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Marzo 2013 Armando Tasistro – International Plant Nutrition Institute (IPNI) [email protected]. Objetivos. Contenido. Cuantificar. Intensificación Ecológica de la Producción de Cereales. Eficiencia de Uso de Nutrientes. Metodologías de estudio en campo. Comparación de métodos. - PowerPoint PPT Presentation
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Eficiencia de Uso de
NutrientesMarzo 2013
Armando Tasistro – International Plant Nutrition Institute (IPNI)[email protected]
Objetivos
Presentar índices de eficiencia de uso de los
nutrientes
Analizar alternativas para mejorar la
eficiencia de uso de los nutrientes en sistemas de producción agrícolas
Contenido
Índices de eficiencia de uso de los nutrientes
Alternativas para mejorar la eficiencia de uso de los nutrientes• Aplicación de los 4Requisitos para una nutrición
vegetal responsable
Tendencias futuras
Intensificación Ecológica de la Producción de Cereales
Mayor producción sostenible de alimentos
Rendimientos a 80-90% del potencial ambiental
En sistemas con riego: eficiencia de uso de agua >80-90%
ERN: 50-80%
Nutrición balanceada
Maximizar reciclado interno
Capacidad de recuperación frente a estrés abiótico (sequía y calor) y biótico
Agricultura de conservación
Mejoramiento genético
Alta calidad: calidad del grano, nutrición
Bajo potencial de calentamiento global
Balance energético positivo
Mantener/mejorar servicios ecológicos
Eficiencia de Uso de Nutrientes
• Producción por unidad de nutriente aplicada o tomada
• Cantidad de nutriente extraída por unidad de nutriente aplicada
¿Qué medir?
Metodologías de estudio en campo
1. Diferencias en rendimiento del cultivo y/o toma de nutriente entre parcelas fertilizadas y parcelas no fertilizadas (“método de la diferencia”)
• simple y eficiente, adecuado para investigación en fincas• muestreo y mediciones requieren atención
2. Uso de fertilizantes marcados con isótopos (p. ej. 15N) para estimar la recuperación en cultivo y suelo de nutrientes aplicados
Comparación de métodos
En sistemas aproximadamente en equilibrio, los métodos con 15N tienden a dar resultados bien correlacionados con los obtenidos con el método de la diferencia
• Inmovilización de fertilizante con 15N en la biomasa microbiana y liberación inicial de 14N derivado de los microorganismos
Valores de ERN con 15N más bajos que con el método de la diferencia debido a la substituciones en los compartimentos de N en el suelo
• 55% con el método de la diferencia • 44% con el método del 15N
ERN global promedio en ensayos con cereales:
Índices
Producción Recuperación
Productividad Parcial del Factor (PPF)
Balance Parcial del Nutriente (BPN)
Eficiencia Agronómica (EA)
Eficiencia de Recuperación (ER)
Eficiencia de Uso Interna (EI)
Eficiencia Fisiológica (EF)
Productividad Parcial del Factor (PPF)
Valores de referencia
NutrienteKg maíz/kg
de nutriente
N 40-80
P 300-400
K 140-200
N maíz/kg kg 35N/ha kg 300
maíz/ha kg 386,10
Considera simultáneamente los nutrimentos aplicados y los suministrados por el ambiente
Celaya, 2009
¿Qué se necesita? Registros de producción y nutrientes aplicados
¿Qué pregunta contesta? ¿Qué tan productivo es el sistema de producción considerado, en relación a la cantidad de nutrientes aplicada?
Usos típicos Como indicador de largo plazo de las tendencias en la EUN
PPF=rendimiento
cantidad denutriente aplicada
Productividad Parcial del Factor N – Maíz - EEUUkg de grano de maíz/kg de N aplicado
Eficiencia Agronómica (EA)
Valores de referencia
Se aproxima más que la PPF a la eficiencia de uso del nutrimento aplicado
Celaya, 2009
¿Qué se necesita? Parcela sin aplicación del nutriente
¿Qué pregunta contesta?
¿Cuánto se ganó en productividad por usar este nutriente?
