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TRANSFERENCIA DE NITRÓGENO DESDE ECOSISTEMAS AGRÍCOLAS HACIA AGUAS SUBTERRÁNEAS Y
SUPERFICIALES:
Efectos de la intensificación de la agricultura y de la variación en las precipitaciones
Silvina PortelaINTA Pergamino
“los solutos no se pueden perder más rápido que el agua”
EL CICLO HIDROLÓGICO
napa freática:“techo de la zona saturada de aguadel perfil de suelo/sedimento”
1742-1794: descubrimiento del N como elemento de la tabla periódica (Scheele, Rutherford, Lavoisier)
1802-1887: se lo reconoce como nutriente (Boussingault, Liebig)
1831-1904: descubrimiento de la fijación biológica de N2(Hellriegel, Wilfarth)
1913: descubrimiento de Haber-Bosch mediante el cual se comenzó a producir NH3 a partir de N2
Galloway and Cowling, 2002
Pobl
ació
n m
undi
al (1
000
mill
ones
)
Nitr
ógen
o (m
illon
es to
n)
3H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g)Fuente: Gapminderwww.gapminder.org
1970 1980 1990 2000
10 M
20 M
30 M
Fert
iliza
nte
nitr
ogen
ado
(Mill
ones
tone
lada
s)
Brazil
USO DE NITRÓGENO
Viglizzo et al. 2010
Balance de N (exportación como grano-reposición como fertilizante) en la región pampeana, 2003.
Austin et al. 2006 Fuente: García et al. 2005; http://www.inpofos.org
Balance de nutrientes por región (kg/ha/año)
W Kenya N China MidwestUSA
Región Pampeana Argentina
N P N P N P N PFertilizante 7 8 588 92 93 14
Fijación biológica N 62 110
Total 7 8 588 92 155 14 110
Extracción grano 23 4 361 39 145 23 180
Extracción otros productos 36 3
Total 59 7 361 39 145 23 180
Diferencia -52 +1 +227 +53 +10 -9 -70
Vitousek et al. 2009; Austin et al. 2006
Mineralización de MO
Verano Otoño Invierno Primavera
Estado actual (N) de los cursos de agua
Exploramos algunos controles sobre los flujos de agua y N:
Materia orgánica → lixiviación
Cultivo → recarga/lixiviación
Cultivo → descarga/concentración
Pergamino
El Socorro
Arrecifes
Salto
Rojas
Cuenca del Arroyo Pergamino
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 2 3 4 5 6
Nitr
ógen
o (m
g/l)
N disuelto inorgánico
N disuelto orgánico
N particulado
1 2
3
Fuente: GeoINTAwww.geointa.inta.gov.ar
4 5 6
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1 2 3 4 5 6
Fósf
oro
(mg/
l)
P disuelto total
P particulado
Región Uso de la tierra N-NO3 (mg l-1)1 Psol (µg l-1) Fuente
Sena, Francia agricultura 5,0 14 Meybeck, 1998
bosque 0,5 14
Apalaches, USA agricultura 15,0 - Boyer & Paquarell, 1995
bosque 0,4 -
Herring, NC, USA agricultura 5,6 680 Stone et al., 1995
bosque 1,1 120
Nebraska, USA agricultura 5,0 <200 Boyd, 1996
pastizal 0,6 <150
Midwest, USA agricultura 3,6 36 Johnson et al., 1997
<50% agric. 0,9 37
Girou, France agricultura 5,7 33 Probst, 1985
Ohebach, Alemania agricultura 5,9 29 Schulz & Liess, 1999
Potomac, USA 74% agric. 3,7 20 Miller et al., 1997
80% bosque 0,4 <10
Pampa húmeda, Argentina2
agricultura 2,3 143 Mugni et al. 2005
1 N-NO3 * 4,4 = NO3
Límite admisible para agua de bebida = 10 mg N-NO3 l-1 = 45 mg NO3 l-1) (OMS, U.S.EPA y Código Alimentario Argentino)2 Arroyos Maguire, Helves, Luna y Horqueta (2001)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
Rec 12 Rec 40 Des 12 Des 12
Nitr
ato
(mg/
l)
Cuenca del Arroyo Pergamino
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
Rec 12 Rec 40 Des 12 Des 12
Nitr
ato
(mg/
l)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
Rec 12 Rec 40 Des 12 Des 12 Des 12
Nitr
ato
(mg/
l)
Establecimiento El Recuerdo, El Socorro
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Pp m
ensu
al a
ctua
l-med
ia (m
m)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Pp a
nual
(mm
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Prof
undi
dad
freá
tica
(m)
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Gra
dien
te h
idrá
ulic
o la
tera
l (%
)UPMSTSMS-TS
B
0
10
20
30
40
50
60
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
N-N
O 3 (m
g l-1
)
0
100
200
300
400
500
600
Cl (
mg
l-1)
TS-NO3UP-NO3MS-NO3TS-Cl
C
A
Estado actual (N) de los cursos de agua
Exploramos algunos controles sobre los flujos de agua y N:
Materia orgánica → lixiviación
Cultivo → recarga/lixiviación
Cultivo → descarga/concentración
Fosa
Caja lisimétrica con la serie Pergamino
Caja lisimétrica con la serie Junin
Recolectores de drenaje
Capa de canto rodado
Capa de arena gruesa
• Argiudol típico serie Pergamino• textura franco limosa• 3,0% de MO (0-30 cm)• 78 kg N ha-1 en cuarta hoja
• Hapludol típico serie Junín• textura franco arenosa• 2,8% de MO (0-30 cm)• 52 kg N ha-1 en cuarta hoja
430 (lluvia)+170 (riego)=600 mm9600 kg ha-1 (7% humedad)
Destinos del fertilizante nitrogenado
El maíz y la MO del suelo son buenos “capturadores” del N del fertilizante en un sistema bajo SD, atenuando las pérdidas. Esta capacidad de la MO es más importante en el suelo franco limoso que en el franco arenoso.
