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La productividad parcial de los nutrientes. La necesidad de incrementar la eficiencia de uso del Nitrógeno

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Introducción

El Nitrógeno (N) es un nutriente esencial y en la medida que el mejoramiento genético ha elevado el potencial de rendimiento de los cultivos, crece su demanda y, por lo tanto, la fertilización nitrogenada pasa a ser determinante de la variación del rendimiento en grano de los cereales (Sinclair y Horie, 1989; Salvagliotti et al., 2009). Si concomitantemente se reduce la oferta de N por parte del suelo, el manejo de la fertilización (momentos y dosis) definen la eficiencia de uso del N agregado. El incremento en las cantidades de N agregadas, en particular en ambientes con capacidad de oferta disminuida (García et al., 2009; Hoffman y Perdomo, 2011), conduce hacia una disminución en la cantidad de grano total producido por unidad de N total usado (PFPN – productividad parcial del factor N) (Pierce y Rice, 1988; Dobermann, 2007) y en caso de excesos podría incrementar las posibilidades de pérdida, aumentando el potencial de contaminación (Cassman et al., 2003). En este escenario de agregado de altas dosis de N, profundizar en la base de la eficiencia de uso del N (EUN) (kg de grano por kg de N agregado), parece una necesidad ineludible.

El sistema de agricultura continua implementado en Uruguay, ha determinado una reducción en la capacidad de aporte de N desde el suelo (Siri y Ernst, 2009; García et al., 2009; Hoffman et al., 2013; Mazzilli et al., 2015), determinando un incremento en las cantidades de N que es necesario aplicar a los cultivos (Hoffman y Perdomo, 2011; Centurión y Chinazo, 2012; Hoffman et al., 2013, Cazaban y Rubio, 2014; Hoffman et al., 2014; Mazzilli 2014). Si bien es mayor la cantidad agregada de N por parte de los productores, se incrementa la brecha en relación a las necesidades y ello en parte explica la variación del rendimiento de los cereales entre chacras y empresas en Uruguay (Ernst, 2014; Hoffman et al., 2014; Mazzilli, 2014), llevando a que el desajuste del N sea uno de los principales responsables de la brecha de rendimiento (Berger et al., 2014a; Ernst., 2014), y probablemente del estancamiento de la productividad nacional de los cereales en los últimos 10 a 12 años (García, 2009; Hoffman et al., 2014; Hoffman et al., 2015).

El constante aumento en los costos de producción, con bajos precios de los cereales en las últimas zafras, exige incrementar la productividad de estos cultivos, contemplando que no se reduzcan los márgenes brutos. En este sentido, la productividad parcial de los distintos factores de producción (Pierce yRice, 1988; Dobermann, 2007), en particular la del N (PFPN), deberá mantenerse elevada, aunque dentro de los rangos que no evidencien problemas de extracción excesiva (cuando los valores de PFPN son muy elevados), o de exceso y riesgo de contaminación (PFPN muy bajos) (García, 2013). El primer aspecto o paso para mantener una PFPN elevada, debe basarse en una elevada EUN (García y Salvagliotti, 2009). Para que ello ocurra, el ajuste de este nutriente, debe considerar los cuatro requisitos básicos (4R) para la nutrición de las plantas (Bruulsema et al., 2013).

La propuesta de manejo de N disponible para cereales de invierno en Uruguay (Hoffman et al., 2001; Perdomo et al., 2001; Hoffman et al., 2010), es una herramienta que permite manejar el N en este sentido (Hoffman y Perdomo, 2011). Las alternativas para evitar fuertes caídas de la EUN, cuando las dosis de N necesarias se incrementan, también deberán contemplar la eliminación o reducción de las restricciones dadas por el ambiente y otros factores de manejo. El objetivo de este trabajo es profundizar en los componentes principales de la EUN, la eficiencia de absorción o recuperación del N aparente derivado del fertilizante (RE o RAN) y la eficiencia de utilización o fisiológica del N recuperado (EFNr) (Moll et al., 1982; Huggins y Pan, 1993) y los factores que la pueden estar afectando.

