Agua y Nutrientes

R equerim ientos hídricos
y nutricionales de los
cultivos…
Un enfoque ecofisiológico
CEREALES Y OLEAGINOSAS
FCA - UNC
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
2) Qué factores determinan el consumo de agua?
3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al
riego?
4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias
hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia?
5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía?
6) Interaciones entre disponibilidad de agua y
* Cultivar
* Densidad de plantas
* Fecha de siembra
* Nutrientes
Cosecha
Enfermedades
Control de insectos,
Regulan la pérdida de
recursos del ambiente
malezas y de semillas
Fertilización
Manejo del agua
Modifican la oferta ambiental
Densidad
Fecha de siembra
Variedad
Elección del lote
Período de crecimiento
Estructura
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
BRECHA
AGUA
• barbecho eficiente
• cobertura de rastrojos
• siembra directa
EFICIENCIA
DE
USO
Consumo de agua de cultivos manejados sin
deficiencias de agua y nutrientes
Cultivo
Fecha de siembra
Consumo
(mm)
BiomasaTotal
(kg ha-1)
Maíz
10 de octubre
580
24000
10 de diciembre
500
24000
Maní
10 de noviembre
690
12000
Girasol
1 de noviembre
650
13000
Soja
10 de noviembre
640
13000
Trigo
10 de junio
500
15000
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
2) Qué factores determinan el consumo de agua?
CONSUMO DE AGUA POR EL
CULTIVO
T
P
E
Tm
Esc
Alm
D
z
Qué determina la ETP?
Consumo Agua del Cultivo en
mm/día =
ETP x Kc = ETC
Consumo Agua del Cultivo en mm/día
=
ETP x Kc = ETC
Precipitaciones promedio serie 1966/96 en Córdoba
Precipitación (mm)
250
+2DE
225
200
175
150
125
Media
100
75
50
25
-2DE
0
E F M A M J J A S O N D
Rendimiento relativo al rendimiento potencial, considerando agua inicial y escurrimiento
(RRSe); escurrimiento nulo (RRe0); capacidad de campo a la siembra (RRls) y ambas
asunciones a la vez. Serie 1969-1994. INTA Manfredi.
Cultivo
Fecha de
siembra
RRSe
RRe0
RRls
RRe0ls
Potencial
Trigo
01/06
0.33
0.36
0.76
0.76
1.00
Soja
10/11
0.52
0.74
0.96
0.97
1.00
Soja
10/12
0.59
0.74
0.99
0.99
1.00
Maíz
10/10
0.43
0.72
0.88
0.97
1.00
Maíz
10/12
0.48
0.83
0.92
0.99
1.00
Girasol
20/09
0.35
0.57
0.84
0.90
1.00
Girasol
20/11
0.40
0.76
0.85
0.98
1.00
Profundidad de raíces a los 30 días de
emergencia
Profundidad (m)
Adaptado de Andrade et al., 2000
0
-0.2
-0.4
Soja
-0.6
-0.8
-1
•
•
•
•
Maíz
Girasol
Disponibilidad de agua y nutrientes
Compactación del suelo
Temperatura
Disponibilidad de asimilados
Profundización radical de
diferentes especies cultivadas
Dardanelli et al. 1997
Cultivo
Cultivar
PR (cm)
Girasol
Girasol
Soja
Soja
Soja
Maíz
Maní
Conti 3
G-100
RA-702
A-5308
A-3127
DK 3S41
Florman
290
250
230
190
130
190
150
Estado
10 d. post antesis
9 d. post antesis
68% R4
60% R4
50% R4
12 d. post antesis
68% R5
Velocidad del frente de extracción de
agua en distintas especies cultivadas
Dardanelli et al. 1997
Cultivo
VFE
(mm d-1)
Girasol
Soja
Maíz
44 ± 3 a
34 ± 2 b
Maní
30 ± 3 bc
23 ± 2 c
Contenido volumétrico de agua a la siembra ( ) y a madurez
( ) en tratamientos con sequía impuesta
Contenido volumétrico de agua
(cm3 cm -3)
Profundidad (cm)
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
2) Qué factores determinan el consumo de agua?
3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al
riego?
EFICIENCIA DE USO DEL AGUA (EUA)
EUA
EUA
kg
mm
Biomasa Total
= mm agua consumida
kg grano
mm
Rendimiento
= mm agua consumida
Consumo de agua de cultivos manejados sin
deficiencias de agua y nutrientes
Cultivo
Fecha de siembra
Consumo
(mm)
BiomasaTotal
(kg ha-1)
EUA
(kg mm-1)
Maíz
10 de octubre
580
24000
41,4
10 de diciembre
500
24000
48,0
Maní
10 de noviembre
690
12000
17,4
Girasol
1 de noviembre
650
13000
20,0
Soja
10 de noviembre
640
13000
20,3
Trigo
10 de junio
500
15000
30,0
RIEGO vs SECANO
Rendimientos potenciales y su variabilidad bajo riego y secano, en
Manfredi. Resultados de la simulación de modelos validados con
experimentos locales. Período 1969-1994
Cultivo
Fecha de
siembra
Ciclo
días
Secano
kg/ha
C.V.