El N exportado hacia el acuífero, está vinculado principalmente al NO3 originado en la mineralización de un gran contenido de MO lábil presente en el suelo.
Portela et al. 2006
Unaccounted(16%)
Organic(29%)
Drainage (0%)
Leaves (9%)
Inorganic(2%)
Crop residue (13%)
Grain (27%)
Cob (2%)Stem (3%)
0-0.05 (70%)
0.05-0.30 (5%)0.30-1.20 (24%)
A
Unaccounted(36%)
Organic(15%)
Drainage (0%)
Leaves (6%)
Inorganic (1%)
Crop residue (10%)
Grain (26%) Cob (3%)Stem (4%)
0-0.05 (94%)
0.05-0.30 (2%)0.30-1.20 (4%)
B
Franco limoso
Franco arenoso
Destinos del fertilizante nitrogenado
Corn (42%)
Corn (39%)
0%
10%
20%
30%
40%
Sep-03 Sep-04 Sep-05 Sep-06 Sep-07 Sep-08
15N
org
ánic
o
0-5 5-30 30-100 100-140
0%
10%
20%
30%
40%
Sep-03 Sep-04 Sep-05 Sep-06 Sep-07 Sep-08
15N
org
ánic
o0-5 5-30 30-100 100-140
SERIE PERGAMINO SERIE JUNÍN
cosecha de maíz
Evolución del N del fertilizante inmovilizado en la MO del suelo
Estado actual (N) de los cursos de agua
Exploramos algunos controles sobre los flujos de agua y N:
Materia orgánica → lixiviación
Cultivo → recarga/lixiviación
Cultivo → descarga/concentración
0
1
2
3
4
5
6Abr-00
Jun-00
Ago-00
Oct-00
Dic-00 Mar-01
May-01
Jul-01 Sep-01
Nov-01
Ene-02
Prof
. fre
átic
a (m
)
0
200
400
600
800
Lluv
ia a
cum
ulad
a (m
m)
Lluviabarbechomaíztrigosoja
Portela et al., 2009
Lote 1 trigo soja barbecho
Lluvia 519 516 748
drenaje 80 41 314
kg N/ha <1 <1 23
Lote 2 barbecho maíz barbecho trigo
Lluvia 558 962 91 903
drenaje 224 266 14 313
kg N/ha 8 12 0 15
Los cultivos como reguladores de la RECARGA / LIXIVIACIÓN
Mineralización de la MO
Cultivos de cobertura
Verano Otoño Invierno
Cultivos de cobertura como reguladores de la RECARGA/LIXIVIACIÓN
Primavera
0 20 40 60 80 100
LEGUMINOSA
CRUCÍFERAS
GRAMÍNEAS
TESTIGO
N mineral en 0-100 cm (kg ha-1)
2006
CAPTURA DE NITRÓGENO POR CULTIVOS DE COBERTURA
Restovich 2010
2005
0 50 100 150 200 250
LEGUMINOSA
CRUCÍFERAS
GRAMÍNEAS
TESTIGO
N mineral en 0-100 cm (kg ha-1)
DINÁMICA DEL NITRÓGENO DURANTE EL CULTIVO DE MAÍZ
10
50
90
130
170
210
-6 0 8 12 18semanas
N m
iner
al (k
g ha
-1) e
n 0-
100
cm
R.Grass Cebada Avena Cebadilla test igo Nabo Avena-Vicia Colza Vicia
Secado Siembra V 5-6 Floración Cosecha
Restovich 2010
Estado actual (N) de los cursos de agua
Exploramos algunos controles sobre los flujos de agua y N:
Materia orgánica → lixiviación
Cultivo → recarga/lixiviación
Cultivo → descarga/concentración
0
1
0 1 2 3 4 5 6
POTENCIAL
Aporte capilar
Profundidad de napa (m)Prof de raices
Anegamiento
Ren
dim
ient
ore
lativ
oproductividad vs. profundidad de napa
capilaridad
Jobbágy et al 2008
Banda IBanda IIBanda IIIBanda IV
Los cultivos como reguladores de la DESCARGA
prof. napatexturabarreras físicas
prof.raíces
demanda neta(PPT, ET)
salinidad
0
10
20
30
40
50
60
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
N-N
O 3 (m
g l-1
)
0
100
200
300
400
500
600
Cl (
mg
l-1)
TS-NO3UP-NO3MS-NO3TS-Cl
C
?
B
loma bajo A
arroyo
napa
-250
-150
-50
50
150
250
350
450
Barbecho Maíz 01 Barbecho Soja 02 Barbecho Maíz 03
Fluj
o de
agu
a (m
m)
Drenaje
Ascenso capilar
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Barbecho Maíz 01 Barbecho Soja 02 Barbecho Maíz 03
Fluj
o de
Nitr
ógen
o (k
g ha
-1)
Lixiviación
Flujo ascendente
TS
Portela et al. 2009
Los cultivos como reguladores de la concentración
http://napas.iyda.net
Muchas gracias!
