Las evaluaciones clave incluyeron:

• Análisis de Suelo: Cuantificación del K intercambiable (vía Mehlich-1 y Acetato de Amonio) y del K total (vía Fluorescencia de Rayos X) a una profundidad de 0–0.20 m. La composición mineralógica de las rocas se determinó mediante Difracción de Rayos X (XRD).
• Análisis de la Planta: Medición de las concentraciones de Nitrógeno (N) y K en la biomasa aérea (AGB), altura de la planta e índice de clorofila (SPAD) en etapas fenológicas específicas.
• Rendimiento y Balance: El rendimiento de grano (GY) se midió en la madurez fisiológica. Se calculó un balance de K en el suelo comparando los aportes de K (fertilizante) contra los egresos de K (exportación de grano) y los cambios en las reservas de K intercambiable del suelo.

Resultados Clave

• Disponibilidad de Potasio en el Suelo: La aplicación de remineralizadores de rocas silicáticas aumentó significativamente las concentraciones de K intercambiable en el suelo (Mehlich-1) en un promedio del 128% en comparación con el KCl en todos los sitios. Aunque el K total del suelo no se vio afectado por los tratamientos, las fuentes alternativas lograron mantener o mejorar la fracción lábil de K.
• Nutrición y Fisiología Vegetal: Las concentraciones de nitrógeno en la biomasa no se vieron afectadas por la fuente de K. Sin embargo, las concentraciones de K en la biomasa aérea fueron significativamente mayores en los tratamientos de KCl (T2) y Esquisto Micáceo (T6) (aprox. 34 g kg⁻¹), lo que representa un aumento del 55% sobre los otros tratamientos. La altura de la planta y el índice de clorofila mostraron respuestas específicas según el sitio; notablemente, T5 y T6 aumentaron la altura de la planta en L1, y T6 resultó en el mayor índice de clorofila en L2 y L4.
• Rendimiento de Grano: El rendimiento de grano de arroz se mantuvo en niveles comparables a la fertilización convencional con KCl (~8.5 Mg ha⁻¹) en la mayoría de los sitios. Aunque el desempeño varió según la ubicación (por ejemplo, T5 tuvo el mayor rendimiento en L2 y L3, mientras que T6 tuvo el mayor en L4), las fuentes alternativas generalmente no comprometieron la productividad en relación con el control o el KCl.
• Balance de Potasio: El sistema exhibió un balance de K positivo (19–40 kg ha⁻¹) en todos los sitios. Los remineralizadores contribuyeron a un balance de K intercambiable en el suelo más favorable (>100% de mejora respecto al KCl en algunas métricas), lo que sugiere una acumulación efectiva de K disponible en el perfil del suelo.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores concluyen que los polvos de rocas silicáticas —específicamente la fonolita, la siena nefhelina y el esquisto micáceo— constituyen alternativas viables a la fertilización convencional con KCl en sistemas de arroz irrigado subtropical. El estudio demuestra que estos materiales pueden sostener la productividad del cultivo y el estado nutricional, ofreciendo al mismo tiempo ventajas agronómicas distintas:

1. Mejora del Balance de K en el Suelo: A diferencia del KCl altamente soluble, propenso a la lixiviación, la liberación gradual de K de los minerales de silicato parece sincronizar el suministro de nutrientes con la demanda del cultivo, lo que conduce a una mayor acumulación de K intercambiable en el suelo.
2. Sostenibilidad y Resiliencia: El uso de residuos de rocas disponibles localmente reduce la dependencia de los fertilizantes importados, disminuye los costos de producción y promueve la valorización de los subproductos de la minería.
3. Estabilidad del Sistema: Los resultados sugieren que estos remineralizadores pueden apoyar la fertilidad del suelo a largo plazo al actuar como un reservorio de K estructural, particularmente en sistemas donde las condiciones de redox (inundación) pueden facilitar la meteorización mineral.

El artículo mantiene un tono modesto respecto a las implicaciones a largo plazo, señalando que, si bien los resultados de una sola temporada son prometedores, los beneficios totales de la meteorización mineral y las mejoras acumulativas de la fertilidad del suelo pueden requerir evaluación a lo largo de sucesivos ciclos de cultivo. Los hallazgos resaltan el potencial de estas fuentes para contribuir a sistemas agroalimentarios más resilientes y sostenibles en regiones que dependen de nutrientes importados.