Cómo crear un ciclo en la agricultura

Introducción y Propósito

Los estiércoles y otros residuos orgánicos (p. Ej., Biosólidos, desechos de procesamiento de alimentos) y muchos fertilizantes comerciales disponibles para los productores contienen nitrógeno (N). El nitrógeno es un nutriente vegetal importante que a menudo es deficiente en los suelos arenosos que dominan Delaware, por lo que la aplicación de abonos y / o fertilizantes es necesaria para producir rendimientos económicos máximos. Sin embargo, si se usan mal los residuos orgánicos o los fertilizantes, el N se puede transportar desde los campos agrícolas con lluvia o agua de riego, posiblemente contaminando los cuerpos de agua cercanos. Comprender cómo N reacciona en el paisaje puede ayudarnos a maximizar el crecimiento de la planta y el rendimiento de los cultivos, al tiempo que minimiza las pérdidas dañinas de N al medio ambiente. Este documento ayuda a los productores agrícolas a entender cómo N interactúa en el medio ambiente a través del ciclo N para guiar el mantenimiento y la sostenibilidad de la producción de cultivos agrícolas.

El Ciclo del Nitrógeno

Comencemos nuestra discusión del ciclo de N en una rotación de cultivo de grano típica (maíz, trigo, frijoles de doble cosecha) al considerar los residuos de la planta que quedan en la superficie del campo después de la cosecha. Los residuos de los cultivos que se dejan en la superficie del suelo o se incorporan en la capa superior del suelo durante la labranza proporcionan una fuente de materia orgánica al suelo. La materia orgánica contiene formas de N que no están disponibles para las plantas en crecimiento. Sin embargo, los microorganismos del suelo, incluyendo bacterias y hongos, cambian las formas complejas e inasequibles de N en formas que están disponibles para la planta. El N inorgánico es absorbido por las raíces del próximo cultivo en rotación. El ciclo se repite cuando se cosecha este cultivo (Figura 1). Esta descripción es un ejemplo sobre simplificado del ciclo N. Veamos el ciclo más detalladamente.

Fuentes de Nitrógeno

Los residuos vegetales no son la única fuente de N en el suelo (Figura 1). La industria de fertilizantes también fabrica fertilizantes agronómicos que son utilizados por los productores como parte de un programa integral de fertilidad de cultivos. La mayoría de los fertilizantes comerciales contienen N disponible para plantas en una de las dos formas inorgánicas: amonio (NH

Otra forma de N que pueden sintetizar los fabricantes de fertilizantes y que los cultivadores usan comúnmente es la urea. Una vez que se aplica urea al suelo, se convierte rápidamente en amonio mediante una enzima endógena natural del suelo. Los fertilizantes sintéticos con N que contienen amonio, nitrato o urea se consideran fertilizantes de “liberación rápida” que rápidamente se vuelven disponibles en las plantas. Esto significa que el N contenido en los fertilizantes sintéticos se disuelve en agua casi inmediatamente después de la aplicación. Dado que el N disuelto puede ser un peligro ambiental inmediato (más información a continuación), los fertilizantes de liberación rápida son más efectivos cuando se aplican a tasas relativamente bajas (por aplicación individual) en momentos en que el cultivo está ocupando activamente N. Algunas compañías también producen lentitud fertilizantes de liberación controlada o de liberación controlada que están diseñados para retrasar la liberación de N. disponible en la planta. Estas formulaciones permiten aplicar más N durante una sola aplicación que cuando se usa fertilizante de liberación rápida. Es importante comprender que los fertilizantes de N de liberación rápida, lenta y controlada pueden ser igualmente nocivos para el medio ambiente si no se aplican correctamente.

Figura 1. El ciclo del nitrógeno. (Créditos: IPNI)

Las enmiendas orgánicas del suelo como abonos, compost o biosólidos contienen principalmente formas orgánicas no disponibles de N (es decir, clorofila, proteínas, etc.) y pequeñas cantidades de N inorgánico disponible en la planta (principalmente amonio). Las enmiendas orgánicas a menudo se derivan de desechos de animales o residuos de plantas. Al igual que los residuos de cultivos del ejemplo anterior, el N orgánico en estos materiales no está disponible para la planta y los microbios del suelo deben convertirlo en amonio. Recuerde, el amonio es la misma forma de N disponible en muchos fertilizantes sintéticos.