 

Caminos opuestos para la demanda de nitrógeno de los cultivos y la oferta de los suelos

Es conocido el incremento en la demanda de N de los cereales en la medida que aumenta el potencial a concretar (Baethgen, 1992; Perdomo y Hoffman, 2011; Ceriani e Inella, 2012; García y Correndo, 2013; Berger et al., 2014a). Pero, en las condiciones locales, como resultado del cambio hacia un sistema de agricultura continua sin rotación con pasturas, ha disminuido la oferta de N por parte de los suelos, llevando a que se incremente la brecha entre las necesidades de N y el aporte del suelo. El resultado es el aumento en las dosis de N necesarias (Hoffman y Perdomo, 2011; Hoffman et al., 2013) y una sensible disminución en la cantidad de N absorbida por los cultivos, en ausencia de fertilización nitrogenada (figura 1).

El aporte de N desde el suelo, durante la estación de crecimiento del trigo, se redujo en 44 % comparando las situaciones evaluados sobre chacras con más de 5 años de agricultura continua, con lo que podría ser una rotación con pasturas con hasta 5 años de agricultura. Estos resultados confirman el diagnóstico surgido de una profusa y consistente información generada recientemente a nivel local, que evidencian las elevadas necesidades de agregado de N en los cereales de invierno y la importante pérdida de rendimiento registrada cuando estas necesidades no son cubiertas (Hoffman y Perdomo, 2011; Perdomo y Hoffman, 2011; Centurión y Chinazo, 2012; Ernst y Siri, 2011; Hoffman et al., 2013; Ernst, 2014; Hoffman et al., 2014; Mazzilli, 2014).

Considerando las cantidades de N absorbidas hasta el estadio Z 65 en trigo, a partir del cual ya no hay ganancias de rendimiento en grano (figura 2) y la variación de la cantidad de N aportado por los suelos (figura 1), este podría cubrir casi el 80% de las necesidades, o tan solo un 30%, dependiendo del tiempo transcurrido desde la última pastura. Esto explica la reducida cobertura de las necesidades de N por parte del suelo evidenciada en los bajos valores de N-NO3 en suelo y N en planta registrados a nivel de producción (Hoffman et al., 2013; Hoffman et al., 2014).

Figura 1. Variación en la cantidad de N absorbido a Z 65 de trigo, en relación al número de cultivos pos-pasturas, en cultivos sin agregado de N. Red experimental de manejo de N en trigo, año 20113.

 

Figura 2. Variación del rendimiento en grano de trigo, en función de la cantidad de N absorbido a Z65 a nivel de producción (Región litoral centro, año 2011), sin N (área vacía) y con N (área llena). Red experimental de manejo de N en trigo, año 2011.

 

Haciendo foco en la eficiencia de uso del nitrógeno

Aunque se incremente la respuesta absoluta en rendimiento en grano, la tendencia cuando aumenta la dosis de N es la reducción de la EUN (MacDonald, 1992; Timsina et al., 2001; Dobermann, 2007; Salvagliotti et al., 2009; Fontanetto et al., 2010; Hoffman y Perdomo, 2011). Esta tendencia existe aunque se logre una elevada respuesta en rendimiento en grano, aun respetando los cuatro requisitos (4R) para la nutrición de plantas (Bruulsema et al., 2013). Los dos componentes principales que definen la EUN son: la eficiencia de absorción o recuperación del N derivado del fertilizante (RAN) y la eficiencia fisiológica del N recuperado (EFNr) (Moll et al., 1982; Huggins y Pan, 1993; Dobermann, 2007). Trabajos recientes en la región (Salvagliotti y Miralles, 2008; Salvagliotti et al., 2009), evidencian que el principal sub-componente asociado con la variación de la EUN, es la recuperación aparente del N (RAN), y que la EFNr o eficiencia fisiológica, tiende a variar poco (Salvagliotti et al., 2009), o varía sensiblemente menos que la RAN (Rouanet, 1994). La EFNr o respuesta en grano al agregado de N, en función del N aparente recuperado del fertilizante, en cereales de invierno oscila en distintos trabajos, entre 65 y 25 kg de grano.kg de N-1 recuperado, en función del potencial del cultivo, las condiciones ambientales, la dosis de N y el material genético (Huggins y Pan, 1993; Rouanet, 1994; Salvagliotti et al., 2009), pero su relación con la variación de la EUN, es media a baja y errática (Rouanet, 1994; Salvagliotti et al., 2009). Sin embargo, como la EFNr tiene fuerte control genético (Rouanet et al., 2001), las tendencias actuales en cuanto a los componentes asociados a las ganancias genéticas de potencial de los cereales de invierno (Berger et al., 2014b; Hoffman et al., 2015) podrían cambiar esta situación.

