Perspectivas en el uso eficiente de fertilizantes, nuevas tecnologías y retos en el ... · 2019-06-20 · Perspectivas en el uso eficiente de fertilizantes, nuevas tecnologías y

Perspectivas en el uso eficiente de fertilizantes, nuevas tecnologías y retos en el futuro de una agricultura sostenible

Raúl Jaramillo V. Ing. Agr. Ph. D. International Plant Nutrition Institute [email protected]

La Antigua Guatemala, Agosto 10, 2015

El IPNI (International Plant Nutrition Institute)

!! Conocido anteriormente como el INPOFOS (PPI), fundado en 1935. !!MISIÓN:

!!Fomentar el desarrollo y difusión de la información científica sobre la nutrición de los cultivos !!Recursos de 21 compañías y 7 organizaciones

afiliadas !! ESTRATEGIA:

!!Oficinas regionales para las Américas (7), Asia (6), Este de Europa, Australia y África. !!Grupos de trabajo en áreas como la eficiencia del

uso de nutrientes, agricultura de precisión, herramientas para el manejo de la nutrición en trigo, maíz, soya; impacto del uso de nutrientes en el medio ambiente y otros.

http://nla.ipni.net

www.ipni.net

http://mca.ipni.net

http://lacs.ipni.net http://brasil.ipni.net

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La encrucijada en la producción de alimentos

Patrick Heffer and Michel Prud’homme, IFA Fertilizer Outlook 2015. Fuente original FAO

Record de producción en 2014


!!La población mundial pasó de 3 a 7 mil millones desde 1960 a la fecha.

!!El consumo de cereales y carne per cápita aumentó un 80% y 100% en el mismo periodo.

!!Todavía uno en seis seres humanos está crónicamente hambriento.

!!Las Metas del Desarrollo Milenio para acabar con el hambre están en riesgo – Doble de alimentos en 2040.

!!Banco Mundial – al menos 50% más alimento en y 85% más carne en el 2030


!!Aproximadamente la mitad de la población mundial está viva gracias a los alimentos producidos con el uso de fertilizantes (IFDC) y la agricultura convencional.

!!La producción anual de fertilizante está en cerca de 230 Mt (2014).

!!Los precios de fertilizantes y de granos más oleaginosas tienen relación.

!!Podemos decir que el fertilizante es accesible en los esquemas actuales de producción de alimentos.

Cosechas records en 2013 y 2014

PotashCorp, 2014

Importaciones records de oleaginosas

USDA, 2014. Slide cortesía de PotashCorp

Producción e importación aceite de palma

USDA, 2014. Slide cortesía de PotasCorp

Producción y exportación azúcar


Producción y consumo de azúcar en 2015 son aproximadamente iguales

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Producción Consumo

USDA Sugar: World Markets and Trade, Mayo 2015

Reservas sin embargo a la baja


Llenando la demanda de alimentos

1.! Más tierra sembrada (uso de recursos) 2.! Mejores rendimientos y productividad

!!Fertilizantes inteligentes (innovaciones con patente) !!Inteligencia al usar fertilizantes

(más conocimiento, difícil de patentar!)

El consumo de fertilizante en América Latina, segundo en el mundo

Slide Dr. Terry Roberts “Fertilizantes para la vida”

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Rendimientos Promedio de Maíz en EE.UU. 1965-2012

Modificado de Cassman et al., 2006. Convergence of Agriculture and Energy. CAST (con autorización)

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Híbridos doble-X a híbridos simple-X

Expansión del área con riego, mayores dosis de fertilizante nitrogenado

Análisis de suelos, fertilización balanceada NPK, labranza de

conservación

Resistencia transgénica a insectos (Bt)

Manejo integrado de

plagas

Sembradoras de precisión de alta

velocidad

Tractores con auto piloto

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Slide cortesía Dr. Steve Phillips

Ambiente saludable

Objetivos del Sistema de cultivo

Rentabilidad Productividad

Dosis Fuente

Fuente adecuada, en la dosis, época y sitio adecuados

Lugar Momento

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Como determinamos la eficiencia de uso de nutrientes

!!Dobermann (2007)

!!Numerosos métodos (EA, EF, BPN, FPP….)

!!Eficiencia de recuperación del N para la mayoría de campos en el mundo es <40%

!!Mejores administradores con mucho mejores valores

!!NUE no siempre son fáciles de interpretar

!!Especialmente en sistemas con altos rendimientos

Slide cortesía Dr. Paul Fixen

Eficiencia de recuperación por el método de balance para P o K

!!Método de balance: nutriente removido por el cultivo / nutriente aplicado

!El mismo que la relación remoción:uso cuando se utiliza el concepto de mantenimiento de la fertilidad.

