Relación de saturación base-catión

La relación de saturación base-catión (BCSR) es un método de interpretación de resultados de análisis de suelo ampliamente utilizado en la agricultura sostenible , respaldado por el Servicio Nacional de Información sobre Agricultura Sostenible (ATTRA) ^{[ 1 ]} y que se afirma que se utiliza con éxito en más de un millón de acres (4000 ^km²  ) de tierras de cultivo en todo el mundo. El método tradicional, utilizado por la mayoría de los laboratorios universitarios, ^{[ 2 ]} se conoce con diversos nombres como «nivel de suficiencia», nivel de suficiencia de nutrientes disponibles (SLAN) o sistema de índice (Reino Unido). El sistema de nivel de suficiencia se centra únicamente en mantener los niveles de nutrientes disponibles para las plantas dentro de un rango bien estudiado, asegurando que no haya ni deficiencia ni exceso. En el sistema BCSR, los cationes del suelo se equilibran según diferentes proporciones que a menudo se indican como las que dan lugar a un suelo «ideal» o «equilibrado». Estas proporciones pueden ser entre cationes individuales, como la proporción calcio-magnesio, o pueden expresarse como un porcentaje de saturación de la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo. La mayoría de las teorías sobre el "suelo ideal" enfatizan ambos enfoques. (Véase también: Capacidad de intercambio catiónico ).

En rigor, los cationes básicos se limitan al calcio , el magnesio , el potasio y el sodio , y estos son los nutrientes principales que los métodos BCSR se esfuerzan por equilibrar. Sin embargo, muchos defensores de las teorías del "suelo ideal" también destacan la importancia de equilibrar los aniones fósforo, azufre y cloro, así como numerosos oligoelementos. El sistema SLAN convencional generalmente no analiza los oligoelementos a menos que existan motivos suficientes para sospechar una deficiencia o toxicidad.

Los defensores de BCSR argumentan que, si bien su método no produce un mayor rendimiento total que SLAN, el equilibrio del suelo mediante sus métodos conduce a una mayor salud de las plantas, los animales y los seres humanos, además de aumentar la actividad biológica del suelo y las propiedades físicas de labranza, aireación y retención de humedad. Actualmente no hay investigaciones ni datos de ensayos disponibles públicamente que respalden estas afirmaciones, ^{[ 3 ]} pero los sistemas BCSR se utilizan bastante en granjas orgánicas y se pueden encontrar muchos testimonios positivos de agricultores y jardineros en internet y en la literatura sobre agricultura alternativa. En la mayoría de los casos, seguir los sistemas BCSR no tendrá efectos negativos. La principal preocupación de los agricultores es simplemente el gasto innecesario de aplicar enmiendas al suelo más allá de lo que el cultivo realmente puede utilizar.

El principio de intercambio catiónico fue descubierto por Thomas Way y John Bennet Lawes en la Estación Experimental de Rothamsted en el siglo XIX. En 1892, Oscar Loew observó que tanto el calcio como el magnesio pueden ser tóxicos para las plantas cuando hay un exceso de uno y una deficiencia del otro, lo que sugiere que puede haber una proporción óptima de Ca:Mg. ^{[ 4 ] [ 5 ]} En 1901, Oscar Loew y DW May realizaron más pruebas y sugirieron una proporción ideal de Ca:Mg de 5 a 4, aunque para varias especies se obtuvo el máximo crecimiento en un amplio rango de proporciones. En 1916, Lipman revisó la literatura hasta ese momento y concluyó que, si bien algunos investigadores parecían haber identificado proporciones "óptimas" de Ca:Mg para ciertas especies, no había evidencia de que la proporción de Ca:Mg influyera en el crecimiento.

Más tarde, en 1933, Moser también revisó la bibliografía y realizó sus propios experimentos, llegando a la misma conclusión que Lipman: no había evidencia de que la relación Ca:Mg influyera en el rendimiento. Descubrió que en suelos con alto contenido de magnesio, los bajos rendimientos se debían a una deficiencia de calcio, y no a un desequilibrio. Esto significaba que el encalado aumentaría el rendimiento, pero solo hasta el punto en que se corrigiera la deficiencia.

Desde finales de la década de 1930, William Albrecht , presidente del Departamento de Suelos de la Universidad de Missouri, comenzó a trabajar en la Estación Experimental Agrícola de Missouri investigando las proporciones de cationes y el crecimiento de las leguminosas. Albrecht había estado investigando la nutrición del ganado, habiendo observado que ciertos pastos parecían propicios para una buena salud, y en algún momento llegó a la conclusión de que el equilibrio ideal de cationes en el suelo era "H, 10%; Ca, 60 a 75%; Mg, 10 a 20%; K, 2 a 5%; Na, 0,5 a 5,0%; y otros cationes, 5%". ^{[ 6 ]} A su muerte, dejó sus documentos a su amigo Charles Walters, quien promovió las ideas fundando la revista AcresUSA, que continúa siendo el centro del movimiento del suelo ideal.

