Efecto de la fertilización.... - Facultad de Ciencias Agropecuarias

Revista Científica Agropecuaria 13 (1-2): 25-32 (2009)
© 2009 Facultad de Ciencias Agropecuarias - UNER
EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN NITROGENADA SOBRE EL
CONTENIDO DE C Y N EN DIFERENTES TAMAÑOS DE
AGREGADOS
Leonardo NOVELLI1, Ricardo MELCHIORI2, Octavio CAVIGLIA1, 2
1Facultad
2
Ciencias Agropecuarias (UNER). Ruta 11, Km 10,5 (3100), Oro Verde, Entre Ríos. Argentina
INTA, EEA Paraná. Ruta 11 km 12.5, Paraná, Entre Ríos.
RESUMEN
La fertilización nitrogenada en siembra directa (SD) incrementa el rendimiento y
el aporte de biomasa de los cultivos y podría favorecer la agregación del suelo e
incrementar el C y N en agregados de diferente tamaño. El objetivo del trabajo
fue evaluar el efecto de 13 años de fertilización nitrogenada en maíz continuo
(Zea Mays L.) bajo SD sobre el contenido de C y N en diferentes tamaños de
agregados. El experimento fue conducido en la EEA Paraná INTA, sobre un
suelo Argiudol ácuico, con 4 dosis de fertilización nitrogenada (0, 69, 138 y 276
kg N ha-1). Se tomaron muestras de suelo en 3 profundidades (0-5, 5-10, 10-20
cm), las que fueron tamizadas en húmedo y separadas en 3 clases de tamaños de
agregados (>2000, 250-2000, 53-250 µm). Se evaluaron las proporciones de
tamaños de agregados, el C y N total en la muestra y en cada fracción de tamaño
de agregados. El aporte de C acumulado por parte de los residuos de cosecha del
cultivo fue estimado a partir del rendimiento en granos. La mayor proporción de
agregados se observó para el tamaño 250-2000 µm sin diferencias entre dosis de
N ni entre profundidades. La fertilización con 138 kg N ha-1 aumentó la
concentración de N total del suelo en las profundidades de 0-5 y 5-10 cm, así
como la masa (g) de C y N almacenada en los agregados >2000 µm (0-5 cm). A
pesar del incremento en el aporte de C, la fertilización nitrogenada no afectó la
concentración de C total ni de las fracciones de tamaño de agregados en ninguna
profundidad.
Palabras clave: fertilización nitrogenada – tamaños de agregados - C y N del
suelo – siembra directa
SUMMARY
Effects of nitrogen fertilization on carbon and nitrogen content in different
aggregate size classes
Nitrogen fertilization under no-till (NT) farming increased crop yields and
biomass input and could improve soil aggregation and increase the C and N in
aggregates of different sizes. The objective was to evaluate the effect of longterm (13-yr) nitrogen fertilization under continuous corn (Zea mays L.) in NT on
C and N content in different aggregate sizes. The experiment was conducted in
the EEA INTA Paraná, on a Acuic Argiudolls, with 4 nitrogen fertilization rates
*Original recibido (20/05/09)
Original aceptado (24/11/09)
Leonardo Novelli et al.
(0, 69, 138 and 276 kg N ha-1). Soil samples were taken at 3 depths (0-5, 5-10,
10-20 cm), which were wet sieved and separated into 3 aggregate size classes (>
2000, 250-2000, 53-250 µm). The proportion of aggregates in the sample, total C
and N (%) and for each aggregate size class was quantified. The cumulative
contribution of C from crop residues was estimated from grain yield. The
proportion of 250-2000 µm aggregates was higher and was not affected by
nitrogen fertilization at any depth. Fertilization with 138 kg N ha -1 increased the
concentration of total soil N in 0-5 and 5-10 cm, and C and N mass (g) stored in
aggregates > 2000 µm (0 -5 cm). Despite the increased contribution of C with N
fertilization after 13 year of continuous cropped maize, the total C and for each
aggregates classes was not affected in any depth.
