impacto ambiental de la fertilización y recomendaciones

IMPACTO AMBIENTAL DE LA FERTILIZACIÓN Y RECOMENDACIONES PARA MEJORAR LA EFICIENCIA EN EL USO DE NUTRIMENTOS
José Antonio Cueto Wong
Uriel Figueroa Viramontes
INIFAP Querétaro, Qro. 9‐10 de Agosto del 2012
Impactan negativamente los fertilizantes químicos el medio ambiente?
• Los fertilizantes químicos, los abonos orgánicos y mejoradores de
suelo mal utilizados impactan en mayor o menor grado el medio
ambiente y, en no pocos casos, también la salud animal y humana.
• Los daños al medio ambiente incluyen: ensalitramiento de los
suelos, pérdida de la fertilidad natural, lixiviación de nutrimentos
mas allá de la zona radical de los cultivos, emisión de gases efecto
invernadero y, contaminación de cuerpos de agua superficiales y
subterráneos.
• Los daños en animales y humanos están fundamentalmente
relacionados con el consumo de agua o alimentos contaminados
con nutrientes que fueron aplicados en exceso.
Porqué causan problemas ambientales los fertilizantes?
Por aplicarlos:
• En exceso
• Cuando no se requieren
• En una ubicación incorrecta
• En la forma química inadecuada
• En condiciones ambientales inadecuadas
• Sin considerar la humedad del suelo • Sin tomar en cuenta la aplicación del riego
• Sin conocer las propiedades físicas del suelo
De qué depende una mala definición de la dosis de fertilización?
Principalmente del desconocimiento de:
• La región
• Los sistemas de producción
• Los predios
• Los niveles tecnológicos de los productores
• Los rendimientos y calidades de los cultivos
• Los suelos, aguas y climas
A dónde se va el N no absorbido por el cultivo?
Puede perderse por lixiviación
Resultados de lixiviación de nitrógeno en lisímetros volumétricos aplicando diferentes cantidades de agua de riego
NITRÓGENO Kg/ha
Trat.
Inicial en
suelo
Aplicado
como
fertilizante
En el
agua de
riego
Extraído Lixiviado Final en
por el
el suelo
cultivo
T1
107
250
45
181
18
72
T2
106
250
56
206
23
49
T3
73
250
59
225
35
34
En T1 se aplicaron los riegos para llevar en cada ocasión el suelo a su capacidad de campo.
En T2 se aplicó 25% mas del agua requerida para llevar el suelo a capacidad de campo.
En T3 se aplicó 50% mas del agua requerida para llevar el suelo a capacidad de campo. Puede perderse a la atmósfera en formas gaseosas por volatilización y desnitrificacación microbiológica
Pueden contaminar a los mantos acuíferos
Los números en las líneas son concentraciones de N‐NO3 en mg/ l
en pozos profundos de la Comarca Lagunera.
El límite permisible para agua potable según la NOM 127 SSA es 10 mg/l. Investigación sobre el efecto de los nitratos en la salud humana
Entre 2005 y 2008 se realizó una investigación con el objetivo de
determinar los niveles de metahemoglobina en niños, así como la
asociación entre los niveles de nitrato en el agua potable y el tiempo
para embarazo en mujeres en edad fértil, así como la calidad
espermática y la concentración de nitrito en plasma seminal de
hombres, en comunidades rurales ubicadas en zonas con pozos
agrícolas con altos contenidos de nitratos.
De un universo de 216 pozos que comprendió el área de estudio, se
tomó una muestra de 62 pozos, 11 de consumo humano y 51 pozos
agrícolas.
La concentración media de nitratos de los pozos estudiados fue 34
mg/L, y la mediana de 20 mg/L, la desviación estándar de 34.97 mg/L
de N-NO3. Todos estos valores mayores al valor permitido aunque no
todos los pozos son para consumo humano, la población también
consume agua de pozos agrícolas.
Resultados de la investigación
De los 62 pozos muestreados en la zona de estudio el 64.5% resultaron
contaminados por N-NO3, tanto para uso agrícola como para consumo
humano, estos niveles sobrepasan la referencia de 10 mg/L de N-NO3
marcados por la NOM 127 SSA.