En la red de ensayos realizada por parte de la Facultad de Agronomía – UdelaR, en los departamentos de Paysandú y Río Negro en Uruguay (financiado por BUNGE SA) en los años 2011 y 2012, se estudió la respuesta al agregado de N a Z 30 en trigo en situaciones con diferente capacidad de aporte de N del suelo. Los resultados muestran que para un rango de agregado de N recomendado a Z 30 en base al modelo de Baethgen (1992), desde los 25 a 157 kg.ha-1, la EFNr varió entre los 20 y 50 kg de grano por kg de N-1 recuperado aparente, con un promedio de 27 kg de grano.kg de N-1 recuperado aparente, pero con baja relación con la dosis de N (R2 = 0,24). A diferencia de lo mencionado previamente, la relación entre la EUN y la EFNr varió con el año.

Dicha relación fue baja en general, aunque mayor en el año 2011 (R2 = 0,35) y muy baja en el año 2012 (R2 = 0,18). Ambos años se diferenciaron en el potencial de rendimiento en grano (Rendimiento promedio 2011 = 4298 kg.ha-1. Rendimiento máximo 2011 = 5210 kg.ha-1. Rendimiento promedio 2012 = 2814 kg.ha-1. Rendimiento máximo 2012 = 3522 kg.ha-1 (datos no mostrados).

Bajo estas condiciones, la RAN varió dentro de los rangos esperados según la información disponible (Moll et al., 1982; Huggins y Pan, 1993; Rouanet, 1994; Rouanet et al., 2001; Dobermann, 2007; Salvagliotti et al., 2009) (figura 3).

 

Figura 3. Cantidad de N aparente recuperado derivado del fertilizante (a) y valores pronosticados para la evolución de la RAN (b), en función de la dosis de N recomendada y agregada, en base al modelo de Baethgen (1992). Red experimental de manejo de N en trigo 2011 y 2012

La RAN se incrementó linealmente con la dosis recomendada a Z30, y si bien cambió con el incremento en las necesidades de N, la proporción aparente del N recuperado se ubica por debajo del 50%. Resultados de baja recuperación del N derivado de fertilizante han sido ampliamente indicados en los últimos 30 años (Daniel et al., 1986; Dobermann, 2007). Estos bajos valores de RAN pueden inclusive estar sobre estimados (Daniel et al., 1986; Rouanet et al., 2001; Dobermann, 2007), en la medida que, como consecuencia del agregado de N, el suelo puede incrementar su aporte (Yoshida et al., 1977; Rao et al., 1992), los cultivos incrementar su capacidad de extracción (Katterer et al., 1993; Mandal et al., 2003) y absorción (Giller et al., 2004).

Esta situación de baja recuperación del N, representa un incremento del riesgo potencial de contaminación, en la medida en que las cantidades de N necesarias se incrementan y una cantidad cada vez mayor no es recuperada por el cultivo.

 

El rol del azufre en la recuperación de una mayor proporción del N que se agrega via fertilizante

Existe abundante evidencia del impacto que tiene el azufre (S) sobre la EUN, en interacción con el N, en distintos cultivos (Salvagliotti y Miralles, 2008; Fontanetto et al., 2010; García, 2013; Hoffman et al., 2013).