Aunque Albrecht era un científico del suelo muy respetado, ^{[ 3 ] [ 7 ]} desestimó el pH del suelo, afirmando que "las plantas no son sensibles ni están limitadas por un valor de pH particular del suelo". En cambio, creía que los beneficios de encalar el suelo provienen del calcio adicional disponible para la planta, no del aumento del pH. Esta creencia ha sido mantenida por sus seguidores hasta el día de hoy, a pesar de mucha evidencia en contra. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Al igual que gran parte de la investigación inicial sobre BCSR donde no se controlaba el pH del suelo, es difícil extraer conclusiones sólidas de la investigación de Albrecht que apoyen BCSR.

Casi al mismo tiempo que Albrecht trabajaba en Missouri, F. E. Bear, en Nueva Jersey, investigaba si se podían usar enmiendas de calcio para limitar la absorción excesiva de potasio en las plantas de alfalfa y así reducir los costos de los fertilizantes. A partir de estos estudios, publicó un boletín con Prince y Malcolm en 1945 que proponía tentativamente una proporción de "suelo ideal" donde las proporciones de cationes intercambiables eran 65% Ca, 10% Mg, 5% K y 20% H. ^{[ 12 ]} Confirmaron su hipótesis con experimentos adicionales en 1948 (publicados con Toth).

En 1959, E. R. Graham sugirió una modificación a las proporciones de Bear, donde el calcio podría variar entre el 65 % y el 85 % de la CIC. ^{[ 13 ]} Tanto Bear como Graham llegaron a estas conclusiones tras analizar diversos suelos y observar una correlación entre las proporciones de cationes y la productividad de los suelos. Si bien este tipo de deducción suele ser rechazada por las ciencias modernas en favor de realizar pruebas en un entorno más controlado, se considera un método válido en agronomía y ecología, donde la complejidad del entorno natural hace que las técnicas reductivas sean menos útiles. Sin embargo, ni Bear ni Graham parecen haber puesto a prueba sus teorías variando las proporciones y estudiando los efectos.

En 1981, Baker y Amacher redefinieron la proporción ideal como 60–80% Ca, ^{[ 14 ]} 10–20% Mg, 2–5% K. Una década más tarde, Neal Kinsey coescribió un libro con Charles Walters titulado "Hands on Agronomy" en el que definió las proporciones ideales como 60–70% Ca, 10–20% Mg, 3–5% K, 1% Na, 10–15 H, 2–4% otros cationes. El libro de Kinsey se ha convertido en la obra más conocida e influyente sobre el sistema BCSR.

Algunos estudios realizados entre 2008 y 2011 plantean dudas sobre la eficacia de la BCSR. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Toth, en un experimento posterior para investigar las proporciones de suelo "ideales" en las que había trabajado previamente con Bear, llegó a la conclusión de que, siempre que el calcio fuera el catión dominante, ninguna proporción específica de cationes producía un mejor rendimiento de trébol blanco. ^{[ 17 ]} Incluso con Mg y K tan altos como el 40%, mucho más altos que el rango "ideal", no se obtuvo ninguna diferencia en el rendimiento.

Desde entonces, otros estudios han llegado a conclusiones similares, mostrando que no existe relación entre el rendimiento y las proporciones de cationes, siempre que el calcio sea más abundante que el magnesio. ^{[ 11 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} Aunque las investigaciones se han centrado principalmente en las proporciones de calcio, los estudios que analizan las proporciones de potasio a magnesio tampoco mostraron diferencias en el rendimiento, siempre que no hubiera deficiencia ni exceso. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} De hecho, parece que los resultados positivos anteriores de los ensayos de Bear y colaboradores pueden atribuirse directamente al pH del suelo.

Quizás el aspecto más controvertido de la BCSR (y de la agricultura orgánica en general) se relaciona con la creencia de quienes la practican de que un suelo correctamente equilibrado producirá productos más nutritivos. Si bien algunos estudios han mostrado una disminución en el contenido mineral de frutas y verduras durante el último medio siglo ^{[ 25 ] [ 26 ]} , esto es objeto de debate y las causas son inciertas. ^{[ 27 ]} Se ha especulado que las variedades híbridas desarrolladas para obtener rendimiento, uniformidad, resistencia a plagas, apariencia y vida útil por encima del sabor (un buen indicador de la calidad nutricional) podrían ser las responsables, en lugar del suelo. Además de la composición del suelo, también se han teorizado otros factores como el riego y la exposición a la luz solar, pero hasta el momento no se han podido extraer conclusiones.

