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Dinámica del nitrógeno en suelos y cultivos
Fernando O. GarcíaInstituto Internacional de Nutrición de
Plantas
Simposio Internacional sobre Manejo y Uso Eficiente de FertilizantesSanta Cruz de la Sierra, 4 y 5 de Abril de 2011
TemarioDeficiencias 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
• Funciones en formación de clorofila, aminoácidos, proteínas y vitaminas
• Esencial para lograr altos rendimientos
• Frecuentemente deficiente y limitante en los sistemas de producción
Nitrógeno
Extracción de nutrientes de distintos cultivos
Nutrientekg de nutriente / tonelada de cultivo*
Trigo Maíz Soja Girasol Sorgo Cebada
Nitrógeno 18 13 49 22 17 13
Fósforo 3.3 2.6 5.3 5.8 3.0 3.0
Potasio 3.3 3.5 17 5.6 3.0 4.0
Calcio 0.4 0.2 2.7 1.3 1.0 -
Magnesio 2.3 1.3 3.2 2.7 1.0 1.0
Azufre 1.3 1.2 2.5 1.7 2.0 2.0
* La extracción está expresada en base a la Humedad Comercial (Hc) de cada cultivo
Ciampitti y García (2007), IA No. 33, AA No. 11
Ciclo del N en ecosistemas agrícolasN atmosférico (N )
Desnitrificación
Volatilización
Mineralización-Inmovilización
Nitrificación
Erosión
Biomasa microbiana
N orgánicoLavado
Fijación
Fijación biológicaPrecipitaciones
Residuos
Fertilizante
NH NO34
2
NitratoAmonio
Absorción
Erosión
Fertilizante
Cosecha
Garcia, 1996
Destino del N en un cultivo de maízRimski-Korsakov et al. (2008)
Residuos y raíces18-21%
Materia orgánica8-21%
Nitratos residuales6-11%
Grano28-40%
Volatilización15-24%
Nitratos lixiviados0.1-2%
Remanente en el sistema Salidas del sistema
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
InoculaciónRespuesta a la inoculación en lotes con historia sojera
Enrico y Capurro, 2009. Sobre base de datos Proyecto INOCULAR
y = 1.05 x; r² = 0.91
FBN y Fertilización nitrogenada en soja
Salvagiotti et al, 2008
0
50
100
150
200
250
300
350
0 400 800 1200 1600
N d
eriv
ado
de F
BN
(kg
ha-1
)
Fertilizante N (kg ha-1)
N aplicado en la zona de nodulosN aplicado tarde en el cicloAplicación profunda de NCepa alta efectividad
Mineralización-Inmovilización de Nitrógeno
N orgánicoAmonificación
NH4+ NO3
-Nitrificación
Inmovilización
1. Métodos químicos y biológicos2. Estimaciones a partir del contenido de N orgánico3. Estimaciones a partir del rendimiento de cultivos sin fertilizar
Evaluación de la mineralización
Estimaciones de mineralización anual de N orgánico según textura de suelo
Suelos arcillosos a franco-arcillosos 1.2 - 2.5% Suelos francos a limosos 1.5 - 3.0% Suelos francos a franco-arenosos 3.0 - 4.0%Suelos arenoso-francos a arenosos 4-0 - 6.0%
Regulación de la mineralización de N(Rice y Havlin, 1994)
N orgánicoCalidad de sustrato
NH4+Labranzas
Disrupciones físicas
Arcilla
Textura
Precipitaciones
Contenido de lignina
Relación C/N
Contenido de agua
Secado-rehumedecimientoCongelado-descongelado
Temperatura
Accesibilidad
0.00.20.40.60.81.0
1421
2835
-6-5-4-3-2-1Min
eral
izac
ion
Rel
ativ
a
Tempe
ratur