Se encontró que para los niños 64.5% de los pozos presentan
concentraciones entre 11.80 a 124 mg/L de N-NO3. Para los adultos
25% de pozos con niveles de 64 a 124 mg/L de N-NO3, en ambos casos
se presenta riesgo a la salud.
El tiempo para quedar en embarazo fue 4.2 meses en las mujeres de
exposición alta, en comparación con las mujeres de exposición media
y baja (3.2 y 2.7 meses, respectivamente).
No se detectó metahemoglobinemia clínicamente en los 346
niños estudiados. Sin embargo, el nivel de metahemoglobina fue
1.54 veces mayor en los niños del grupo alto y medio.
Se observó una tendencia de género en cuanto a mayores niveles
de metahemoglobina detectable en niños que en las niñas. Se
considera que ésta tendencia de género se asocia a las
actividades de los niños en las comunidades rurales y el grado de
exposición a los nitratos por consumo de agua de pozos de uso
agrícola.
No se encontraron alteraciones en la calidad espermática de los
adultos estudiados pero si en la concentración de nitrito en
plasma seminal resultando significativa la variable motilidad
errática en el grupo de exposición media ( p<0.044 r=.398).
Qué nos dicen las investigaciones respecto a la respuesta de los principales cultivos de
México a la aplicación de fertilizantes?
A continuación se presentan algunos de los resultados mas
sobresalientes de diversos proyectos llevados a cabo entre 1998 y
2008 para determinar la respuesta a N, P y K, extracción
nutrimental, y la lixiviación y recuperación del N aplicado como
fertilizante a maíz forrajero y a otros cultivos básicos.
Respuesta a N, P, y K en maíz para grano en 14 localidades de México en 2006
Estado
Localidad
Significancia para rendimiento de grano
Rango de
rendimiento
N
P
K
(t/ha)
Buenos Aires
*
ns
ns
0.7 – 2.4
Tarímbaro
*
ns
ns
6.9 – 9.6
Guaracha
*
ns
ns
3.2 – 9.3
DDR025 (10N)
*
*
ns
5.4 – 7.7
DDR025 (22N)
*
*
ns
4.3 – 6.5
Cotaxtla
*
ns
ns
3.7 – 6.2
Papaloapan
*
*
*
2.5 – 6.7
CECECH
*
ns
*
3.0 – 4.6
Ocozocoautla
ns
ns
ns
1.4 – 2.2
Benito Juárez
*
ns
ns
2.3 - 3.7
Teposcolula
ns
*
ns
1.6 – 3.5
Nochixtlán
ns
ns
ns
4.2 – 9.9
Sonora
Valle del Yaqui
ns
ns
ns
7.2 – 8.9
Coahuila
La Laguna
ns
ns
ns
3.9 – 4.8
Michoacán
Tamaulipas
Veracruz
Chiapas
Oaxaca
Respuesta del frijol a N, P y K en cuatro localidades
de México en 2006
Estado
Jalisco
Sonora
Oaxaca
Localidad
Significancia para rendimiento
de grano
Rango de
rendimiento
N
P
K
(t/ha)
Tepatitlán
ns
*
ns
1.1 – 1.7
Valle del
Yaqui
ns
ns
ns
1.9 – 2.3
Yanhuitlán
ns
ns
ns
0.5 – 0.7
San Pedro
Añañe
ns
ns
ns
1.1 – 1.9
Respuesta del trigo a N, P y K en tres localidades
de México en 2006
Estado
Oaxaca
Guanajuato
Sonora
Localidad
Significancia para rendimiento de
grano
Rango de
rendimiento
N
P
K
(t/ha)
Mixteca alta
ns
ns
ns
3.8 – 5.8
Sarabia
ns
ns
ns
5.5 – 7.4
Valle del
Yaqui
ns
ns
ns
7.6 – 8.5
•Principales conclusiones derivadas de este proyecto:
1. No se encontró respuesta a nitrógeno en el 35.7% de los
lotes cultivados con maíz.