Key words: nitrogen fertilization – aggregate size – soil organic C and N – no
till
Introducción
La fertilización nitrogenada es una
práctica agronómica de alto impacto en la
productividad de los sistemas agrícolas. El
cultivo de maíz (Zea mays L.) posee una
elevada respuesta a su utilización, a través
de una mejora en la captación de radiación
solar debido al incremento en la expansión
foliar y a la eficiencia en el uso de los
recursos ambientales, i.e. agua, radiación
solar y otros nutrientes (Uhart y Andrade,
1995).
La aplicación de fertilizantes nitrotenados permite aumentar los aportes de
biomasa que ingresan al suelo como
residuos de cosecha (Kahn et al., 2007).
Diversos estudios han demostrado que la
utilización de la siembra directa puede
mejorar la agregación y reducir las pérdidas
de materia orgánica del suelo provocadas
por las labranzas (Havlin et al., 1990; Carter,
1992). Golchin et al. (1994) propusieron que
cuando materiales vegetales frescos (como
residuos vegetales y raíces) ingresan al
suelo, inducen la formación de agregados
mediante la producción de agentes cementantes derivados de la actividad microbiana.
Los agentes orgánicos temporarios, como
raíces e hifas de hongos, permiten formar
macroagregados, con microagregados que
son formados dentro de los macroagregados
a través de agentes orgánicos transitorios
26
y persistentes (Tisdall y Oades, 1982;
Oades, 1984).
El mayor aporte de biomasa bajo siembra
directa (SD), podría favorecer la formación
de agregados e incrementar el C y N en
algunas fracciones de agregados debido a
una menor oxidación de la materia orgánica
del suelo que en la labranza convencional y
a una modificación del ambiente edáfico que
restringen la biodegradación del C (Puget y
Lal, 2005).
Existen reportes contradictorios sobre el
efecto de las aplicaciones inorgánicas de N
sobre los niveles de materia orgánica del
suelo. Según Seiter y Horwath (2004) las
aplicaciones de fertilizantes nitrogenados
generalmente producen una disminución de
la materia orgánica debido a que el N
fácilmente disponible conduce a la rápida
descomposición microbiana de la materia
orgánica de algunos suelos. Studdert y
Echeverría (2000) en un ensayo de larga
duración bajo labranza convencional
conducido en Molisoles de Balcarce y,
compuesto mayormente por gramíneas,
observaron una mayor disminución del
contenido de carbono orgánico del suelo en
las secuencias que no fueron fertilizadas en
comparación con los tratamientos fertilizados con N, lo que fue atribuido al menor
aporte de residuos de cosecha de las
secuencias no fertilizadas. Sin embargo,
RCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
Efecto de la fertilización nitrogenada sobre el contenido de C y N en …
otros estudios basados en incubaciones
encontraron que sólo ocurre una disminución de la materia orgánica (MO) en el corto
plazo, pero en el largo plazo los niveles de
MO no son afectados (Allison, 1973;
Andriulo et al., 2008).
Por otra parte, Varvel (1994), luego de 8
años de evaluación de un ensayo con
diferentes sistemas de cultivos, observó un
aumento en las concentraciones de C y N
total en 0-7,5 cm de profundidad por efecto
de la fertilización nitrogenada.
Debido a la elevada proporción de
fracciones de la materia orgánica de ciclado
lento, la medición de la MO total aporta muy
poco para el estudio de los efectos en el
corto plazo de las prácticas agronómicas
(Galantini, 2008). Sin embargo, la evaluación de fracciones más lábiles que son
sensibles a los efectos de diferente uso de la
tierra, pueden ser utilizados como indicadores tempranos de la dirección de esos
cambios (Six et al., 2002). La evaluación de
la materia orgánica en agregados de
diferentes tamaños de suelo (Cambardella y
Elliott, 1993) podría ser un mejor indicador
de la tendencia de cambios debido a las
prácticas agrícolas (Mikha y Rice, 2004), y
detectar efectos de la fertilización
nitrogenada en maíz bajo siembra directa. Se
ha encontrado que los macroagregados
(>2000 µm) y los pequeños macroagregados
(250-2000 µm) son más sensibles a los
efectos disruptivos de las prácticas asociadas
a la agricultura que los microagregados (53250 µm) (Fabrizzi et al., 2003).
