Temario A. Conceptos de fertilidad de suelos y productividad para sistemas agrícolas sustentables Propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos. Fertilidad de suelos y productividad de cultivos. Nutrientes esenciales. B. Los nutrientes en el sistema suelo-cultivo Transformaciones del nitrógeno El fósforo del suelo Azufre Potasio, Calcio, Magnesio Micronutrientes C. Las mejores prácticas de manejo de la fertilización, 4R de la Nutrición de Plantas Fuente , dosis, momento y ubicación correcta La fertilidad en el sistema de producción. ¿Fertilizar el suelo? Efectos de la fertilización en las propiedades del suelo: efectos sobre materia orgánica. D. Manejo de suelos bajo siembra directa E. Recomendaciones de fertilización para Paraguay F. Discusión general Nitrógeno Deficiencia de N • Funciones en formación de clorofila, aminoácidos, proteínas y vitaminas • Esencial para lograr altos rendimientos • Frecuentemente deficiente y limitante en los sistemas de producción Requerimientos de N de distintos cultivos Cultivo Requerimiento (kg/t grano) Indice de Cosecha Absorción # (kg/t grano) Extracción # (kg/t grano) Maíz 22 0.68 18.9 12.9 Sorgo 30 0.66 25.7 16.9 Trigo 30 0.69 26.0 17.9 Cebada 26 0.68 22.6 15.4 Arroz 22 0.66 19.3 12.7 Soja## 75 0.73 65.3 47.6 Girasol 22 0.66 19.4 12.8 Colza 60 0.68 55.2 37.5 Maní## 30 0.66 26.2 17.3 #A Absorción de nitrógeno, fósforo y azufre en maíz La flecha indica la absorción del 50% de cada nutriente Fuente: Ciampitti et al. – Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe. Promedios de cuatro sitios, 2006/07 humedad de cosecha comercial y maní obtienen una parte significativa del N vía fijación biológica ## Soja Fuente: http://lacs.ipni.net/article/LACS-1024 1 N: Inoculación Ciclo del N en ecosistemas agrícolas La inoculación provee de bacterias efectivas y eficientes al cultivo y al suelo que permiten obtener mayor N2 del aire, con lo que el cultivo extrae una menor proporción de N del suelo N atmosférico (N2 ) Cosecha Oxido nitroso (N2O) Fijación biológica Precipitaciones Desnitrificación Fertilizante Fertilizante Residuos Absorción Fijación Nitrificación Amonio NH 4 MineralizaciónInmovilización Nitrato NO3 Erosión Biomasa microbiana Erosión Foto: A. Perticari (INTA) Respuesta en lotes con historia sojera +5% en Rendimiento Rendimiento con Inoculante (kg/ha) Volatilización 6000 Salvagiotti et al. (2009), sobre la base de datos Proyecto INOCULAR 56 ensayos de 1982 a 2008 5000 4000 3000 Sin inocular Inoculado 2000 1000 y = 1.05 x; r² = 0.91 0 0 Lavado 1000 2000 3000 4000 5000 Rendimiento sin inocular (kg/ha) 6000 PS Testigo N orgánico Garcia, 1996 Regulación de la mineralización de N (Rice y Havlin, 1994) N orgánico Relación C/N Contenido de lignina Precipitaciones Calidad de sustrato Contenido de agua Textura Temperatura Arcilla Accesibilidad Disrupciones físicas Labranzas Secado-rehumedecimiento Gentileza: Dr. Eros Francisco – IPNI Brasil N orgánico y mineralizado en un suelo con 10 años bajo labranza convencional y siembra directa Carambei (Paraná, Brasil) Fuente: J. C. Moraes Sá (1996) Profundidad Sistema convencional N mineralizado 130 6.8 255 7.8 cm 0-7 Siembra directa N orgánico N orgánico N mineralizado ----- mg/100g ----- Congelado-descongelado Pérdidas de N por lavado 8-21 91 5.2 101 5.2 22-40 79 4.5 93 4.6 