Usos típicos Indicador de corto plazo del impacto de nutrientes en la productividadRecomendar nutrientes
PPF=rendimiento connutriente−rendimiento sinnutriente
cantidadde nutriente aplicada
N maíz/kg kg 22N/ha kg 300
maíz/ha) kg 676 (3, - maíz/ha) kg 386,10(
NutrienteKg de
cereal/kg de nutriente
N 10-30
P 30-50
K 10-20
Ejemplo de uso de la EA para calcular la dosis de N a aplicar
Dosis de N (kg /ha)=rendimientoobjetivo−rendimientosin nutriente
EA
295
Eficiencia de Uso Interna (EI)
Celaya, 2009 ¿Qué se necesita? • registro de rendimiento• análisis del nutriente en
biomasa
¿Qué pregunta contesta?
¿Cuál es la capacidad del cultivo de transformar nutriente de varias fuentes en rendimiento económico?
Usos típicos • Valores varían con genotipo, ambiente y manejo
• EI muy alta indica deficiencias• EI baja indica que otros
factores aparte del nutriente son limitantes (p. ej. agua)
EI=rendimiento connutriente
cantidad de nutriente enbiomasa
aérea parteN maíz/kg kg 42N/ha kg 245
maíz/ha kg 386,10
Valores de referencia para N en cereales• 30-90 kg grano/kg
N en parte aérea• 55-65 kg grano/kg
N en parte aérea, óptimo para nutrición balanceada con altos rendimientos
Eficiencia Fisiológica (EF)
Celaya, 2009¿Qué se necesita? • registro de rendimiento
• análisis del nutriente en biomasa
• parcela sin aplicación del nutriente
¿Qué pregunta contesta?
¿Cuál es la capacidad del cultivo de transformar el nutriente aplicado en rendimiento económico?
Usos típicos • Comparación de EUN entre genotipos
EF=rendimiento connutriente−rendimiento sinnutriente
[nutriente ]biomasa conaplicaci ó n−[nutriente ]biomasasin aplicaci ón
N maíz/kg kg 35N/ha) kg (55 - N/ha) kg 245(
maíz/ha) kg 676 (3, - maíz/ha) kg 386,10(
N en cereales• 40-60 kg grano/kg N• > 50 kg grano/kg N
en sistemas bien manejados, con bajos niveles de uso de N o con bajo aporte de N por el ambiente
• EF baja sugiere crecimiento subóptimo, limitado por otros factores
Balance Parcial del Nutriente (BPN)
Celaya, 2009¿Qué se necesita?
• registros de rendimientos y aplicaciones de nutrientes
• concentración del nutriente en la parte cosechada
¿Qué pregunta contesta?
¿Cuánto nutriente se está extrayendo del sistema en relación a lo que se está aplicando?
Usos típicos • indicador de largo plazo de la EUN, especialmente en combinación con análisis de suelos
• recomendar nutrientes
BPN=nutriente removidoen parte cosechada
cantidad denutriente aplicada
aplicadoN grano/kg enN kg 49.0N/ha kg 003
N/ha kg 146
• < 1:• se busca aumentar
reservas en el suelo• riesgo de pérdidas
• > 1: • cuando se están
usando reservas
• Ideal: 0.7-0.9
BPN - 2007
Balance Parcial del Nutriente (BPN)
(nutriente aplicado + fijación biológica de N) – nutriente extraído
Eficiencia de Recuperación (ER)
Celaya, 2009
¿Qué se necesita?
• parcela sin aplicación del nutriente
• análisis de nutriente en biomasa
¿Qué pregunta contesta?
¿Cuánto del nutriente aplicado fue tomado por el cultivo?