El objetivo de este trabajo fue evaluar el
efecto de la fertilización nitrogenada a largo
plazo en monocultivo de maíz (Zea Mays L.)
bajo SD sobre el contenido de C y N en
diferentes fracciones de tamaño de
agregados.
Materiales y métodos
El estudio se llevó a cabo sobre un
experimento de fertilización nitrogenada a largo
RCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
plazo conducido desde 1995 en la EEA INTA
Paraná, ubicado sobre un suelo Argiudol ácuico,
(Serie Tezanos Pinto). El diseño experimental
utilizado es en bloques completos al azar, con
tres repeticiones. La unidad experimental fue de
4,2 m de ancho por 20 m de largo. Se evaluaron
cuatro dosis de fertilización nitrogenada un
testigo sin nitrógeno, y dosis de 69, 138 y 276 kg
N ha-1), aplicadas al voleo en forma de urea a la
siembra y/o en V6 (Ritchie y Hanway, 1982).
Luego de 13 años de ensayo (1995-2007), se
tomaron muestras compuestas de suelo a tres
profundidades (0-5 cm, 5-10 cm y 10-20 cm). Se
determinó la densidad aparente (Dap) hasta los
20 cm por el método del cilindro (Forsythe,
1975), para cada una de las profundidades
estudiadas a fin de poder estimar la masa de
carbono y nitrógeno por estrato. Las muestras se
procesaron manualmente, desagregándolas por
las líneas de fracturas naturales, tamizadas por 1
cm y secadas al aire.
Los agregados secos al aire (100 g) se
colocaron sobre una columna de tamices, se
humedecieron por capilaridad por 10 minutos y
se tamizaron en húmedo por 2 minutos. Se
obtuvieron tres clases de tamaños de agregados
(>2000, 250-2000, 53-250 µm), de acuerdo con
la metodología descripta por Beare et al. (1994 a
y b).
La fracción menor a 53 µm fue descartada y
su estimación se realizó por diferencia entre el
peso inicial y la suma de las fracciones mayores
a 53 µm. La proporción de agregados de cada
fracción se secó en estufa de aire forzado a 50 ºC
por 3 días. Se determinó la concentración de C y
N total y para cada fracción de tamaños de
agregados, utilizando un autoanalizador LECO
modelo TRU SPEC.
El contenido de C y N en cada profundidad y
fracción de tamaño de agregados, se obtuvo del
producto de la concentración del elemento (C o
N) y la masa de agregados de cada fracción.
Se calcularon los stocks de C y N corregidos
a 2500 Mg suelo ha-1 (Andriulo et al., 2008). Se
estimaron los aportes de biomasa y C
acumulados durante los 13 años de ensayo a
partir del rendimiento del cultivo, utilizando un
índice de cosecha de 0.5 y considerando un 43 %
de C en la biomasa (Studdert y Echeverría,
2000). Los resultados se analizaron estadísticamente mediante un ANOVA y comparaciones de
medias mediante la prueba de Duncan (P>0.05),
27
Leonardo Novelli et al.
utilizando el procedimiento GLM de SAS (SAS
Institute, 2000).
Resultados y discusión
El contenido de C y N total del suelo
disminuyó con la profundidad (Cuadro 1).
Sin embargo al evaluar el efecto de la
fertilización nitrogenada sobre la concentración de C y N total en cada profundidad,
sólo se observaron diferencias en el N para
las profundidades de 0-5 cm y 5 a 10 cm
(Cuadro 1).