a (o C)
Potencial (MPa)
0.00.20.40.60.81.0
1421
2835
-6-5-4-3-2-1Min
eral
izac
ion
Rel
ativ
a
Tempe
ratura
(o C)
Potencial (MPa)
Materia Orgánica Residuos en Superficie
InteracciónTemperatura/Humedad
Cabrera, 2007
Pérdidas de N por lavado El nitrato (NO3
-) 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
Pérdidas de N-NO-3 nitratos en maíz
Balcarce - Aparicio et al. (2008) Promedios de 8 campañas
0
20
40
60
80
1 1.5 2
Profundidad (m)
Pér
dida
s de
N-N
O- 3
(Kg
ha-1
) 0
100
200
22
35
12
62
30
44
kg/ha de perdida
Dosis de N (kg/ha)
Regulación de la desnitrificación (Tiedje, 1988)
Agua
C disponible
TexturaPlantas
Precipitaciones
Respiración
N2
NO3-
O2
NO3-
Carbono
AguaAgua
NH4+Materia orgánica
PlantasAgua
Disrupciones físicasCompetición o excreción de otros microbios
ReguladoresPróximosDistales
Orden deimportancia
Desnitrificación en TrigoEEA INTA-FCA Balcarce - Campaña 1995
0
1000
2000
3000
4000
15-Jul 24-Aug 03-Oct 12-Nov 22-Dec
Fluj
o de
N2O
acu
mul
ado
(g N
ha-1
) Testigo
120 kg/ha N
Fuente: Picone et al., 2006Perdidas de 2-3%
UAN
N en el suelo y fertilizantes nitrogenadosReacciones involucradas
NH4+
NH3 H+
H+
Ureasa
+
NO3- H++
Al aumentar el pH, se forma mas amoníaco (NH3)
La nitrificación disminuye el pH
AguaEsta reacción consume H+
aumentando el pH
Urea
Nitrato de AmonioSulfato de Amonio
Amoníacoanhidro
Urea
Factores que afectan la volatilización de amoníaco(Hargrove, 1988)
NH3
NH4+
Actividad ureásica
Presencia de residuosUso de inhibidores
Suelo
Ambiente
ManejoFuente y dosis de NMétodo de aplicación
Intercambio de aireContenido de aguaTemperatura
Capacidad de intercambiocatiónico
pH y capacidad buffer
Orden de importancia
0
10
20
30
40
Pérd
idas
(%)
Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
UreaUANCAN
Volatilización de amoníaco a partir de distintas fuentes nitrogenadas
EEA INTA Rafaela - Fontanetto (1999)
Dosis de 50 kg/ha de N al Voleo en Siembra Directa
Nuevos productos fertilizantesFertilizantes 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®)
Efectos de inhibidores en fertilizantes nitrogenados modificados
NH4+Urea
Ureasa, AguaNO3
- H++
nBTPTInhibidor de la
actividad ureasa
Nitrapirin, DCD, DMPPInhibidores de la
nitrificación
ESN, NSNPolímeros que recubren urea
NH3
Inhibidores de la ureasaMaíz de primera en Rafaela (Santa Fe)
Fontanetto, Bianchini y col., 2007/08
Tratamiento Perdidas N-NH3 Rendimiento Eficiencia agronómica
% kg/ha kg maíz/kg N
Testigo - 7334 -
Urea 70N 10 8381 15
Urea 140N 25 9623 16
Urea 70N + NBPT 4 9166 26
Urea 140N + NBPT 6 10368 22
Salida Decisión
Acción
Apoyos para la toma de
decisión
Demanda cultivoAbastecimiento sueloEficiencia aplicación
Aspectos económicosAmbiente
Productor/Propietario
Posibles factores
de sitio
Cultivo SueloProductor Aplic. NutrientesCalidad de aguaClimaTecnología
RetroalimentaciónResultado
Dosis recomendadas Probabilidad de ocurrenciaRetorno económicoImpacto ambientalMomento de aplicaciónEtc.