Usos típicos • indicador de pérdidas
ER=nutriente enbiomasa conaplicaci ón−nutriente enbiomasa si naplicaci ó n
cantidad de nutriente aplicada
aplicadoN planta/kg enN kg 63.0N/ha kg 003
N/ha) kg (55 - N/ha) kg 245(
• 0.1 a 0.3: proporción de P aplicado que se recupera en el 1er. Año
• 0.5 a 0.9: proporción de P aplicado que se recupera por los cultivos en largo plazo
• 0.3 - 0.5: recuperación típica de N en cereales
• 0.5 a 0.8: recuperación de N en cereales en sistemas con manejo óptimo
Rangos de ER globales• Ladha (2005): en 93 estudios globales en maíz, trigo, y arroz,
la ER varió entre 0.2 y 0.3 en secano y entre 0.3 y 0.4 bajo riego
• Cassman et al. (2002) en Asia:
Cultivo/manejo ER promedio
Arroz con riego (n = 179) 0.31
Arroz bajo manejo específico (n=112) 0.40
Trigo bajo condiciones climáticas adversas (n=23) 0.18
Trigo bajo condiciones climáticas favorables (n=21) 0.49
Eficiencia de Recuperación (ER)
Depende de la sincronización entre
la demanda de N por el cultivo y su
liberación por parte de la fuente usada
Afectada por
Recuperación de N en cultivos subsecuentes
Con el 15N se puede medir la recuperación de N en cultivos posteriores.
• Normalmente, además de la ERN en el primer cultivo, 5-6% adicionales del fertilizante N aplicado se recupera en un lapso aproximado de 5 cultivos posteriores a la cosecha del primer cultivo
La recuperación total de N por los cultivos luego de una aplicacíón única de N promedia alrededor de:
• 50 a 60% en ensayos de investigación con cereales • 40 a 50% bajo la mayoría de condiciones comerciales.
La mayor parte del resto se pierde del sistema de cultivo
Eficiencia Agronómica
Eficiencia de recuperación x Eficiencia fisiológica
F
R- R EA
0
F
A - A ER
0TT
0TT
0
A - A
R- R EF
=
5
10
15
20
25
30
35
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
3035
4045
EA
(kg grano/kg N)
ER (kg N
en biomasa/kg N
aplicado)
EF (kg grano/kg N en biomasa)
Agotamiento de N en parcelas sin aplicación de N
El agotamiento de N en las parcelas testigo conduce a un sesgo en la estimación de la eficiencia de uso del N por el método de la diferencia
Donde el N en el suelo se agota gradualmente, la eficiencia de uso de N calculada aumenta constantemente a través del tiempo
Para evitar este problema metodológico se deben usar parcelas testigo no permanentes o incluir de vez en cuando microparcelas sin N en parcelas que reciben N para estimar la eficiencia de uso de N.
Balances NutricionalesEficiencia de uso de los nutrimentos
Entender los ciclos de los nutrimentos
Evaluaciones de mediano a largo plazo de prácticas de manejo de nutrimentos
Circulación de nutrimentos y sus impactos en los suelos y ambiente
Regulaciones ambientales
Predios, cuencas, estados, país,…
Entradas Salidas
Pérdidas
Reservas
Interpretación de los valores de los índices
Dimensión humana
Dimensión social
Dimensión financiera
Dimensión natural
Dimensión física•organizaciones locales•participación
•enseñanza•salud•nutrición
•infraestructura
•ingreso
•suelos•agro-biodiversidad
EUN
EUN
EUN
Indicadores
Eficiencia de uso de nutrientes acción de los nutrientes
Los nutrientes se aplican a los cultivos para mejorar los resultados del sistema de
producción
La EUN es sólo un aspecto de la acción de los nutrientes
Cada índice de EUN da indicaciones particulares del potencial para mejorar el manejo de los
nutrientes, pero ningún índice da una imagen completa del impacto de los nutrientes en los
resultados generales
Varios índices deben ser considerados
Entender los factores que controlan la
toma y eficiencia de
los nutrientes
Comparar EUN en distintos
ambientes
Evaluar estrategi
as de manejo
Kg P ha-1
0 10 20 30 40 50
kg soya ha-1
2500
2750
3000
3250
3500
3750
4000
Localidad ALocalidad BLocalidad C
PPFBPNEA
3371.8124
3471.8924 178
0.9621
1840.9923
1630.8825
1230.6719
1250.6717
930.512
Eficiencias: Parcelas de investigación vs. Parcelas de producción
Maíz
PP
EA
ER
EF
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Estación Experimental
Trigo
PP
EA
ER
EF
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Arroz
PP
EA
ER
EF
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Campos de productores
(Dobermann. 2007)
4 Requisitos para Nutrición Vegetal Adecuada
FuenteDosis
Tiempo
Lugar
¿qué material vamos a usar?