Cuadro 1. Efecto de la fertilización nitrogenada sobre la concentración de carbono (CT) y nitrógeno
total (NT)(%). Experimento de larga duración de fertilización nitrogenada en maíz en SD, 1995-2007,
INTA EEA Paraná.
Dosis de
Densidad
Fertilización
Aparente
CT
NT
-1
(kg N ha )
(Mg m-3)
0
2,07 Aa 0,161 Ab
1,36
Ba
69
2,02 Aa 0,169 Ab
1,34
Ba
0-5
138
2,32 Aa 0,198 Aa
1,36
Ba
276
2,07 Aa 0,174 Ab
1,29
Ba
0
1,41 Ba 0,121 Bb
1,42
Aa
69
1,41 Ba 0,121 Bb
1,48
Aa
5-10
138
1,44 Ba 0,134 Ba
1,42
Aa
276
1,46 Ba 0,124 Bb
1,44
Aa
0
1,29 Ca 0,109 Ca
1,50
Aa
69
1,25 Ca 0,105 Ca
1,49
Aa
10-20
138
1,35 Ca 0,117 Ca
1,45
Aa
276
1,36 Ca 0,102 Ca
1,44
Aa
Letras distintas en una misma profundidad en sentido vertical
indican diferencias significativas (P<0.05). Mayúsculas para
diferencias entre profundidades y minúsculas para diferencias entre
dosis de fertilización.
Prof.
(cm)
En ambas profundidades la dosis de 138
Kg N ha-1 incrementó la concentración de N.
Wrigth y Hons (2004) trabajando sobre
secuencias de cultivo con diferente
intensidad encontraron un mayor impacto de
la SD sobre el contenido de N que sobre el
contenido de C, aunque estos, no evaluaron
efectos del N, lo que sugeriría un mayor
impacto de algunas prácticas de manejo
sobre el almacenaje de N que sobre el
almacenaje de C.
Se observó una menor densidad del suelo
en 0-5cm, sin registrarse diferencias en
profundidad ni dentro de cada una de las
profundidades por efecto de las distintas
dosis de fertilización (Cuadro 1). La fracción
28
de pequeños macroagregados (250-2000
µm) fue la predominante, no observándose
diferencias significativas debidas al efecto
del N ni entre profundidades para esta
fracción de tamaño de agregados (Figura 1).
En el estrato 0-5 cm, el 14 % de los
agregados correspondió a la fracción de
macroagregados (> 2000 µm) (Figura 1),
con valores de 7 y 4,6 %, para las
profundidades 5-10 cm y 10-20 cm, respectivamente.
En 0-5 cm, la dosis de 138 kg N ha-1
permitió incrementar la cantidad de
macroagregados diferenciándose (P<0,1) de
la dosis de 276 kg N ha-1 (Figura 1).
RCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
Efecto de la fertilización nitrogenada sobre el contenido de C y N en …
60
Distribución agregados (%)
a
50
a
a
a
40
a
30
a
a
a
20
ab ab
a
a
a
a
a
b
10
0
> 2000um
250-2000um
0
69
53-250um
138
< 53um
276
Figura 1. Distribución de agregados de diferente tamaño en 0-5 cm de profundidad en diferentes
dosis de fertilización nitrogenada. Barras de error indican ± 1 error estándar. Letras distintas en cada
tamaño de agregados indican diferencias significativas (P<0.05). Experimento de larga duración de
fertilización nitrogenada en maíz en SD, 1995-2007, INTA EEA Paraná
incremento en la cantidad de C aportado por
efecto del N no mostró una relación lineal
(Figura 2), lo cual podría indicar una
reducción en la relación C:N en los residuos
de cosecha. Los resultados de Halvorson y
Reule (2006) confirman esta especulación.
