1 Aspectos Básicos del Manejo del NitrógenoDr. Armando Tasistro International Plant Nutrition Institute (IPNI)

2 Temario Ciclo del nitrógeno Entradas de N al suelo:Fijación atmosférica Fijación biológica Fijación industrial fertilizantes inorgánicos Transformaciones del N en el suelo: Mineralización Inmovilización Nitrificación Fijación de NH4+ Pérdidas gaseosas desnitrificación volatilización Salidas de N Lixiviación Escorrentía/erosión N en las plantas: funciones y formas Fuentes orgánicas de N

3 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

4 Ciclo del N N no reactivo - N2 + 78% de la atmósferaN atmosférico N2 78% de la atmósfera No aprovechable directamente por plantas N no reactivo - +

5 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización N reactivo escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

6 Entradas de N

7 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

8 Tasas de circulación en el ciclo moderno del N (adaptado de Canfield et al. (2010))Tasas (millones de ton año-1) 111 111 99 136 46 25 69 140 238 desnitrificación fijación industrial (Haber-Bosch) fijación de N fijación de N Las flechas café oscuro representan entradas antropogénicas fijación de N por cultivos desnitrificación Quema de combustibles fósiles Canfield et al. (2010) ambiente marino transferencia de tierra a mar (ríos + atmósfera) ambiente terrestre

9 Fijación atmosférica

10 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

11 Fijación atmosférica Descargas eléctricas: N2  NOx8 (2-20) millones de ton N año-1 NOx + O3 + H2O  HNO3 + NO3-

12 Fijación biológica

13 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

14 Propiedades generalesfijac biol Fijación biológica Organismos Propiedades generales Importancia agrícola Azotobacter aeróbicos; fijadores libres; viven en el suelo, agua, rizósfera, superficies foliares se encuentran en tejido vascular de caña de azúcar, con abundancia de sacarosa como fuente posible de energía para la fijación de N2. Azospirillum microaeróbicos; fijadores libres; o encontrados en asociación con raíces de pastos su inoculación beneficia a algunos cultivos no leguminosas, se ha demostrado que aumentan el desarrollo de pelos radiculares rhizobium fijan N en simbiosis con leguminosas las leguminosas se benefician al ser inoculadas con las cepas específicas Actinomicetos, Frankia fijan N en simbiosis con árboles maderables no leguminosas (Alnus, Myrica, Casuarina) con importancia potencial en la reforestación y producción de madera alga azul-verde, Anabaena contienen clorofila, como las plantas superiores; acuáticas y terrestres mejoran al arroz en condiciones inundadas; establece simbiosis con Azolla (helecho acuático); Havlin et al., 2005, p. 103

15 Simbiosis rhizobium-leguminosasfijac biol Simbiosis rhizobium-leguminosas raíz de leguminosa nódulo de rhizobium nitrogenasa Huésped aporta azúcares e hidratos de carbono Havlin et al., 2005, p 104

16 Inoculación de rhizobiumfijac biol Inoculación de rhizobium Especificidad Infectividad vs efectividad nódulos efectivos: grandes, alargados (2 a 4 x 4 a 8 mm) frecuentemente concentrados en raíces primarias centros rosados o rojos (leghemoglobina) variedades de soya alfalfa con inóculo efectivo Havlin et al., 2005, p 104 teachline.ls.huji.ac.il

17 Cantidades de N fijadas por rhizobiumfijac biol Cantidades de N fijadas por rhizobium  25-80% del N total de la leguminosa Leguminosas perennes fijan más ( kg ha-1 año-1) que las anuales ( kg ha-1 año-1) Cultivo N fijado (kg ha-1 año-1) Rango Valor típico Alfalfa 50-300 200 Frijol 20-80 40 Tréboles 150 Haba 50-200 130 Veza 80-140 80 Cacahuate 20-200 60 Chícharos 30-180 70 Soya 40-260 100 Havlin et al., 2005, p 105

18 La fijación de N por rhizobium es sensible a…fijac biol La fijación de N por rhizobium es sensible a… pH del suelo pH  5.5 a 6.0 Niveles tóxicos de Al+3 o Mn+2 Deficiencias de Ca+2, Mo Niveles de nutrientes H2PO4- Co B Fe Cu sobrevivencia de rhizobium  crecimiento de raíces  productividad de leguminosa  infección por rhizobium Havlin et al., 2005, p