41-60 58 3.0 70 3.2 • Mayor contenido de N orgánico bajo siembra directa • Similar cantidad de N mineralizado • Conservación del N en el suelo NH4+ El nitrato (NO3-) es soluble en agua Excesos de agua en el perfil drenan en profundidad, arrastrando los nitratos a zonas fuera del alcance de las raíces El nitrato lavado puede alcanzar las napas freáticas contribuyendo a la contaminación de las mismas Las condiciones predisponentes para la ocurrencia de lavado de nitratos son: – Presencia de nitratos en el perfil – Epocas de baja absorción de N por los cultivos – Suelos arenosos, de baja capacidad de retención de agua – Suelos saturados – Precipitaciones excesivas – Riegos excesivos 2 Desnitrificación en Trigo Pérdidas de N por lavado en condiciones tropicales (Reichardt et al, 1982) Período (días) Dosis N (kg/ha) N lixiviado N lixiviado Precipitaciones del (mm) fertilizante Alfisol Feijao 120 120 6.7 - 661 Alfisol Feijao 365 100 15.0 1.4 1382 Oxisol Maíz 130 80 9.2 0.4 717 Alfisol Maíz 150 100 32.4 11.0 620 86 42 - 0.8 403 88.4 15.8 3.4 757 Alfisol Feijao 4000 Flujo de N2O acumulado (g N ha-1) Suelo Cultivo EEA INTA-FCA Balcarce - Campaña 1995 Testigo 120 kg/ha N 3000 2000 1000 0 15-Jul Pérdidas promedio de 4.5 g N de fertilizante por mm de lluvia Pérdidas promedio de 21 g N por mm de lluvia Fertilizantes nitrogenados 24-Aug 03-Oct Perdidas de 2-3% 12-Nov 22-Dec Fuente: Picone et al., 2006 Factores que afectan la volatilización de amoníaco (Hargrove, 1988) Fertilizante Presentación Contenido de N Forma/s de N Otros nutrientes Actividad ureásica pH y capacidad buffer Capacidad de intercambio catiónico NH3 % Urea Sólida 46 Urea Nitrato de amonio Sólida 33 NO3- y NH4+ Nitrato de amonio calcáreo (CAN) Sólida 27 NO3- y NH4+ 12% CaO Sulfonitrato de amonio Sólida 26 NO3- y NH4+ 14% S Temperatura Sulfato de amonio Sólida 21 NH4+ 24% S Contenido de agua Amoníaco anhidro Gaseosa 82 NH3 UAN (Urea + Nitrato de amonio) Líquida 30 Urea, NO3- y NH4+ Fosfato diamónico Sólida 18 NH4+ 20% P Fosfato monoamónico Sólida 11 NH4+ 23% P Mezclas varias Sólida Variable Variable P, S, K y otros Suelo Ambiente Intercambio de aire Fuente y dosis de N Método de aplicación Manejo Presencia de residuos Uso de inhibidores NH4+ Orden de importancia Volatilización de amoníaco a partir de distintas fuentes nitrogenadas en siembra directa Lara Cabezas y Yamada (1999) • Pérdidas de 40-50% de N de urea aplicada en superficie para maíz • Las pérdidas se reducen al 5% cuando la urea se incorpora • Otras fuentes en aplicaciones superficiales: – Nitrato de amonio 8-10% – Sulfato de amonio 10-12% Efectos de inhibidores en fertilizantes nitrogenados modificados ESN, NSN Polímeros que recubren urea NH3 NH4+ Urea NO3- + H+ Ureasa, Agua nBTPT Nitrapirin, DCD, DMPP Inhibidor de la actividad ureasa Inhibidores de la nitrificación 3 MAIZ de 1a: Pérdidas por volatilizacion de amoniaco con y sin aplicación de inhibidor de la ureasa Sin P Con P Fósforo Fuente: G. Ferraris et al. (2009) ‐ EEA INTA Pergamino – Campaña 2008/09 20 19.0 18 kg/ha de N de NH3 volatilizado Testigo 16 N60-Urea 14 N60-Urea + NBPT 12 11.8 N120-Urea Funciones en las plantas 10 N120-Urea + NBPT 8 7.4 6.8 6 • Transferencia y almacenamiento de energía 5.0 4.7 4 2 0 1.2 0.7 0.6 0.3 0.0 0 1 2.5 2.3 1.6 1.5 1.4 3.2 2.3 2.0 1.8 3.4 3.1 3.0 2.7 2.5 3 5 