William Albrecht fue el primero en teorizar que los cultivos que crecen en suelos "desequilibrados" tienen un menor valor nutricional, basándose en el estudio de los hábitos del ganado en pastoreo, observando en particular su evitación de la hierba exuberante que crecía en los parches de estiércol. Un estudio que realizó con GE Smith ^{[ 28 ]} es citado por los defensores de la teoría BCSR, pero ha sido criticado por varias razones, ^{[ 7 ]} principalmente porque no se controló el pH del suelo, ya que Albrecht no creía que el pH fuera importante. Por lo tanto, los aumentos en la nodulación de las raíces de las leguminosas (y los consiguientes aumentos en el rendimiento) que asoció con los niveles de calcio probablemente se debieron a los aumentos en el pH, que se sabe que libera molibdeno, un micronutriente esencial para que ocurra la nodulación de las raíces. Las leguminosas son una fuente importante de proteína en los animales de pastoreo; por lo tanto, otros estudios que muestran una mejora en la salud del ganado por la aplicación de calcio a los pastos probablemente se deban al aumento del pH y al consiguiente aumento de las poblaciones de leguminosas.

Otro estudio que merece mención por su relevancia en la literatura sobre agricultura alternativa es el realizado por Bear y Toth en 1948, quienes investigaron la composición mineral de frutas y verduras en diversos suelos de Estados Unidos. ^{[ 29 ]} De hecho, este antiguo estudio sigue siendo tan relevante debido a la escasez de literatura que compare las propiedades del suelo y el valor nutricional de los cultivos. El estudio sugiere que la composición del suelo afecta el contenido mineral de los cultivos, pero debido a la gran cantidad de variables inexploradas, resulta difícil llegar a conclusiones definitivas.

Estudios más recientes que se propusieron específicamente probar la influencia de las proporciones de cationes en la nutrición son menos alentadores. Un estudio de campo de tres años realizado por Mark Schonbeck ^{[ 30 ] [ 31 ]} que se llevó a cabo inicialmente para validar la fórmula de Albrecht en la producción orgánica no mostró variación en Brix (un índice controvertido de calidad nutricional utilizado por muchos en la comunidad del suelo ideal) de las hortalizas cultivadas en suelos con diferentes proporciones de cationes. Sin embargo, Schonbeck admitió limitaciones en los datos y pidió más estudios. Además, en 2005, Stevens et al. ^{[ 32 ]} no encontraron relación entre la calidad del algodón y la proporción Ca:Mg, y en 1996 Kellings et al. llegaron a la misma conclusión con respecto a la calidad y el rendimiento de la alfalfa. ^{[ 33 ]}

El encalado de suelos arcillosos pesados ​​se ha utilizado durante mucho tiempo para mejorar su estructura, pero los profesionales de BCSR afirman que la razón es el aumento de la relación Ca:Mg en lugar de un aumento del pH. Sin embargo, estudios ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} han demostrado que la estructura del suelo se mantiene en un amplio rango de relaciones Ca:Mg cuando el pH se mantiene constante. Los ensayos agrícolas de Schonbeck ^{[ 30 ]} encontraron que una reducción en la saturación de Mg no tuvo efecto sobre la compactación, el contenido de humedad, la tasa de infiltración o la resistencia del suelo. De hecho, encontró que los dos suelos más "desequilibrados" según la fórmula de Albrecht eran los dos suelos con la mejor estructura física. Por otro lado, un estudio de suelos del Medio Oeste de Estados Unidos concluyó que un alto contenido de Mg "puede causar un aumento de la compactación superficial y la erosión en los suelos del Medio Oeste". ^{[ 38 ]}

Los seguidores de BCSR afirman que los suelos equilibrados aumentan la actividad biológica del suelo y reducen el crecimiento de malezas y el ataque de plagas. La reducción de malezas y plagas puede atribuirse directamente a un aumento de la actividad biológica del suelo y, por consiguiente, a la salud de los cultivos; por lo tanto, el único factor a considerar es si BCSR puede aumentar directamente la diversidad y la actividad de los microorganismos del suelo.

Si bien se ha observado que algunas bacterias metabolizan elementos crudos directamente en circunstancias extremas, y se ha descubierto que los hongos micorrícicos extraen minerales de la roca madre, la inmensa mayoría de los organismos del suelo subsisten exclusivamente de materia orgánica. Por lo tanto, es improbable que cualquier cambio en el equilibrio mineral del suelo afecte a las poblaciones de organismos del suelo más allá de los efectos esperados al alterar el pH.

