Dinámica del nitrógeno en suelos y cultivos

Transcripción

1 Simposio Internacional sobre Manejo y Uso Eficiente de Fertilizantes Santa Cruz de la Sierra, 4 y 5 de Abril de 2011 Dinámica del nitrógeno en suelos y cultivos Fernando O. García Instituto Internacional de Nutrición de Plantas fgarcia@ipni.net

2 Temario Deficiencias y necesidades de N de los cultivos Ciclo del N en ecosistemas agrícolas Mejores practicas de manejo para la fertilización nitrogenada Pautas para el manejo de N en cultivos de Santa Cruz

3 Nitrógeno Funciones en formación de clorofila, aminoácidos, proteínas y vitaminas Esencial para lograr altos rendimientos Frecuentemente deficiente y limitante en los sistemas de producción

4 Extracción de nutrientes de distintos cultivos Nutriente kg de nutriente / tonelada de cultivo* Trigo Maíz Soja Girasol Sorgo Cebada Nitrógeno Fósforo Potasio Calcio Magnesio Azufre * La extracción está expresada en base a la Humedad Comercial (Hc) de cada cultivo Ciampitti y García (2007), IA No. 33, AA No. 11

5 Ciclo del N en ecosistemas agrícolas Volatilización Cosecha N atmosférico (N 2) Fijación biológica Precipitaciones Desnitrificación Fertilizante Residuos Fertilizante Absorción Fijación Amonio Nitrificación Nitrato Erosión NH 4 Mineralización- NO 3 Inmovilización Biomasa microbiana N orgánico Lavado Erosión Garcia, 1996

6 Destino del N en un cultivo de maíz Rimski-Korsakov et al. (2008) Remanente en el sistema Salidas del sistema Grano 28-40% Volatilización 15-24% Residuos y raíces 18-21% Materia orgánica 8-21% Nitratos residuales 6-11% Nitratos lixiviados 0.1-2%

7 Nutrición Nitrogenada de Soja La soja tiene altos requerimientos de N (80 kg N por tonelada de grano producida) Esta alta demanda de N es cubierta en gran medida vía fijación simbiótica (FBN) La FBN representa un gasto de energía para el cultivo Disponibilidades altas de N en el suelo inhiben la FBN Sin inocular Inoculada

8 Inoculación Respuesta a la inoculación en lotes con historia sojera y = 1.05 x; r² = 0.91 Enrico y Capurro, Sobre base de datos Proyecto INOCULAR

9 FBN y Fertilización nitrogenada en soja N derivado de FBN (kg ha -1 ) N aplicado en la zona de nodulos N aplicado tarde en el ciclo Aplicación profunda de N Cepa alta efectividad Fertilizante N (kg ha -1 ) Salvagiotti et al, 2008

10 Mineralización-Inmovilización de Nitrógeno N orgánico Amonificación Inmovilización Nitrificación NH + 4 NO - 3 Evaluación de la mineralización 1. Métodos químicos y biológicos 2. Estimaciones a partir del contenido de N orgánico 3. Estimaciones a partir del rendimiento de cultivos sin fertilizar Estimaciones de mineralización anual de N orgánico según textura de suelo Suelos arcillosos a franco-arcillosos % Suelos francos a limosos % Suelos francos a franco-arenosos % Suelos arenoso-francos a arenosos %

11 Regulación de la mineralización de N (Rice y Havlin, 1994) Relación C/N Contenido de lignina Precipitaciones Textura Arcilla Disrupciones físicas Labranzas Secado-rehumedecimiento Congelado-descongelado Calidad de sustrato Contenido de agua Temperatura Accesibilidad N orgánico NH 4 +

12 Interacción Temperatura/Humedad Mineralizacion Relativa Potencial (MPa) Temperatura ( o C) Mineralizacion Relativa Potencial (MPa) Temperatura ( o C) Materia Orgánica Residuos en Superficie Cabrera, 2007

13 Pérdidas de N por lavado El nitrato (NO 3- ) es soluble en agua Excesos de agua en el perfil drenan en profundidad, arrastrando los nitratos a zonas fuera del alcance de las raíces El nitrato lavado puede alcanzar las napas freáticas contribuyendo a la contaminación de las mismas Las condiciones predisponentes para la ocurrencia de lavado de nitratos son: Presencia de nitratos en el perfil Epocas de baja absorción de N por los cultivos Suelos arenosos, de baja capacidad de retención de agua Suelos saturados Precipitaciones excesivas Riegos excesivos

14 Pérdidas de N-NO - 3 nitratos en maíz Balcarce - Aparicio et al. (2008) Promedios de 8 campañas Pérdidas de N-NO - 3 (Kg ha -1 ) Dosis de N (kg/ha) Profundidad (m) kg/ha de perdida

