R equerimientos hídricos y nutricionales de los cultivos Un enfoque ecofisiológico CEREALES Y OLEAGINOSAS FCA - UNC
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia? 5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía? 6) Interaciones entre disponibilidad de agua y * Cultivar * Densidad de plantas * Fecha de siembra * Nutrientes
Cosecha Enfermedades Control de insectos, malezas y de semillas Fertilización Manejo del agua Densidad Fecha de siembra Variedad Regulan la pérdida de recursos del ambiente Modifican la oferta ambiental Estructura Elección del lote Período de crecimiento
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
BRECHA AGUA barbecho eficiente cobertura de rastrojos siembra directa EFICIENCIA DE USO
Consumo de agua de cultivos manejados sin deficiencias de agua y nutrientes Cultivo Fecha de siembra Consumo (mm) BiomasaTotal (kg ha -1 ) Maíz 10 de octubre 580 24000 10 de diciembre 500 24000 Maní 10 de noviembre 690 12000 Girasol 1 de noviembre 650 13000 Soja 10 de noviembre 640 13000 Trigo 10 de junio 500 15000
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua?
CONSUMO DE AGUA POR EL CULTIVO T P E Esc Alm z Tm D
Qué determina la ETP?
Consumo Agua del Cultivo en mm/día = ETP x Kc = ETC
Consumo Agua del Cultivo en mm/día = ETP x Kc = ETC
Precipitaciones promedio serie 1966/96 en Córdoba Precipitación (mm) 250 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 +2DE Media -2DE E F M A M J J A S O N D
Rendimiento relativo al rendimiento potencial, considerando agua inicial y escurrimiento (RRSe); escurrimiento nulo (RRe0); capacidad de campo a la siembra (RRls) y ambas asunciones a la vez. Serie 1969-1994. INTA Manfredi. Cultivo Fecha de siembra RRSe RRe0 RRls RRe0ls Potencial Trigo 01/06 0.33 0.36 0.76 0.76 1.00 Soja 10/11 0.52 0.74 0.96 0.97 1.00 Soja 10/12 0.59 0.74 0.99 0.99 1.00 Maíz 10/10 0.43 0.72 0.88 0.97 1.00 Maíz 10/12 0.48 0.83 0.92 0.99 1.00 Girasol 20/09 0.35 0.57 0.84 0.90 1.00 Girasol 20/11 0.40 0.76 0.85 0.98 1.00
Profundidad de raíces a los 30 días de emergencia Adaptado de Andrade et al., 2000 0 Profundidad (m) -0.2-0.4-0.6-0.8-1 Girasol Maíz Soja Disponibilidad de agua y nutrientes Compactación del suelo Temperatura Disponibilidad de asimilados
Profundización radical de diferentes especies cultivadas Dardanelli et al. 1997 Cultivo Cultivar PR (cm) Estado Girasol Conti 3 290 10 d. post antesis Girasol G-100 250 9 d. post antesis Soja RA-702 230 68% R4 Soja A-5308 190 60% R4 Soja A-3127 130 50% R4 Maíz DK 3S41 190 12 d. post antesis Maní Florman 150 68% R5
Velocidad del frente de extracción de agua en distintas especies cultivadas Dardanelli et al. 1997 Cultivo VFE (mm d -1 ) Girasol 44 ± 3 a Soja 34 ± 2 b Maíz 30 ± 3 bc Maní 23 ± 2 c
Contenido volumétrico de agua a la siembra ( ) y a madurez ( ) en tratamientos con sequía impuesta Contenido volumétrico de agua (cm 3 cm -3 ) 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0 Profundidad (cm) -50-100 -150-200 -250-300
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego?