!!Revisión global por Syers, Johnston and Curtin (2008).

!Cuando los suelos se mantienen cerca de su valor crítico para los rendimientos de los cultivos, la eficiencia de uso del fertilizante P excede frecuentemente el 90%


Vitousek et al. (Science, 2009).

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Entradas y salidas de N y P con alternativas de manejo.


Los 4R del manejo de nutrientes son universales

1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas

Dosis Fuente

Momento Lugar

Fuentes de Fertilizantes

!!La selección de fuentes de fertilizantes y enmiendas edáficas es un paso esencial, pero no suficiente para asegurar altos rendimientos.

!!Si existen fallas en el manejo agronómico las fuentes en sí mismas no pueden “corregir” los problemas (agua, pestes).

Análisis de suelos: Información

Existe gran variabilidad espacial en los suelos. Para entenderla es indispensable hacer análisis de laboratorio.

Mapas de Prochnow, 2008

Manejo de la acidez del suelo

!!La acidez del suelo controla la disponibilidad de un nutriente.

!!El manejo de la acidez es distinto de acuerdo a la mineralogía del suelo.

Fuente: Malavolta (1992)

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pH

Hierro, Cobre, Manganeso y Zinc

Molibdeno y Cloro

Nitrógeno, Azufre y Boro

Fósforo

Potasio, Calcio y MagnesioAluminio

Encalado del suelo en Caña

!!Suministro de Ca y Mg

!!Aumenta la disponibilidad de nutrientes, especialmente P.

!!Disminuye la toxicidad de Al3+, Fe2+ y Mn2+

!!Aumenta la mineralización de la materia orgánica

!!Aumenta la fijación biológica de N (Beijerinckia)

!!Mejora la agregación del suelo

Vitti, 2005

Toxicidad de aluminio

•!La toxicidad de aluminio, característica de suelos ácidos inhibe la formación de raíces laterales.

•!El suministro de Ca contrarresta esta expresión por la precipitación de Al3+

Fotografías, McCray et al, 2013

Encalado del suelo

!!Las recomendaciones de encalado para suelos tropicales (carga variable) no debe tener como meta el control del pH !!! !!La medida de manejo es la CIC, relación de bases, cambios en Ca y Mg, reducción en el Al intercambiable.

Producción y mercado de fuentes nitrogenadas

Fuente: PotashCorp, 2014

Ciclo del Nitrógeno

Nitrógeno atmosferico

Fijación y deposición

Residuos animales

y biosólidos

Fijación industrial (fertilizantes) Cosecha

Volatilización

Denitrificación

Escorrentía erosión

Percolación

Nitrógeno orgánico

Amonio (NH4)

Nitrato (NO3)

Residuos vegetales

Fijación biológica por leguminosas

Absorción

Cosecha

Residuos animales

y biosólidos

Nitrógeno orgánico

Amonio (NH4)

Residuos vegetales

por leguminosas Absorción

Residuos

Fijación biológica por leguminosas

animales y biosólidos

Fijación biológica por leguminosas Fijación biológica por leguminosas

Amonio (NH

Absorción

Denitrificación

Nitrato (NO3)

Absorción Absorción

Nitrato

Absorción Absorción

Nitrógeno atmosferico

Fijación industrial (fertilizantes)

Escorrentía erosión

Volatilización

atmosferico

Volatilización

Cosecha Fijación industrial

- +

Concepto de los límites del planeta (Johan Rockström)

!!Nueve límites identificados

!!Cruzar el umbral de estos límites puede causar cambios irreversibles en el ambiente

!!Concepto algo incierto pero muy popular en la actualidad

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N

P

Condiciones que favorecen las pérdidas por volatilización

!!Aplicación de dosis altas

!!Elevado pH

!!Alta temperatura del suelo

!!Rápida evaporación del agua

!!Contenido bajo de humedad del suelo

!!Baja capacidad de intercambio catiónico

Condiciones que favorecen las pérdidas por volatilización

Amoníaco anhidro Agua amoniacal Nitrato de amonio Sulfato de amonio Tiosulfato de amonio (líquido) DAP MAP Urea Nitrato de potasio Soluciones de N (UNA)

82 16-25 33.5 21

18.9 16-18 10-12

46 13-14 21-49

NH3 NH4OH NH4NO3 (NH4)2SO4 (NH4)2S2O3 (NH4)2HPO4 NH4H2PO4 NH2CONH2 KNO3 ----

Fuentes de Nitrógeno Fuentes Fórmula N (%)