Días desde la aplicación del fertilizante 7 • Fotosíntesis y respiración • Crecimiento y división celular • Desarrollo y crecimiento temprano de la raíz 9 • Mejora la calidad • Vital para la formación de la semilla • Transferencia de características genéticas 100 kg 0-20-20 pre-siembra + 80 kg 0-46-0 en línea 100 kg 0-20-20 pre-siembra Trigo Deficiencias de Fósforo 80 kg 0-46-0 en línea Testigo sin fertilizar Maíz Respuesta a P en Soja Pedra Petra (MT, Brasil) Arroz Foto: Martín Díaz Zorita Las deficiencias de fósforo Requerimientos de P de distintos cultivos Cultivo Disminuyen el crecimiento de los cultivos al afectar el desarrollo y la expansión foliar, y la fotosíntesis (Andrade et al., 2000) La expansión foliar es más sensible a las deficiencias de P que la tasa de fotosíntesis por unidad de área de hoja (Colomb et al., 2000). Demoran la formación de órganos reproductivos y restringen la formación de grano (Marschner, 1995) Requerimiento (kg/t grano) Indice de Cosecha Absorción # (kg/t grano) Extracción # (kg/t grano) 2.6 Maíz 4 0.76 3.4 Sorgo 4.4 0.82 3.8 3.1 Trigo 5 0.80 4.3 3.5 Cebada 4 0.76 3.4 2.6 Arroz 4 0.84 3.5 2.9 Soja 7 0.88 6.1 5.4 Girasol 4 0.84 3.5 2.9 Colza 15 0.76 13.8 10.5 Maní 4.4 0.82 3.8 3.2 #A humedad de cosecha comercial Fuente: http://lacs.ipni.net/article/LACS-1024 4 El Ciclo del Fósforo Factores que afectan la respuesta y absorción de P Componente Estiércol animal y biosólidos Entrada (Munson y Murphy, 1986) Pérdida Del suelo Cosecha Fertilizantes Físicos Textura, Aireación, Compactación, Temperatura, Humedad Químicos Mineralogía, pH, Materia orgánica, Capacidad de adsorción, Interacción con otros nutrientes Biológicos Residuos, Raíces, Bacterias, Micorrizas Residuos de las plantas Fósforo orgánico • Biomasa microbiana • Residuos vegetales • Humus Lavado Escurrimiento y erosión Minerales Primarios (apatita) Absorción P en solución del suelo • HPO4-2 • H2PO4-1 Superficies de minerales (arcillas, óxidos de Fe y Al ) De la planta Desarrollo y distribución de raíces, Especie, Híbrido o variedad, Nivel de rendimiento Compuestos Secundarios (CaP, FeP, AlP, MnP) Residualidad de Fósforo Diagnóstico de la fertilización fosfatada Basado en la disponibilidad de P en el suelo y en el rendimiento objetivo El diagnóstico se basa en tres etapas: correlación, calibración y recomendación Las calibraciones son afectadas por la textura, pH y materia orgánica del suelo y el tipo y rendimiento del cultivo La recomendación depende de la relación de precios grano/fertilizante y del criterio de recomendación del laboratorio y/o asesor Rendimiento (kg/ha) 15000 INTA 9 de Julio (Buenos Aires) - Suelo Hapludol típico 12000 9000 Testigo P 10 P 20 P 40 P 80 P 10R P 20R 6000 3000 0 Maíz 1999 Trigo 2000 Soja 2000 Maíz 2001 Soja 2002 Trigo 2003 Soja 2003 P aplicado a la siembra del Maíz en Septiembre 1999 o en todos los cultivos (R) P Bray inicial 9 ppm Deficiencia de S en Trigo Deficiencia de Azufre en Soja Don Osvaldo – Camilo Aldao, Córdoba – 2006/07 5 Funciones del Azufre en las Plantas Esencial para la formación de proteínas • Constituyente de aminoácidos esenciales • Componente de enzimas, coenzima A, tiamina, biotina Síntomas de deficiencia de azufre Requerido para la formación de clorofila Participa en la formación de componentes de aceites (glucósidos y