19 La fijación de N por rhizobium es sensible a…fijac biol La fijación de N por rhizobium es sensible a… N en suelo Uso de N del suelo más eficiente energéticamente que fijarlo de la atmósfera soya 1.8% MO 12 ppm NO3-N en 0-20 cm 4.8% MO 31 ppm NO3-N en 0-20 cm Havlin et al. (2005) p. 106

20 Disponibilidad del N fijadofijac biol Disponibilidad del N fijado El N fijado puede estar disponible para otros cultivos Mayores rendimientos pueden estar relacionados con otros factores, aparte del N (“efecto rotación”) Disponibilidad del N fijado depende de: Cantidad fijada Cantidad y tipo de residuo de leguminosa Descomposición del residuo y mineralización del N 14,000 maíz-soya 12,000 10,000 maíz-maíz rendimiento de grano de maíz (kg ha-1) 8,200 6,300 Havlin et al. (2005) p. 109 4,400 2,500 dosis de N (kg ha-1)

21 Disponibilidad del N fijadofijac biol Disponibilidad del N fijado Disponibilidad del N en residuos de leguminosas en el primer año  20 a 50% cebada en Havlin et al. (2005) p. 110

22 ¿Cuándo va a estar disponible el N?fijac biol ¿Cuándo va a estar disponible el N? Sincronía entre demanda por el cultivo y mineralización del N maíz trigo toma o mineralización de N (kg ha-1) mineralización del N Havlin et al (2005), p. 111 abr may jun jul ago sep oct

23 N en pasto proveniente de la leguminosa (%)fijac biol Cultivos asociados Mecanismos de transferencia de N no claros comunidad N en pasto proveniente de la leguminosa (%) Cosecha #1 Cosecha #2 Cosecha #3 pasto-alfalfa 64 68 pasto-trébol 66 79 Havlin et al (2005), p. 112

24 Fijación industrial

25 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

26 Proceso Haber-Bosch 3H2 + N2  2NH3 catalizador 1,200oC, 500 atmHavlin et al (2005), p. 114

27 NH3 amoníaco anhidro + O2 HNO3 + CaCO3 + NH3 nitrato de calcionitrato de amonio + H3PO4 NH3 + H2SO4 sulfato de amonio fosfatos de amonio + CO2 urea Darwich (2006) + nitrato de amonio + urea + agua soluciones de N (UAN y otras)

28 Amoníaco anhidro (NH3) 82% N, gas alta solubilidad en aguadañino para ojos, pulmones, piel condiciones que maximizan retención humedad a capacidad de campo mayor contenido de arcilla inyección profunda menor espaciamiento entre inyectores alta materia orgánica dirección de avance del aplicador en el suelo zona de retención del NH3 Havlin et al (2005), p. 147

29 Efectos transitorios en zona de retenciónNH3 Efectos transitorios en zona de retención Concentraciones de NH3 y NH4+  1,000 a 3,000 ppm pH ≥ 9 potencial osmótico ≥ 10 bar esterilización parcial y transitoria reducción en actividad microbiana bacterias actinomicetos x106/g suelo Havlin et al (2005), p. 149 hongos días después del tratamiento

30 Efectos sobre la MO del sueloNH3 Efectos sobre la MO del suelo NH3 + H2O → NH4+ + OH- solubilización disolución materia orgánica disponibilidad transitoria de nutrientes asociados con MO Havlin et al (2005), p. 149 deterioro de la estructura potencialmente serio en suelos con poca MO

31 Nitrato de amonio (NH4NO3)33 a 34% N, sólido uso restringido alta solubilidad en agua (1,900 g L-1 a 20oC) desventajas alta higroscopicidad explosivo mezclado con materiales oxidables mayor lixiviado y desnitrificación que fuentes amoniacales menos efectivo en arroz que urea o fuentes amoniacales Fertilizar (2012), p. 17 Havlin et al (2005), p. 150

32 sulfato de amonio ((NH4)2SO4)21% N, 24% S, sólido ventajas baja higroscopicidad aporta N y S fuerte efecto acidificante puede ser benéfico en suelos con pH alto desventajas fuerte efecto acidificante limita su uso en suelos ácidos bajo contenido de N

33 Urea ((NH2)2CO) 46% N, sólido (NH2)2CO + H+ + 2H2O  2NH4+ + HCO3-Ureasa abundante en suelos actividad aumenta con actividad microbiana MO ureasa actividad de ureasa suelo Wooster suelo Hoytville Havlin et al. (2005), p. 140 profundidad del suelo (cm) labranza cero labranza con arado

34 Volatilización de amoníaco (NH3)urea Volatilización de amoníaco (NH3) 2 NH3 gas + CO2 gas  - H2O (NH2)2CO + H+ + 2H2O  2NH4+ + HCO3- ureasa urea pH8.6 Meisinger, 2004

35 Se puede aplicar urea en la superficie del suelo si…suelo seco bajas temperaturas lluvia inminente en los primeros 3 a 6 días después de la aplicación lluvia mínima: 10 mm Meisinger, 2004; Havlin et al. 2005, p. 152.