Materiales Recubiertos Urea recubierta con polímeros

!!Gránulos cubiertos por polímeros de diferente naturaleza

!!La liberación de N controlada por la difusión

!!Principales factores que afectan la liberación !!Grosor de la cobertura !! temperatura !!Humedad

!!El mecanismo es el siguiente:

El agua penetra a través de la capa del polímero

El N se disuelve dentro del gránulo

Difusión controlada por la temperatura

A la solución del suelo

El N sale a través del polímero

Efecto de las fuentes de N en el rendimiento de maíz en siembra directa

Testigo sin N: 7.1 t ha-1

8.7 9.610.9

9.9 11.1 12.0 10.2 11.3 12.0

0

2

4

90 180 270 N aplicado antes de la siembra al voleo a la superficie, kg ha-1

Ren

dim

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1 Urea URP Nitrato de amonio

12

6

10

8

Kansas, tres años de siembra

Materiales estabilizados

!!Inhibidores de la nitrificación

!!Inhibidores de la ureasa

!!Los inhibidores de ureasa controlan el proceso de la hidrólisis de urea

!La forma más lenta de trasformación de la urea a N amoniacal puede reducir significativamente el potencial de volatilización de NH3

CO(NH2)2+ H+ + H2O 2NH4+ + HCO3

- ureasa

NH4+ NH3 + H+

Materiales Estabilizados Inhibidores de la ureasa

Efecto del NBPT N [(n-butyl)-triamida tiofósforica] en la recuperación aparente de N en algodón

Earnest y Varco, 2006

Banda superficial Voleo

60.7

40.6 31.3

5.1 21.2

0

10

20

30

40

50

60

70

UNA + Agrotain

UNA Urea + Agrotain

Urea Nitrato amonio

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Mississippi, EEUU

El fósforo, esencial para la vida

!!Con el N, el P controla la productividad de la mayoría de ecosistemas terrestres.

!!Mientras el N es escaso por su movilidad, el P es deficiente por su escasa disponibilidad

!!Contrario al N, el P no existe en estado gaseoso.

Manejo de las fuentes fosforadas

!!América latina consume más P que Norteamérica

!!Las fuentes fosforadas varían en su solubilidad y reacción en el suelo (SFT, STP casi no están presentes)

!!La medida de la Eficiencia del P ha cambiado, con un enfoque al largo plazo (Balance parcial de Nutrientes)

!!El manejo de la materia orgánica es fundamental

!!En otros cultivos el manejo de la arquitectura de raíces ha resultado en marcados incrementos en la absorción de P.

!!La fertigación con P soluble (ácido fosfórico) es posible, técnicas de lenta distribución con riego regular (Cenicaña)

Las raíces de la nueva revolución verde (Dr. Jonathan Lynch)

Reservas de P a nivel mundial

US Geological Service, 2013. Slide cortesía de Canpotex

El pico de la producción de P

Curva basada en Cordell et. al. 2009

!!Algunos afirman que el P está desapareciendo y puede ser muy escaso al final de este siglo

Fuente: Our Nutrient World, INI, 2013

El pico de la producción de P

!!Pero las revisiones a las existencias a nivel mundial no respaldan esto

Fuente: Our Nutrient World, INI, 2013

Uso de roca fosfórica y fosfatos no solubles en agua solubles en agua solubles en agua •! Los fertilizantes P acidulados deben poseer un

porcentaje alto de fosfato soluble en agua (90%) y todo el P soluble en citrato

•! Se necesita grandes cantidades de energía e insumos para producir fosfatos solubles en agua.

•! Se descartan partes de apatita concentrada.

•! Es realmente necesaria esta cantidad de fosfato soluble en agua?

Slide autoría Dr. L Prochnow

Manejo de las fuentes fosforadas

!!El superfosfato simple (escaso) contiene del 10-12% de S y por lo tanto tiene beneficios adicionales.

!!DAP y MAP aportan N y son altamente solubles, son los más comunes en América Latina.

!!La roca fosfórica tiene poca o ninguna solubilidad cuando el pH del suelo excede 6.