glucosinolatos) y en la síntesis de vitaminas Importante en la fijación de N por leguminosas Azufre atmosférico Requerimientos de azufre de cultivos de grano* Fertilizantes que contienen azufre Cultivo Oxidación por las bacterias 5 22 7.5 10 35 12 Soja 5 20 14 Girasol 3 13 6 Colza 2 22 11 Sorgo 8 26 15 Cebada 4 15 7 * A humedad de cosecha Pérdidas por lavado Diagnóstico de deficiencia de azufre • Caracterización del ambiente • Nivel crítico de 10 ppm de S-sulfatos (en algunas situaciones) • Presencia de napas con sulfatos • Lotes con alta respuesta a N en maíz y/o trigo • Balances de S en el sistema 11000 9000 7000 12200 12189 13000 11927 Fontanetto y col. – EEA INTA Rafaela (2001/02) 11240 • Suelos con bajo contenido de materia orgánica, suelos arenosos • Sistemas de cultivo mas intensivos, disminución del contenido de materia orgánica Residualidad de S aplicado en Soja sobre Maíz del año siguiente 10625 10655 Situaciones de deficiencia de azufre 9860 Remoción por el cultivo kg - Maíz 6850 7224 Asimilación por las bacterias (inmovilización) Reducción por bacteria kg 53 Trigo Sulfato S Absorción por la planta ton 15 Alfalfa H2S Residuos de plantas y animales Rendimiento Absorción de S Extracción de S 10500 Materia orgánica del suelo Rendimiento de maíz (kg/ha) El ciclo de Azufre Sin S en Soja Previa Con S en Soja Previa 5000 Respuesta residual a S Testigo N56 S0 N56 S15 374 640 30 N114 S0 N114 S15 687 -11 Todas las parcelas con P20 6 Deficiencias de K en maíz y soja en el oeste de Uruguay Deficiencias de Potasio Caña de azucar Soja Deficiencias de K en soja Potasio Vital para la fotosíntesis y síntesis de proteína Asociado con más de 60 funciones enzimáticas No forma compuestos orgánicos en planta Aumenta la resistencia a enfermedades Disminuye el efecto de vuelco Mejora la resistencia a sequía Palma aceitera Potasio en Trigo Banano Rol del K en las plantas Control y resistencia al stress Relaciones hídricas Aumenta la resistencia a enfermedades Disminuye el efecto de vuelco Mejora la resistencia a sequía Síntesis de proteínas Incrementa los rendimientos Elongación celular Fotosintesis K Activación de enzimas Transporte floemático Cakmak, 2004 7 Requerimientos de K de distintos cultivos Cultivo Requerimiento (kg/t grano) Indice de Cosecha Absorción # (kg/t grano) Extracción # (kg/t grano) Maíz 19 0.21 16.3 3.4 Sorgo 21 0.19 17.8 3.4 Trigo 19 0.21 16.4 3.5 Cebada 19 0.21 16.3 3.4 Arroz 26 0.10 22.8 2.3 Soja 39 0.49 33.9 16.6 Girasol 26 0.10 22.9 2.3 Colza 65 0.21 59.8 12.6 Maní 21 0.19 18.2 3.5 #A humedad de cosecha comercial Fuente: http://lacs.ipni.net/article/LACS-1024 El calcio en la nutrición vegetal El calcio se absorbe como Ca2+ y es abastecido a las raíces vía flujo masal o intercepción Concentración promedio en plantas de 0.2-1% Constituyente de paredes y membranas celulares (estructura y estabilidad) Regulador de enzimas Es esencial para la elongación y división celular Ciclo del potasio en ecosistemas agrícolas (Adaptado de Havlin et al., 1999) Cosecha Fertilizantes, Abonos orgánicos Residuos Escurrimiento, Erosión Absorción K orgánico K en solución 1-10 ppm 50-750 ppm K no intercambiable Fijación Liberación K intercambiable 40-800 ppm Meteorización K mineral (Feldespatos, micas) Lavado 5000-25000 ppm K total en suelos: 0.5-2.5% (5000-25000 ppm) Deficiencia de