¿cuánto debemos aplicar?
¿dónde debemos aplicar el material?
¿cuándo debe estar disponible el nutriente?
4R
Fuente
Fertilizantes industriales• Prácticos para almacenar y usar• Concentraciones altas de
nutrientes• Disponibilidad conocida• Fertilizan la planta
Fertilizantes orgánicos• Almacenaje y uso algo más
complicados que los fertilizantes industriales
• Concentraciones bajas y variables de nutrientes
• Disponibilidad variable• Fertilizan el suelo
Eficiencia de recuperación del N
intervalo fertilización-inundación (días)
1 5 10
eficiencia de recuperación del N
(kg N en planta/kg N
aplicado)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
urea 67 kg N/haurea + NBPT 67 kg N/hasulfato de amonio 67 kg N/hamezcla urea+sulfato de amonio 67 kg N/haurea 134 kg N/haurea + NBPT 134 kg N/hasulfato de amonio 134 kg N/hamezcla urea+sulfato de amonio 134 kg N/ha
Eficiencia agronómica del N
intervalo fertilización-inundación (días)
1 5 10
eficiencia agronómica del N
(kg grano de arroz/kg N
)
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Norman et al., 2009
N en arroz - Arkansas
Uso de fertilizantes modificados para aumentar su eficiencia.
Dosis
¿Fuente de la recomendación?
• variedad de procedimientos• laboratorios reportan los resultados de diferentes maneras• diferentes enfoques para hacer recomendaciones basadas en resultados de análisis de suelos
Confusiones con análisis de suelos
Variación en procedimientos analíticos
Principal diferencia entre laboratorios: soluciones usadas para extraer los nutrientes del suelo• Una solución extractora para todos
los nutrientes• Una solución para K, Ca, Mg, y Na;
otra para P; otra para micros• Variación en composiciones químicas• Los niveles de nutrientes
determinados por los procedimientos analíticos deben estar correlacionados con la respuesta del cultivo a la aplicación de nutrientes
Variación en formas de reportar resultados
Unidades usadas
ppm (10,000 ppm = 1%)
meq/100 g de suelo
P o P2O5
K o K2O
bajo, medio, óptimo, alto, y muy alto (¿?)
Sistema basado en el nivel de suficiencia
Sistema basado en la elevación de
nivel y mantenimien
to
Sistema basado en la relación de
saturación de cationes básicos (usado sólo para
K, Ca, y Mg)
Sistemas seguidos para hacer recomendaciones basadas en análisis de suelo
Sistema basado en el nivel de suficiencia
Se basa en un valor de suficiencia o crítico en el suelo por sobre el cual hay poca probabilidad de respuesta al agregado de un nutriente.
