Juan Manuel Martinez, Juan A. Galantini, Fernando López, Matías Duval*

El nitrógeno es el nutriente más limitante para la producción agrícola, especialmente en cereales, y es importante conocer como es su dinámica, para lograr sistemas de productivos sustentables. Es indispensable el correcto diagnóstico de las necesidades para aplicar la cantidad óptima de fertilizante. En las regiones semiáridas y subhúmedas la estimación es más difícil, pudiendo llevar a problemas económicos y/o ambientales.

INTRODUCCIÓN

El nitrógeno (N) es el nutriente más limitante para la producción de cultivos en las zonas agrícolas (Fageria & Baligar, 2005), especialmente en los cultivos de cereales (Zebarth et al., 2009, Luce et al., 2011) y es importante conocer como es su dinámica, para lograr la sustentabilidad de los sistemas de productivos. Para el manejo eficiente del N es necesario un correcto diagnóstico para así llevar a cabo las recomendaciones de fertilización ajustadas para optimizar la nutrición nitrogenada de los cultivos (Ferrari et al., 2010). En las regiones áridas, semiáridas y subhúmedas es necesario hacer un diagnóstico correcto de la fertilización ya que los rendimientos son más limitados, por lo que la relación costo-beneficio puede ser alta, lo que lleva a problemas económicos y ambientales (Mulvaney et al., 2001). En estos ambientes frágiles la oferta de N del suelo proviene de la mineralización de N orgánico, residuos de cosecha, enmiendas orgánicas, además del N inorgánico residual de otros años (St. Luce et al., 2011), mientras que en ambientes más propicios climáticamente, ambientes húmedos y templados donde el N proviene casi exclusivamente del que se mineraliza durante la temporada (Zebarth et al., 2009). La mineralización de N del suelo proviene principalmente de la materia orgánica (MO), proporcionando del 50 al 80% de las necesidades de N de los cultivos (Kundu & Ladha, 1995), pudiendo liberar o retener el N, para aumentar la productividad en el corto plazo o la conservación a largo plazo. Las formas orgánicas de N constituyen hasta el 90% del N total en la capa arable de los suelos minerales. A pesar de la gran cantidad de N que se encuentra en el suelo, se estima que sólo del 1 al 3% del total de N orgánico es mineralizado (Keeney, 1982, Curtin & Wen, 1999). Debido a la intensificación de la agricultura producida en los últimos años ha producido un detrimento en el contenido de materia orgánica de los suelos (Sainz Rozas et al., 2011). Al mismo tiempo, la implementación de los sistemas de labranza de conservación, tales como siembra directa (SD) ha afectado la capacidad de mineralización de N en el suelo. La SD produce un aumento de la fracción activa de N orgánico como resultado de los residuos de cultivos acumulados en la superficie del suelo (Mikha & Rice, 2004), sin embargo, el efecto neto en esta fracción no es clara, ya que se ha informado de que los aumentos en N orgánico bajo este sistema no siempre están asociados con aumentos en la mineralización de N. En la región semiárida, con suelos de texturas gruesas y bajos niveles de materia orgánica, no existe información disponible sobre la mineralización del nitrógeno proveniente de la descomposición de los residuos y de la materia orgánica del suelo para la aplicación del método de balance de nitrógeno como una herramienta para la recomendación de fertilizantes. Los productores aplican dosis bajas de N, generalmente sin realizar un muestreo de suelos para la evaluación de la fertilidad. Una mejora del rendimiento se podría esperar si se desarrollan estrategias de recomendación de fertilización precisas para la región (Bono & Alvarez, 2013). La mayoría de las estimaciones de la contribución de N por mineralización del suelo se basan en las incubaciones aeróbicas durante largos períodos (Stanford y Smith, 1972). Sin embargo, esta metodología demanda tiempo de procesamiento (Walley et al., 2002) por lo que la investigación se ha centrado en el desarrollo de diferentes métodos biológicos y químicos, rápidos y sencillos para la determinación del potencial de mineralización de N orgánico (Bremner, 1965; Keeney, 1982; Jalil, 1996; Bundy & Meisinger, 1994, Echeverría et al, 1994, Griffin, 2008).