calcio en remolacha Es inmóvil en la planta Deficiencias: Rotura de membranas, falta de desarrollo de yemas terminales y apicales, desordenes fisiológicos en tejidos de almacenamiento (frutos) (bitter pit en manzano); menor crecimiento radicular en subsuelos pobres en Ca. Altos requerimientos de Ca en tomate, maní, apio, frutales, alfalfa, repollo, papa y remolacha El magnesio en la nutrición vegetal El magnesio se absorbe como Mg2+ y es abastecido a las raíces vía flujo masal o difusión Concentración promedio en plantas de 0.1-0.4% Constituyente de la clorófila y de ribosomas (síntesis proteica) Asociado a reacciones de transferencia de energía (ATP y enzimas) Es móvil en la planta La deficiencia de calcio es común en cultivos como el maní y hortalizas Deficiencias: Clorosis internerval en hojas jóvenes Baja concentración de Mg en forrajes causa hipomagnesemia, en especial en gramíneas (competición con K y NH4) 8 Deficiencia de Magnesio Hojas viejas con clorosis entre las nervaduras Deficiencia de Magnesio Hojas viejas con bandas amarillentas o cloróticas entre nervaduras verdes Análisis de suelos Métodos de determinación de K, Ca y Mg Calcio y Magnesio Requerimientos de los cultivos # Calcio Cultivo Soja Absorción Magnesio Absorción kg Ca/ton Indice de Cosecha kg Mg/ton Indice de Cosecha 16 0.19 9 0.39 0.53 Trigo 3 0.07 3 Maíz 3 0.07 3 0.28 Girasol 2.8 0.04 2.4 0.42 Caña de azúcar 0.87 - 0.49 - Algodón fibra 3 0.14 4 0.63 Algodón semilla 48 0.04 9.6 0.25 Alfalfa 12 - 3 - # En Método de Acetato de amonio (pH 7, 1M), el más utilizado para K, Ca y Mg intercambiables Extracción con bicarbonato de amonio + DTPA (zonas áridas) Mehlich I y III Morgan y Morgan modificado Resinas de intercambio iónico Electroultrafiltración (EUF) base seca Calibración para Potasio en Uruguay Barbazán (2009) Disponibilidad de cationes en el suelo Relaciones a partir de información de 34 ensayos de Bautes y Beux; Garcia y Quincke; y Cano y col. Porcentaje de saturación de la CIC Relaciones Ca Mg K 50-70% 10-15% 5% Ca/Mg < 10-15 K/Mg < 2-5 (Havlin et al., 1999) Alta probabilidad de respuesta por debajo de 0.34 meq/100 g (equivalente a 133 ppm K intercambiable) Relación ideal K:Mg:Ca 01:03:09 a 01:05:25 (Vitti, 2002) 9 Funciones esenciales de los micronutrientes en las plantas Micronutriente Funciones Boro Metabolismo y transporte de carbohidratos; síntesis de pared celular y lignificación; integridad de membranas; alargamiento de raíz; síntesis de ADN; formación de polen y polinización Cloro Fotosíntesis; compensación de cargas y osmoregulación; actividad enzimática Cobre Constituyente de numerosas enzimas con roles en fotosíntesis, respiración, metabolismo de carbohidratos y proteínas, lignificación y formación de polen Hierro Constituyente de citocromos y metaloenzimas; roles en fotosíntesis, fijación simbiótica de N, metabolismo de N y reacciones redox Manganeso Fotolisis de agua en cloroplastos; regulación de actividad enzimática; protección contra daño oxidativo de membranas Molibdeno Fijación simbiótica de N; constituyente de enzimas Níquel Constituyente de enzima ureasa; rol en asimilación de N Zinc Constituyente de numerosas enzimas con roles en síntesis de carbohidratos y proteínas; mantenimiento de integridad de membranas; regulación de síntesis de auxinas y de formación de polen