15 Regulación de la desnitrificación (Tiedje, 1988) Precipitaciones Textura Plantas Agua O 2 NO 3 - C disponible Respiración Agua Agua NO 3 - Orden de importancia Materia orgánica NH 4 + Carbono Plantas Agua Disrupciones físicas Competición o excreción de otros microbios N 2 Distales Próximos Reguladores

16 Desnitrificación en Trigo EEA INTA-FCA Balcarce - Campaña Flujo de N2O acumulado (g N hā 1 ) Testigo 120 kg/ha N 15-Jul 24-Aug 03-Oct 12-Nov 22-Dec Perdidas de 2-3% Fuente: Picone et al., 2006

17 N en el suelo y fertilizantes nitrogenados Reacciones involucradas Amoníaco anhidro NH 3 H + + H + Al aumentar el ph, se forma mas amoníaco (NH 3 ) Urea Ureasa Agua NH 4 + Esta reacción consume H + aumentando el ph NO H + La nitrificación disminuye el ph UAN Sulfato de Amonio Nitrato de Amonio

18 Factores que afectan la volatilización de amoníaco (Hargrove, 1988) NH 3 NH 4 + Actividad ureásica ph y capacidad buffer Capacidad de intercambio catiónico Temperatura Contenido de agua Fuente y dosis de N Método de aplicación Intercambio de aire Presencia de residuos Uso de inhibidores Orden de importancia Suelo Ambiente Manejo

19 Volatilización de amoníaco a partir de distintas fuentes nitrogenadas EEA INTA Rafaela - Fontanetto (1999) Pérdidas (%) Urea UAN CAN 0 Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Dosis de 50 kg/ha de N al Voleo en Siembra Directa

20 Nuevos productos fertilizantes Fertilizantes de liberación lenta o estabilizados Cubiertos con polímeros: N (ESN, NSN ) o P (Avail ) Inhibidores de la ureasa: NBPT (Agrotain, Urea GreenVC Plus, ene Total ) Inhibidores de la nitrificación: DMPP (Entec ), nitrapirin, o DCD (Super U )

21 Efectos de inhibidores en fertilizantes nitrogenados modificados ESN, NSN Polímeros que recubren urea NH 3 Urea Ureasa, Agua NH 4 + NO H + nbtpt Inhibidor de la actividad ureasa Nitrapirin, DCD, DMPP Inhibidores de la nitrificación

22 Inhibidores de la ureasa Maíz de primera en Rafaela (Santa Fe) Fontanetto, Bianchini y col., 2007/08 Tratamiento Perdidas N-NH 3 Rendimiento Eficiencia agronómica % kg/ha kg maíz/kg N Testigo Urea 70N Urea 140N Urea 70N + NBPT Urea 140N + NBPT

23 Toma de decisiones en el manejo de nutrientes Posibles factores de sitio Cultivo Suelo Productor Aplic. Nutrientes Calidad de agua Clima Tecnología Apoyos para la toma de decisión Demanda cultivo Abastecimiento suelo Eficiencia aplicación Aspectos económicos Ambiente Productor/Propietario Dosis recomendadas Probabilidad de ocurrencia Retorno económico Impacto ambiental Momento de aplicación Etc. Salida Decisión Acción Resultado Retroalimentación Fixen, 2005

24 Diagnóstico de la fertilidad nitrogenada para trigo y maíz Estado de desarrollo del cultivo Pre-Siembra Siembra Planteo de balances de N Modelos de simulación para N Disponibilidad de N-nitratos (0-60 cm) Indices de mineralización de N orgánico Indice de verdor (Minolta SPAD 502) Sensores remotos Macollaje V4-V6 Floración Llenado de granos Madurez fisiológica Disponibilidad de N-nitratos (0-30 o 0-60 cm) Nitratos en jugo de base de tallos Análisis de N total en planta Análisis de N total en hoja bandera o de la espiga Nitratos en jugo de base de tallos (maíz) Concentración de N en grano

25 Recomendación de fertilización nitrogenada a partir del balance de nitrógeno (N fert * Ef) = (Ncult) - (N siembra* Es) + (Nmin* Em) N fert = N del fertilizante Ncult = Rendimiento * Requerimiento de N del cultivo por tonelada de grano producido N siembra = N disponible por muestreo (preferentemente hasta 60 cm) N min = N mineralizado durante el ciclo del cultivo Es, Em, Ef = Eficiencia de uso del N disponible a la siembra, del N mineralizado y del N del fertilizante. Rangos de eficiencias Es Em Ef