Uso de roca fosfórica y fosfatos no solubles en ácido cítrico

PREGUNTA/ CARACTERISTICAS

Fórmula Fe3KH8(PO4)6.6H2O Fe3KH14(PO4)8.4H2O

Es un mineral? NO NO Dónde precipita? Fertilizante P,

Generalmente in SSP Fertilizante P,

Generalmente in TSP Total P (TP) 20.4 23.8

P Soluble NAC (CSP) 19.3 22.8 P Soluble Agua (WSP) 0.03 0.2

(WSP/CSP) * 100 0.2 0.9 RAE(MCP; Arroz secano) 33 73

RAE (MCP; Arroz inundado) 75 104

Slide autoría Dr. L Prochnow

!!MAP con S y microelementos. Gránulos conjugados

!!Mezclas del MAP con S, Zn y posiblemente otros nutrientes han mostrado efectos de incrementos de rendimiento en ensayos de Ecuador y Colombia (arroz, maíz y más recientemente banano).

!!Parece existir un efecto sinergético del P y Zn en la formación de raíz.

Nuevas formulaciones fosfatadas

S y Zn

Nuevas formulaciones fosfatadas

N+P+K N+P+K+Mg+S N+P+K+Mg+S+ZnFertilización 4.2 5.4 6.2

A A B

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2

3

4

5

6

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ha-1

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Rendimiento de maíz con MAP conjugado con S y Zn Estación Exp. Pichilingue, Ecuador

Fertigación en Cenicaña, Colombia

Dr. Edgar Hincapie, visita a Cenicaña

!!El uso conjunto de riego mejorado y fertigación aumenta hasta en un 50% la productividad.

!!Estudios en marcha en el Valle del Cauca

!!Calibración sitio – específica con características físicas del suelo

Manejo de las fuentes potásicas

!!La caña de azúcar tiene una alta demanda de K, las reservas naturales de K se pueden perder en poco tiempo.

!!Una baja cantidad de K disponible en el suelo puede causar una germinación errática.

!!En suelos arenosos, la lixiviación de K puede ser alta.

!!Las plantas deficientes de K son menos resistentes a enfermedades y sequía.

!!Cuando los niveles de K son altos, el contenido de N a menudo se encuentra muy bajo.

!!El exceso de K puede reducir la calidad de la caña.

!!La vinasa es usada como fuente de K, el compost del bagazo o cachaza también puede acumular K.

Manejo de las fuentes de Mg

!!El Mg en forma de sulfato, Kieserita, KMag u óxido de Mg han mostrado ser igualmente efectivos.

!!Altas aplicaciones de K pueden inducir deficiencias de Mg cuando los niveles en Mg en el suelo son bajos.

!!En algunos sistemas es recomendable separar las aplicaciones de Ky Mg, temporal o espacialmente, para disminuir posibles antagonismos.

!!Muchas plantas pueden ser deficientes de Mg funcionalmente, sin mostrar síntomas en hojas.

Los fundamentos básicos del manejo de nutrientes son universales


1. Determinar el suplemento del suelo 2. Determinar la demanda de la planta 3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente

Dosis Fuente

Momento Lugar

Rendimiento potencial modelado

Rendimiento parcelas

experimentales

Rendimiento agricultores

excelente manejo

Rendimiento promedio

agricultores

BRM BRE BRA

Ren

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o

Análisis de las brechas de rendimiento

Lobell et al., 2009

Pasos para usar información de análisis de suelos en recomendación de fertilizantes

•!Correlación (qué metodología?) •!Calibración (números obtenidos versus requerimientos de la planta)

•!Curvas de respuesta (qué cantidades agregar?)

Interpretación de las recomendaciones

Clases N foliar, g kg-1 P-resina, mg dm-3 K-cambiable, mmolc dm-3 < 23 23-

27 > 27 < 5 6-12 13-

30 > 30 < 0.7 0.8-1.5 1.6-

3.0 > 3.0

t ha-1 N-P2O5 – K2O, kg ha-1 < 20 120 80 70 80 60 40 0 80 60 40 0

21 - 30 140 120 90 100 80 60 0 120 100 60 0 31 - 40 200 160 130 120 100 80 0 140 120 80 40 41 - 50 220 200 160 140 120 100 0 180 140 100 50 > 50 240 220 180 160 140 120 0 200 160 120 60 !

•!Valores en función de rendimiento esperado y ajustado por clases o rangos de contenido foliar.

•!Interpretación y recomendación es finalmente responsabilidad de cada productor o asesor.

•!No existen RECETAS!!

