Organic matter and exchangeable aluminum interactions in solis cultivated with coffee (Coffee arabica)

Abstract

The use of shading trees to improve soil quality on coffee plantations has been studied. A field experiment was established to evaluate the effect of shading densities of P. carbonarium on chemical properties of an Alonso soil planted with coffee. Treatments included a full sunlight plot (FS), a high density shaded plot (HDS), and a low density shaded plot (LDS). Soil samples were collected at 0-20 and 20-40 cm depths in all plots. All plots presented a clayey texture and similar mineralogy, consisting primarily of kaolinite (1:1 clay), and iron and aluminum oxides. The iron oxides presented the sharpest peaks when determined by X-ray diffraction (XRD), indicating more crystallinity, and also was the dominant fraction as determined by the citrate- dithionate - bicarbonate (CDB) and acid oxalate (AO) extraction methods. Soil pH was acid (<5) and decreased at 20-40 cm depth. Available phosphorus was higher at the HDS plot and decreased considerably at the 20-40 cm depth. The FS plot presented the lowest organic matter (OM) content at both depths, while the LDS plot presented the highest, decreasing with increasing depth. The percent of aggregate stability was higher at the HDS plot and decreased at 20-40 cm depth. The cation exchange capacity (CEC) was higher at the HDS plot (10.89 cmolc kg-1) and lower at the LDS plot (7.27 cmolc kg-1), decreasing with increasing depth. The highest amount of exchangeable aluminum (Al3+) was observed at the HDS plot, with 6.47 cmolc kg-1at the 0-20 cm depth and 9.23 cmolc kg-1 at the 20-40 cm depth. The Al3+ was significantly lower at the LDS plot (1.83 at 0-20 cm and 3.69 cmolc kg-1 at 20-40 cm). The percentage of base saturation (% BS) was significantly lower at the FS and HDS plots, but the amount of exchangeable bases was similar. The LDS plot presented about half the effective CEC (CECe) of the other two plots. Since these are nearby plots, with similar slopes and similar mineralogy andchemical properties, the difference in exchangeable Al3+ can be related to organic matter complexation. There is the possibility that Al could be complexed by soil organic matter in a less available form at the LDS plot. Exchangeable and organically bound Al fractions were extracted with 1 M KCl, 0.33 M LaCl3 and 0.2 M CuCl2. Aluminum extraction was higher at the 20-40 cm depth in all plots. Less Al3+ was extracted from the LDS plot at both depths when compared to the other plots, but presented the highest increment between the fractions extracted by the LaCl3 and CuCl2 solutions (33% at 0-20 cm depth and 25% at 20-40 cm depth). This indicates that a higher percentage of Al3+ may be complexed to OM in the LDS plot.

Se estableció un experimento para evaluar el efecto de diferentes densidades de sombra de P. carbonarium en algunas propiedades químicas, físicas y mineralógicas de un suelo Alonso cultivado de café. Los tratamientos incluyeron tres predios contiguos cultivados de café, uno a pleno sol (FS), uno con baja densidad de sombra (LDS) y uno con alta densidad de sombra (HDS). Muestras de suelo fueron tomadas de 0-20 cm y a 20-40 cm de profundidad. Todas las muestras presentaron una textura arcillosa y una mineralogía similar, consistiendo principalmente de caolinita (arcilla 1:1), y óxidos de hierro y aluminio. En la determinación con difracción de rayos X (XRD), los óxidos de hierro presentaron los picos más definidos, indicando una mayor cristalinidad. Esta fue la fracción predominante, determinada mediante los métodos de extracción de citrato-ditionato-bicarbonato (CDB) y oxalato acido (AO). El pH de las muestras fue ácido (<5) y se observó una disminución a medida que aumenta la profundidad. El fósforo (P) disponible fue mayor en el predio de alta densidad de sombra y disminuyó considerablemente al aumentar la profundidad del suelo. El predio a pleno sol presentó la menor cantidad de materia orgánica (OM) a ambas profundidades. El predio con baja densidad de sombra presentó el mayor contenido de M.O., disminuyendo con un aumento en profundidad. El porcentaje de estabilidad de agregados (%AS) fue mayor en el predio de alta densidad de sombra y disminuyó a una de profundidad de 20 a 40 cm. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) fue mayor en el predio de alta densidad de sombra (10.89 cmolc kg-1) y menor en el de baja densidad de sombra (7.27 cmolc kg-1), disminuyendo a la profundidad de 20-40 cm. La mayor cantidad de aluminio intercambiable (Al3+) fue observada en el predio de alta densidad de sombra, con 6.47 cmolc kg-1ª de 0-20 cm de profundidad y 9.23 cmolc kg-1 de 20-40 cm de profundidad. El porcentaje de saturación de bases (%BS) fue significativamente menor en los predios a pleno sol y alta densidad de sombra, pero la cantidad de bases intercambiables fue similar. El predio de baja densidad de sombra presentó cerca de la mitad de la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CECe) de los otros predios. Debido a que los predios son contiguos, con pendientes similares y mineralogía y propiedades químicas similares, la diferencia en Al3+ puede estar relacionada a complejos con la materia orgánica. Existe la posibilidad de que Al pueda estar acomplejado por la materia orgánica en una manera menos intercambiable en el predio de baja densidad de sombra. Las fracciones de aluminio intercambiable y asociados a la materia orgánica fueron extraídos con 1 M KCl, 0.33 M LaCl3 y 0.5 M CuCl2. La extracción de Al3+ fue mayor de 20-40 cm de profundidad en todos los predios. Una menor cantidad de Al3+ fue extraída del predio de baja densidad de sombra a ambas profundidades, comparado con los otros predios, pero presentó el mayor incremento entre las fracciones extraídas por las soluciones de LaCl3 y CuCl2 (33% de 0 a 20 y 25% de 20 a 40 cm de profundidad). Esto indica que un mayor porcentaje de Al3+ puede estar acomplejado a la materia orgánica en el predio de baja densidad de sombra.