NITRÓGENO Y FERTILIZANTES NITROGENADOS CAPÍTULO IV NITRÓGENO Y FERTILIZANTES NITROGENADOS

A. Su importancia en la Producción Vegetal. B. La complejidad de la nutrición nitrogenada y del manejo del N del suelo y de los fertilizantes C. Contenido, Formas y Distribución en los suelos. D. Fijación biológica.

A. Su importancia en la Producción Vegetal Respuesta comparativa a N, P y K en experimentos de fertilización. Cultivo Región % de experimentos que dieron respuesta al __________________________________________________ N P K Maíz Iowa 78 20 11 Maíz Carolina del Norte 78 33 22 Algodón Missisipi 73 5 30 Resultado del análisis conjunto de 15 años de experimentación en 3 regiones de diversidad agrícola y de tipo de suelos. O. P. Engelstad y G. L. Terman (1966)

La importancia del N en la producción de cultivos está asociada, entre otras causas, al hecho de que el aumento en el rendimiento de un cultivo como resultado del mejor o mayor uso de insumos tecnológicos implica siempre un aumento significativo en el consumo de N y este aumento, a su vez, es significativamente mayor que el aumento en las necesidades de P para un mismo incremento de rendimiento.

Rendimiento N absorbido, kg/ha Ton/ha Trigo Maíz Arroz Consumo de N por trigo, maíz y arroz en función del rendimiento en grano Rendimiento N absorbido, kg/ha Ton/ha Trigo Maíz Arroz _____________________________________________ total grano total grano total grano 2.0 65 45 40 23 40 25 4.0 140 100 80 50 80 52 6.0 ----- ---- 130 80 125 80 8.0 ---- ---- 180 110 170 100 10.0 ----- ---- 210 140 ---- ---- 12.0 ---- ---- 280 170 ---- ---- Adaptado de: “Soil N: Supply processes and crop requirements.” W.V. Bartholomew, 1972. Bol. Tecn. 6. Programa Internacional de Evaluación y Mejora de la Fertilidad del Suelo.

B. Complejidad de la nutrición nitrogenada y del manejo del N La complejidad de la nutrición nitrogenada y del manejo del N del suelo y de los fertilizantes es consecuencia de los siguientes factores: a) Al aumentar los niveles de rendimiento, aumentan significativamente las necesidades en N. b) Su dinámica en el suelo es muy dependiente de factores ambientales (lluvia, temperatura) y de factores de manejo (tipo de suelo, cultivos previos, sistema de laboreo, y manejo de los restos de cosecha). c) La respuesta vegetal al suministro de N no solo es función de la cantidad disponible en el suelo o aplicada a través de los fertilizantes sino también del momento del ciclo del cultivo en que se aplica el N. d) La cantidad de N suministrada tiene efectos no solo en el nivel de rendimiento sino que también puede incidir en la calidad del producto obtenido, a través de su efecto en determinados componentes (proteína, azúcar, etc).

C. Contenido en N de los suelos El N de la capa arable de la mayoría de los suelos agrícolas oscila entre 0.02 y 0.4%, la mayoría del cual (98-99%) se encuentra como N orgánico y solo 1-2 % en forma mineral. En nuestro país ese % de N total oscila entre 0.1- 0.3 %. Como regla general debe recordarse que: % de materia orgánica del suelo = % N total x 17.2 % de materia orgánica del suelo = % C orgánico x 1.72

Factores que afectan el contenido en N o en materia orgánica de los suelos Factores naturales: Clima Vegetación Material madre (textura) Topografía Factores de manejo: Tiempo de cultivo Sistemas de cultivo (Rotaciones)

Tiempo de cultivo y Sistemas de cultivo Corrientemente, aunque no siempre, cuando un suelo entra a ser cultivado disminuye su contenido en N y materia orgánica debido a que: a) aumenta la aireación del suelo y por lo tanto la oxidación de la misma por aumento de la actividad microbiana, b) hay períodos alternados de secado y mojado del suelo que también aumentan la actividad microbiana y c) aumenta el riesgo de erosión del suelo. Por eso para la mayoría de los suelos cultivados el contenido de materia orgánica solo puede mantenerse a un nivel aproximado al del suelo nativo a través de sistema de cultivos que incluyan en la rotación pasturas y/o la incorporación frecuente y masiva de estiércol o restos de cosecha (rastrojos). La siembra directa de creciente adopción en todas las regiones agrícolas incluyendo nuestro país también contribuye con el tiempo al aumento del contenido en N en los primeros cm del suelo.