Hay otros métodos, como los métodos de campo para estimar la cantidad de N que puede ser liberada de la OM mediante el balance de masa de N propuesta por Meisinger (1984) y García & Davedere (2007), que se calcula mediante la siguiente ecuación:

Entradas N = N salidas
Nf + Na + + Nom Nii = Np + Ng + Ne + Nl + + Niin de Nif
donde
Nf = N aportado por el fertilizante
Na = N proporcionada por la fijación y / o la lluvia biológica
Nmin = N mineralizado de OM
Nii = inicial N inorgánico
Np = absorción de N por la planta
Ng = N pierde en forma gaseosa (N2, N2O o NH3)
Nl = N perdió por lixiviación
Ne = N perdido por la erosión
Niin de = N inmovilizada
Nif = cosecha N inorgánico

Para nuestro caso de estudio como se tuvo en cuenta que las pérdidas por las diferentes vías eran = 0, definimos al balance como Mineralización aparente de N:
Mineralización aparente de N (Nmin) = Np + Nif-Nii-Nf

Los ensayos de campo proporcionan la mejor estimación de la disponibilidad de N (Michrina et al., 1981), sin embargo, no hay una metodología ampliamente utilizada, ya que requiere mucho tiempo y trabajo por lo que no es de adopción práctica en los laboratorios de rutina comerciales (García & Davedere, 2007). Los métodos a campo, como el caso de balance de masa de N, a pesar de la desventaja del costo operativo, son esenciales para lograr calibraciones correctas con métodos biológicos y químicos del potencial de N del suelo (Rice & Havlin, 1994). Es decir, el éxito de la predicción de las necesidades de N del cultivo depende en gran medida de la calibración de un índice de N o estimación de N mineralizado medido en ensayos a campo. El objetivo de este trabajo fue de evaluar diferentes índices de disponibilidad de N, sus relaciones y facilitar la predicción mediante el uso de ellos de la mineralización proveniente de la MO de los suelos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Durante los años 2010 y 2011 se muestrearon 36 lotes de productores destinados al cultivo de trigo (Triticum aestivum L.) y de cebada cervecera (Hordeum vulgare L.) bajo SD, situados en el Sudoeste de la provincia de Buenos Aires, dentro de la región subhúmeda. Las características de los sitios y lotes se encuentran en Tabla 1. Los suelos se muestrearon a la siembra y cosecha, en las profundidades de 0-20 y 20- 60 cm y se georeferenciaron. Al final del ciclo se obtuvieron 2 muestras compuestas de 2 m lineales del cultivo, para determinar el rendimiento tanto de la  materia seca aérea (MS) como del grano. Sobre el material vegetal se determinó el N total (Nt) mediante el método Kjelhdal (Bremner & Mulvaney, 1982), a partir del cual se estimó el porcentaje de proteína en grano y el N total en los residuos de cosecha para cuantificar la absorción total de N (kg ha-1). Con respecto a los suelos tomados durante la siembra, se analizaron en los mismos los parámetros químicos: Carbono orgánico total (COT) por combustión seca con analizador automático (Leco), Nt (Bremner & Mulvaney, 1982) y como parámetros físicos se analizaron: contenido de agua al momento de la siembra y granulometría por tamaño de partículas por fraccionamiento físico (Duval et al., 2013), obteniendo las siguientes fracciones: arenas medias y gruesas; arenas finas y muy finas y la fracción más fina compuesta de limo+arcilla. Además se determinó N inorgánico en forma de N-NO3- (Mulvaney, 1996) para las dos profundidades. posteriormente se realizó la conversión de unidades para pasar de g kg-1 y mg kg-1 a Mg ha-1 y kg ha-1 respectivamente, utilizando una densidad aparente promedio para todos los sitios de 1,3. Esto nos permitió realizar el balance de N, y así calcular mediante el método del balance propuesto por Meisinger (1984) el N proveniente de la MO (Nmin), asumiendo que las pérdidas fueron nulas, mediante la diferencia entre el N inicial y el N final sumado el N absorbido por la planta a la cosecha.