Otra fuente de N para el suelo es la atmósfera (Figura 1). La atmósfera de la tierra contiene 78% de N como N

hay algunos microbios especializados que pueden convertir este gas en una planta disponible en forma de N. Estos microbios pueden vivir libremente en el suelo o pueden colonizar las raíces de las leguminosas, como soja, alfalfa, tréboles, habas y guisantes. Las leguminosas, principalmente la soja, se plantan típicamente en Delaware como parte de una rotación de cultivos en hileras. Los frijoles y guisantes de Lima también se siembran comúnmente en Delaware. Además de las bacterias fijadoras N, los rayos también pueden convertir N.

gas en formas de N. disponibles en la planta. Además, la combustión del combustible fósil agrega N a la atmósfera. Cuando llueve, esta fuente de N puede regresar a la tierra a través de la deposición atmosférica. Además de la fijación de N, la cantidad de N agregado al suelo por fuentes atmosféricas es muy pequeña en comparación con la cantidad agregada en materia orgánica y fertilizantes comerciales.

¿Cómo se comporta el nitrógeno en el suelo?

Una vez en el suelo, todas las formas de N pueden sufrir una variedad de cambios químicos. Ya hemos discutido cómo los microbios del suelo pueden transformar N en residuos de plantas o enmiendas orgánicas del suelo en N. disponible de plantas. Este proceso se denomina mineralización , y el producto final es amonio. Una vez en la forma de amonio, N puede ser absorbido por las raíces de las plantas. Si se deja amonio en la superficie del suelo, puede perderse en la atmósfera como gas amoníaco a través de un proceso llamado volatilización . El riesgo de volatilización de amoníaco aumenta con el aumento del pH del suelo. El amoníaco es un gas de efecto invernadero que se sospecha que contribuye al cambio climático global. El amonio también puede convertirse en nitrato por los microbios del suelo a través de un proceso llamado nitrificación . La nitrificación típicamente ocurre rápidamente (en días) en condiciones naturales. El uso de un inhibidor de ureasa o nitrificación puede ralentizar la nitrificación de días a semanas, pero finalmente se producirá la nitrificación.

Al igual que el amonio, el nitrato del suelo puede ser absorbido por las plantas a través de las raíces. Si el agua se filtra a través del suelo, el nitrato se puede mover (lixiviar) al agua subterránea. Sin embargo, si un suelo permanece encharcado durante un largo período de tiempo y pierde su oxígeno, los microbios pueden convertir el nitrato en un gas y perderlo en la atmósfera a través de un proceso llamado desnitrificación .

Calidad de Nitrógeno y Agua

El nitrógeno se puede transportar del suelo a la superficie o al agua subterránea a medida que el campo se drena después de una lluvia intensa o riego excesivo. Cuando la tasa de lluvia o de riego excede la capacidad de infiltración del suelo, el resultado es la escorrentía . La escorrentía puede transportar N del suelo, así como estiércol aplicado recientemente, fertilizantes y residuos de plantas, a lagos, estanques, arroyos, ríos y bahías. Además, los fertilizantes de nitrato y nitrato del suelo pueden transportarse hacia abajo o lixiviarse a través del perfil del suelo. Una vez que se lixivió el nitrato, eventualmente podría llegar al agua subterránea utilizada para beber o ser descargada por nuestros manantiales. La filtración es una preocupación seria en Delaware ya que la mayoría de los arroyos y ríos son alimentados con agua subterránea.

Una vez transportado, el N inorgánico puede convertirse en un contaminante del agua. Por ejemplo, la pérdida de nitrato en los lixiviados o en la escorrentía puede contribuir a la eutrofización de las masas de agua superficiales, como las bahías interiores de Delaware y la bahía de Chesapeake. La eutrofización es el enriquecimiento del agua con nutrientes que resulta en un crecimiento excesivo de plantas acuáticas (principalmente algas). Con el tiempo, el agotamiento de oxígeno en las aguas eutróficas puede provocar la muerte de los peces y el olor asqueroso que los acompaña. Y a menudo, los cuerpos de agua eutróficos ya no se pueden utilizar para la pesca, la natación, el canotaje u otras actividades recreativas.

