Balance De N En Trigo

INTA – Estación Experimental Agropecuaria Rafaela.

INFORMACION TECNICA DE TRIGO CAMPAÑA 2006 Publicación Miscelánea Nº 105

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BALANCE DE NITRÓGENO EN CULTIVOS DE TRIGO

ALVAREZ, Roberto

Facultad de Agronomía-Universidad de Buenos Aires

E-mail: [email protected] Componentes y flujos de nitrógeno en un agrosistema El nitrógeno se encuentra en un agrosistema en varios compartimientos,

principalmente la planta, los residuos vegetales, el nitrógeno mineral y la materia orgánica humificada (Figura 1), representando este último componente un 95-98 % del total. Existen flujos de nitrógeno entre estos componentes y también con el medio fuera del agrosistema. Estos flujos representan entradas y salidas de nitrógeno al mismo y procesos de reciclado interno.

Las entradas más importantes son: la fijación biológica de nitrógeno, la

fertilización y el ingreso por lluvia. Las salidas de mayor magnitud son la exportación, la volatilización, la desnitrificación y la lixiviación. Los procesos de reciclado principales son el aporte de nitrógeno como restos de la planta al componente residuos, la descomposición de residuos, la humificación, la absorción y la inmovilización.

Figura 1. Diagrama representativo del ciclo de nitrógeno en un agrosistema.



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La computación de las entradas y salidas de nitrógeno al agrosistema constituye el

balance de nitrógeno del mismo. Este puede plantearse así: Balance N agrosistema = (N fijado + N lluvia + N fertilizante) – (N exportado + N volatilizado + N desnitrificado + N lixiviado) El cálculo de este balance permite estimar si el agrosistema tiende a ganar o perder nitrógeno en el tiempo. Alternativamente puede plantearse el balance de nitrógeno para cualquiera de los componentes del agrosistema por separado. Para el componente de nitrógeno

mineral, el balance que comúnmente se usa como base en el diseño de estrategias de fertilización (Alvarez 2005) se puede plantear como: N absorbido + N residual = (N inicial + N descomposición + N mineralización + N

fertilización) – (N volatilización + N desnitrificación + N lixiviación) De esta ecuación se despeja el requerimiento de fertilizante para cubrir la demanda del cultivo para un rendimiento esperado.

Absorción y extracción por cultivo La absorción por cultivo se estima como el producto del rendimiento esperado por el

requerimiento de nitrógeno para formar una unidad de grano (coeficiente b). El requerimiento de nitrógeno del cultivo por unidad de grano depende a su vez de la relación paja/grano y de la concentración de nitrógeno en los tejidos (Tabla 1).

Tabla 1. Rangos medios de concentración de nitrógeno en grano y paja, coeficiente de requerimiento de nitrógeno (coef. b) y eficiencia fisiológica máxima de cultivos de trigo, calculados en base a materia seca. Elaborado con datos de Alvarez (1999), Alvarez et al. (2004b) y García (1999).

Nitrógeno (%) Indice de cosecha Coef. b E. fisiológica

Grano Paja (Grano/biomasa aérea) (kg N/t grano) (kg grano/kg N)

2,0-2,5 0,5-1,0 0,30- 0,40 30-35 33



25

Durante las fases iniciales del proceso de

crecimiento, la producción de biomasa y la absorción de nitrógeno son lentas (Figura 2), para pasar luego a una fase exponencial de acumulación de biomasa y nitrógeno, y llegar

finalmente a un plateau. En trigo al momento

de la floración se ha absorbido alrededor de un 90 % de la cantidad máxima de nitrógeno que acumula el cultivo.

0

20

40

60

80

100

0 25 50 75 100Ciclo (%)

N a

bsor

bido

(% d

el to

tal)

Trigo

Floración

Figura 2, Evolución relativa del nitrógeno absorbido en la biomasa aérea de cultivos de trigo en el Sudeste Bonaerense. Elaborado con datos de Falotico et al. (1999), Melaj et al. (1998) y Videla et al. (1996). El rendimiento de los cultivos no es función lineal del nitrógeno absorbido sino de tipo curvilíneo (Figura 3). Las plantas son menos eficientes en transformar nitrógeno absorbido en grano a mayores niveles de absorción. La pendiente de los ajustes entre rendimiento y nitrógeno absorbido se denomina eficiencia fisiológica del cultivo y representa la cantidad de grano producida por unidad de nitrógeno absorbida. Cultivos con mayor producción de

biomasa y mayor absorción de nitrógeno son menos eficientes en producir grano. En consecuencia el coeficiente b, que representa la cantidad de nitrógeno que debe absorber un cultivo para formar una tonelada de grano, crece al ser mayor la absorción de nitrógeno (Figura 4). Estos fenómenos hacen que en general cultivos con mayor producción de biomasa, nitrógeno absorbido y rendimiento tengan mayores coeficientes b.