Con respecto a los índices de No, se usaron dos métodos, uno biológico y otro químico con los suelos de la profundidad 0-20 cm. El primero se basa en una incubación anaeróbica (Nan) de suelo a 40°C durante 7 días (Waring & Bremner 1964). El método químico (Nqco) consiste en una digestión caliente con KCl 2 N a 100°C durante 4 hs y luego una destilación por arrastre de vapor del digesto obtenido (Gianello & Bremner, 1986). Luego se convirtieron los valores a cantidades con la metodología descripta anteriormente. Los valores resultantes por ambas metodologías se compararon  con los valores de Nt obtenidos para estimar el porcentaje de mineralización del N orgánico.

La estadística descriptiva, las correlaciones de Pearson y las regresiones múltiples fueron desarroladas con el software Infostat (Di Rienzo et al., 2008).

Tabla 1. Características de los sitios seleccionados.

 Tabla 1

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La estimación del N mineralizado por el método del balance (Nmin) y los índices, tanto químicos como biológicos evaluados son presentados en la Tabla 2. Para el Nmin los valores medios oscilaron entre 56,1 hasta 168,7 kg ha-1, con máximos de 231,2 y mínimos de 26,2 kg ha-1. El Nan osciló entre 80,5 y 185,3 kg ha-1, con máximos de 201,4 y mínimos de 44,1 kg ha-1. Estos valores oscilan entre 27,9 y 212,9 kg ha-1 o 10,1 y 81,9 mg kg-1, encontrándose en el rango citado por otros autores (Schomberg et al., 2009; Reussi Calvo et al, 2009). Con respecto al indicador químico el rango de valores medios varió entre 43,3 y 97,9 kg ha-1 con valores máximos de 131 y mínimos de 18,8 kg ha-1, asemejándose a lo hallado por Wang et al. (2001), sin embargo fueron superiores  a los hallados por Schomberg et al. (2009). El índice más variable en promedio de todos los sitios fue el Nmin diferenciándose el coeficiente de variación (cv) más alto para “El Perdido” (cv= 0,77). Este mismo sitio mantuvo elevados los cv para todos los índices evaluados. El Nqco demostró el menor coeficiente de variación promedio de todos los sitios. Entre los métodos Nmin, Nan, Nqco, el más representativo en promedio con respecto al Nt fue el Nan> Nmin> Nqco con valores medios de 2,6%, 2,5% y 1,6%, respectivamente, en concordancia a lo hallado por Keeney (1982) que ubicó el rango de N orgánico que se mineralizaba entre 1 y 3%.

Tabla 2. Valores por sitio de los índices propuestos.

 Tabla 2

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Nmin, Mineralization aparente de N (kg ha-1); Nan, nitrógeno anaeróbico (kg ha-1); Nqco, nitrógeno químico (kg ha-1); Nt, nitrógeno total (Mg ha-1).

Se encontraron estrechas relaciones (p<0.01) del Nmin tanto con Nan como con Nt, con valores inferiores respecto al Nqco. Para este último, las correlaciones con el índice Nan como con Nt fueron muy similares (r=0,54-0,56) siendo inferiores a los reportados por Schomberg et al (2009) que trabajaron sobre nueve sitios en el sudeste de EE.UU. Para el índice biológico se observó una relación elevada con el N orgánico (r=0,79), valores cercanos a los hallados por Wang et al. (2004) y coincidentes a los informados por Fox & Piekieleck (1984) en ensayos de fertilización en Pensilvania.

 

Tabla 3. Correlaciones de Pearson entre la mineralización aparente y los índices de disponibilidad de nitrógeno.

