Nitrógeno en Trigo
Balance de Nitrógeno en el cultivo de Trigo
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.
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).
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.
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.
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).
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.
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.
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).
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).
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 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.
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.
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 %.
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).
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.
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.
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.
Referencias
ABASCAL SA, BUSCHIAZZO DE, RIOLA G, GUIOTTO C. 2004. Volatilización de amoníaco en un Haplustol fertilizado con urea y fosfato diamónico en dos sistemas de labranza. XIX Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo, actas en CD
ALVAREZ R. 1999. Uso de modelos de balance para determinar los requerimientos de fertilizante nitrogenado de trigo y maíz. EUDEBA, 58 pág.
ALVAREZ R. (Ed.) 2005. Fertilización de cultivos de granos y pasturas. Diagnóstico y recomendación en la Región Pampeana. Editorial Facultad de
ALVAREZ CR, ALVAREZ R, SARQUIS A. 2004a. Destino del nitrógeno del fertilizante (15N) en cultivos de trigo bajo distintos sistemas de labranza. XIX Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo, actas en CD.Agronomía (UBA), 174 pág.
ALVAREZ C, ALVAREZ R, STEINBAHC HS. 2001. Prediction of soil nitrate in depth using nitrate concentration in the upper layer. Comm. Soil Sci. Plant Analysis. 32: 759-769
ALVAREZ R, STEINBACH HS, GRIGERA S, CARTIER E, OBREGÓN A, GARCÍA R. 2004b. The balance sheet methods as a conceptual framework for nitrogen fertilization of wheat in pampean agroecosystems. Agron. J. 96: 1050-1057
BARBERIS LA, CHAMORRO E, BAUMAN FONAY C, ZOURARAKIS D, CANOVA D, URRICARIET S. 1985. Respuesta del cultivo de maíz a la fertilización nitrogenada en la Pampa Ondulada. Campañas 1980/81-1983-84. II Modelos predictivos y explicativos. Revista Facultad de Agronomía (UBA) 6: 64-84
BARBERIS LA, NERVI A, DEL CAMPO H, CONTI ME, URRICARIET S, SIERRA J, DANIEL PE, VAZQUEZ M, ZOURARAKIS D, 1983a. Análisis de la respuesta del trigo a la fertilización nitrogenada en la Pampa Ondulada y su predicción. Ciencia del Suelo 1: 51-64
BARBERIS LA, NERVI A, SFEIR A, DANIEL P, URRICARRIET S, VAZQUEZ M, ZOURARAKIS D. 1983b. Análisis de la respuesta del trigo a la fertilización nitrogenada en la Pampa Arenosa y su predicción. Revista Facultad de Agronomía (UBA) 4: 325-334
BARNEIX AJ, ANDRADE F, KADE M, PLANAS G, RODGERS C, HOOP E. 1986. Respuesta fisiológica de distintas variedades de trigo a la fertilización nitrogenada sobre la base de la evolución de parámetros de suelo y planta. II Congreso Nacional de Trigo (Argentina): 199-208
BONEL J.A., PURICELLI C, NOVELLO P. 1972. Influencia de diferentes manejos sobre la disponibilidad de nitrógeno y agua a través del año en un suelo Brunizen de Marcos Juarez (Cba.) 1965-1970. Publ. Téc. 3 INTA Marcos Juarez, 23 pág.
ECHEVERRÍA HE, VIDELA CC. 1998. Eficiencia fisiológica y de utilización de nitrógeno en trigo en la Región Pampeana Argentina. Ciencia del Suelo 16: 83-87
FALOTICO JL, STUDDERT GA, ECHEVERRÍA HE. 1999. Nutrición nitrogenada del trigo bajo siembra directa y labranza convencional. Ciencia del Suelo 17: 9-20
FONTANETTO H, VIVAS H, SÉLLER O, LLAMBÍAS F. 2001. Volatilización de amoníaco desde diferentes fuentes nitrogenadas aplicadas en trigo con siembra directa. Anuario 2001 INTA Rafaela. Disponible on line en: http://www.inta.gov.ar./rafaela/info/docume ntos/anuario2001
GARCÍA F. 1999. CalReq. Planilla para el cálculo de los requerimiento nutricionales de los cultivos. Disponible on line en: INPOFOS Cono sur.
GIANBIAGI N. 1969. Bacterias nitrificadoras, su actividad real y potencial en el curso del año en suelos de Pergamino y Marcos Juárez (Rep. Argentina). Rev. Ecol. Biol. Sol 6: 277-290
GONZALEZ MONANER JH, MADDONNI GA, MAILLARD N, POSBORG M. 1991. Optimización de la respuesta a la fertilización nitrogenada en el cultivo de trigo a partir de un modelo de decisión para la Subregión IV (sudeste de la Provincia de Buenos Aires). Cie ncia del Suelo 9: 41-51
HANSEN O, ZELJKOVICH V, GUEVARA E, GONZÁLEZ G, BLOTTA L. 1984. Sistemas de labranza en la rotación trigo/soja-maíz. I Efecto sobre el rendimiento del maíz. III Congreso Nacional de maíz (Argentina): 174-180
MELAJ MA, ECHEVERRÍA HE, LÓPEZ SC, STUDDERT G, ANDRADE F, BÁRBARO N. 2003. Timing of nitrogen fertilization in wheat under conventional and no-tillage systems. Agron. J. 95: 1525-1531
PICONE LI, VIDELA CC. 1998. Relaciones entre la tasa de desnitrificación y el contenido de nitratos, humedad y carbono orgánico soluble del suelo en un cultivo de trigo. Ciencia del Suelo. 16: 77-82
PICONE LI, VIDELA CC, GARCÍA FO. 1997. Desnitrificación durante el cultivo de trigo en un Argiudol Típico bajo siembra directa y labranza convencional. Ciencia del Suelo. 15: 53-58
SAINZ ROZAS HR, ECHEVERRÍA HE, PICONE LI. 2001. Denitrification in Maize under No-tillage: Effect of nitrogen rate and application time. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 1314-1323
SAINZ ROZAS HR, ECHEVERRÍA HE, BARBIERI P. 2004. Desnitrificación en un suelo bajo siembra directa en función de la presencia de plantas de maíz y de la dosis de nitrógeno. Ciencia del Suelo. 22: 27-35 VIDELA CC. 1994. La volatilización de amoníaco: una vía de pérdida de nitrógeno en sistemas agropecuarios. Boletín Téc. 131 INTA Balcarce, 16 pág.
VIDELA CC, FERRARI JL, ECHEVERRÍA HE, TRAVASSO MI. 1996. Transformaciones del nitrógeno en el cultivo de trigo. Ciencia del Suelo 14: 1-6
ZUBILLAGA MS, ZUBILLAGA MM, URRICARRIET S, LAVADO RS. 1998. Efecto de distintas alternativas de fertilización sobre la volatilización del amoníaco en trigo bajo siembra directa. XVI Congreso Argentino de la Ciencia del Suelo: 157-158.