El agregado de S, en particular cuando los suelos tienen una larga historia agrícola, con elevados niveles de extracción de nutrientes, suelos de texturas francas y bajo contenido de materia orgánica, mejora sensiblemente la producción de biomasa, rendimiento en grano, índice de cosecha, o ambos, en distintos cultivos, particularmente a dosis elevadas de N (Reneau Jr et al., 1986; Salvagliotti y Miralles, 2008; García y Salvagliotti et al., 2009; Salvagliotti et al., 2009; Fontanetto et al., 2010; Mazzilli y Hoffman, 2010; Hoffman et al., 2013).

Los trabajos que descomponen la EUN en sus dos sub-componentes, muestran el impacto significativo del S cuando se incrementa la dosis de N, mejorando fundamentalmente la RAN (Salvagliotti et al., 2009). Resultados en este mismo sentido se obtuvieron en el proyecto de la Red experimental de manejo de N en trigo, con el agregado de N a Z30 en trigo (figura 4).

 

Figura 4. Cantidad de N aparente recuperado derivado del fertilizante (a) y valores pronosticados para la evolución de la RAN (b), en función de la dosis de N recomendada y agregada, en base al modelo de Baethgen (1992), con y sin S. Red experimental de manejo de N en trigo. Proyecto Financiado por BUNGE SA.

El agregado de S incrementó la RAN en todo el rango de N agregado, manteniendo, con las situaciones sin S, una diferencia casi constante por encima de los 60 kg de N.ha-1. Con el agregado de S, en chacras viejas (más de 5 años de agricultura), la RAN alcanzó valores que oscilaron en torno al 50 % de las dosis máximas de N, aun cuando estas fueron 50% por encima del N recomendado a Z 30 (cuadro 1). Como se comentó anteriormente, tanto el agregado de N como el de S, pueden estimular la mineralización del suelo, la exploración radicular o la actividad de las enzimas encargadas de la absorción nitrogenada, llevando a que se sobre estime la RAN (Rao et al., 1992; Katterer et al., 1993; Mandal et al., 2003; Giller et al., 2004; Dobermann, 2007), aunque también existe evidencia de que puede haber, en determinadas situaciones, subestimación del grado de aprovechamiento del N del fertilizante por el método isotópico (Daniel et al., 1986). Por lo tanto, se debería, como lo sugiere Salvagliotti et al., (2009), pensar a priori, en términos de recuperación de N del suelo, más allá de donde provenga y que ello puede ayudar a evitar grandes salidas de N, potencialmente contaminantes.

Se evalúo la respuesta al agregado de N a las dosis recomendadas a Z 30 (NR) y un 50% adicional al N recomendado en el mismo estadio, en base al modelo de Baethgen (1992) (NR+50%), con y sin S (cuadro 1). En base a la cantidad promedio de N absorbida hasta Z 65, en relación al N absorbido hasta Z 30, 25 kg de N.ha-1 derivaron del suelo durante este período en los testigos sin agregado de N. El agregado de N a Z 30 a las dosis de NR y NR+50, permitieron incrementar la cantidades absorbidas entre Z65 y Z30 en un 54% y 92% (para NR y NR+50, respectivamente). El agregado de N en presencia de S, incrementó aún más las cantidades absorbidas de N. La RAN, calculada como el N absorbido diferencial de los tratamientos fertilizados en relación al testigo sin fertilizar con N, en relación a las dosis de N agregadas a Z30, permitió alcanzar proporciones cercanas al 50%, aun cuando las cantidades de N fueron superiores a las que se hubiesen agregado en base al modelo de dosis antes mencionado.

Cuadro 1. Nitrógeno absorbido a Z 30 y Z 65, incremento del N absorbido entre ambos estadios ( N ABS), recuperación del N aparente derivado del fertilizante (RAN), con y sin fertilización con S. Valores promedio de la Red experimental de manejo de N en trigo.

N promedio recomendado a Z 30 en base a modelo de Baethgen (1992) = 58 kg.ha-1, 50% adicional al recomendado en el mismo estadio = 88 kg.ha-1

 

Consideraciones finales

Mantener elevada la EUN importa, no solo por la productividad parcial de este nutriente o por su impacto en la rentabilidad del sistema agrícola, sino por el control del potencial de contaminación.