EFICIENCIA DE USO DEL AGUA (EUA) EUA kg mm = Biomasa Total mm agua consumida EUA kg grano mm = Rendimiento mm agua consumida
Consumo de agua de cultivos manejados sin deficiencias de agua y nutrientes Cultivo Fecha de siembra Consumo (mm) BiomasaTotal (kg ha -1 ) EUA (kg mm -1 ) Maíz 10 de octubre 580 24000 41,4 10 de diciembre 500 24000 48,0 Maní 10 de noviembre 690 12000 17,4 Girasol 1 de noviembre 650 13000 20,0 Soja 10 de noviembre 640 13000 20,3 Trigo 10 de junio 500 15000 30,0
RIEGO vs SECANO
Rendimientos potenciales y su variabilidad bajo riego y secano, en Manfredi. Resultados de la simulación de modelos validados con experimentos locales. Período 1969-1994 Cultivo Fecha de siembra Ciclo días Secano kg/ha C.V. % Riego kg/ha C.V. % Sec./Rie. % Trigo 01/06 161 1850 77 5530 12 33 Soja 10/11 150 2740 51 5240 8 52 Soja 01/12 128 2474 47 4227 9 59 Soja 10/12 124 2430 46 3983 9 61 Soja 20/12 120 2200 53 3750 10 59 Maíz 10/10 122 5620 48 13040 13 43 Maíz 10/12 126 6490 47 12610 11 48 Girasol 20/09 118 1970 47 5660 11 35 Girasol 20/11 103 2020 46 5060 18 40
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia?
AREA FOLIAR NUMERO DE GRANOS PESO POR GRANO Macollaje Encañazón Floración Llenado Tiempo
PERIODO DE VEGETACION EFECTO DE LA SEQUIA PERIODO CRITICO DE FIJACION DE GRANOS PERIODO DE LLENADO DE GRANOS REDUCCION DE CRECIMIENTO PERIODO CRITICO NUMERO DE GRANOS PESO DE GRANO REDUCCION DE RENDIMIENTO
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia? 5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía?
Intercepción de radiación Fracción de intercepción de RFA 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Riego Secano 0 25 50 75 100 125 150 TRIGO Días desde emergencia
CRECIMIENTO DEL CULTIVO Biomasa (kg ha -1 ) 20000 16000 12000 8000 4000 0 Riego Secano 0 25 50 75 100 125 150 175 Días desde emergencia
RENDIMIENTO Y COMPONENTES Radiación intercept. período crítico TCC período crítico Rend. Número de Granos PG (Mj m -2 ) (kg ha -1 d -1 ) (kg ha -1 ) (m -2 ) (mg) Riego 232 210 5740 14316 34.5 Secano 166 140 4150 11274 31.6
RENDIMIENTO Y COMPONENTES RIEGO FS Optima FS Tardía Rend (kg ha -1 ) 5740 4440 NG (m -2 ) 14316 12018 PG (mg) 34.5 32.0 Rad. Int. PCE (Mj m -2 ) 232 191 EUA (kg mm -1 ) 10.2 7.3 SECANO FS Optima FS Tardía 4150 2370 11274 7605 31.6 26.8 166 128 13.9 8.6 Cantarero, 2000
Trigo: Efecto del DPV sobre la EUA 120 EUA (kg ha -1 mm -1 ) 100 80 60 40 20 Balcarce Córdoba Paraná Pergamino 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 DPV (kpa)
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?. 5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo: Balance oferta-demanda Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila en hoja. Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h) 6.- Interacciones entre disponibilidad de nutrientes y: Cultivar Densidad de plantas Fecha de siembra Agua
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
Evolución de la superficie sembrada de trigo, soja y maíz en la Provincia de Córdoba Superficie sembrada (miles ha) 3000 2500 2000 1500 1000 500 71/73 96/98 99/01 0 Trigo Soja Maíz
Evolución de la superficie sembrada con soja para la Provincia de Córdoba Superficie sembrada (miles ha) 3500 3000 2500 2000 182000 ha año -1 1500 1000 500 120000 ha año -1 0 1970 1980 1990 2000 2010 Año