%
Riego
kg/ha
C.V.
%
Sec./Rie.
%
Trigo
01/06
161
1850
77
5530
12
33
Soja
10/11
150
2740
51
5240
8
52
Soja
01/12
128
2474
47
4227
9
59
Soja
10/12
124
2430
46
3983
9
61
Soja
20/12
120
2200
53
3750
10
59
Maíz
10/10
122
5620
48
13040
13
43
Maíz
10/12
126
6490
47
12610
11
48
Girasol
20/09
118
1970
47
5660
11
35
Girasol
20/11
103
2020
46
5060
18
40
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
2) Qué factores determinan el consumo de agua?
3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al
riego?
4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias
hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia?
AREA FOLIAR
Macollaje
Tiempo
Encañazón
NUMERO
DE
GRANOS
Floración
PESO POR
GRANO
Llenado
EFECTO DE
LA SEQUIA
PERIODO DE
VEGETACION
PERIODO
PERIODO CRITICO DE LLENADO
DE FIJACION
DE GRANOS
DE GRANOS
REDUCCION DE CRECIMIENTO
PERIODO CRITICO
NUMERO DE
GRANOS
PESO DE
GRANO
REDUCCION DE RENDIMIENTO
REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS
1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?
2) Qué factores determinan el consumo de agua?
3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al
riego?
4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias
hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia?
5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía?
Fracción de intercepción
de RFA
Intercepción de radiación
1.0
Riego
0.8
0.6
TRIGO
0.4
Secano
0.2
0.0
0
25
50
75
100
125
Días desde emergencia
150
CRECIMIENTO DEL CULTIVO
Biomasa (kg ha -1)
20000
Riego
16000
12000
Secano
8000
4000
0
0
25
50
75
100
125 150
Días desde emergencia
175
RENDIMIENTO Y COMPONENTES
Radiación
intercept.
TCC
período crítico período crítico
(Mj m-2)
(kg ha-1 d-1)
Riego
Secano
232
166
210
140
Número
Rend. de Granos
(m-2)
(kg ha-1)
5740
4150
14316
11274
PG
(mg)
34.5
31.6
RENDIMIENTO Y COMPONENTES
Rend
(kg ha-1)
NG
(m-2)
PG
(mg)
RIEGO
FS Optima
FS Tardía
5740
4440
14316
12018
34.5
32.0
232
191
10.2
7.3
SECANO
FS Optima
FS Tardía
4150
2370
11274
7605
31.6
26.8
166
128
13.9
8.6
EUA
Rad. Int. PCE
(kg mm-1)
(Mj m-2)
Cantarero, 2000
Trigo: Efecto del DPV sobre la EUA
EUA (kg ha -1 mm -1)
120
Balcarce
Córdoba
Paraná
Pergamino
100
80
60
40
20
0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
DPV (kPa)
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.
4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?.
5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo:
" Balance oferta-demanda
" Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila
en hoja.
" Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h)
6.- Interacciones entre disponibilidad de nutrientes y:
" Cultivar
" Densidad de plantas
" Fecha de siembra
" Agua
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
Evolución de la superficie sembrada de trigo,
soja y maíz en la Provincia de Córdoba
Superficie sembrada
(miles ha)
3000
71/73
96/98
99/01
2500
2000
1500
1000
500
0
Trigo
Soja
Maíz
Superficie sembrada
(miles ha)
Evolución de la superficie sembrada con soja
para la Provincia de Córdoba
3500
3000
2500
182000 ha año -1
2000
1500
1000
120000 ha año-1
500
0
1970
1980
1990
Año
2000
2010
Disponibilidad de P en suelos de la región Pampeana
Argentina
Area I : Baja disponibilidad de P (< 10 ppm)
Area II : Disponibilidad media de P (10-20ppm)
Area III : Buena disponibilidad de P (> 20 ppm)
Requerimientos de nutrientes (kg/ton de grano producido)
Nutriente
Requerimiento
kg/ton grano
Maíz
Girasol
Soja
N
P
K
22
4
19
40
5
28
80
8
33
Ca
3
18
16
Mg
3
11
9
S
4
5
7
B
0.020
0.165
0.025
Cl
0.444
Cu
0.013
0.019
0.025
Fe
0.125
0.261
0.300
Mn
0.189
0.055
0.150
Mo
0.001
0.029
0.005
Zn
0.053
0.099
0.060
0.237
Nitrógeno fijado simbióticamente en
distintos cultivos de leguminosas
Fuente: Shepers y Mosler, 1991; Tisdale et al. 1993
Cultivo
Alfalfa
Trebol rojo
Trebol Blanco
Vicia
Soja
Arveja
Maní
N fijado
kg N ha-1
114 - 300
115
93 - 143
80
51 - 195
70
40
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
Suelo
M.O.