36 No conviene aplicar urea sobre la superficie del suelo si…condiciones favorecen evaporación: suelo húmedo calor viento pH alcalino residuos sobre el suelo texturas gruesas Meisinger, 2004; Havlin et al., 2005, p. 152.

37 Alternativas de manejourea Alternativas de manejo Enterrar la urea

38 Alternativas de manejourea Alternativas de manejo Enterrar la urea

39 Inhibidores de la ureasaNBPT o nBTPT (agrotain) inhibición dura  2 semanas líquido color verde con % i.a. polvo con 60% i.a. aplicación: a gránulos de urea durante la producción de urea a soluciones de UAN kg N ha-1 kg grano de maíz ha-1 Havlin et al., 2005, p. 155; Watson, 2013

40 Liberación controladaurea Liberación controlada revestimiento con azufre 32-38% N, 12-22% S inhibición dura  4-12 semanas oxidación biológica del S expone a la urea usado cuando se hacen varias aplicaciones durante el ciclo cultivos: caña de azúcar, piña, pastos forrajeros, césped, ornamentales, arándanos, fresa, y arroz con inundación intermitente zafaran.en.supplierlist.com sellador azufre Havlin et al. 2005, p. 156

41 Liberación controladaurea Liberación controlada revestimiento con polímeros resinas tipo alkido control de liberación por composición y espesor del revestimiento agua penetra al gránulo y ejerce presión resinas tipo poliuretano control de liberación por cambios en la temperatura agua agua agua urea agua agua urea Fertilizar, 2012 urea urea urea urea urea

42 Movimiento del N desde área tratadaurea Movimiento del N desde área tratada difusión de NH4+  3 a 4 cm en  2 días difusión de urea  2 a 3 cm en  2 días Havlin et al., 2005, p. 152 semilla

43 Urea + semillas NH3 tóxico para semillas Alternativasdistancia urea-semillas ≥ 2-3 cm colocar urea abajo y al costado de la semilla si aplican urea + semillas, no usar más de 5 a 10 kg N ha-1 riesgo de fitotoxicidad disminuye con mayor humedad en el suelo Havlin et al., 2005, p. 153

44 Biuret (NH2-CO-NH-CO-NH2)urea Biuret (NH2-CO-NH-CO-NH2) producido durante síntesis de urea posibilidad de fitotoxicidad depende de: especie de cultivo cítricos, aguacate y piña son sensibles suelo menor riesgo con alta arcilla y MO, y pH bajo método de aplicación 1.0% biuret generalmente tolerado en aplicaciones foliares ciertos cultivos muy sensibles (papa) pueden requerir  0.3% concentración y cantidad total aplicada fertilizantes comunes 2% daño en cítricos Mikkelsen, 2007

45 Transformaciones del N en el suelo

46 Mineralización Inmovilización Nitrificación Fijación de NH4+Pérdidas gaseosas desnitrificación volatilización

47 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

48 Mineralización/inmovilización

49 Mineralización 1. aminización heterótrofos y autótrofosN en MO – ej. proteínas energía bacterias y hongos aminoácidos aminas urea heterótrofos y autótrofos bacterias, hongos, actinomicetos heterótrofos bacterias predominan en suelos neutros y alcalinos hongos predominan en ácidos 2. amonificación energía Havlin et al., 2005, p

50 Factores que influyen en la cantidad de N mineralizadoaeróbico anaeróbico actividad microbiana relativa Havlin et al., 2005, p. 118 espacio poroso del suelo lleno con agua (0 a 150 mm de profundidad) temperatura del suelo (oC)

51 N orgánico mineralizado (mg/kg)Más MO  más N La MO del suelo contiene  5% N En un ciclo anual 1 a 4% del Norgánico se mineraliza a Ninorgánico MO = N Estimación del N mineralizable: suelo con 2%MO y mineralización anual: 2% 2%MO x 2,000,000 kg suelo ha-1 (a 20 cm de prof) x 5%N x 2% N mineralizado = 40 kg N ha-1 N orgánico mineralizado (mg/kg) Havlin et al., 2005, p. 119 N total en el suelo (%)