Mattos et al, 2010

!!MNSE una alternativa para entregar nutrientes a la planta como y cuando los necesita

!!Permite ajustar dinámicamente el déficit de nutrientes (requerimiento y aporte del suelo) para lograr la meta de rendimiento

!!Esta forma de manejo busca aplicar los nutrientes en dosis óptimas al momento adecuado

!!Meta de rendimiento y eficiencia de uso

Manejo de nutrientes por sitio específico

!!El rendimiento y los requerimientos de nutrientes varían entre lotes, épocas climáticas dentro del año y entre años de producción

!!En consecuencia, diferentes condiciones de manejo según la condición

!!El análisis de suelos y su interpretación tienen limitantes

!!Concepto de manejo de nutrientes por sitio específico (MNSE)

!!Se complementa en el manejo de información

Manejo de nutrientes por sitio específico

Parcelas de omisión

!!El rendimiento en las parcelas de omisión indica la cantidad de nutrientes que es suplementada por el suelo

Omisión de N (-N): +PK

Omisión de P (-P): +NK

Omisión de K (-K): +NP

Versus completo

Parcelas de adición (N, P, K) para estudiar interacciones

Buresh et al., 2004

!!Bolívar, Ecuador

!!Tres años de estudios

!!Potenciales de rendimiento en función de la condición del suelo

El MNSE es un método que nos permite identificar limitantes y ajustar recomendaciones

Niveles foliares de referencia

!!Se pueden usar dos criterios para interpretar análisis foliares, el absoluto y el DRIS (Diagnosis and Recomendation Integrated System)

!!Un DRIS está basado en numerosas observaciones y se basa en relaciones entre elementos

!!La muestra puede cambiar de acuerdo a la edad y si se incluye o no la nervadura central.

!!Las tomas deben hacerse de la misma hoja y con el mismo desarrollo si se va a comparar años o lotes.

Ejemplo de DRIS, Florida

Niveles foliares de referencia Caña

1. Conocer la dinámica de absorción



1. Determinar el suplemento del suelo 2. Determinar la demanda de la planta 3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente

2. Conocer la dinámica en el suelo

3. Reconocer el efecto del clima

4. Evaluar la logística de las aplicaciones

Dosis Fuente

Momento Momento Momento Localización

Recomendaciones generales sobre la época (momento) de aplicación

!!Aplicar la urea en suelo húmedo

!!En épocas de intensa pluviosidad aplicar directamente en la zona de máxima densidad de raíz para evitar escorrentía

!!Separar las aplicaciones de K y Mg, especialmente con dosis altas de K

!!Cuál es la mejor secuencia? N, K y Mg? Se deben evaluar las posibilidades reales en las ventanas de aplicación.

Manejo de las fuentes nitrogenadas

!!El manejo de las fuentes N tiene mucho que ver con la naturaleza de las mismas y con el clima, especialmente con la humedad del suelo y el balance hídrico.

•! Es importante contar con un registro histórico de la precipitación para cada localidad.

Imagen cortesía Dr. Pedro Enrique Luz, 2012

1. Reconocer la dinámica raíz - suelo


1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre

elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas

1. Determinar el suplemento del suelo suelo suelo 2. Determinar la demanda de la planta

3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente

1. Conocer la dinámica de absorción

2. Conocer la dinámica en el suelo

3. Reconocer el efecto del clima

4. Evaluar la logística de las aplicaciones

2. Manejar la variabilidad espacial 3. Tener en cuenta el sistema de labranza 4. Limitar las potencial pérdidas del campo

Dosis Fuente

Momento Lugar

Agricultura de Precisión

muestreo de suelos con GPS

Imágenes aéreas/satelitales Fertilización con tecnología de dosis variable (VRT), múltiples nutrientes

Fertilización con tecnología de dosis variable (VRT), nutriente sencillo

La agricultura de precisión es mucho más que herramientas y tecnología:(

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Dr. Steve Phillips

Principales Tendencias en la Agricultura de Precisión - 2013

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Aplicación de nutrientes con dosis variable basada en mapas


Zonas de Manejo….. Tres capas de datos •! Imágenes aéreas •! Topografía •! Experiencia del

productor Se combinan en capas de SIG para delinear las zonas Características como color oscuro, topografía baja y rendimientos históricos altos se designan como zona de alta productividad


Resumen

!!La presión sobre el planeta para producir alimentos es real.

!!El uso de fertilizantes es indispensable para lograr las metas de producción de alimentos con mayor productividad.

!!Los conceptos 4R enfatizan los principios básicos y universales del manejo de la nutrición de cultivos.

!!La realización, implementación del 4R es sitio y momento específico

!!La nueva agricultura del siglo XXI es una agricultura sostenible, con uso intenso de la información.

Agradecimientos

!!Dandan Xiang, Canpotex

!!Steve Phillips, Paul Fixen, Terry Roberts, Luis Prochnow, Cliff Snyder todos de IPNI

!!Atagua y Cengicaña. Ing Ovidio Pérez, Lcda. Ma. Estela Bran

Gracias!!

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www.ipni.net nla.ipni.net

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