2. No hubo respuesta a potasio en el 85.7% de los sitios
experimentales.
3. En trigo, frijol, sorgo y caña de azúcar solo se encontró
respuesta a nitrógeno en el 37.5%, a fósforo en el 6.3% y a
potasio en el 12.5% de los sitios experimentales.
4.
En términos generales no se encontró respuesta
aplicaciones de cal, composta y micronutrientes.
a
En qué consiste el método racional para la definición de la dosis de fertilización?
Básicamente en conocer los componentes de la ecuación:
Demanda ‐ Suministro
Dosis de fertilizante = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
Eficiencia
Donde:
La demanda es la cantidad de un nutrimento que se estima requerirá el cultivo.
El suministro es la cantidad de un nutrimento que se estima está o estará disponible al momento de la siembra o durante el ciclo del cultivo.
La eficiencia se refiere a la estimación del porcentaje del nutrimento aplicado que se estima será recuperado por el cultivo.
Ejemplo del cálculo de la dosis de fertilización
1. Cálculo de la demanda. Supóngase que:
a. Se va a cultivar maíz grano
b. Que el rendimiento esperado es de 8 y 10 ton/ha de grano y paja, respectivamente.
c. La concentración de nitrógeno es 1.6 y 0.7 %N en grano y paja, respectivamente.
La demanda es = 8000 Kg/ha * 1.6 %N + 10000 Kg/ha * 0.7 %N
= 128 Kg/ha + 70 Kg/ha
= 198 Kg/ha de N 2. Cálculo del suministro
El análisis de suelo reportó una Da de 1.25 g/cm3 ; 25 y 5 mg/Kg
de N‐NO3 y de N‐NH4, respectivamente. Es decir, 30 mg/Kg de nitrógeno disponible.
El N disponible se calcula de la siguiente manera:
Vol. de suelo a 30 cm de profundidad = 10000 m2 * 0.3 m = 3000 m3 La masa de suelo es = 3000 m3 * 1250 Kg/m3 = 3 750 000 Kg
El N disponible es = 3 750 000 kg * (30/1 000 000) mg/Kg
= 112.5 Kg/ha de N disponible
3. La eficiencia se determina experimentalmente. Diversas investigaciones indican que la eficiencia de recuperación puede fluctuar entre 30 y 50%. Para fines de este ejemplo se asumirá una eficiencia del 50% del fertilizante aplicado.
4. La dosis de fertilizante nitrogenado por aplicar será:
198 – 112.5
Dosis de N = ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ = 171 Kg/ha
50%
Cómo se determina la recuperación del fertilizante N aplicado?
Cómo se puede diferenciar del N que ya existe en el suelo, agua de riego, o en abonos orgánicos?
Existen varios métodos y técnicas. Sin embargo, la mas precisa es sin duda usar fertilizantes enriquecidos artificialmente con 15N.
Todos los productos que contienen nitrógeno, una parte de ese N está como 14N, generalmente alrededor del 99.634%, y un pequeño porcentaje, alrededor del 0.366% como 15N. De forma muy simple, en una parcela se aplica el equivalente a 250 Kg/ha de N con urea comercial (46% de N total y 0.3665% de 15N) y otra similar contigua a la primera. A esta segunda parcela se le aplican los mismos 250 Kg/ha de N con urea marca isotópicamente
(46% de N total y 10% de 15N).
Ejemplo del tipo de investigación que se hace con esta técnica
Breve descripción de un experimento tipo:
Cuatro tratamientos recibieron en total 300 Kg/ha durante el ciclo del maíz forrajero, divididos en cuatro aplicaciones: siembra y antes de la aplicación del primero, segundo y tercer riego de auxilio.