52 Inmovilización NH4+ y NO3-  NorgánicoFactores que afectan la inmovilización Humedad y temperatura del suelo óptimos para inmovilización  óptimos para mineralización Relación C:N del residuo relación C:N alta  mayor inmovilización

53 Relación C:N del residuoLos microorganismos del suelo usan N para mantener una relación C:N 8:1 Si se aplican al suelo residuos con poco N (o una relación C:N alta), la demanda de N por los microorganismos el suelo es mayor que el contenido de N del residuo que están descomponiendo. Por tanto, los microorganismos inmovilizan NH4+ y NO3- de la solución del suelo, lo que hace que las concentraciones de NH4+ y NO3- disminuyan. Si las raíces de la plantas están tomando N activamente, los microorganismos del suelo van a ganarle la competencia a las plantas por NH4+ y NO3-, y las plantas tendrán una deficiencia de N. Al terminar la descomposición del residuo disminuye la actividad microbiana y los microroganismos mueren, por lo que el N inmovilizado (N proteico en los microorganismos) puede ser mineralizado, lo que vuelve a elevar las concentraciones de NH4+ y NO3- en la solución del suelo

54 tasa de descomposición relativaC:N Material Relación C:N Paja de trigo 80:1 Paja de avena 70:1 Residuo de maíz 57:1 Heno de alfalfa maduro 25:1 Dieta microbiana ideal 24:1 Estiércol de corral (descompuesto) 20:1 Heno de leguminosa 17:1 Estiércol de ganado de carne Heno de alfalfa cortada temprano 13:1 Cultivo de cobertura de ebo 11:1 Promedio de microbios del suelo 8:1 más lenta tasa de descomposición relativa Carbon to Nitrogen Ratios in Cropping Systems – USDA (2011) más rápida

55 Dinámica de relación C:N, CO2, y NO3-inmovilización neta relación C:N mineralización neta 4 a 8 semanas nuevo nivel de NO3- nivel de NO3- Havlin et al., 2005, p 121 cantidad evolución de CO2 nivel de CO2 tiempo

56 ¿Cuánto N se puede inmovilizar?Supongamos: aplicamos 3,000 kg ha-1 de residuo de maíz con C:N = 60 y 40% C 3,000 kg de residuo x 40% C = 1,200 kg C al descomponerse esos 1,200 kg 1/3 es transformado en biomasa microbiana 2/3 se pierden como CO2 1,200 kg C x 35% = 420 kg C usado por microorganismos microorganismos usan C y N en la relación 8 C por 1 N N requerido para asimilar los 420 kg de C 8 kg C kg N 420 kg C x x = 52.5 kg N N contenido en el residuo por cada 60 kg de C el residuo contiene 1 kg de N (relación C:N=60) en 1,200 kg de C  20 kg de N Los microorganismos necesitan 52.5 kg de N, pero el residuo sólo aporta 20 kg N. Los microorganismos van a inmovilizar 32.5 kg N, si no se aplican Havlin et al., 2005, p 121

57 N mineralizado y MO en el sueloHumus o MO estable N: 5.0 a 5.5% C: 50 a 58% C:N = 9 a 12 labranza  tasa de mineralización ejemplo suelo sin labrar, 5% MO comienza a ser labrado convencionalmente, pérdida de MO 4% por año N mineralizado primer año 5% MO x 2,000,000 kg ha-1 x 4% MO perdida (= N mineralizado) x 5% N en MO = 200 kg N mineralizado ha-1 suelo N en suelo (%) años de cultivo después de 50 años de cultivos con labranza convencional y sin adecuada adición de residuos 2.5% MO, pérdida 2% por año N mineralizado 2.5% MO x 2,000,000 kg ha-1 x 2% MO perdida (= N mineralizado) x 5% N en MO = 50 kg N mineralizado ha-1 Havlin et al., 2005, p 119,

58 Nitrificación

59 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

60 Nitrificación oxidación biológica de NH4+ a NO3-en la mayoría de los casos es una reacción rápida (NO3- > NH4+) 2NH4+ + 3O  NO H2O + 4H+ Primer paso: conversión de NH4+ a NO2- 2 NO2- + O  NO3- Segundo paso: conversión de NO2- a NO3- reacción total: NH4+ + 2O2  NO3- + H2O + 2H+ aireación Nitrosomonas Nitrobacter segundo paso más rápido que el primero no se acumula NO2- Havlin et al., 2005, p 124 acidificación anión, no adsorbido por coloides, móvil