140
60
120
50
100
40
80
30
60
20
40
10
20
C aportado por residuos (Mg ha -1)
Biomasa acumulada (Mg ha-1)
Este resultado podría esta asociado a que
en la dosis de 138 kg N ha-1 se estaría
logrando un equilibrio entre la cantidad de
aporte de residuo de cosecha y la composición de los mismos, lo que optimizaría la
formación de macroagregados. En efecto, el
0
0
0
69
138
276
Dosis de N (kg N ha-1)
Figura 2. Estimación de la Biomasa y carbono de residuos de maíz acumulados en función de la
dosis de fertilización nitrogenada. Experimento de larga duración de fertilización nitrogenada en maíz
en SD, 1995-2007, INTA EEA Paraná
No se evidenciaron diferencias estadísticas significativas por efecto de la
fertilización nitrogenada sobre la concentración (%) de C y N en las fracciones de
tamaños de agregados dentro de cada proRCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
fundidad, a excepción de los macroagregados de 5-10 cm donde la dosis de 276 kg
N ha-1 incrementó la concentración de N en
un 19,8 % con respecto al testigo sin
fertilizar.
29
Leonardo Novelli et al.
El contenido de C y N en cada
profundidad y fracción de tamaño de
agregados, sólo se incrementó en los
macroagregados en la profundidad de 0-5
cm (Cuadro 2).
Cuadro 2. Contenido de C y N en diferentes fracciones de agregados, según cuatro dosis de
fertilización nitrogenada. Experimento de larga duración de fertilización nitrogenada en maíz en SD,
1995-2007, INTA EEA Paraná.
Tamaño
agregados (µm)
Fertilización (kg N ha-1)
0
C
69
N
C
138
N
C
276
N
C
N
0-5 cm profundidad
>2000 µm
0,32 B
0,026 B
0,34 B
0,028 B
0,42 A
0,037 A
0,31 B
0,025 B
250-2000 µm
0,90 A
0,074 A
0,96 A
0,078 A
1,01 A
0,090 A
0,84 A
0,068 A
53-250 µm
0,55 A
0,043 A
0,59 A
0,050 A
0,52 A
0,044 A
0,58 A
0,047 A
<53 µm
0,38 A
0,030 A
0,31 A
0,013 A
0,37 A
0,026 A
0,34 A
0,033 A
>2000 µm
0,15 A
0,012 A
0,11 A
0,010 A
0,07 A
0,005 A
0,13 A
0,005 A
250-2000 µm
0,70 A
0,063 A
0,66 A
0,056 A
0,73 A
0,060 A
0,75 A
0,064 A
53-250 µm
0,40 A
0,034 A
0,41 A
0,031 A
0,40 A
0,033 A
0,37 A
0,031 A
<53 µm
0,15 A
0,012 A
0,28 A
0,023 A
0,24 A
0,036 A
0,21 A
0,018 A
>2000 µm
0,03 A
0,002 A
0,08 A
0,007 A
0,04 A
0,004 A
0,08 A
0,005 A
250-2000 µm
0,59 A
0,049 A
0,62 A
0,050 A
0,65 A
0,050 A
0,64 A
0,050 A
53-250 µm
0,48 A
0,040 A
0,41 A
0,030 A
0,39 A
0,030 A
0,38 A
0,034 A
<53 µm
0,18 A
0,017 A
0,14 A
0,019 A
0,27 A
0,030 A
0,26 A
0,014 A
5-10 cm profundidad
10-20 cm profundidad
Letras distintas para una misma fila para cada elemento (C o N) indican diferencias
significativas (P<0,05) entre dosis de fertilizantes.
La fertilización nitrogenada no produjo
efectos sobre los stocks de C y N corregidos
a 2500 Mg ha-1 luego de 13 años de maíz
continuo (Cuadro 3).
Cuadro 3. Valores medios de stocks de C y N
para 2500 Mg ha-1 de suelo. Experimento de
larga duración de fertilización nitrogenada en
maíz en SD, 1995-2007, INTA EEA Paraná.