La meta no es producir el mayor rendimiento cada año, sino el promedio más alto de ganancia con el uso de fertilizantes
Sistema basado en la elevación de nivel y mantenimiento
Subir a un nivel alto la concentración de nutrientes en el suelo, y no dejarla bajar, reponiendo lo que se extrae
Normalmente aplica más nutrientes que el método anterior
Usado para P, K, Mg, y Ca en cultivos de alto valor
Sistema basado en la relación de saturación de cationes básicos (usado sólo para K, Ca, y Mg)
Basado en la idea de una relación ideal entre K, Ca, y Mg
• Ca 60-80%• Mg 10-20%• K 2-5%
Si el % de saturación de la CIC está bien va a haber suficiente cantidad de esos nutrientes para un crecimiento óptimo del cultivo
• Mg/CIC > 50%• Encalado de suelos con bajos niveles de K
Carece de sustento experimental; las plantas crecen bien en un rango amplio de relaciones de cationes, en tanto haya suficiente suministro de K, Ca, y Mg
Hay circunstancias en las que conviene considerar las relaciones cationes/CIC
Eficiencia de uso de N en maíz a dos dosis de N - Argentina (Barbieri et al., 2008)
PPF
EA
BPN (x100)
ER (x100)
EF
0 20 40 60 80 100 120 140
90 kg N/ha180 kg N/ha
Lugar
Voleo
• Elevar concentración de nutrientes en todo el suelo
• Enmiendas
Bandas
• Minimizan reacciones que disminuyen disponibilidad de nutrientes
• Favorecen movimiento y toma de nutrientes
Tiempo
•Ventajoso frecuentemente con N•Suelos arenosos (limitar lixiviación)•Suelos pesados (limitar desnitrificación)•Riesgos•Exceso de lluvia•Suelos secos
Fraccionar dosis
Eficiencia de uso de N en maíz Argentina
70 kg N/ha
PPF
EA
BPN (x100)
ER (x100)
EF
0 20 40 60 80 100 120 140 160
140 kg N/ha
PPF
EA
BPN (x100)
ER (x100)
EF
0 20 40 60 80 100 120 140 160
aplicación a la siembraaplicación a V6
210 kg N/ha
PPF
EA
BPN (x100)
ER (x100)
EF
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Manejo táctico de N durante el ciclo
•Tarjetas de color•Modelos•Sensores
Uso de
indicadores de la situac
ión del N
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #76.2
6.6
7
7.4
7.8
8.2
SensorProductor
Productor
Ton
trig
o/h
a
138
kg N
/ha
220
kg N
/ha
138
kg N
/ha
198
kg N
/ha
115
kg N
/ha
197
kg N
/ha
150
kg N
/ha
250
kg N
/ha
92 k
g N
/ha
184
kg N
/ha
160
kg N
/ha
197
kg N
/ha
148
kg N
/ha
230
kg N
/ha
52
34
51
3663
38
54
32
8241
46
36
5238
Ortiz-Monasterio y Raun, 2007
PPFN
Sensores para manejo de N en trigo Sonora
Tendencias recientes y futuras
USDA, 2010
García y Salvagliotti, 2009
Dobermann, 2007
Evolución de la PPFN
Dobermann, 2007
Metas y alternativas para mejorar el manejo de N
Crecimiento necesario en PPFN global en cereales
para satisfacer la demanda: 0.1 – 0.4% por
año
Reino Unido (1.1% por año)
Japón (1.8% por año)
EE.UU. 1.6% por año
EAN = 20-35 kg grano/kg N aplicadoEAN = ERN x EFN
0.5-0.7 kg/kg 40-60 kg/kg
N - Cereales
Nivel de ERN depende de:
• Demanda del cultivo por N• Aporte de N por el suelo• Dosis de N• Época de aplicación• Fuente de N• Modo de aplicación
5
10
15
20
25
30
35
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
3035
4045
EA
(kg grano/kg N)
ER (kg N
en biomasa/kg N
aplicado)
EF (kg grano/kg N en biomasa)
ERN disminuye con
Mayores dosis de N
Mayor aporte de N por el suelo
Menor demanda por el cultivo
Fitomejoramiento
•potencial de rendimiento
•tolerancia a estrés abiótico/biótico
•índice de cosechaEntender y
aprovechar el potencial de rendimiento
Eliminar otras restricciones
para el crecimiento del
cultivo y la utilización
interna del N
•Establecimiento del cultivo•Nutrición balanceada•Uso óptimo del agua•Sanidad•Malezas•Enfermedades•plagas
Optimizar la toma de N y la utilización interna del N por el cultivo
Manejar el N del suelo y fertilizantes para que haya más congruencia con la toma de N por el cultivo
Mejores (específicos por sitio) algoritmos
para recomendaciones
Mejor sincronización de las aplicaciones de N
con los estadios fenológicos, métodos
de aplicación más eficientes