61 Nitrificación es influenciada por…Aporte de NH4+ Debe haber NH4+ en el suelo proveniente de la mineralización de MO o del agregado de NH4+ en fertilizantes o formación de NH4+ a partir de fertilizantes aplicados Población de organismos nitrificadores Los suelos varían en sus poblaciones de nitrificadores debido a variaciones en condiciones ambientales, propiedades físicas, y otros factores que afectan actividad microbiana pH del suelo pH óptimo es 8.5, aunque nitrificación ocurre entre pH 4.5 to 10. Suelos bien encalados con adecuada disponibilidad de Ca2+ y H2PO4- promueven la nitrificación.

62 Nitrificación es influenciada por…Aireación del suelo No hay nitrificación sin O2, la concentración óptima de O2 es similar a la atmosférica. Se necesita una difusión rápida de los gases del suelo. Suelos con textura gruesa o con buena estructura favorecen el intercambio de gases y mantienen niveles óptimos de O2. NO3-N producido (ppm) O2 (%) en la corriente de aire Havlin et al., 2005, p 126

63 Nitrificación es influenciada por…Humedad del suelo La nitrificación es óptima a capacidad de campo, disminuyendo con humedad sobre capacidad de campo o en suelos secos al aire. Temperatura del suelo En el rango entre 5 y 35oC, la tasa de nitrificación se duplica por cada aumento de 10oC. La temperatura óptima varía entre 25 y 35oC. NO3-N (ppm) días Havlin et al., 2005, p 127 k = fracción de No mineralizada por mes temperatura (oC)

64 Fijación del NH4+

65 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

66 Fijación de NH4+ en arcillas 2:1Minerales arcillosos: vermiculita y mica NH4+ puede ser reemplazado por Ca+2, Mg+2, Na+, y H+, pero no por K+ fracciones importantes: arcilla gruesa (0.2 a 2 mm) y limo fino (2 a 5 mm) fijación influida por humedad puede ser importante en ciertos suelos Havlin et al (2005), p. 130 arcilla 2:1

67 Pérdidas de N

68 Lixiviación/escorrentía

69 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

70 Lixiviación y Escorrentía de NO3-NO3- soluble en agua, no adsorbido móvil con el agua en el suelo potencial de pérdidas mayor en ambientes húmedos o con riego NO3- puede contaminar cuerpos de agua Beman et al. (2005) Imagen de clorofila a en el Mar de Cortés tomada el 6 de abril de 1998 un día después del riego tope en el Valle del Yaqui.

71 Factores que influyen en las pérdidas de NO3- por lixiviaciónfuente de N, dosis, lugar y momento de aplicación propiedades del suelo que afectan a la percolación cantidad, patrón de distribución y momento de las lluvias y/o riegos rendimiento de maíz (t ha-1) dosis de N (kg ha-1) N en suelo o cultivo (kg ha-1) rendimiento de maíz N en suelo N en maíz Havlin et al (2005), p. 129

72 Intensidad de los sistemas de cultivos y toma de N por los cultivosSincronía entre demanda por el cultivo y mineralización del N maíz trigo toma o mineralización de N (kg ha-1) mineralización del N Havlin et al (2005), p. 111 abr may jun jul ago sep oct

73 Inhibidores de la nitrificaciónbloquean conversión NH4+  NO2- se pueden aplicar al suelo o a los fertilizantes Nombre común Nombre químico Nombres comerciales Duración de la inhibición (semanas) Nitrapirina 2-cloro-6 (triclorometilo) piridina N-Serve 2-6 DCD diacindiamida Didin, SuperN, UMAXX, UFLEXX 12-14 Havlin et al (2005), p. 154

74 Pérdidas gaseosas Volatilización Desnitrificación

75 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

76 Volatilización Volatilización: pérdida de NH3 gas desde el suelo:NH4+  NH3 + H+ La volatilización de NH3-N a partir de N generado de la mineralización del N en el suelo es de pequeña magnitud comparada con la pérdida de NH3 a partir de NH4+ en fertilizantes y estiércol

77 Factores que afectan a la volatilización de NH3pH del suelo pérdidas importantes con pH  7.5 fuente de N estiércol pérdidas de N pueden ser substanciales si queda en la superficie % de las especies Havlin et al (2005), p. 137 pH de la solución