Los estudios lo han corroborado: Schonbeck ^{[ 30 ]} demostró que una reducción de la saturación de Mg no tuvo ningún efecto detectable sobre la materia orgánica del suelo , la actividad biológica, el crecimiento de malezas o la incidencia de enfermedades. Kelling concluyó que la relación Ca:Mg no tuvo un efecto significativo sobre la población de lombrices de tierra ni sobre el crecimiento de malezas. ^{[ 33 ]}

Schonbeck concluyó que: "Los hallazgos hasta la fecha no respaldan la aplicación de una fórmula única para la relación óptima de saturación de bases a todos los suelos".

Se estima que en todo el mundo existen más de un millón de acres (4000  km² ⁾ de tierras de cultivo que utilizan algún tipo de teoría BCSR para equilibrar sus suelos, y los testimonios de los agricultores parecen respaldarla como un método práctico. Sin embargo, la BCSR casi siempre la utilizan agricultores que están en transición hacia la agricultura sostenible, por lo que el uso simultáneo de otros métodos de mejora del suelo (como cultivos de cobertura, labranza reducida y adición de materia orgánica) dificulta aislar los efectos del método BCSR. Muchos profesionales de la BCSR enfatizan que el sistema no puede funcionar si se abstrae de un enfoque holístico de la agricultura. Si bien esto complica la investigación, no invalida el enfoque, ya que muchos otros aspectos de la agricultura sostenible solo funcionan en conjunto. Por ejemplo, el manejo integrado de plagas requiere el uso de policultivos, cultivos de cobertura, reducción de pesticidas e incluso agroforestería hasta cierto punto, y su eficacia se verá muy reducida si se ignoran todos estos elementos.

Los resultados de 2001 de un ensayo de campo de 3 años patrocinado por la organización Sustainable Agriculture Research and Education (SARE) ^{[ 39 ]} son ​​la única comparación directa de BCSR vs SLAN realizada por agricultores utilizando recomendaciones de laboratorios especializados en cada método. El estudio encontró que, en promedio, los costos de fertilizantes eran $9.27 por acre más altos por año con el método BCSR, sin un mayor rendimiento. Concluyeron que el método BCSR no sería más rentable, incluso considerando las primas de precio para los productos orgánicos. También admitieron que podrían tomar décadas de dicha fertilización para alcanzar los niveles "óptimos" de los sistemas BCSR. Otro estudio encontró que los costos de BCSR eran el doble que los de la fertilización convencional. ^{[ 40 ]}

También se han planteado preocupaciones de que la aplicación de los métodos BCSR a suelos con baja CIC podría provocar deficiencias minerales, ya que no existen niveles mínimos definidos como meq/100 g de suelo. Por lo tanto, en suelos con muy baja CIC, la cantidad de un determinado elemento —aunque en la proporción correcta con respecto a otros— puede ser demasiado baja para las necesidades del cultivo. Otra preocupación es que las aplicaciones de CaCO₃ _y CaSO₄ _pueden llevar a una sobreestimación de la CIC. ^{[ 41 ]} Aparte de estas preocupaciones, el consenso general es que los únicos efectos negativos para los agricultores que utilizan BCSR serán los gastos innecesarios que podrían haberse invertido mejor en otras prácticas agrícolas sostenibles cuyos beneficios están bien estudiados.

Gran parte de la investigación a favor de BCSR puede explicarse adecuadamente por cambios en el pH. Se sabe que el encalado del suelo mejora la actividad microbiana, la estructura del suelo, la fijación de nitrógeno y la palatabilidad de los forrajes. También se utiliza para corregir deficiencias de Ca y Mg, cambiar la disponibilidad de nutrientes y reducir la toxicidad del manganeso y el aluminio que puede retrasar el crecimiento de los cultivos. ^{[ 42 ]} Si bien las recomendaciones de fertilización basadas en BCSR siguen siendo ampliamente utilizadas por laboratorios privados de análisis de suelos, la evidencia en general sugiere que no hay beneficio para el rendimiento o la calidad de los cultivos. Cualquier cambio percibido probablemente se deba a la corrección de deficiencias (que habrían sido detectadas por el método SLAN) o al resultado de otras prácticas beneficiosas del suelo utilizadas en conjunto, al transitar hacia la agricultura sostenible.

En su estudio de 2001 sobre el método Albrecht, Schonbeck afirmó: "Una revisión de más de 100 estudios publicados y conversaciones con varios consultores de suelos revelaron evidencia de que el equilibrio adecuado de cationes es inherentemente específico de cada sitio. Aparentemente, la mayoría de los suelos no necesitan ajustarse a la fórmula de Albrecht para ser saludables y productivos".