Fertilizantes más eficientes (nuevas formulaciones,
fertilizantes modificados, e inhibidores que conllevan a
una liberación lenta/controlada)
Manejo del residuo para
mantener/aumentar el aporte de N por
el suelo
Formulaciones especiales
Inhibidores biológicos y químicos
Nitrificación•NH4
+ NO3-
Ureasa•Urea NH4
+
•Fertilizante recubierto con polímero o azufre para controlar la disolución y liberación de nutrientes•Baja solubilidad•Resistencia a descomposición microbiana
Liberación lenta
/ liberación controlada
Con la excepción de investigación y demostraciones limitadas en predios de agricultores, no hay casos documentados de aumentos a nivel nacional en la eficiencia de uso de N en un país en desarrollo, que pueda ser atribuible a la adopción de mejores tecnologías en el manejo de N (Dobermann, 2007)
Necesitamos más información sobre la eficiencia de uso de N en predios de productores
PCereales toman 2-3 kg P/t de grano producida
• 70-80% extraído con el grano
Con condiciones favorables:
• EAP = 20 - >50 kg grano/kg P aplicado• ERP = 20-30% del P aplicado durante su crecimiento
Gran parte del resto se acumula en el suelo
Eventualmente los cultivos subsecuentes lo recuperan
Parte se pierde en escorrentía o lixiviación afectando al ambiente
P Bray-P1 (ppm)
0 20 40 60 80 100 120 140
Núm
ero
0
2
4
6
8
10
12
14
Disparidades en contenidos de P• La Frailesca, Chiapas
P•EAP objetivo: 30-50 kg grano/kg P aplicado•Esto requiere una ERP de 0.15-0.30 kg/kg
Suelos sin fijación severa de P
•Manejo debe enfocarse en•Balancear entradas y salidas•Se necesitan algoritmos de recomendación adecuados
En suelos con niveles moderados y poca
fijación
•Acumulación de aplicaciones repetidas mejor que aplicaciones aisladas de dosis elevadas
Suelos con contenidos bajos de P o alta capacidad de fijación de P requieren
manejo especial
Seleccionar prácticas de manejo
específicas por sitio
KSuelos sin grandes reservas de K disponible
• EAK objetivo: 10-20 kg grano/kg K aplicado• Esto requiere una ERK de 0.4-0.6 kg/kg
En suelos con niveles moderados y poca fijación
• Manejo debe enfocarse en• Balancear entradas y salidas• Se necesitan algoritmos de recomendación adecuados
Suelos con contenidos bajos de K o alta capacidad de fijación de K requieren manejo especial
• Acumulación de aplicaciones repetidas mejor que aplicaciones aisladas de dosis elevadas
Seleccionar prácticas de manejo específicas por sitio
Mayoría de K tomado por las plantas
está contenido en partes
vegetativas
Enfatizar reciclad
o
•Residuos de cultivos•Residuos de animalesClave en el
manejo de K
Determinantes primarios de ERP y ERK
Demanda por el cultivo
• fijación de P o K• Pérdidas por lixiviación o escorrentía
Aporte por el suelo
Dosis de fertilizante
Características del suelo que determinan
•Evitar pérdidas por escorrentía o lixiviación con cero labranza, terrazas, o fajas de contención•Aplicaciones en bandas•Fraccionar aplicaciones de K para aumentar fortaleza de tallos y calidad de productos•Aplicaciones de tasa variable
Ejemplos de
buenas prácticas
Tiempo de evaluación de respuestas a P y K
Evaluaciones de respuesta a P o K de corta duración pueden llevar a conclusiones desfavorables
Respuestas iniciales pequeñas a P o K pueden ser seguidas por grandes aumentos acumulativos de rendimiento debidos al agotamiento de P y K
En resumenLas estrategias de nutrición deberían estar balanceadas •alta eficiencia en el corto plazo•maximizar la respuesta cumulativa en el rendimiento del cultivo
Necesitamos datos confiables a nivel de finca para cuantificar la verdadera situación de la eficiencia de uso de nutrientes en la agricultura
Las eficiencias de los nutrientes más importantes están determinadas por numerosos factores socioeconómicos y biofísicos específicos por sitio
Sólo se puede mejorar la situación implementando las mejores prácticas de manejo de fertilizantes •a escala de lotes y finca•sistemáticas•específicas por sitio
¡Échenle ganas!
¡Gracias!