78 Fuente de N Suelos ácidos o neutros Suelos calcáreos ureafertilizantes con NH4+ no aumentan pH de la solución del suelo Suelos calcáreos urea como en suelos ácidos o neutros fertilizantes que forman compuestos con Ca insolubles 2 NH3 gas + CO2 gas  - H2O (NH2)2CO + H+ + 2H2O  2NH4+ + HCO3- ureasa urea pH8.6 (NH4)2SO4 + CaCO3  2NH3 + CO2 + H2O + CaSO4 Havlin et al (2005), p. 138 sulfato de amonio

79 Colocación del N volatilización de NH3 mayor con aplicaciones al voleoincorporación inmediata disminuye el potencial de volatilización Rendimiento de maíz sin labranza con aplicaciones de UAN dosis de N (kg ha-1) al voleo banda superficial no incorporada incorporada t ha 90 5.61 7.40 7.87 180 6.77 8.34 8.84 270 7.18 8.69 9.66 media 6.52 8.14 8.46 Havlin et al (2005), p. 139

80 Capacidad amortiguadora del suelocapacidad amortiguadora dada por CIC y MO  capacidad amortiguadora   volatilización de NH3 pH de la superficie del suelo mezcla de suelo 1 – baja capacidad amortiguadora kg NH3-N ha-1 volatilizados mezcla de suelo 1 – capacidad amortiguadora moderada Havlin et al (2005), p. 140 mezcla de suelo 1 – alta capacidad amortiguadora días después de la aplicación

81 Condiciones ambientalesmáximo potencial de volatilización con… suelo con humedad a capacidad de campo condiciones que promueven evaporación gradual calor viento calor también acelera reacciones Havlin et al (2005), p. 139

82 Residuos sobre el suelomayor humedad superficial menor difusión de urea hacia el suelo alta actividad de ureasa enterrar fertilizante actividad de ureasa profundidad del suelo (cm) labranza cero labranza con arado suelo Wooster Hoytville Havlin et al (2005), p. 139

83 Relevancia práctica de la volatilización de NH3 en condiciones de campopérdidas típicas en sistemas arables:  25% en suelos ácidos  50% en suelos alcalinos condiciones de suelo y ambientales que promueven la volatilización pH del suelo alto baja capacidad amortiguadora del suelo (baja CIC y MO) aplicación al voleo y sin incorporar de fertilizantes que contienen urea o de abonos orgánicos suelos húmedos calor en arroz inundado las pérdidas de NH3 pueden llegar a 75% del N aplicado Havlin et al (2005), p. 141

84 Desnitrificación en suelos anegados no hay O2algunos microorganismos pueden obtener O2 de NO3- o NO2- NO3-  NO2-  NO  N2O  N2  pérdida de N N2O es un potente gas de efecto invernadero Havlin et al., 2005, p 131 maíz raquítico debido a suelo anegado

85 Factores que influyen en la desnitrificaciónMO que se puede descomponer disponibilidad de C orgánico es crítica residuos exudados de raíces 4(CH2O) + 4 NO3- + 4H+  CO2 + 2 N2O + 6H2O 5(CH2O) + 4 NO3- + 4H+  5CO2 + 2N2 + 7H2O (CH2O) = carbohidratos capacidad desnitrificadora (g N emitidos como N2 o N2O/g de suelo) Havlin et al., 2005, p 132 C orgánico soluble en agua (g/g de suelo)

86 Factores que influyen en la desnitrificaciónanegamiento impide difusión del O2 en el suelo suelo caliente saturado por lluvia  rápida desnitrificación pérdidas  10 a 30 kg N ha- 1 fertilizantes con NO3- no son efectivos en arroz inundado N perdido (como % del NO3-N agregado) Havlin et al., 2005, p 132 tiempo (días) efecto del contenido de agua en el suelo (% de la capacidad de retener agua) sobre la desnitrificación en el suelo

87 Factores que influyen en la desnitrificaciónaireación desnitrificación ocurre cuando el suministro de O2 es menor a la demanda de los microorganismos contenido de O2 en el aire del suelo  10 a 15% puede haber desnitrificación en micrositios anaeróbicos de suelos aireados poro drenado, aireado Havlin et al., 2005, p 134 agregado lleno de agua, anaeróbico

88 Factores que influyen en la desnitrificaciónpH del suelo desnitrificación microbiana no ocurre a pH5.0 se acelera al aumentar el pH N perdido (como % del NO3-N agregado) Havlin et al., 2005, p 135 tiempo (días)