Proteólisis
Amonificación
NH4+
Nitrosomonas
NO2-
Nitrobacter
NO3-
Planta
NO3-
NR
NADH
NO2-
NIR
Fd
NH4+
Enzimas
Glutamina
ATP, Fd
Glutamato
N mineralizado por suelos con distinto N0 durante el
ciclo de los cultivos de verano (19 semanas), en
función del agua útil
N mineralizado (kg ha-1)
Echeverría y Bergonzi, 1995
300
N0=300
250
200
150
N0=180
100
N0=120
50
N0=60
0
0
25
50
75
Agua Util (%)
100
FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA VOLATILIZACION DE AMONIO
À DISPONIBLIDAD DE AGUA EN EL SUELO
À CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO
À CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO
À TEMPERATURA
À VELOCIDAD DEL VIENTO
À ACTIVIDAD UREASICA
À CANTIDAD DE RASTROJOS EN SUPERFICIE
À DOSIS DE N
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DESNITRIFICACION
À PRESENCIA DE NITRATOS
À PRESENCIA DE BACTERIAS DESNITRIFICADORAS
À CONCENTRACION DE OXIGENO
À CARBONO SOLUBLE
À TEMPERATURA
À pH
EFECTOS DE LA SIEMBRA DIRECTA SOBRE LA
DINAMICA DE LOS NUTRIENTES
NITROGENO
• Mayor desnitrificación (mayor anaerobiosis por mayor contenido de agua por más tiempo
y por mayor consumo de oxígeno debido a la mayor actividad biológica).
• Mayor pérdida por lavado (mejor infiltración de agua).
• Mayor inmovilización y menor tasa de mineralización neta en los primeros años.
APLICACIONES DE UREA
• En aplicaciones de urea en SD se observaron mayores pérdidas debido a los residups
(> Ureasa, pH alcalino, no llega al suelo). Se midieron pérdidas de hasta 12-13% en
maíz, en aplicaciones en 5-6 hojas (Sainz Rosas, 1997).
• Alternativas para reducir pérdidas: aplicación en banda, debajo del rastrojo,
fertilizantes no amoniacales y/o líquidos, inhibidores de la ureasa.
FOSFORO
• Acumulación en superficie (> concentración y > contenido de agua favorecen su difusión
y absorción).
• < Temperatura reduce su difusión, esto puede reducir la disponibilidad para el cultivo en
etapas tempranas.
ABSORCION Y DISPONIBILIDAD
DE FOSFORO
¾ TEMPERATURA
¾ AGUA
¾ CONCENTRACION DEL NUTRIENTE
¾ pH
¾ TENSION DE OXIGENO
¾ TORTUOSIDAD
¾ CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO
¾ CANTIDAD Y FORMA DE NITROGENO DISPONIBLE
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.
REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE
Kg/ha
FLOR
300
200
Maíz
4kg/ha día
NITROGENO
FOSFORO
100
1kg/ha día
0
CICLO DEL CULTIVO
25d 40d
REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE
Kg/ha
300
200
soja
FLOR
4kg/ha día
NITROGENO
FOSFORO
100
0,3kg/ha día
0
CICLO DEL CULTIVO
25d 40d
Acumulación del nutriente en floración
ESPECIE
Maíz
N
P
--------------------- % ---------------------
55 – 70
50
65 – 70
40 – 50
Soja
20
15 – 20
Trigo
80
50
Girasol
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.
4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?.
CLIMA
NUTRIENTES
CRECIMIENTO
DESARROLLO
duración
PARTICION
RENDIMIENTO
ESTRATEGIAS
Manejo - Mejoramiento
Evolución del área foliar (IAF) a partir de la emergencia del cultivo
para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible
Uhart y Andrade, 1995
5
N0
N1
N2
IAF
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
Días después de emergencia
Evolución de la intercepción de la RFA a partir de la emergencia del
cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible
Intercepción de radiación (%)
Uhart y Andrade, 1995
100
90
N0
80
N1
N2
70
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80 100 120
Días después de emergencia
Evolución de la materia seca aérea total a partir de la emergencia
del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N
disponible
Uhart y Andrade, 1995
Biomasa aérea total (g m-2)
2500
N0
N1
2000
N2
1500
1000
500
0
0
20 40 60 80 100 120 140 160
Días después de emergencia
REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS
1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.