Nmin

Nqco

Nan

Nt

Nmin

1

***

***

***

Nqco

0.63

1

**

**

Nan

0.76

0.54

1

***

Nt

0.71

0.56

0.79

1

Nmin, Mineralización aparente de N (kg ha-1); Nan, nitrógeno anaeróbico (kg ha-1); Nqco, nitrógeno químico (kg ha-1); Nt, nitrógeno total (Mg ha-1).
***, **, *, ns; indican diferencias significativas al 0.001, 0.01, 0.05 y no significativas.

Gallagher & Bartholomew (1964) encontraron que las predicciones de disponibilidad de N eran más precisas cuando se combinaban los índices de N con las propiedades edáficas, por lo que se analizaron las regresiones múltiples de la predicción de Nmin incorporando todas las variables del suelo e índices estudiados (10 variables) de las cuales el módelo Stepwise seleccióno 5. Esto nos permitió aumentar la predicción del Nmin hasta un R2 ajustado de 0,73 (Tabla 4), siendo superior a lo descripto por Dessureault-Rompre et al. (2010) que integrando parámetros edáficos y climáticos pudo lograr un 63% de explicación del N mineralizable por método aérobico para suelos de Canadá. Esto nos permite observar el efecto altamente significativo del indicador biológico y también de las fracciones granulómetricas especialmente las arenas gruesas y medias. Esto coincide a lo concluido por Hassink et al (1993) que informaron una mayor mineralización neta de la MO en los suelos arenosos con respecto a los arcillosos.

El análisis de componentes principales resultó en una explicación total de la variación del 62.7%. El componente principal (CP) 1 fue el que más explicó esta variación y se encontró altamente influenciado por muchas de las variables estudiadas (Figura 1), donde encontramos principalmente a las fracciones granulómetricas, que nos demuestran la gran importancia de estas en estos procesos biogeoquímicos. Otros autaores (Balesdent et al., 1992; Hassink, 1994; Dessureault-Rompré et al., 2010) han demostrado la importancia de la textura en los procesos de mineralización, asociados principalmente a la protección física de la MO que se produce en suelos más finos. Hassink (1995) concluyó que la textura del suelo determina la proporción de cada tipo de material orgánico y que los suelos arenosos tienen la materia orgánica fácilmente descomponible

 

Tabla 4. Regresión múltiple entre la mineralización aparente, índices de mineralización y parámetros edáficos.

  Tabla 4

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El CP 2 está explicado básicamente por 3 variables de mayor influencia, siendo la relación C:N, el N de la fracción particulada mayor a 100 µm y el COPt. Esto nos estaría explicando la importancia de de estas fracciones lábiles y su dinámica en SD en el proceso de mineralización.


CONCLUSIONES

El indicador biológico (Nan) demostró ser el que mejor explica la mineralización aparente de N, sin embargo, para mejorar el ajuste del Nan es necesario incluirlo en regresiones múltiples con otros índices y  parámetros tanto edáficos como climáticos. En los suelos estudiados, las fracciones granulométricas tienen gran importancia en los procesos de mineralización de suelo.
En el sudoeste bonaerense, integrando el Nan con otros parámetros podemos predecir de buena manera la mineralización aparente de N.
Para las condiciones particulares de los sitios evaluados, es importante conocer todos los factores que pueden afectar la mineralización de N de la MO, para poder hacer un uso eficiente de fertilizantes cuando se lo requiera, disminuyendo las consecuencias ambientales y económicas.

  Figura 1

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Figura 1. Análisis de componentes principales de las variables utilizadas.

AGRADECIMIENTOS

Los autores quieren agradecer a los productores de la Regional Bahía Blanca de AAPRESID, a Profertil S.A. y al proyecto BIOSPAS (BID 1728 OC-AR PAE 36976 / PID 53).

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Martinez, J.M.1*; Galantini, J.A.1,2; López, F.1; Duval, M.1
1Cerzos (CONICET); 2Comisión de Investigaciones Científicas (CIC). Dpto. Agronomía (UNS).
* Autor de contacto: ; San Andrés 800 (8000) Bahía Blanca (BA); 0291-4595102

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