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y = -0,036 x2 + 24 x + 1500R2 = 0,37

0

2000

4000

6000

8000

0 100 200 300 400

N absorbido (kg/ha)

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

)

Trigo

Figura 3. Relación entre el rendimiento de cultivos de trigo (14 % agua) en la Pampa Ondulada y la absorción de nitrógeno. Elaborado con datos de Alvarez et al. (2004b).

y = 2,0 x0,58

R2 = 0,52

0

20

40

60

80

0 100 200 300 400

N absorbido (kg/ha)

Coe

ficie

nte

b (k

g N

/t gr

ano)

Trigo

Figura 4. Relación entre el coeficiente de requerimiento de nitrógeno (b) y el nitrógeno absorbido por cultivos de trigo en la Pampa Ondulada. Elaborado con datos propios.



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Paralelamente, en el suelo, la cantidad de nitrógeno aumenta desde la siembra hasta que

comienza la fase exponencial de absorción, debido a que se mineraliza más nitrógeno orgánico que el que es absorbido, para luego decrecer marcadamente (Figura 5). El promedio de varios estudios realizados en la Pampa Ondulada indica que a cosecha se encuentra en el suelo alrededor de un 25 % del nitrógeno que había a la siembra en situaciones

no fertilizadas. En situaciones fertilizadas es esperable una evolución similar del contenido

de nitrógeno mineral, pero con la aparición de cantidades importantes de amonio luego de la fertilización, las que decrecen a valores normales en unas semanas por nitrificación y absorción (Videla et al. 1996). Esto permite hacer una estimación del nitrógeno residual a cosecha para usar en la ecuación de balance.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

J J A S O N D

Mes

Nitr

atos

(max

. = 1

)

Trigo

Figura 5. Evolución relativa del contenido de nitratos en el suelo durante el ciclo de cultivos de trigo no fertilizados en la Pampa Ondulada. Al valor máximo de cada serie de datos se asignó el valor 1 y se expresaron los demás valores en forma relativa al máximo. Elaborado con datos de Bonel et al. (1972), Barneix et al. (1986) y Giambiagi (1969).

Estimación del nitrógeno mineral en el perfil del suelo La forma mas común de nitrógeno mineral en el suelo es el nitrato. Los nitratos generalmente están estratificados en el perfil, siendo mayor la concentración en la superficie del suelo (Figura 6). Como promedio de una gran cantidad de situaciones en la Pampa Ondulada y Arenosa se puede estimar que la

concentración de nitratos decrece aproximadamente al 50 % cada 20 cm de profundidad en los primeros 60 cm del suelo. Puede mejorarse esta estimación usando funciones que relacionan la concentración de nitrógeno mineral en superficie con la concentración el estrato 0-60 cm (Figura 7).



28

0 25 50 75 100

0-20

20-40

40-60

60-80

80-100

Pro

fun

did

ad (

cm)

Nitratos (0-20 cm =100)

Trigo Maíz

Figura 6. Distribución relativa del contenido de nitratos en profundidad a la siembra de trigo y maíz en la Pampa Ondulada y Arenosa. Elaborado con datos de Barberis et al. (1983a), Barberis et al. (1985), Hansen et al. (1984) y datos propios. Figura 7. Relaciones entre los contenidos de nitrógeno mineral en el estrato superficial del suelo y en el estrato 0-60 cm. A: Pampa Arenosa y Ondulada. Elaborado con datos de Barberis et al. (1983 a,b).B: Pampa Ondulada. Elaborado con datos de Alvarez et al.(2001).

y = 0,65 x

R2 = 0,84

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

N-nitratos 0-20 cm (ppm)

N-n

itra

tos

0-60

cm

(pp

m)

A

y = 0,69 x

R2 = 0,96

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

N-nitratos+amonio 0-30 cm (ppm)

N-n

itra

tos+

amo

nio

0-6

0 cm

(p

pm

)

B



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Si bien en situaciones particulares pueden

encontrarse perfiles diferentes de distribución de nitratos, especialmente luego de fuertes lluvias donde puede ser mayor la concentración en profundidad que en superficie, esto no es lo mas común. Esto permite una estimación de la concentración de nitratos de 0 a 60 cm, dato requerido por muchos modelos de recomendación de fertilización, disponiendo solo del dato de la concentración de 0 a 20 cm para el diagnóstico de la fertilidad edáfica.