Fuente: Adaptado de Alloway (2008) Zinc y Boro proveen resistencia contra infecciones por patógenos Zinc y B son necesarios para la integridad funcional y estructural de las membranas celulares Cualquier daño a la integridad estructural celular resulta en permeabilidad de membranas y liberación de exudados Exudados radiculares: Substrato alimenticio de patógenos Aminoácidos Azucares .. Fuente: I. Cakmak (2011) BORO en GIRASOL Deficiencia de Boro en Alfalfa Alfalfas deficientes en B presentan muerte de brotes de crecimiento, forma de roseta, amarillamiento de hojas jóvenes y brotes terminales, pobre floración y desarrollo de semillas. Foto M. Díaz Zorita BORO en GIRASOL Cloro en Trigo Foto M. Díaz Zorita Boro en canola (Foto IPNI) 10 Trigo Deficiencias de Cu Cebada Deficiencia de Fe Deficiencia de Hierro Clorosis de hojas nuevas con nervaduras mas oscuras Deficiencia de Hierro Clorosis de hojas nuevas con nervaduras mas oscuras Deficiencia de Manganeso Deficiencia de Mn 11 Deficiencia de Ni en campo Deficiencia de molibdeno Citricos: manchas amarillas Soja: clorosis generalizada entre nervaduras (original: reflejando deficiencia de N CATI) (Original: Borkert et al., 1994) Pecan Abedul Fuente: RUTER (2005) Fuente: WOOD et al. (2004) Deficiencia de Zinc en Maíz Deficiencia de Zinc en Maíz Internudos cortos, ápice de crecimiento blanquecino, hojas nuevas pequeñas con estrías blancas y tonos rojos Internudos cortos, ápice de crecimiento blanquecino, hojas nuevas pequeñas con estrías blancas y tonos rojos +Zn -Zn Foto: Ernesto Caracoche (ASP) – Herrera Vega (Bs. As.) Deficiencia de Zinc Hojas nuevas angostas con manchas grandes de color ferroso Sensibilidad relativa de distintos cultivos a deficiencias de micronutrientes Cultivo B Cu Fe Mn Mo Zn Alfalfa Alta Alta Media Media a baja Media Baja Cebada Baja Media a alta Alta a media Media Baja Media Maíz Baja a media Media Media Baja Baja Alta Papa Baja Baja - Alta Baja Media Canola/Raps Alta Baja - - - - Sorgo Baja Media Alta Alta a media Baja Alta a media Soja Baja Baja Alta Alta Media Media Remolacha azucarera Alta Media Alta Madia a alta media Media Alta Media a baja Alta Baja Baja Trigo Baja Fuente: Adaptado de Alloway (2008) 12 Tipos de suelos y propiedades asociadas con deficiencias de micronutrientes Remoción de micronutrientes en la porción cosechada Cultivo, rendimiento B Cu Fe Mn Mo Zn ---------------------------------------- g/ha ---------------------------------------- Tipo/propiedades de los suelos Deficiencia de micronutrientes Suelos arenosos y fuertemente lavados B, Cl, Cu, Fe. Mn, Mo, Ni, Zn Altas concentraciones de MO (>10%) Cu, Mn, Zn Alfalfa, 12 t/ha 600 120 1200 600 24 830 Alto pH (>7) B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn Arroz, 3 t/ha 6 10 141 52 0.3 30 Alto CaCO3 (>15%), suelos calcáreos B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn Suelos recientemente encalados B, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn Alto contenido de sales Cu, Fe, Mn, Zn Cu, Mo, Zn Maíz, 9 t/ha 40 20 100 50 5 170 Soja, 2.4 t/ha 58 34 275 102 11 102 Suelos ácidos Trigo, 3 t/ha 400 30 - 90 - 40 Gleys Zn Alto contenido de arcillas Cu, Mn, Zn Fuente: Malavolta et al. (1997) e IFSM-PPI (1995) Fuente: Adaptado de Alloway (2008) Efecto del pH en la disponibilidad Fuente: Malavolta (1992) 13