26 Análisis de N-nitratos en el suelo pre-siembra Se determina un valor crítico de disponibilidad de N a la siembra que varía según zona y potencial de rendimiento Se muestrea el suelo, en general hasta 60 cm, y se analiza el contenido de N-nitratos La dosis de N a aplicar se estima descontándole el valor del contenido de N-nitratos al valor crítico de disponibilidad de N en suelo a la siembra Estimación de la dosis de fertilización nitrogenada Nf = VC X donde Nf = N a aplicar como fertilizante VC = Valor o umbral crítico de N disponible a la siembra X = cantidad de N-nitratos en el suelo a 0-60 cm de profundidad

27 N disponible a la siembra y Rendimiento de Maíz AAPRESID-Profertil 2001 INTA C. Gomez 2000 INTA C. Gomez 2001 AAPRESID-INPOFOS 2000 CREA 2000 CREA 2002 CREA 2003 CREA 2004 Rendimiento (kg/ha) kg/ha Aplicando 80 kg N kg de maíz Es decir 29 kg de maíz por kg de N 70 kg N Rendimiento = N R 2 = n= N siembra, 0-60 cm + N fertilizante (kg/ha)

28 Análisis de N-nitratos en seis hojas para maíz Red de Ensayos AAPRESID-Profertil 2001/ /05 23 sitios en Buenos Aires, Córdoba, Entre Ríos, y Santa Fé Rendimiento Relativo (%) / / / /05 Nivel Crítico: 20 ppm N-NO3 en suelo (0-20 cm) en V6 (mg kg-1) Bianchini, 2005

29 Concentraciones críticas de N total en planta Cultivo Momento Organo Trigo Trigo Trigo Fin macollaje (Zadoks 30) Espigazón (Zadoks 50) Floración (Zadoks 65) Concentración crítica de N (%) Planta entera Referencia Baethgen y Alley, 1989 Planta entera Jones, 1998 Hojas superiores Malavolta et al., 1997 Maíz V3-V4 Planta entera Voss, 1993 Maíz Maíz Floración (R1) Madurez fisiológica Hoja opuesta por debajo de la espiga Grano Ambrogio et al., 2001 Uhart y Echeverría., 2002

30 Medidor de índice de verdor Minolta SPAD 502

31 Maíz: Relaciones entre rendimiento e Indice de Suficiencia RR V6 RR= 2,06x-1,20 r 2 = 0,46 RR Pre-floración Pref RR= 1,65x - 0,67 r 2 = 0, Indice de suficiencia de N Indice de suficiencia de N FloraciónF RR= 1,41x - 0,44 r 2 = 0, Posf Post-floración RR= 1,22x - 0,23 r 2 = 0,90 RR 0.6 RR Indice de suficiencia de N Sainz Rozas y Echeverría (1998) Indice de suficiencia de N

32 Aplicación variable de N según sensores de color del maíz Controlador regula válvula para cambiar dosis de fertilizante Computadora lee los sensores, calcula la dosis de N y dirige el controlador Sensores Fuente: Scharf (2005)

33 Relación entre el NDVI determinado con un sensor GreenSeeker en distintos estadios y el rendimiento de maíz Melchiori y col EEA INTA Paraná NDVI, Índice normalizado de diferencias de vegetación

34 Rendimiento de maíz de segunda con fertilización a la siembra, fraccionada con refertilización fija y con refertilización calculada en base al SBNC Melchiori y col EEA INTA Paraná Tratamientos Rendimiento (kg/ha) Respuesta (kg/ha) EUN (kg grano/kg N aplicado) Testigo N N 70 + N N 70 + SBNC SBNC, Sensor Based Nitrogen Calculator. Determinación de NDVI con GreenSeeker

35 Uso de modelos de simulación para el manejo de la fertilización nitrogenada E. Satorre y colaboradores - AACREA-Facultad de Agronomía (UBA) Condición de sitio (Escenario): Suelo, ciclo de cultivo, fecha de siembra, densidad, disponibilidad de agua a la siembra, análisis de suelo Serie histórica climática (Localidad) Modelo de simulación agronómica (MSA) Evaluación de rendimientos, respuestas y riesgo

36 Fertilizantes nitrogenados Momento de aplicación En trigo, aplicaciones al macollaje o divididas son más eficientes bajo condiciones húmedas entre la siembra y el final del macollaje, pero aplicaciones a la siembra presentan mayores eficiencias en condiciones secas entre la siembra y fin de macollaje En maíz, aplicaciones en 5-6 hojas son más eficientes bajo condiciones húmedas entre la siembra y la aplicación, pero aplicaciones a la siembra presentan similares eficiencias con bajas precipitaciones entre la siembra y 5-6 hojas