89 Factores que influyen en la desnitrificacióncontenidos de NO3- debe haber NO3- para que ocurra la desnitrificación presencia de plantas  desnitrificación al consumir O2 aportar MO  desnitrificación consumo de NH4+ y NO3-  contenido de H2O aportando O2 (arroz inundado) Havlin et al., 2005, p 134

90 Relevancia práctica de la desnitrificación en condiciones de campodos tipos de pérdida rápidas y extensas asociadas con lluvias o riego pequeñas y continuas asociadas con micrositios anaérobicos pérdidas aumentan cuando el porcentaje de poros del suelo llenos con agua  60% con altos contenidos de NO3-, calor, MO, y agua se puede perder  1 kg N ha-1 día-1 rangos de pérdidas de N aplicado como fertilizante: suelos bien drenados: 2 a 25% suelos con drenaje limitado: 6 a 55% Havlin et al., 2005, p 136

91 Toma de N por las plantas

92 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

93 Formas del N tomadas por las plantasNO3- predomina en suelos húmedos, templados, y bien aireados alta absorción favorece salida de aniones (HCO3-, OH-, orgánicos) entrada de cationes (Ca+2, Mg+2, K+) pH en rizósfera reducción a formas orgánicas consume energía NH4+ toma por plantas disminuye con acidez alta absorción promueve  absorción de H2PO4-, SO4-2, Cl-  absorción de Ca+2, Mg+2, K+  pH en rizosfera Havlin et al., 2005, p

94 Balance entre NO3- y NH4+ Preferencia entre ambas varía entre especies y cultivares Rendimientos de maíz con (NO3- + NH4+ ) 8 a 25% mayores que con NO3- solamente Influye en incidencia y severidad de enfermedades Efecto directo en actividad patogénica Efecto indirecto organismos que pueden alterar la disponibilidad de micronutrientes pH Havlin et al., 2005, p 100

95 Funciones del N en las plantasNO3- → NO2- → NH3 → aminoácidos → proteínas ác. Nucleicos Clorofila eagereyes.org Utilización de carbohidratos Bajo N : engrosamiento de células vegetativas por acumulación de carbohidratos N adecuado: carbohidratos → proteínas N en exceso: suculencia por abundancia de protoplasma deficiencia de N clorosis baja fotosíntesis raquitismo Havlin et al., 2005, p

96 Deficiencias N es móvil en xilema y floemaRetranslocado si hay deficiencias Síntomas de deficiencias visible primero en hojas viejas

97 150 N 0 N

98 Fuentes orgánicas de N

99 (fertilizantes inorgánicos)Ciclo del N volatilización N atmosférico quemas fijación industrial (fertilizantes inorgánicos) fijación atmosférica cosechas residuos orgánicos volatilización escorrentía y erosión fijación biológica Toma por las plantas desnitrificación N orgánico nitrato (NO3) amonio (NH4) - inmovilización + mineralización arcillas 2:1 lixiviación

100 Disponible en primer añoFuentes orgánicas de N Tipo de animal Sistema de manejo Materia seca (%) N Disponible en primer año Total (kg/ton) Suino Sin cama 18 0.3 0.5 Con cama 0.25 0.4 Vacuno (carne) 15 0.2 0.6 50 1.1 Vacuno (leche) 21 Aves 45 1.3 1.7 75 1.8 2.8 Estiércoles Ntotal   1 a 6% contenido/disponibilidad función de contenido de N en raciones manejo del estiércol cantidad de materiales adicionales método y época de aplicación características del suelo cultivo Norg debe ser mineralizado Havlin et al. (2005) p. 142

101 ¿Cuánto N va a estar disponible y cuándo?relativamente simple de estimar mucho más complicado

102 Variación en concentraciones de nutrientesamonio (NH4+) P (P2O5) K (K2O) media 0.78 0.13 0.41 1.04 mínimo 0.04 0.01 0.12 máximo 2.67 1.77 2.92 6.09 estiércol sólido de ganado lechero, % basado en determinaciones en muestras tal como fueron enviadas, 204 muestras de 2008 a 2011. Department of Environmental Science and Technology – Univ. de Maryland

103 No todo el N está disponible para las plantashay numerosos protocolos para determinar el N disponible para las plantas (PAN, por sus siglas en inglés) PAN = N disponible como amonio + Norg disponible N disponible como amonio NH4+ x factor de conservación NH4+-N x fcon Norg disponible N orgánico x factor de mineralización Norg x fmin