Dosis N (Kg ha-1)
C (Mg ha-1)
N (Mg ha-1)
0
57,80 a
4,81 a
69
57,83 a
4,73 a
138
60,63 a
5,30 a
276
59,14 a
4,67 a
Letras diferentes para una misma dosis indican
diferencias significativas (p<0,05)
Estos resultados son coincidentes con los
reportados por Andriulo et al. (2008)
quienes, trabajando en Pergamino en un
30
suelo de características similares, no
encontraron diferencias en los stocks de C y
N por efecto de la fertilización luego de 17
años de monocultivo de maíz.
En este estudio el efecto de la
fertilización nitrogenada incrementó el
aporte acumulado de C de los residuos del
cultivo en un 53, 74 y 97 % con respecto al
testigo para las dosis de 69, 138 y 276 kg N
ha-1, respectivamente (Figura 2).
Si bien se observó un mayor aporte de C
de los rastrojos con el aumento de la
fertilización nitrogenada (Figura 2), ésta
pudo haber estimulado simultáneamente la
descomposición de los residuos aumentando
las emisiones de C y N a la atmósfera (Khan
et al., 2007).
En experimentos de largo plazo donde las
dosis de fertilización nitrogenada excedieron
en un 60 a 190 % el N removido por los
RCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
Efecto de la fertilización nitrogenada sobre el contenido de C y N en …
granos, Khan et al., (2007) observaron un
incremento en la incorporación de C de los
residuos, y una disminución en el C del
suelo por efecto de la fertilización, la cual
fue más evidente en profundidad (0-46 cm)
que de manera superficial (0-15 cm).
Los resultados del presente trabajo no
mostraron efectos de la fertilización sobre el
C total del suelo ni en las fracciones de
tamaños de agregados, lo cual coincide con
lo reportado por Coulter et al., (2009),
quienes informaron que la fertilización
nitrogenada tiene poco impacto sobre el
almacenaje de C en el suelo, siendo más
dependiente del sistema de cultivo
analizado.
Los resultados aquí obtenidos, así como
los de evidencias previas (Andriulo et al.,
2008; Coulter et al., 2009) indican que a
pesar del aumento de los aportes de C a
través de la fertilización nitrogenada el
contenido de C en el suelo no se incrementó,
lo que sugeriría la existencia de un nivel de
equilibrio de C en el suelo. Este nivel podría
variar según la textura (Six et al., 2004) y el
estado estructural del suelo al inicio de la
evaluación (Studdert et al., 1997).
La comparación de los datos obtenidos
con datos de referencia, ya sea iniciales o de
situaciones inalteradas, contribuiría a un
mejor monitoreo de los cambios en el C en
el tiempo ya que de lo contrario se realizaría
sólo una comparación entre situaciones
fertilizadas y un testigo no fertilizado
pudiendo obtenerse conclusiones erróneas
(Khan et al., 2007).
La evaluación de fracciones de mayor
labilidad de la materia orgánica como es el
caso de la materia orgánica particulada total
(Cambardella y Elliott, 1992) y en cada
fracción de tamaños de agregados, podría
aportar alguna evidencia de cambios en la
materia orgánica por efectos de la
fertilización nitrogenada a más corto plazo
que el evaluado en este trabajo.
RCA. Rev. cient. agropecu. 13 (1-2): 25-32 (2009)
Conclusiones
No se encontraron cambios en la distribución de agregados y en el almacenaje de C y
N por efectos de la fertilización nitrogenada
en sistema de SD en las diferentes fracciones
de tamaño de agregados, si bien se
observaron diferencias significativas entre el
aporte acumulado de C de los residuos en
función de la dosis de fertilización aplicada.
La fertilización a largo plazo no produjo
cambios en los contenidos de C del suelo
por efecto de la fertilización nitrogenada,
observándose un aumento en el N total en 05 cm y 5 a 10 cm con la dosis de 138 kg N
ha-1.
Agradecimientos
Este trabajo fue financiado por PICTO Nº
30676, BID 1728/OC-AR, ANPCYT-UNER
(PID UNER Nº 2121) y el Proyecto
Regional (CRER - INTA) Producción
Agrícola Sustentable en la Provincia de
Entre Ríos.
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