Trat
Aplicación de N marcado isotópicamente (15N)
1
75*
75
75
75
2
75
75*
75
75
3
75
75
75*
75
4
75
75
75
75*
Los números con un asterisco indican que se usó fertilizante marcado 15N
El uso de fertilizantes marcados con 15N permite cuantificar de manera precisa cuánto nitrógeno provino del fertilizante aplicado, pero también la forma en que se distribuyó en la planta. Componentes de la planta
Kg/ha de N
Trat
Mazorca
Tallo
Lámina
Vaina
Bráctea Espiga
Pedúnculo
Total
1
19.7
4.9
8.5
1.9
0.6
0.3
0.2
36.1
2
32.8
15.5
14.9
4.7
1.2
0.7
0.4
70.2
3
19.9
4.7
2.3
0.6
0.5
0.1
0.3
28.4
4
8.8
1.4
1.1
0.1
0.1
0.01
0.02
11.5
TOTAL DE N ABSORBIDO POR EL CULTIVO PROVENIENTE DEL FERTILIZANTE
146.2
Además de calcular propiamente la dosis de fertilizante y
aplicarlo en la forma y tiempo correctos, qué otras opciones
existen para incrementar la eficiencia en el uso del fertilizante nitrogenado?
Entre las opciones está la aplicación de fertilizantes de lenta liberación y el uso de técnicas de reflectancia para
hacer correcciones de deficiencias de nitrógeno en cultivos en desarrollo FERTILIZANTES DE LENTA LIBERACIÓN
•
ASPECTOS GENERALES
•
Ya se mencionó que gran parte del N aplicado como fertilizante o abono no se
recupera en la cosecha, debido principalmente a las pérdidas por lixiviación,
volatilización, desnitrificación y por fijación del amoníaco en el suelo.
•
Una posible solución consiste en aportar menores cantidades de fertilizantes con
mayor frecuencia, o bien en el empleo de abonos de liberación lenta.
•
Estos últimos van aportando el N de manera progresiva, de forma que si no se
eliminan totalmente las pérdidas, éstas pueden reducirse en gran medida.
•
Aún no se ha resuelto totalmente este problema, ya que la velocidad de
liberación del nitrógeno asimilable no siempre coincide con el de la demanda por
la planta.
Los fertilizantes de liberación lenta presentan además el
inconveniente de su elevado costo por unidad de nitrógeno contenido, por lo que
su uso se restringe a cultivos altamente rentables, de ciclo un vegetativo largo o
aquellos que se desarrollan en climas o suelos que favorecen las pérdidas de
nitrógeno.
Tipos de fertilizantes de lenta liberación
• Básicamente, los fertilizantes de lenta liberación se clasifican en tres tipos: ‐ Fertilizantes recubiertos
‐ Fertilizantes de baja solubilidad
‐ Fertilizantes con inhibidores de la nitrificación
Tipos de fertilizantes de lenta liberación
• A. Fertilizantes recubiertos:
• Son fertilizantes convencionales que se presentan en forma
de gránulos envueltos en una membrana semipermeable
que está constituida por una sustancia insoluble o de baja
solubilidad en agua.
• La disolución del fertilizante se produce lentamente
conforme el agua va atravesando el recubrimiento. La
membrana se va rompiendo, debido al gradiente de presión
osmótica (mayor en el interior del gránulo), liberando los
nutrientes de forma progresiva.
• Las sustancias más empleadas como recubrimiento son:
azufre, resinas, caucho, parafinas y plástico perforado.
Tipos de fertilizantes de lenta liberación
•
La urea‐azufre (URA) es quizá el fertilizante recubierto de uso más extendido. La cantidad de
azufre oscila entre el 15 y el 19 % del peso total del producto, según la eficacia del recubrimiento
que se desee, para ajustarlo a las necesidades del cultivo, y el tamaño y forma de los gránulos.
•
A mayor contenido de azufre, más lenta es la liberación de nitrógeno.
•
Sobre los gránulos recubiertos de azufre se rocía un compuesto (cera microcristalina, polietileno,
etc.), que constituye un 2 % del peso total.
•
El contenido de nitrógeno varía entre un 30 y un 37 %, dependiendo de la cantidad de azufre
empleado en el revestimiento. Según las experiencias llevadas a cabo en diversos países (Estados
Unidos, Filipinas, India), se ha demostrado la gran utilidad de la urea recubierta de azufre en arroz
bajo condiciones de deficiencia hídrica y para cultivos de larga duración (pastos, praderas).