37 Maíz: Momentos de Aplicación del N Gudelj y col. EEA INTA Marcos Juárez Promedios de 6 lotes en Marcos Juárez /01 Rendimiento (kg/ha) Siembra 6 hojas Dividida Testigo sin N kg/ha Dosis de N (kg/ha) Diferencias significativas Siembra vs. 6 hojas en 3 de los 6 lotes Siembras del 7 al 11/10/00 Precipitaciones Siembra-6 hojas de 256 mm Aplicación de N como urea: al voleo a la siembra e incorporada a las 6 hojas 66 mm de precipitación inmediatamente después de la aplicación a la siembra 13205

38 Fertilizantes nitrogenados Formas y Fuentes de aplicación La incorporación es la forma de aplicación más eficiente de cualquier fuente nitrogenada. Aplicaciones superficiales con temperaturas medias del aire menores de 15 o C durante tres días resultan en bajas pérdidas por volatilización de amoníaco a partir de fertilizantes que contengan urea. Las pérdidas por volatilización e inmovilización serán potencialmente mayores a mayor cobertura de residuos. La aplicación en bandas superficiales concentradas de UAN o urea en superficie reduce el riesgo de volatilización y la inmovilización. Controlar posibles efectos fitotóxicos en aplicaciones junto con la semilla

39 Dosis * Fuente * Forma de Aplicación de N en Maíz EEA INTA Marcos Juárez Gudelj y col. 2002/03 Campaña 2002/03 Antecesor Trigo/Soja 95% cobertura a la siembra Siembra 23/10/02 Aplicación en 6ª. Hoja 30/11/02 Temperatura media del aire o C 5 mm de lluvia al día 11 y 13 desde la aplicación Rendimiento (kg/ha) Urea Sup Urea Inc CAN Sup CAN Inc UAN Sup UAN Inc Dosis N (kg/ha) Diferencias significativas entre dosis de N Sin diferencias entre fuentes y formas de aplicación

40 Respuesta NPK en Maíz Sr. Martiam Anufried Chané - Santa Cruz (Bolivia) Invierno 2002 Fuente: Ing. Santiago Terán y col. (Misti) Rendimiento (kg/ha) Dosis N = 100 kg/ha de Urea Dosis P = 50 kg/ha Fosfato diamónico Dosis K = 50 kg Cloruro de potasio 7268 Testigo N NP NK PK NPK Respuestas -> N = 2892 kg/ha; P = 903 kg/ha; K = 638 kg/ha; NPK = 4405 kg/ha C residuos (kg/ha) Costos 63 kg de maíz por kg N (29 kg de maíz por kg urea) > N = 400 kg/ha; P = 275 kg/ha; K = 205 kg/ha; NPK = 880 kg/ha

41 Maíz Invierno 2006 Promedios de 4 sitios en Zona Norte Rendimiento (kg/ha) T N PKS NPK Efectos significativos de N en 3 sitios y de P en los 4 sitios NPS NKS NPKS NPKSMicros Análisis de suelo (Invierno 2005) ph P Olsen mg/kg MO % - K cmol/kg

42 N ofrecido por el suelo para el maíz Tratamiento Cauce Viejo El Porvenir Mónica Norte Nuevo Horizonte Promedio kg N suelo (N siembra + N mineralizado) PKS NPKS kg N fertilizante utilizados por el cultivo EUNf Se considera que el maíz necesita absorber 22 kg de N para producir 1000 kg/ha de grano, que equivaldrían a disponer de 35 kg de N en el suelo para cada tonelada de grano de maíz

43 Ensayos N en Maíz El Tejar Chané - Santa Cruz (Bolivia) Inviernos 2009 y 2010 Fuente: Ing. Jorge Terrazas Rendimiento (kg/ha) Rendimiento (kg/ha) Dosis de N (kg/ha) Dosis de N (kg/ha) Oferta del suelo 145 kg/ha de N Oferta del suelo 158 kg/ha de N 35 kg de maíz por kg N (16 kg de maíz por kg urea) 15 kg de maíz por kg N (7 kg de maíz por kg urea) Base 60 kg/ha MAP - N aplicado a 4-6 hojas

44 Pautas para la toma de decisión de la fertilización nitrogenada Para producir una tonelada de grano, el maíz absorbe kg N y el trigo kg N Se puede considerar que cada kg de N en el suelo se puede producir 1 tonelada de granos de maíz o trigo Se pueden estimar necesidades de N según la diferencia entre los rendimientos sin N y los rendimientos alcanzables en la región Por ejemplo, suponiendo respuestas alcanzables de 1200 kg/ha, se deberían aplicar kg/ha N ( kg/ha urea) Redes de ensayos de fertilización nitrogenada permitirán una mejor evaluación de las necesidades de N Pensar en N cuando estén cubiertas las necesidades de P, K, S u otros nutrientes y optimizado el manejo de suelo y cultivo

45 !!Muchas gracias!!

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