Pérdidas de nitrogeno La desnitrificación es el proceso por el cual

el nitrógeno de los nitratos es reducido a nitrógeno molecular u óxidos de nitrógeno, que se emiten del suelo a la atmósfera. Este proceso se produce en condiciones de anaerobiosis cuando algunos microorganismos utilizan el oxígeno del nitrato para respirar. En suelos bien drenados la desnitrificación no es una vía importante de pérdida de nitrógeno excepto cuando se generan condiciones de alto contenido de agua en el suelo (Sainz Rozas et al. 2001, 2004). Estos eventos se producen después de intensas precipitaciones o en sitios inundables. La revisión de los trabajos

realizados localmente indica que esta vía de pérdida de nitrógeno no es importante en trigo emitiéndose a la atmósfera en promedio 1.5-2.0 % del fertilizante nitrogenado aplicado (Picone y Videla 1998, Picone et al. 1997). La volatilización es el proceso por el cual el amonio en el suelo pasa a amoníaco gaseoso.

Este proceso puede representar una pérdida

significativa de nitrógeno cuando se aplican fertilizantes amoniacales de reacción inicial fuertemente alcalina como la urea. Por el contrario es esperable que las pérdidas sean nulas con fertilizantes nitratados. La volatilización es mayor al incrementarse la dosis de fertilizante, cuando éste no es incorporado y cuanto mayor es la temperatura al momento de aplicar el fertilizante. El promedio de varios trabajos generados en la Región Pampeana para cultivos de trigo indica que las pérdidas de nitrógeno son en general bajas, con valores de 1 a 6 % del

nitrógeno de la urea agregada (Abascal et al. 2004, Fontanetto et al. 2001, Videla 1994, Zubillaga et al. 1998). Las pérdidas son mayores diferidas que a la siembra, debido al efecto de la temperatura ambiente sobre el proceso. La lixiviación es la pérdida de nitrógeno en la solución del suelo que se mueve por gravedad por debajo de la profundidad de absorción de los cultivos. Este proceso es mas importante en suelos arenosos, cuando hay alta concentración de nitratos en la solución del suelo y alta humedad, lo que determina que al producirse precipitaciones intensas el agua se mueva verticalmente en el perfil llevando con ella los nitratos. En general los pocos trabajos donde se ha estimado o medido lixiviación en cultivos de trigo en la Región Pampean indican que ésta es muy baja con valores de 1-3 % del nitrógeno agregado por fertilización (Alvarez 1999, Alvarez et al. 2004a, Gonzalez Montaner et al. 1991). En la porción húmeda de la Región Pampeana se han realizado varios experimentos de recuperación de nitrógeno de fertilizante marcado con 15N en trigo (Figura 8). Determinando en madurez la cantidad de



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nitrógeno del fertilizante presente en el sistema

suelo - planta en cultivos de trigo hasta 40-60 cm de profundidad se encontró que entre

el aprox. 80 y 100 % del nitrógeno estaba en el

agrosistema, en promedio aproximadamente un 90 %. Esto confirma que las pérdidas de nitrógeno son en general bajas.

0

20

40

60

80

100

LC LC LC LC SD

15N

fert

iliza

nte

recu

pera

do (%

)

Balcarce Paraná Pergamino Bs. As. Bs. As.

Figura 8. Recuperación de nitrógeno de fertilizante marcado en suelo+planta aplicado a cultivos de trigo a la siembra en distintas localidades de la Región Pampeana para dosis de 80 a 100 kg N/ha. LC: labranza convencional, SD: siembra directa. Elaborado con datos de Alvarez et al. (2004a) y Echeverría y Videla (1998).

