Assessing the effect of the physicochemical quality of a volcanic ash soil on pasture productivity and soil resilience capacity

(Evaluando el efecto de la calidad fisicoquímica de un suelo derivado de cenizas volcánicas en laproductividad de la pradera y capacidad de resiliencia del suelo)

• Concurso: FONDECYT Regular 2019 Código: 1191057
• Director del Proyecto: José Dörner
• Co-investigador (es): Dorota Dec, Susana Valle, Máximo Alonso, Lorena Lagos
• Lugar de Ejecución: Estación Experimental Agropecuaria Austral
• Duración de la Investigación: 4 años
• Fecha de Inicio: Marzo 2019 Fecha de Término: Marzo 2023
• Monto Total Asignado ($ chilenos): $237.326.000-

Summary

Grazing systems in Chile cover an area of 1,340,000 ha and are able to present high potential levels of productivity due to the mild climatic conditions and the volcanic ash soils of the region. These soils are known to present peculiar physical properties (e.g. bulk density < 0.9 Mg m -3 ), which are normally not considered when studying soil degradation processes as done with soils dominated by crystalline clays. While different studies have been conducted to investigate the effect of different pasture improvement managements (PIM’s) on pasture productivity and soil quality, there is few evidence in order to analyse the effect of soil compaction and soil chemical degradation on pasture productivity and soil physical resilience. The main goal of the proposal is to determine the effect of soil compaction after sowing and chemical degradation of a volcanic ash soil on pasture productivity and soil physical quality, in a sheep-grazing system.

The experiment is conducted in Estación Experimental Agropecuaria Austral in a moderately deep Duric Haplundand (Serie Valdivia) sowing a diverse pasture of: L. perenne, T. repens, F. arundinacea, H.  lanatus, D. glomerata and B. valdivianus. After sowing, the soil will be compacted using rollers in order to reach three levels of bulk density (0.65, 0.75 and 0.85 Mg m -3 ). After one year of the pasture establishment, plots will be divided in two parts of 200 m 2 , so that three blocks will be fertilized according to pasture productivity and the other three will be managed without fertilisation to assess the impact of soil chemical degradation. Soil water content dynamics under the different treatments will be measured with sensors installed at 10, 20 and 60 cm depth. In the field, the penetration resistance (PR), volumetric water content and the air conductivity (Kl) will be measured. For the physical analyses, undisturbed and disturbed soil samples will be collected. The chemical and biological properties of the soil will be evaluated during the whole experiment collecting samples between 0-20 cm depths. The pasture will be periodically sampled in order to study the accumulated herbage mass, species composition, nutritive value, root growth pattern and tiller growth dynamics. The root growth will be measured by using an In-Situ Root Imager.

This proposal will contribute to understand how far chemical degradation processes, starting from a non-degraded soil, will affect pasture productivity and soil resilience capacity, as well as to define if an increase in plant available water due to an increase in bulk density will not limit the root growth and in turn improve pasture productivity.

Resumen

Los sistemas de pastoreo en Chile cubren un área de 1.340.000 ha, y pueden presentar altos niveles productividad potencial debido a las condiciones climáticas templadas y los suelos derivados de cenizas volcánicas de la región. Estos suelos presentan propiedades físicas peculiares (p.ej. densidad aparente <0.9 Mg m -3 ), que normalmente no se consideran cuando se estudian procesos de degradación, como se hace con suelos dominados por arcillas cristalinas. Si bien se ha investigado el efecto de diferentes estrategias de mejoramiento de praderas (PIM) sobre su productividad y la calidad del suelo, hay pocas estudios que analicen el efecto de la compactación y la degradación química del suelo en la productividad de la pradera y la resiliencia física del suelo. El objetivo del proyecto es determinar el efecto de la compactación (después de la siembra) y la degradación química de un suelo derivado de cenizas volcánicas en la productividad de la pradera y la calidad física del suelo, en un sistema de pastoreo de ovejas.

El experimento se lleva a cabo en la Estación Experimental Agropecuaria Austral en un Duric Hapludand moderadamente profundo (Serie Valdivia) sembrado con una pradera polifítica de: L. perenne, T. repens, F. arundinacea, H. lanatus, D. glomerata y B. valdivianus. Después de la siembra, el suelo se compactará utilizando rodillos para alcanzar tres niveles de densidad aparente (0.65, 0.75 y 0.85 Mg m -3 ). Después de un año del establecimiento de las praderas, las parcelas se dividirán en dos secciones de 200 m 2 , de modo que tres bloques se fertilizarán según la productividad de la pradera y los otros tres se manejarán sin fertilización para evaluar el impacto de la degradación química del suelo. La dinámica del contenido de agua en el suelo bajo los diferentes tratamientos se medirá con sensores instalados a 10, 20 y 60 cm de profundidad. En campo, se medirá la resistencia a la penetración (PR), el contenido volumétrico de agua y la conductividad de aire (Kl). Para los análisis físicos, se recolectarán muestras de suelo estructuradas y disturbadas. Las propiedades químicas y biológicas del suelo se evaluarán durante todo el experimento recolectando muestras entre 0 y 20 cm de profundidad. La pradera se muestreará periódicamente para estudiar la producción de biomasa acumulada, la composición de las especies, el valor nutritivo, el crecimiento de las raíces y la dinámica del crecimiento de los macollos. El crecimiento de la raíz se medirá utilizando un In-Situ Root Imager.

Esta propuesta contribuirá a comprender hasta qué punto los procesos de degradación química, a partir de un suelo no degradado, afectarán la productividad de la pradera y la capacidad de resiliencia del suelo, y para definir si un aumento en el agua disponible de la planta debido a un aumento en la densidad aparente, no limita el crecimiento de la raíz, mejorando la productividad de la pradera.