2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.
3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.
4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?.
5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo:
" Balance oferta-demanda
" Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila
en hoja.
" Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h)
Diagnóstico por
síntomas visuales
Nitrógeno
Trigo
Maíz
Fósforo
Trigo
Diagnóstico por
análisis de suelo
OFERTA DE NUTRIENTES
Características climáticas y edáficas
Tipo y oportunidad de labranzas
Naturaleza de los residuos incorporados
N mineral + N mineralizado
Balance de N Maíz
Rendimiento objetivo: 10.000 kg/ha
N en el suelo a la siembra: 60 kg/ha
N mineralizado durante el ciclo: 120 kg/ha
Req. de fertilizante = Oferta – Demanda
Req. de fertilizante = (60 kg/ha x 0,6) + (120 kg/ha x 0,8) – (10 tn/ha x 20 kg N/tn)
Req de fertilizante = 36 kg N/ha + 96 kg N/ha – 200 kg N/ha
Req. de fertilizante = 68 kg N/ha / 0,6 = 113 kg N/ha = 246 kg/ha de urea
Rendimiento relativo de maíz en función
del nivel de N-NO3 a 0-30 cm de
profundidad, en el estado de 5-6 hojas
15
15 ppm
ppm
Rendimiento Relativo
1
0,90
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0
5
10
15
20
25
N-NO3 (ppm)
30
35
40
Respuesta a la fertilización fosfatada de maíz
en función del nivel de P disponible a 0-20 cm
de profundidad en pre-siembra.
15 ppm
2200
Respuesta (kg/ha)
1800
1400
1000
600
500 Kg/ha
200
-200
0
10
20
30
P suelo (ppm)
40
Umbrales de respuesta para la fertilización con P para diferentes
cultivos.
P disponible Bray y Kurtz (0-20 cm)
Maíz
P
(ppm)
15 – 20
Girasol
12 - 15
Soja
11 – 13
Sorgo
10 – 12
Trigo
15 – 22
Cultivo
Diagnóstico por
análisis de planta
Curvas de dilución del nutriente
(Uhart y Andrade, 1997).
4
N en planta entera (%)
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
5
10
15
Biomasa aérea (tn/ha)
20
Tenores críticos de nutrientes en hojas de soja según distintos autores.
Muestras de hojas del primer trifolio superior maduro al inicio o plena
floración (Estado R1-R2).
Nutriente
Nitrógeno
Fósforo
Potasio
Calcio
Magnesio
Azufre
Boro
Cobre
Hierro
Manganeso
Molibdeno
Zinc
EMBRAPA (1998) Martins (1998)
3600 kg/ha
Flannery (1989)
7963 kg/ha
--------------------- g/kg --------------------45-55
46.4
53.3
2.6-5.0
2.5
3.6
17-25
18.7
21.9
3.6-20.0
7.9
10.2
2.6-10.0
3.3
3.3
2.1-4.0
2.5
2.4
21-55
10-30
51-350
21-100
1-5
21-50
-------------------- mg/kg -------------------51
46
8
12
100
144
35
30
45
48
Rendimiento relativo en función de los N-NO3 en base del tallo de
maíz determinados sobre base seca
(Herfurth et al, 1997)
Rendimiento relativo
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0
200
400
600
800
1000
1200
N-NO3 en base de tallo sobre base seca (ppm)
Índice de suficiencia de clorofila
Rendimiento relativo
100
95
90
85
80
75
70
65
60
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
Ind. de suficiencia clorofila
(estresado/fertilizado)
1
Rendimiento relativo en función de la concentración de nitrógeno en
grano de maíz a cosecha.
(Uhart, 1995).
Rendimiento relativo
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
N en grano a cosecha (%)
1,5
Lectura del medidor de clorofila (SPAD) en función de los días
desde la emergencia del cultivo en maíz para diferentes
disponibilidades de N
(Sainz Rosas y Echeverría, 1997)
Dosis de N
LECTURA DEL SPAD
65
60
TESTIGO
70
55
210
50
45
40
35
30
25
20
40
60
80
100
DIAS LUEGO DE LA EMERGENCIA
Categorías de concentración de nitratos en la base de los tallos de
maíz en madurez
(Adaptado de Blackmer y Mallarino, 1997 y Herfurth et al., 1997)
Categoría de
concentración
Concentración
de nitratos
Mg/kg
Rendimiento
relativo
Probabilidad de
respuesta a N
Baja
< 250
60
Elevada
Marginal
250-700
90
Escasa
Optima
700-2000
96
Nula
Exceso
> 2000
98
Nula
%