Absorción de N y S en cebada: relaciones con rendimiento y proteína

En Argentina, el destino tradicional del cultivo de cebada es la industria maltero-cervecera. La industria maltera y cervecera es altamente exigente en términos de contenido proteico: se requieren valores de entre 10% y 12%. En experimentos llevados a cabo en la región pampeana se ha observado que el contenido proteico de los granos se asoció positivamente con la disponibilidad de nitrógeno (N) y negativamente con el rendimiento (Prystupa et al., 2016). Para alcanzar un contenido proteico entre el 10% y el 12% se debe contar en el suelo con 22 y 40 kg ha-1 de N disponible por tonelada de rendimiento en grano (Prystupa et al., 2008). Hay poca información para cebada y cultivos afines (i.e. trigo) respecto de la relación entre disponibilidad o absorción de azufre (S) por el cultivo y la concentración de S en el grano.

La pendiente de la relación entre rendimiento y nutriente absorbido se conoce como eficiencia de utilización (EU = R NUabs-1, R: rendimiento, NUabs: nutriente absorbido). La EU puede ser afectada por el nivel de rendimiento alcanzado. Esta se asume lineal y constante cuando el rendimiento no está cerca del potencial del sitio y cae por encima del 70-80% del rendimiento máximo (Dobermann y Cassman, 2002). La EU también puede caer con alta disponibilidad del nutriente en el suelo, que lleva a un aumento en la absorción sin un aumento proporcional en el rendimiento (i.e. consumo de lujo), o por estreses ambientales (van Keulen y van Heermst, 1982). La inversa de la EU es el requerimiento (NUabs R-1). Este cociente se puede descomponer en dos componentes con sentido agronómico: la concentración del nutriente en el grano (NUgrano R-1), y la inversa del índice de cosecha (IC) del nutriente (NUabs NUgrano-1):

Esta relación implica que un aumento de la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento llevaría a tener una mayor concentración del nutriente en el grano, siempre y cuando el IC del nutriente se mantuviera constante.

 En un experimento de fertilización de cebada con N y S se observó que, a diferencia del N, la concentración de S en el grano fue poco sensible a cambios en la cantidad de S absorbido por unidad de rendimiento, debido a grandes cambios en el ICS (Gutiérrez Boem et al., 2014). Esto pudo deberse a la distinta abundancia relativa de los dos nutrientes en ese experimento (i.e. el rendimiento del cultivo respondió a la aplicación de N y no a la de S), o a que la relación entre la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento y la concentración del nutriente en el grano es distinta para N y S. Si la concentración de S en el grano fuera poco sensible a cambios en la cantidad de azufre absorbido por unidad de rendimiento, sería muy difícil intentar cambiar la concentración de S (y la relación N:S) del grano vía fertilización azufrada. El objetivo de este trabajo fue determinar la relación entre la concentración de N y S en el grano, el ICN, ICS y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento. 

Se realizaron 49 experimentos durante un periodo de 4 años (2014/17) en el centro-norte de la provincia de Buenos Aires sobre lotes en producción. Los tratamientos se realizaron sobre la fertilización que realizó cada productor en el lote de producción (Control) y constaron de:

Control (sin agregado de fertilizante adicional al realizado por el productor), N: sin limitaciones de N, S: sin limitaciones de S, NS: sin limitaciones de N y S.  En los experimentos realizados durante las campañas 2014 y 2015 no se incluyó el tratamiento NS. En el periodo 2016/17 se agregó el tratamiento NS de manera de conformar un experimento factorial completo.

Las dosis utilizadas en los tratamientos se describen en la Tabla 1. Las dosis de fertilización correspondientes a los tratamientos N, S y NS se aplicaron en el periodo comprendido entre la siembra y la emergencia del cultivo.

Los tratamientos se dispusieron en bloques completos aleatorizados. La fuente de N utilizada fue urea y la de S fue yeso. En madurez del cultivo se cosecharon 4 metros lineales (~ 0.84 m2) del cultivo por parcela, se secaron a 60ºC y se trillaron. Se determinó biomasa aérea, rendimiento en grano, y el número y peso individual de los granos. La concentración de N y S en los granos y rastrojo se determinó mediante una digestión húmeda y una posterior colorimetría (N) o turbidimetría (S). El rendimiento se expresó con 13% de humedad, mientras que la concentración de nutrientes se expresó en base seca. 