Liberación de nitrógeno por residuos en descomposición Los residuos del cultivo antecesor cuando se descomponen pueden liberar nitrógeno o, en algunos casos, inmovilizarlo. Estos procesos se han estudiado en la Pampa Ondulada, determinándose que prevalece la liberación a la inmovilización durante el ciclo del cultivo

de trigo. En trigo solo en un 10 % de los casos estudiados se determinó inmovilización de nitrógeno en los residuos, siendo significativa desde el punto de vista agronómico la

magnitud del proceso (> 10 kg N/ha) en solo 5 % de los casos (Alvarez et al. 2004b). En general los residuos, tanto de antecesor soja como maíz, liberan nitrógeno, con un rango de liberación de 0 a 65 kg N/ha y un promedio de 16 kg N/ha. Este promedio es similar independientemente que el antecesor sea soja o maíz. Los residuos de soja tienen un porcentaje

de nitrógeno mayor al maíz (1,22 vs. 0,90 %) y liberan más nitrógeno por tonelada de residuos, pero con maíz la masa de residuos es mayor (11,2 vs 7,5 t MS/ha) y los dos factores se compensan.



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Mineralización de nitrógeno orgánico La mineralización de nitrógeno desde la materia orgánica humificada es un proceso muy importante de aporte de nitrógeno a los cultivos. Considerando que la mineralización de nitrógeno sigue la misma evolución que la de carbono, ya que en pruebas de laboratorio se ha observado una muy estrecha correlación entre ambas (R2 > 0,90) en suelos pampeanos (Alvarez 1999), se ha estimado la mineralización de nitrógeno a campo sobre la base de la de carbono. Así han sido estimados

coeficientes de mineralización del nitrógeno de la materia orgánica humificada en base mensual, los que están asociados a la temperatura del suelo (Figura 9). Sumando los coeficientes de mineralización mensuales, se tiene que en el período siembra-fin de floración de trigo (en el que se absorbe casi todo el nitrógeno del cultivo), se mineraliza un 0,8 % del nitrógeno del estrato 0-30 cm del suelo y en el período macollaje-fin de floración un 0,6 %.

0

0,3

0,6

0,9

1,2

J A S O N D E F M A M JMes

Coe

ficie

nte

de m

iner

aliz

ació

n (%

)

Figura 9. Coeficientes de mineralización mensual (porcentaje del nitrógeno mineralizado por mes) del nitrógeno orgánico de los primeros 30 cm de suelos de Pergamino. Elaborado con datos de Alvarez (1999).



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Importancia de las fuentes orgánicas de nitrógeno en la nutrición de los cultivos En cultivos de trigo en la Pampa Ondulada se ha establecido la importancia relativa de las distintas fuentes de nitrógeno en la nutrición de los cultivos (Figura 10). Los componentes

orgánicos aportan durante el ciclo en promedio

50 kg N/ha, que sumados al nitrógeno mineral inicial generado durante el barbecho representan un 50 % del nitrógeno absorbido por el cultivo. El resto proviene del aporte por fertilización.

N fertilizante100

N residuos16

N humus34

N exportado83

N absorbido175

N residual28

N mineral suelo53

Figura 10. Esquema representativo del tamaño de los componentes de nitrógeno disponible para cultivos de trigo y su grado de aprovechamiento en la Pampa Ondulada. Elaborado con datos propios como promedio de 58 situaciones con rendimiento medio de 4360 kg/ha (14 % agua).

En escenarios no fertilizados, los suelos de la Pampa Ondulada pueden aportar nitrógeno para cubrir los requerimientos de cultivos de bajo y mediano rendimiento pero no de altos rendimientos. Pueden producirse unos 3500 kg/ha de trigo sin fertilización, pero por encima de esos rendimientos la mayoría de los

suelos no pueden generar todo el nitrógeno que requieren los cultivos. Solo en algunos casos, en sitios con muy alta capacidad de mineralización, pueden lograrse rendimientos más altos que los indicados sin fertilización nitrogenada.



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Modelo de balance para la fertilización nitrogenada El modelo de balance puede plantearse de manera simplificada utilizando un coeficiente de eficiencia (eficiencia de recuperación) que considere las pérdidas de nitrógeno del agrosistema y el nitrógeno residual que queda sin absorber a cosecha: N absorbido/Eficiencia = N inicial + N fertilizante + N descomposición + N mineralización

De esta expresión se despeja la dosis de nitrógeno necesaria para un rendimiento objetivo: N fertilizante = (N absorbido/Eficiencia) – (N inicial + N descomposición + N mineralización) Los valores de eficiencia de recuperación más lógicos para aplicar a cultivos de trigo en la Región Pampeana rondan 0-8-0.9.

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