Disponibilidad de P en suelos de la región Pampeana Argentina Area I : Baja disponibilidad de P (< 10 ppm) Area II : Disponibilidad media de P (10-20 ppm) Area III : Buena disponibilidad de P (> 20 ppm)
Requerimientos de nutrientes (kg/ton de grano producido) Nutriente N P K Ca Mg S B Cl Cu Fe Mn Mo Zn Maíz 22 4 19 3 3 4 0.020 0.444 0.013 0.125 0.189 0.001 0.053 Requerimiento kg/ton grano Girasol 40 5 28 18 11 5 0.165 0.019 0.261 0.055 0.029 0.099 Soja 80 8 33 16 9 7 0.025 0.237 0.025 0.300 0.150 0.005 0.060
Nitrógeno fijado simbióticamente en distintos cultivos de leguminosas Fuente: Shepers y Mosler, 1991; Tisdale et al. 1993 Cultivo N fijado kg N ha -1 Alfalfa 114-300 Trebol rojo 115 Trebol Blanco 93-143 Vicia 80 Soja 51-195 Arveja 70 Maní 40
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
Suelo M.O. NH + 4 NO - NO - 2 3 Proteólisis Amonificación Nitrosomonas Nitrobacter Planta NR NO 3 - NO 2 - NH 4 + NADH NIR Fd Enzimas ATP, Fd Glutamina Glutamato
N mineralizado por suelos con distinto N 0 durante el ciclo de los cultivos de verano (19 semanas), en función del agua útil N mineralizado (kg ha -1 ) 300 250 200 150 100 50 0 0 25 50 75 100 Agua Util (%) Echeverría y Bergonzi, 1995 N 0 =300 N 0 =180 N 0 =120 N 0 =60
FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA VOLATILIZACION DE AMONIO DISPONIBLIDAD DE AGUA EN EL SUELO CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO TEMPERATURA VELOCIDAD DEL VIENTO ACTIVIDAD UREASICA CANTIDAD DE RASTROJOS EN SUPERFICIE DOSIS DE N FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DESNITRIFICACION PRESENCIA DE NITRATOS PRESENCIA DE BACTERIAS DESNITRIFICADORAS CONCENTRACION DE OXIGENO CARBONO SOLUBLE TEMPERATURA ph
NITROGENO EFECTOS DE LA SIEMBRA DIRECTA SOBRE LA DINAMICA DE LOS NUTRIENTES Mayor desnitrificación (mayor anaerobiosis por mayor contenido de agua por más tiempo y por mayor consumo de oxígeno debido a la mayor actividad biológica). Mayor pérdida por lavado (mejor infiltración de agua). Mayor inmovilización y menor tasa de mineralización neta en los primeros años. APLICACIONES DE UREA En aplicaciones de urea en SD se observaron mayores pérdidas debido a los residups (> Ureasa, ph alcalino, no llega al suelo). Se midieron pérdidas de hasta 12-13% en maíz, en aplicaciones en 5-6 hojas (Sainz Rosas, 1997). Alternativas para reducir pérdidas: aplicación en banda, debajo del rastrojo, fertilizantes no amoniacales y/o líquidos, inhibidores de la ureasa. FOSFORO Acumulación en superficie (> concentración y > contenido de agua favorecen su difusión y absorción). < Temperatura reduce su difusión, esto puede reducir la disponibilidad para el cultivo en etapas tempranas.
ABSORCION Y DISPONIBILIDAD DE FOSFORO TEMPERATURA AGUA CONCENTRACION DEL NUTRIENTE ph TENSION DE OXIGENO TORTUOSIDAD CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO CANTIDAD Y FORMA DE NITROGENO DISPONIBLE
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.
REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE Kg/ha 300 200 100 0 FLOR 4kg/ha día NITROGENO FOSFORO 1kg/ha día Maíz CICLO DEL CULTIVO 25d 40d
REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE Kg/ha 300 200 100 0 FLOR 4kg/ha día 25d 40d soja NITROGENO FOSFORO 0,3kg/ha día CICLO DEL CULTIVO
Acumulación del nutriente en floración ESPECIE N --------------------- % --------------------- Maíz 55 70 50 Girasol 65 70 40 50 Soja 20 15 20 Trigo 80 50 P
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?.