La relación entre el rendimiento y la cantidad de nutriente absorbida fue ajustada a través de un modelo esférico condicional a través de regresiones por cuantiles (Koenker, 2018; R Core Team, 2018). La función esférica condicional puede describirse a través de:

donde y es el rendimiento (kg ha-1), x es la cantidad de nutriente absorbido (kg nutriente ha-1), b es el rendimiento potencial (kg ha-1) y c es la mínima cantidad de nutriente absorbido (kg nutriente ha-1) con la cual se alcanza el rendimiento potencial.

El análisis de varianza general y los contrastes fueron realizados a través de modelos mixtos (Bates et al., 2015), donde se consideró a los experimentos y los bloques anidados en los experimentos como efectos aleatorios.

Los rendimientos variaron entre 1735 y 9317 kg ha-1, lo cual reflejó la variabilidad de los ambientes explorados. El incremento promedio de rendimiento ante el agregado de N y S fue de 775 y 248 kg ha-1, respectivamente. Se observó una respuesta al agregado de N en 16 de los 49 ensayos, con un incremento promedio del rendimiento en estos experimentos de 1675 kg ha-1. Por otro lado, el efecto de la fertilización con S y/o la interacción NxS fueron observados en 5 experimentos de los 49 realizados. El agregado de S sólo no tuvo un efecto generalizado en toda la red (i.e. se observó efecto del agregado de S en un sólo sitio).

El rango de concentraciones de N en grano explorado estuvo comprendido entre 7.1 y 23.4 g N kg-1, lo que correspondió a un rango de contenido proteico en grano de 4.4-14.6%. Cabe destacar que el 75% de los productores obtuvieron valores de contenido proteico en granos menores a 8.8%. El contenido de S en grano exploró un rango comprendido entre 0.6 y 1.4 g S kg-1. El rango observado de la concentración de S en grano fue menor que en el caso de N (i.e. la relación entre la concentración máxima y mínima fue de 2.3 y 3.3 para S y N, respectivamente). La concentración de N en grano aumentó ~ 32% ante el agregado de N, mientras que la concentración de S en grano incrementó ~ 12% frente al agregado de S. 

Los rangos observados de nutriente absorbido por el cultivo fueron similares para N y S (máx/mín: 8.0 y 7.6 para N y S, respectivamente). Tanto el ICN como el ICS se redujeron frente al agregado de N y S, respectivamente. El requerimiento de ambos nutrientes (nutriente absorbido por tonelada de rendimiento) aumentó frente al agregado de los respectivos nutrientes (i.e. 46.5% y 22% para N y S, respectivamente). La relación N:S en grano aumentó ~ 24% frente al agregado de N y disminuyó ~ 9% frente al agregado de S. 

Tabla 1. Tratamientos y dosis utilizadas en la red de experimentos

Las funciones de borde superior (i.e. Q95) corresponden a las situaciones de máximos rendimientos obtenidos para las distintas cantidades de N y S absorbido por el cultivo (Figura 1). Estas funciones permiten caracterizar las situaciones de máxima dilución de un nutriente determinado en todo su rango, y en su fase lineal o aproximadamente lineal, a las condiciones de deficiencia donde se maximiza la eficiencia de utilización de dicho nutriente. Las funciones de borde inferior (i.e. L05 y Q05) corresponden a las situaciones de mínimos rendimientos para las distintas cantidades de nutriente absorbido y se puede interpretar como de mínima eficiencia de utilización (Figura 1), asociadas a condiciones donde el rendimiento del cultivo estuvo limitado por otro factor además del nutriente que se está evaluando, o bien, a situaciones de “consumo de lujo” del nutriente en cuestión (Setiyono et al., 2010).

En el caso de la función de borde superior que relaciona el rendimiento y la cantidad de N absorbido por el cultivo, se alcanzó un plateau de rendimiento de 8950 kg ha-1 cuando el cultivo absorbió 143 kg N ha-1. La EU de N máxima y mínima estimadas, considerando el tramo lineal de la curva (hasta el 75% del plateau), fueron 83.7 y 41.4 kg kg N absorbido-1 (Q95 y Q05, respectivamente). Los requerimientos mínimos y máximos estimados fueron 11.9 y 24.1 kg N t-1. En términos medios, el rendimiento alcanzó un plateau de 7298 kg ha-1 cuando el cultivo absorbió 150 kg N ha-1. La EU de N media estimada fue 65.4 kg kg N absorbido-1 (i.e. los requerimientos de N medios fueron 15.3 kg N t-1). 