104 Estimando el N disponible para las plantasPAN = (NH4+-N x fcon) + (Norg x fmin) factor de conservación del NH4+ se debe determinar experimentalmente depende de prácticas de incorporación factor de mineralización existen valores experimentales publicados dependen del tipo de animal

105 Factores de mineralizacióntipo de animal año de aplicación año después de la aplicación segundo año después de la aplicación porción del N orgánico original ganado de carne 0.35 0.18 0.09 gallinas ponedoras 0.60 0.15 0.08 caballos 0.20 0.10 0.05

106 Factores de conservación del NH4+tiempo entre aplicación e incorporación labranza convencional labranza de conservación labranza cero o labranza después de 3 días  1 hora 0.96 0.66 1-3 horas 0.93 0.64 3-6 horas 0.78 0.57 6-12 horas 0.71 0.53 12-24 horas 0.63 0.49 1-2 días 0.58 0.47 2-3 días 0.44  3 días (labr. cero) 0.35

107 Tener en cuenta que… los factores de mineralización publicados son promedios los factores de mineralización reales, en cada sitio de interés, pueden variar debido a la composición del estiércol, suelo, o condiciones del tiempo los factores de conservación del amonio no consideran a la lluvia los factores pueden ser mayores a los predichos si llueve enseguidad después de la aplicación

108 Variación entre estiércolesestudio en Delaware (EEUU) de 20 muestras de gallinaza de gallineros comerciales de pollos de engorde incubados en el mismo suelo factor de mineralización medio: 66% rango: 21% a 100% estudio del Departamento de Agricultura de EEUU en 107 muestras de estiércol de ganado lechero en el noreste de EEUU mineralización varió entre 0% a 55%

109 Variación por el suelo estudio en Georgia (EEUU) con una muestra de gallinaza de pollo de engorde y 9 suelos bajo condiciones controladas tasa de mineralización promedio: 62% varió entre 41% y 80% arenoso francos > franco arenosos > arcillosos

110 pérdidas  15 a 40% del Ntotalel NH4+ liberado a partir de la urea y ác. úrico puede volatilizarse como NH3 pérdidas  15 a 40% del Ntotal Ntotal estiércol orina heces Norg inestable (35 a 70%) Norg estable (20 a 30%) urea mineralizada muy rápidamente a NH4+ y una forma disponible para la planta mineralizada lentamente durante el año de la aplicación residuo -mineralizado muy lentamente en años sucesivos Havlin et al. (2005) p. 142 la cantidad disponible para los cultivos es la suma de estos tres componentes y depende del manejo (50 a 75%)

111 N liberado como amoníaco (NH3) por gallinerosDatos recogidos durante un mes Lote de aproximadamente 10 ha Gallineros con 20,000 pollos c/u En operación durante 18 años antes de la evaluación gallineros dirección dominante del viento kg N ha-1 depositados Havlin et al. (2005) p. 116 pH

112 Referencias Beman, M., J., Arrigo, K. R., and Matson, P. A. (2005). Agricultural runoff fuels large phytoplankton blooms in vulnerable areas of the ocean. Nature 434, Canfield, D. E., Glazer, A. N., and Falkowski, P. G. (2010). The Evolution and Future of Earth's Nitrogen Cycle. Science 330, Chanway, C. P., Anand, R., and Yang, H. (2014). Nitrogen Fixation Outside and Inside Plant Tissues. In "Advances in Biology and Ecology of Nitrogen Fixation". Darwich, N. (2006). Manual de Fertilidad de Suelos y uso de Fertilizantes. Fertilizar, Argentina. 289 p. Fertilizar. (2012). Guía Fertilizantes, Enmiendas, y Productos Nutricionales. Argentina. 203 p Havlin, J.L., J. D. Beaton, S. L. Tisdale, y W. L. Nelson. (2005). Soil Fertility and Fertilizers. 7th. Edition. Pearson-Prentice Hall. 515 p. Jenkinson, D. S. (1990). An introduction to the global nitrogen cycle. Soil Use and Management 6, Meisinger, J. (2004). Ammonia Emissions from Land Applications of Fertilizers and Manure CSREES Mid- Atlantic Water Quality project. Mikkelsen, R. (2007). Biuret in Urea Fertilizers. Better Crops, Vol. 9, No. 3: 6-7. USDA-NRCS (2011). Carbon to Nitrogen Ratios in Cropping Systems. Watson, C. (2013). Slow and controlled release and stabilised fertilizers Update on existing and new technologies. IFA, Rio de Janeiro

113 ¡¡¡¡Muchas gracias!!!! mca.ipni.net [email protected]