Modelos generales de evolución del N del suelo bajo cultivos y pasturas + + + % N + % N + + + + + + Años de cultivo Años de pasturas

Evolución del N en rotaciones de cultivos con pasturas en La Estanzuela (1964-1990) .225 .200 .175 .150 + + + + + + + % N * + + Pastura cultivos 1 2 3 4 1 2 3 4 A ñ o s Fuente: INIA La Estanzuela, Serie Técnica Nº 41, 1994.

Formas de N en los suelos 1) 1-2% del N total, se encuentra bajo formas inorgánicas fundamentalmente como nitratos (NO3) y amonio (NH4). 2) 98-99% del N total, se encuentra bajo forma orgánica formando parte de la materia orgánica del suelo la cual está compuesta por : a) Residuos orgánicos recientemente agregados y en vías de descomposición. b) Residuos orgánicos ya descompuestos en fase semiestable (humus del suelo) c) Biomasa de los microorganismos.

Todo material orgánico agregado al suelo entra en proceso de descomposición: raíces, residuos de cosecha, cultivos de cobertura enterrados como abono verde, animales pequeños, microorganismos, etc. La velocidad de descomposición de los mismos depende de un conjunto de factores entre los cuales deben destacarse: a) contenido en N del residuo y su C/N, lo cual a su vez depende de la naturaleza del residuo y de su estado fisiológico o edad. b) si el residuo se incorpora al suelo o queda en superficie. c) las condiciones climáticas y de suelo tales como temperatura, lluvia, aireación, pH y nutrientes.

HUMUS del SUELO La descomposición de los residuos orgánicos al suelo va haciendo desaparecer primero los compuestos más facilmente atacables por los microorganismos como fuente de energía (hidratos de carbono), o de N (proteínas), quedando gradualmente en el suelo un material relativamente más estable, denominado humus. El humus no es una sustancia química sino una mezcla de sustancias cuya composición química varía según sus condiciones de formación, y dependiendo por lo tanto de factores tales como la naturaleza de la vegetación, las condiciones climáticas y de las propiedades físicas y químicas de los suelos.

El humus es de naturaleza coloidal, generalmente de color oscuro, y tiene una composición de aproximadamente 50% de C y 5% de N en base seca (C/N = 10:1). Contiene además 0.5% de P,0.5% de S y pequeñas cantidades de K, Ca, Mg y micronutrientes A pesar de las variaciones en sus condiciones de formación, hay algunas propiedades físicas y químicas relativamente comunes a todos los materiales clasificados como humus: a) alta CIC que oscila entre150 y 300 meq/100grs. b) relación C/N baja (10/1) y estable. c) relativamente resistente al ataque microbiano pero facilmente degradable por oxidación (efecto del laboreo).

Importancia de la matera orgánica del suelo La materia orgánica (humus) contribuye a la fertilidad y productividad del suelo a través de efectos en las propiedades químicas, físicas y biológicas del mismo. a) fuente de N, P, S. b) aumenta la CIC del suelo c) mejora de la condición física del suelo fundamentalmente a través de su efecto en la agregación del mismo, lo cual resulta a su vez en mejora en la infiltración de agua y de la proporción de esta agua que puede utilizar la planta. La mayor agregación también reduce el riesgo de erosión del suelo. d) sirve de fuente de C y energía para los organismos del suelo.

La materia orgánica aportada por las gramíneas y las leguminosas constituyentes de una pastura tienen características diferentes: Mientras que las gramíneas tienen una alta producción de materia seca de alta relación C/N, y por lo tanto una tasa de mineralización lenta, las leguminosas tienen una menor producción de materia seca de baja relación C/N y por lo tanto una tasa de mineralización más rápida. Por eso en forma simplificada puede decirse que las gramíneas inciden más en las propiedades físicas del suelo mientras que las leguminosas afectan primordialmente las propiedades químicas o fertilidad del suelo.

D. Fijación biológica de N Consideraciones Generales: Rhizobium es un género de bacterias simbióticas que, localizadas en los nódulos de las raíces de las leguminosas, tienen la capacidad de fijar el N atmosférico. Ese N fijado puede: a) ser utilizado por la planta huésped para formar proteínas. b) ser excretado al suelo bajo forma de aminoácidos c) ser liberado cuando los nódulos y restos de la leguminosa se descomponen en el suelo.