¿Puedo probar mi suelo para nitrógeno?

A diferencia de otros nutrientes vegetales, la mayoría de los laboratorios no evalúan el suelo de forma rutinaria porque el ciclo de N es muy dinámico. La naturaleza dinámica del ciclo N significa que las formas de N en el entorno cambian constantemente (Figura 1). Sin embargo, los resultados de las pruebas de suelo de un laboratorio acreditado incluirán información sobre las tasas de aplicación de N para cultivos agronómicos, forrajeros, vegetales y frutales comúnmente cultivados en Delaware. Estas tasas recomendadas fueron determinadas por la investigación científica sobre la respuesta de la planta al fertilizante N en lugar de la cantidad de N medida en una muestra de suelo. Es importante utilizar las dosis de fertilizante N recomendadas para evitar daños a la planta y proteger la calidad del agua. Aunque los suelos no se prueban con N, las pruebas de suelo son vitales porque proporcionan información importante sobre el pH del suelo y los niveles de otros nutrientes importantes de la planta (es decir, fósforo, potasio y magnesio) en el suelo. Los resultados de una prueba de suelo lo ayudarán a administrar adecuadamente los nutrientes en su sistema de cultivo.

Si bien las pruebas de suelo no suelen recomendarse para la gestión de N, existen algunas pruebas especializadas de N en suelos y tejidos que son útiles en la producción de cultivos agrícolas en hileras. La prueba más común de N en el suelo es la prueba de nitrato antes del abordaje (PSNT), que puede estimar con fiabilidad la contribución del N del suelo a los requerimientos globales de N del maíz. La administración de N en función de los resultados de un PSNT puede dar como resultado un ahorro económico para el productor y una reducción de la probabilidad de contaminación del agua subterránea por nitrato-nitrógeno. Además, la prueba de nitrato de tallo de maíz al final de la temporada (CSNT) se utiliza para evaluar el estado N de un cultivo de maíz al final de la temporada de crecimiento. La prueba de nitrato en el suelo de otoño es una prueba similar de N en el suelo que es útil para determinar las necesidades de N en otoño para los granos pequeños (Kratochvil y Steinhilber, 2013).

¿Cómo puede ayudar a proteger la calidad del agua?

Como cultivador en Delaware, puede ayudar a proteger la calidad del agua siguiendo las mejores prácticas de manejo (BMP) cuando usa estiércol, fertilizantes comerciales u otras enmiendas. Recomendamos que siga las recomendaciones de la Universidad de Delaware sobre las tasas y el calendario, que están disponibles en el Manual de manejo de nutrientes para Delaware o en las Recomendaciones de producción de vegetales comerciales. Las recomendaciones de la Universidad de Delaware N se basan en un objetivo de rendimiento realista. Para el maíz, considere la posibilidad de dividir las aplicaciones de fertilizante N aplicando abono antes de la planta y fertilizantes iniciales y suplementando en la estación con aplicaciones de N comercial en el lateral o más adelante en la temporada de cultivo mediante fertirrigación, cuando sea posible. Al usar estiércol, una prueba de PSNT puede guiar la aplicación de N durante la temporada para el maíz. Para soja y otras leguminosas, omita la aplicación de estiércol y solo aplique N en la temporada cuando los rendimientos esperados sean superiores a 70 bu / A. Finalmente, considere tomar una prueba de nitrato en el suelo de otoño para determinar la necesidad de la fertilización otoñal de los cultivos de granos pequeños.

Referencias

Kratochvil, R. y P. Steinhibler. 2013. Prueba de Nitrato de Suelos (FSNT). Resumen de la extensión (EBR-15). Extensión de la Universidad de Maryland. College Pak, MD. Disponible en: https://extension.umd.edu/sites/…

Shober, AL 2008. Nitrógeno en el paisaje hogareño. Documento EDIS SL254 / SS479. Universidad de Florida – IFAS, Gainesville, FL. Nitrógeno en el paisaje hogareño.

Revisores:

Richard Taylor, Especialista de Extensión de Agronomía, Universidad de Delaware

Fecha de publicación original: agosto de 2015

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