En un ambiente que cada vez contribuye menos a cubrir las necesidades de N de los cultivos, las cuales se incrementan a su vez con el aumento de potencial, es necesario conocer la variación de la EFN y la RAN, para encontrar las mejores alternativas de uso y rentabilidad al agregado de este nutriente.

A bajas dosis de N recomendadas, se observaron bajos niveles de recuperación del N derivado de fertilizante. Sin embargo, en la medida que se incrementan las necesidades y dosis de N, se recuperaría en base a estos resultados una mayor proporción de este nutriente. A pesar de ello, el incremento de las dosis de N en un estadio dado, incrementan las cantidades absolutas de N que no son absorbidas por los cultivos, aumentando el riesgo de contaminación. En este trabajo se muestra que para mejorar el principal componente de la EUN, la RAN, es necesario agregar S y ello contribuiría a reducir el N potencialmente contaminante (NPc).

El trabajo iniciado hace 20 años en Uruguay, enfocado a mejorar el uso del N en los cereales de invierno, tuvo como objetivo la identificación de elementos objetivos de diagnóstico y el desarrollo de propuestas para estimar las cantidades de N necesarias a agregar. Actualmente, desde distintos ángulos, se apuesta a seguir perfeccionando las herramientas disponibles y generar conocimiento que permita mantener la EUN y bajar el NPc, aun cuando las dosis de N se siga incrementando. En el corto plazo el uso de herramientas de diagnóstico mejoradas (involucrando cada vez más al cultivo como elemento de diagnóstico), permitirían contemplar a campo los diferentes ambientes intrachacra, proponiendo estrategias para evitar el uso de grandes cantidades instantáneas de N (estudiando la respuesta al fraccionamiento de altas dosis a estadios posteriores al inicio del encañado), o mejorando el conocimiento acerca de las distintas fuentes de fertilizantes.

 

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43. SALVAGLIOTTI F, CASTELLARÍN JM, MIRALLES DJ, PEDROL HM. 2009. Sulfur fertilization improves nitrogen use efficiency in wheat by increasing nitrogen uptake. Field Crop Research, 113: 170-177.
44. SINCLAIR TR, HORIE T. 1989. Leaf nitrogen, photosynthesis, and crop radiation use efficiency: a review. Crop Science, 29: 90-98.
45. SIRI PRIETO G, ERNST, O. 2009. Cambios en el contenido de carbono y nitrógeno del suelo: ¿hacia dónde va el sistema? En: Hoffman E, Ribeiro A, Ernst O, García FO [Org]. Primer Simposio Nacional de Agricultura de Secano. Universidad de la República. Facultad de Agronomía, 111-123.
46.TIMSINA J, SINGH U, BADARUDDIN M, MEISNER C, AMIN MR. 2001. Cultivar nitrogen and wáter effects on productivity and nitrogen-use efficiency and balance for rice-wheat sequences of Bangladesh. Field Crop Research, 72: 143-161.
47. YOSHIDA T, PADRE BC. 1977. Transformation of soil and fertilizer nitrogen in paddy soil their availability to rice plants. Plant and Soil, 47: 113-123.

Trabajo presentado en: IV Simposio Nacional de Agricultura. Paysandú - Uruguay 2015 (buscar en Google afiche), organizado por FAgro-Udelar e IPNI Cono Sur, con la participación de la SUCS y FAO.) 

Ulises López Noverola
Ing. Industrial Químico
Re: La productividad parcial de los nutrientes. La necesidad de incrementar la eficiencia de uso del Nitrógeno
22/02/2017 | Excelente trabajo, reciban mis felicitaciones, considerando los años de estudios que han invertido, me hubiera gustado conocer la metodología con detalle pero entiendo el objetivo de presentarlo en este foro.
Muy importante, diría yo fundamental conocer esa eficiencia de uso del nitrógeno y sobre todo la necesidad de conocer como detener el mayor uso de nitrógeno cada vez con una menor producción. Saludos
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