Características del proceso de fijación biológica 1.Especificidad huésped-bacteria. Por eso es necesario realizar la inoculación con la cepa específica correspondiente, y es indispensable hacerlo la primer vez que se implanta una nueva especie leguminosa en una chacra. 2.Es un proceso altamente energético. Se requieren de 10 a18 kg de carbohidratos para fijar 1kg de N . Por eso si el suelo tiene N mineral disponible, este será utilizado de preferencia por la leguminosa y el proceso de fijación funcionará solo para suplementar la cantidad complementaria que la planta precisa para crecer.

Respuesta al agregado de N de una mezcla de gramínea-leguminosa y una gramínea pura Graminea + Trébol 6 6 1 Ton/ha de materia seca 2 Graminea 2 3 3 2 2 100 200 N/ha

3. La fijación de N es un proceso altamente dependiente del crecimiento de la planta huésped y por lo tanto de las condiciones que favorecen la fotosíntesis. La cantidad total de N fijado por el proceso simbiótico está directamente correlacionada con la cantidad de crecimiento de la planta huésped. Una planta huésped que tenga buen crecimiento y a su vez tenga un alto requerimiento en N fijará más N de la atmósfera que una planta huésped que también tenga alto requerimiento en N pero que tenga un crecimiento menor.

4. Puede haber nodulación pero no fijación de N. En alfalfa, cuando los nódulos están fijando realmente N los mismos son de color rosado claro de 2-4 mm x 4-8 mm, generalmente concentrados en las raíces primarias. El color rojizo es debido a la presencia de un pigmento, la leghemoglobina. Cuando los nódulos no fijan N, estos son generalmente más pequeños (< 2 mm), dispersos en todo el sistema radicular y de color blanquecino.

Cantidades de N fijadas Debido al conjunto de factores que afectan la fijación de N las cantidades son sumamente variables Como información general la fijación por leguminosas perennes (alfalfa, tréboles) oscila entre 100 y 200 kg/ha/año mientras que en las leguminosas de ciclo corto (vicias, etc.) la fijación oscila entre 50 y 80 kg/ha/año. Fuente: Bartholomew, W.V., 1972. “Soil N processes and crop requirements. Boletín Técnico Nº 6.Programa Internacional de Evaluación y Mejora de la Fertilidad del suelo.

Transferencia de N a cultivos asociados. Durante el período de activo crecimiento de la leguminosa, la cantidad de N aportado al cultivo asociado es escasa. Solo cuando la leguminosa llega a su madurez y/o cuando las condiciones ambientales hacen que alguna parte de las plantas mueran, es que el N del tejido de la leguminosa (raíces, hojas, etc), se hace disponible para el cultivo. Como norma general las leguminosas perennes comienzan a tener influencia importante en términos de suministro de N al cultivo asociado al final del primer año de su establecimiento mientras que las leguminosas anuales lo hacen en la madurez y/o cuando comienza la descomposición de sus tallos y raíces.

Efecto en los cultivos subsiguientes En general debe esperarse un efecto residual en términos de disponibilidad de N para un cultivo que se instale en una chacra que tuvo pradera y que ese efecto residual disminuya a medida que aumenta el tiempo que se hace el cultivo respecto a cuando estuvo la pradera. Pueden darse 2 situaciones: a) que el efecto de la pradera sea solamente un aporte de N. b) que además la pradera haya afectado otras propiedades del suelo que a su vez incidieron positivamente en el crecimiento y la producción del cultivo subsiguiente.( fundamentalmente propiedades físicas tales como estructura, y aireación del suelo.

Características de las pasturas que afectan la fijación de N 1) Crecimiento y productividad de la pastura Los kg/ha de N fijados anualmente están en gran parte determinados por el crecimiento y productividad de la leguminosa ya que existe una relación directa entre la cantidad de materia seca producida por Trébol blanco la leguminosa y la cantidad de N M Seca N incorporado al suelo por la kg/ha muerte de raíces de la pastura _______________________________ y por los restos de residuos orgánicos que quedan. Ambiente poco 150 1800 A su vez la productividad de productivo una especie y la fijación de N resultante dependen no solo Ambiente muy 400 6500 del potencial genético de la productivo misma sino también del _________________________________ ambiente en que se desarrolla

2) Composición botánica. A igualdad de otros factores de crecimiento y de manejo debe esperarse que al aumentar la proporción de leguminosas en la mezcla también aumente la cantidad de N fijado. A su vez hay especies que fijan más N que otras.

