Dinámica del nitrógeno en suelos y cultivos

Fernando O. GarcíaInstituto Internacional de Nutrición de

Plantas

fgarcia@ipni.netwww.ipni.net

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/lascfgarcia@ipni.net