Fixen, 2005
Toma de decisiones en el manejo de nutrientes
Diagnóstico de la fertilidad nitrogenada para trigo y maíz
Siembra
Floración
MacollajeV4-V6
Disponibilidad de N-nitratos (0-60 cm)
Nitratos en jugo de base de tallos
Análisis de N total en hoja bandera o de la espiga
Concentración de N en grano
Pre-Siembra
Madurez fisiológica
Estado de desarrollodel cultivo
Llenado de granos
Disponibilidad de N-nitratos (0-30 o 0-60 cm)
Análisis de N total en planta
Nitratos en jugo de base de tallos (maíz)
Indi
ce d
e ve
rdor
(Min
olta
SPA
D 5
02)
Sens
ores
rem
otos
Indices de mineralización de N orgánico
Planteo de balances de N
Modelos de simulación para N
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 0.4-0.7Em 0.7-0.9Ef 0.4-0.8
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 – Xdonde
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
N disponible a la siembra y Rendimiento de Maíz
Rendimiento = 1800.1 N 0.3398
R 2 = 0.493n=83
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 50 100 150 200 250 300 350 400N siembra, 0-60 cm + N fertilizante (kg/ha)
Ren
dim
ient
o (k
g/ha
)
AAPRESID-Profertil 2001 INTA C. Gomez 2000 INTA C. Gomez 2001AAPRESID-INPOFOS 2000 CREA 2000 CREA 2002CREA 2003 CREA 2004
Aplicando 80 kg N 10000 kg de maízEs decir 29 kg de maíz por kg de N
70 kg N
7700 kg/ha
Análisis de N-nitratos en seis hojas para maízRed de Ensayos AAPRESID-Profertil 2001/02 – 2004/05
23 sitios en Buenos Aires, Córdoba, Entre Ríos, y Santa Fé
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100N-NO3 en suelo (0-20 cm) en V6 (mg kg-1)
Ren
dim
ien
to R
elat
ivo
(%)
2001/02 2002/03 2003/04 2004/05
Nivel Crítico:20 ppm
Bianchini, 2005
Concentraciones críticas de N total en planta
Cultivo Momento Organo Concentración crítica de N (%) Referencia
Trigo Fin macollaje (Zadoks 30) Planta entera 3.5-3.95 Baethgen y
Alley, 1989
Trigo Espigazón (Zadoks 50) Planta entera 1.75-3.0 Jones, 1998
Trigo Floración (Zadoks 65) Hojas superiores 3.0-3.3 Malavolta et al.,
1997
Maíz V3-V4 Planta entera 3.5-5.0 Voss, 1993
Maíz Floración (R1) Hoja opuesta por debajo de la espiga 2.7-2.8 Ambrogio et al.,
2001
Maíz Madurez fisiológica Grano 1.2-1.4
Uhart y Echeverría.,
2002
Medidor de índice de verdorMinolta SPAD 502
Maíz: Relaciones entre rendimiento e Indice de Suficiencia
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Indice de suficiencia de N
RR
RR= 2,06x-1,20 r2= 0,46
V6
RR= 1,65x - 0,67r2 = 0,86
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Indice de suficiencia de N
RR
Pref
RR= 1,41x - 0,44r2 = 0,87
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Indice de suficiencia de N
RR
F
RR= 1,22x - 0,23r2= 0,90
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Indice de suficiencia de N
RR
Posf
Sainz Rozas y Echeverría (1998)
V6 Pre-floración
Floración Post-floración
Aplicación variable de N según sensores de “color” del maíz
Sensores
Computadora lee los sensores, calcula la dosis de N y dirige el controlador
Controlador regula válvula para cambiar dosis de fertilizante
Fuente: Scharf (2005)
NDVI, Índice normalizado de diferencias de vegetación
Relación entre el NDVI determinado con un sensor GreenSeeker® en distintos estadios y el rendimiento de maíz
Melchiori y col. 2005 - EEA INTA Paraná
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. 2005 - EEA INTA Paraná
Tratamientos Rendimiento(kg/ha)
Respuesta(kg/ha)
EUN(kg grano/kg N aplicado)
Testigo 5595 - -N 140 8725 2474 18