N fijado por diferentes leguminosas en climas templados N fijado, kg/ha/año _________________ Especie Promedio Rango _____________________________ Alfalfa 200 80-300 Trébol rojo 115 70-160 Trébol blanco 100 50-150 Soja 100 50-250 Poroto 40 20-50

3. Edad de la pastura A medida que aumenta la edad de la pastura perenne, la producción de la misma disminuye en relación al máximo de producción obtenido y por lo tanto disminuye la cantidad de N fijado año a año. No obstante la transferencia de N a la gramínea puede aumentar debido al aumento de muerte de raíces y posterior descomposición de las mismas. De modo que ambos procesos se compensan por lo menos durante un cierto tiempo que depende a su vez de la persistencia de la pradera y el grado en que disminuye su productividad.

años -----------kg/ha --------- 1 168 99 0.59 2 136 104 0.79 Efecto de la edad de la pastura sobre la contribución directa e indirecta de N por el trébol en una pradera mixta. Edad de la rendimiento de N transferido a % de Pastura N en el trébol la gramínea transferencia ____________________________________________ años -----------kg/ha --------- 1 168 99 0.59 2 136 104 0.79 3 108 114 1.06 ____________________________________________ Díaz, R. 1976. Rol de las Pasturas en Rotaciones Agrícola-ganaderas. Curso de Actualización Profesional. Facultad de Agronomía, UDELAR.

4. Manejo de la pastura La principal diferencia que existe entre una pradera sometida a pastoreo y una pradera de corte ( heno o silo) es la extracción no restitutiva de nutrientes para este último caso. Bajo pastoreo, en cambio, un % importante de los nutrientes vuelve al suelo a través de las deyecciones. Por lo tanto debe esperarse que las pasturas sometidas a pastoreo tengan mayor efecto residual. La magnitud de la diferencia entre ambos sistemas depende logicamente de varios factores, entre otros el tipo de pastoreo y la productividad de la pradera en especial en lo que tiene que ver con el % de leguminosas presentes en la mezcla y su productividad.

Tipo de Materia N P K Ca Mg Rendimiento acumulado de 5 años en materia seca, N, P, K, Ca y Mg de una pastura con retorno total y sin retorno de las deyecciones Tipo de Materia N P K Ca Mg pastoreo seca ________________________________________ ------------------ kg/ha ----------------- Retorno Total 33300 870 140 980 230 65 No retorno 26880 750 115 690 240 60 ________________________________________ Herriott D. y F. Wells,1963. The grazing and sward productivity. J. Agr. Sci. 61:89-99.

5. Persistencia A medida que aumenta la edad de la pastura, las mismas tienden a disminuir su productividad como consecuencia de la invasión de malezas de baja calidad reduciéndose drásticamente el % de leguminosas en la mezcla y por lo tanto el aporte de N a los cultivos asociados y/o a los cultivos subsiguientes. El enmalezamiento por gramilla provoca además inmovlización del N y puede reducir el aporte residual de N para los cultivos inmediatamente posteriores.

Factores que afectan la fijación de N por el Rhizobium 1. pH del suelo 2. Contenido en N mineral 3. Crecimiento de la pastura ( fotosíntesis y clima). 4. Manejo del cultivo de leguminosa o de la pradera mixta.

El aporte de N vía fijación simbiótica en el cultivo de Soja Extractado del trabajo: “El aporte de N vía fijación simbiótica en el cultivo de soja” A. Morón, INIA La Estanzuela, 2006 . Objetivos: Cuantificar el aporte de N por el cultivo de soja vía fijación simbiótica, y realizar un balance de N resultante en el suelo luego del cultivo. La estimación del aporte de N derivado de la fijación simbiótica (N-dFBN) se hizo trabajando con la misma variedad de soja inoculada y no inoculada en sitios sin historia previa del cultivo y se calculó como: Kg N-dFBN/ha = kg/ha soja inoculada – kg/ha soja no inoculada % N d-FBN = (kg N-dFBN/ha) / (kg N soja inoculada/ha).100

Aporte de N debido a la Fijación biológica _______________________________________________ Sitio Rendimiento kg/ha de N % N d-FBN ------------------------------ no inoc. Inoc. cFBN sFBN N-dFBN ---------------------- kg/ha ----------------------- 1350 2170 135.7 196.1 60.4 30.8 1850 2850 129.1 203.6 74.5 36.6 2350 3220 181.8 262.4 80.6 30.7 _____________________________________________

Balance de N en el suelo luego del cultivo ____________________________ Sitio N retirado N-dFBN Balance en el grano total planta _______________________________________ ------------------------ kg /ha-------------------- -128.3 + 60.4 -67.9 -156.3 + 74.5 -81.8 -188.7 + 80.6 -108.1