En el caso de S, el rendimiento alcanzó un plateau de 9105 kg ha-1 cuando el cultivo absorbió 14 kg S ha-1. La EU de S máxima y mínima estimadas fueron 874.3 y 475.4 kg grano kg S absorbido-1 (Q95 y L05, respectivamente). Los requerimientos de S mínimos y máximos estimados fueron 1.1 y 2.1 kg S t-1. La EU de S media estimada fue 848 kg kg S absorbido-1 (i.e. los requerimientos de S medios fueron 1.18 kg S t-1). A diferencia de N, la función de borde inferior presentó una forma lineal (i.e. no se observó un plateau definido). 

Figura 1. Relación entre el rendimiento y la cantidad de nutriente absorbido para N y S, respectivamente. Q95, Q50 y Q05 corresponden a las líneas de borde del cuantil 95, 50 y 5%, respectivamente. Cesf corresponde al ajuste de la función esférica por mínimos cuadrados. L05 corresponde a la línea de borde del cuantil 5%. 

Figura 2. Relación entre la concentración de nutriente en grano y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento para N y S, respectivamente. La línea puntuada indica la concentración de N en grano que se corresponde con un contenido proteico en granos de 11% y la cantidad de N absorbido por unidad de rendimiento necesaria para obtenerlo. 

Tanto para N como para S, se observó una relación curvilínea entre la concentración de nutriente en grano y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento (Figura 2). En el caso de N, a diferencia de lo observado por Prystupa et al. (2016), la relación entre estas variables fue más estrecha, esto último asociado a que, al determinar la cantidad de N absorbido, no se tienen en cuenta las pérdidas del fertilizante aplicado. Para obtener granos con contenido proteico de 11% (17.6 g N kg-1) es necesario que el cultivo absorba ~ 22.7 kg N t rendimiento-1 (Figura 2). La relación entre la concentración de S en grano y la cantidad de S absorbido por unidad de rendimiento presentó mayor variabilidad que la de N (Figura 2). Por otro lado, el incremento de la abundancia de S en el cultivo (i.e. S absorbido por unidad de rendimiento) no siempre se tradujo en un incremento de la concentración de S en el grano (Figura 2), debido a que se alcanzó un plateau en la concentración de S en el grano para valores altos de S absorbido por unidad de rendimiento.

El IC de ambos nutrientes se relacionó de forma lineal con la abundancia de los respectivos nutrientes hasta alcanzar un plateau. Si bien ambas relaciones en su fase lineal fueron negativas, las tasas de disminución fueron muy contrastantes (Figura 3).

Figura 3. Relación entre el índice de cosecha de nutriente y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento para N y S, respectivamente.

En términos relativos, un incremento del 50% en la cantidad de nutriente absorbido por tonelada de rendimiento por encima de los correspondientes puntos de inflexión, produjo una disminución del 12% y 22% en el ICN e ICS, respectivamente (Figura 4).

Figura 4. Relación entre el IC de nutriente y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento, relativos a los respectivos puntos de inflexión, para N y S. 

 La asociación entre la relación N:S en grano y la cantidad de N absorbido por unidad de rendimiento fue lineal y positiva, mientras que no se presentó asociación entre estas variables en el caso de S (Figura 5).

Figura 5. Relación entre las concentraciones N:S en grano y la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento para N y S, respectivamente.

 

Tanto la fertilización con N como con S produjeron un incremento en la abundancia de los respectivos nutrientes en el cultivo (i.e. N y S absorbido por unidad de rendimiento). El aumento en el N absorbido por unidad de rendimiento se asoció de manera positiva con la concentración de N en grano, mientras que, en el caso de S, la concentración de S en grano tiende a alcanzar rápidamente un plateau frente a un aumento del S absorbido por unidad de rendimiento. Por lo tanto, la concentración de S en grano fue menos sensible que la de N a cambios en la cantidad de nutriente absorbido por unidad de rendimiento. Esto se debió en gran medida a una gran disminución del ICS frente al aumento de la abundancia de S en el cultivo, a diferencia de lo observado en el caso de N. Por tanto, la relación N:S en grano resultó estar asociada a la abundancia de N en el cultivo. 

Los autores quieren agradecer la colaboración de los productores y asesores: Alejandro Alegre, Carlos Gutiérrez, Emilio Secreto, Gustavo Franco, Jorge Álvarez, Nicolás Casella, Sebastián Arias, Ricardo Falconi, Gustavo Herrá, Marcelo Sabione, Roberto Carral, Esteban Marré, Gabriel Longinotti e Ignacio Alzueta. Esta investigación fue financiada por la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (PICT-2013-1846, PICT-2016-2323) y la Universidad de Buenos Aires (UBACyT 20020130100746BA).