CLIMA NUTRIENTES DESARROLLO CRECIMIENTO duración PARTICION RENDIMIENTO ESTRATEGIAS Manejo - Mejoramiento
Evolución del área foliar (IAF) a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible Uhart y Andrade, 1995 5 IAF 4 3 2 N0 N1 N2 1 0 0 20 40 60 80 100 Días después de emergencia
Evolución de la intercepción de la RFA a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible Uhart y Andrade, 1995 Intercepción de radiación (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 N0 N1 N2 0 20 40 60 80 100 120 Días después de emergencia
Evolución de la materia seca aérea total a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible Biomasa aérea total (g m-2) 2500 2000 1500 1000 500 N0 N1 N2 Uhart y Andrade, 1995 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Días después de emergencia
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?. 5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo: Balance oferta-demanda Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila en hoja. Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h)
Diagnóstico por síntomas visuales
Nitrógeno Trigo Maíz
Fósforo Trigo
Diagnóstico por análisis de suelo
OFERTA DE NUTRIENTES Características climáticas y edáficas Tipo y oportunidad de labranzas Naturaleza de los residuos incorporados N mineral + N mineralizado
Balance de N Maíz Rendimiento objetivo: 10.000 kg/ha N en el suelo a la siembra: 60 kg/ha N mineralizado durante el ciclo: 120 kg/ha Req. de fertilizante = Oferta Demanda Req. de fertilizante = (60 kg/ha x 0,6) + (120 kg/ha x 0,8) (10 tn/ha x 20 kg N/tn) Req de fertilizante = 36 kg N/ha + 96 kg N/ha 200 kg N/ha Req. de fertilizante = 68 kg N/ha / 0,6 = 113 kg N/ha = 246 kg/ha de urea
Rendimiento relativo de maíz en función del nivel de N-NO3 a 0-30 cm de profundidad, en el estado de 5-6 hojas 15 ppm 1 Rendimiento Relativo 0.9 0,90 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0 5 10 15 20 25 30 35 40 N-NO3 (ppm)
Respuesta a la fertilización fosfatada de maíz en función del nivel de P disponible a 0-20 cm de profundidad en pre-siembra. 15 ppm 2200 Respuesta (kg/ha) 1800 1400 1000 600 200 500 Kg/ha -200 0 10 20 30 40 P suelo (ppm)
Umbrales de respuesta para la fertilización con P para diferentes cultivos. P disponible Bray y Kurtz (0-20 cm) Cultivo P (ppm) Maíz 15 20 Girasol 12-15 Soja 11 13 Sorgo 10 12 Trigo 15 22
Diagnóstico por análisis de planta
N en planta entera (%) Curvas de dilución del nutriente (Uhart y Andrade, 1997). 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 5 10 15 20 Biomasa aérea (tn/ha)
Tenores críticos de nutrientes en hojas de soja según distintos autores. Muestras de hojas del primer trifolio superior maduro al inicio o plena floración (Estado R1-R2). Nutriente EMBRAPA (1998) Martins (1998) 3600 kg/ha Flannery (1989) 7963 kg/ha --------------------- g/kg --------------------- Nitrógeno 45-55 46.4 53.3 Fósforo 2.6-5.0 2.5 3.6 Potasio 17-25 18.7 21.9 Calcio 3.6-20.0 7.9 10.2 Magnesio 2.6-10.0 3.3 3.3 Azufre 2.1-4.0 2.5 2.4 -------------------- mg/kg -------------------- Boro 21-55 51 46 Cobre 10-30 8 12 Hierro 51-350 100 144 Manganeso 21-100 35 30 Molibdeno 1-5 - - Zinc 21-50 45 48
Rendimiento relativo en función de los N-NO 3 en base del tallo de maíz determinados sobre base seca (Herfurth et al, 1997) 1 Rendimiento relativo 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0 200 400 600 800 1000 1200 N-NO3 en base de tallo sobre base seca (ppm)
Índice de suficiencia de clorofila 100 Rendimiento relativo 95 90 85 80 75 70 65 60 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 Ind. de suficiencia clorofila (estresado/fertilizado)
Rendimiento relativo en función de la concentración de nitrógeno en grano de maíz a cosecha. (Uhart, 1995). 1 Rendimiento relativo 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 N en grano a cosecha (%)
Lectura del medidor de clorofila (SPAD) en función de los días desde la emergencia del cultivo en maíz para diferentes disponibilidades de N (Sainz Rosas y Echeverría, 1997) LECTURA DEL SPAD 65 60 55 50 45 40 35 30 25 Dosis de N TESTIGO 70 210 20 40 60 80 100 DIAS LUEGO DE LA EMERGENCIA
Categorías de concentración de nitratos en la base de los tallos de maíz en madurez (Adaptado de Blackmer y Mallarino, 1997 y Herfurth et al., 1997) Categoría de concentración Concentración Rendimiento de nitratos relativo Mg/kg % Probabilidad de respuesta a N Baja < 250 60 Elevada Marginal 250-700 90 Escasa Optima 700-2000 96 Nula Exceso > 2000 98 Nula