•
No obstante, no ha resultado muy efectiva en cultivos que requieren grandes cantidades de
nitrógeno en un período relativamente corto (maíz, trigo).
•
Otros abonos recubiertos de utilización más restringida son: el nitrosulfato amónico recubierto
de yeso o parafina, el nitrato amónico recubierto de resina, la urea con fosfato amónico‐
magnésico, la urea con laca en escamas, etc.
B. FERTILIZANTES DE LENTA SOLUBILIDAD
•
Son fertilizantes que requieren gran cantidad de agua para su completa
solubilidad, asegurando una baja concentración de nitrógeno en la disolución
nutritiva.
•
Pueden utilizarse productos orgánicos e inorgánicos. Entre los primeros destacan:
urea‐formaldehído, isobutilendiurea (IBDU), crotoliden diurea (CDU), oxamida.
•
Los productos inorgánicos generalmente son fosfatos dobles de amonio y un
metal, como es el caso del fosfato amónico‐magnésico.
Son gránulos de color
blanco y el contenido en N oscila entre el 38 y el 40 %. El contenido mínimo de N
insoluble debe ser del 35 %.
•
La fuente de N lentamente disponible es el insoluble en agua fría. Por tanto, el
efecto del fertilizante se ve afectado por las altas temperaturas, por un pH bajo y
una elevada actividad microbiana.
•
Estos compuestos pueden usarse como fertilizantes nitrogenados para la
aplicación directa a los cultivos o incluirse en los fertilizantes complejos a base de
N‐P‐K.
•
Son particularmente útiles en pastos, cultivos hortícolas, pero al igual que en el
C. FERTILIZANTES CON INHIBIDORES DE NITRIFICACIÓN Hay que tener presente que las principales pérdidas de N cuando se
aplican fertilizantes amoniacales y de la urea, se producen después de su
conversión a nitratos.
Existen ciertos materiales que son tóxicos para las bacterias nitrificantes
Son productos derivados de la pirina y la pirimidina y entre ellos el más empleado
es la nitrapirina o 2‐cloro‐6‐(triclorometil) piridina (N Serve). Se aplica
principalmente en cereales (trigo, maíz y algodón) a 0.30‐0.55 kg/ha1 de
producto activo. A dosis superiores los productos pueden verse alterados. Su
persistencia en el suelo es de 2‐3 meses y se elimina por volatilización y
degradación a otros compuestos. Dicha persistencia depende fundamentalmente
de tres factores:
Textura del suelo: al aumentar el tamaño de las partículas, disminuye la
persistencia del producto.
Contenido de materia orgánica: la persistencia aumenta con dicho contenido, ya
que el producto queda retenido en la materia orgánica.
Temperatura del suelo: al aumentar la temperatura, disminuye la persistencia del
producto, ya que aumenta su velocidad de degradación. Por otro lado, el
aumento de la temperatura favorece la actividad de los microorganismos
nitrificantes.
Dada su gran volatilidad, este producto debe enterarse al menos a
5 cm de profundidad, antes de que haya transcurrido una hora desde su
aplicación. Sin embargo, esto no es necesario cuando se aplica con amoníaco
anhidro, ya que la nitrapirina es soluble en éste.
•
EVALUACIÓN DE UN FERTILIZANTE DE LENTA LIBERACIÓN EN MAÍZ FORRAJERO EN LA COMARCA LAGUNERA Tratamiento
Forraje verde
Forraje seco
ton/ha
Materia seca
%
Sulfato de amonio (41) + MAP (9‐42) + urea ácida (78 + 68)
64.8 b
21.4 ns
33.0 ns
Sulfato de amonio (41) + MAP (9‐42) + ENTEC (109)
67.8 a
21.7
32.0
ENTEC (26 + 120) + NITROFOSCA (24‐24)
67.8 a
21.9
32.3
ENTEC (52 + 99)
70.3 a
22.4
31.8
ENTEC (120)
69.8 a
22.0
31.6
ENTEC: 26‐00‐00
NITROFOSCA: 12‐12‐00
Gracias por su atención!!!!