N 70 + N 70 9219 3623 26
N 70 + SBNC 8660 3064 44
SBNC, Sensor Based Nitrogen Calculator. Determinación de NDVI con GreenSeeker ®
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
Fertilizantes nitrogenadosMomento 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
Maíz: Momentos de Aplicación del NGudelj y col. – EEA INTA Marcos Juárez
Promedios de 6 lotes en Marcos Juárez - 2000/ 01
1162
9
1233
6
1258
5
1211
1
1308
0
1335
1
1180
9
1304
2
1320
5
4000
6000
8000
10000
12000
14000
60 120 180
Dosis de N (kg/ha)
Ren
dim
ient
o (k
g/ha
)
Siembra 6 hojas Dividida
•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
Diferencias significativas Siembra vs. 6 hojas en 3 de los 6 lotes
Testigo sin N 10647 kg/ha
Fertilizantes nitrogenadosFormas 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 15oC 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
Dosis * Fuente * Forma de Aplicación de N en MaízEEA INTA Marcos Juárez – Gudelj y col. 2002/03
Campaña 2002/03 – Antecesor Trigo/Soja – 95% cobertura a la siembraSiembra 23/10/02 – Aplicación en 6ª. Hoja 30/11/02
Temperatura media del aire 16-27oC – 5 mm de lluvia al día 11 y 13 desde la aplicación
6000
8000
10000
12000
14000
0 60 120 180Dosis N (kg/ha)
Ren
dim
ient
o (k
g/ha
)
Urea Sup Urea Inc CAN SupCAN Inc UAN Sup UAN Inc
•Diferencias significativas entre dosis de N•Sin diferencias entre fuentes y formas de aplicación
Respuesta NPK en MaízSr. Martiam Anufried – Chané - Santa Cruz (Bolivia) – Invierno 2002Fuente: Ing. Santiago Terán y col. (Misti)
2863
5526
6630 6365
4376
7268
0
1500
3000
4500
6000
7500R
endi
mie
nto
(kg/
ha)
Testigo N NP NK PK NPK
Respuestas -> N = 2892 kg/ha; P = 903 kg/ha; K = 638 kg/ha; NPK = 4405 kg/ha
• Dosis N = 100 kg/ha de Urea • Dosis P = 50 kg/ha Fosfato diamónico• Dosis K = 50 kg Cloruro de potasio
Costos -> N = 400 kg/ha; P = 275 kg/ha; K = 205 kg/ha; NPK = 880 kg/ha1575 3039 3647 3501 2407 3997C residuos
(kg/ha)
63 kg de maíz por kg N (29 kg de maíz por kg urea)
Maíz Invierno 2006Promedios de 4 sitios en Zona Norte
Efectos significativos de N en 3 sitios y de P en los 4 sitios
Análisis de suelo (Invierno 2005)pH 6.5-8.0 – P Olsen 1.8-7.8 mg/kg – MO 1.4-2.0% - K 0.15-0.36 cmol/kg
6690 71917738 8009 8104
70218056 7943
0
3000
6000
9000
T NPKS
NPKNPS
NKSNPKS
NPKSMicros
Ren
dim
ient
o (k
g/ha
)
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 252 260 288 283 271
NPKS 275 273 278 303 282
kg N fertilizante utilizados por el cultivo
EUNf 0.37 0.21 -0.16 0.33 0.19
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
Ensayos N en MaízEl Tejar – Chané - Santa Cruz (Bolivia) – Inviernos 2009 y 2010Fuente: Ing. Jorge Terrazas
35 kg de maíz por kg N (16 kg de maíz por kg urea)
41405568
7348
0
2000
4000
6000
8000
0 46 92
Rend
imie
nto
(kg/
ha)
Dosis de N (kg/ha)
2009
45235827 6000
6654
01000200030004000500060007000
0 69 92 138
Rend
imie
nto
(kg/
ha)
Dosis de N (kg/ha)
2010
15 kg de maíz por kg N (7 kg de maíz por kg urea)
Oferta del suelo145 kg/ha de N
Oferta del suelo158 kg/ha de N
Base 60 kg/ha MAP - N aplicado a 4-6 hojas
Pautas para la toma de decisión de la fertilización nitrogenada
• Para producir una tonelada de grano, el maíz absorbe 20-22 kg N y el trigo 25-30 kg N
• Se puede considerar que cada 35-45 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 42-54 kg/ha N (91-117 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
!!Muchas gracias!!www.ipni.net/[email protected]