teórico nitrógenofertilidad/curso/docs/nitrogeno_1_impr.pdf · 2006. 3. 25. · fertilizar y...
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Teórico Nitrógeno
Curso de Fertilidad de Suelos
Facultad de Agronomía
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Nitrógeno: características principales
✔ Demanda del N: Grandes requerimientos por los cultivos
✔ Oferta de N: – Fuente natural importante MOS, pero plantas absorben N inorgánico
✔ Formas inorgánicas tienen corta vida en el suelo
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Características principales del N (cont.)
✔ Dinámica regulada por procesosmicrobiólogicos:– N orgánico ----mineralización ---> N mineral
✔ Grandes efectos de disponibilidad de N en el crecimiento vegetal
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Características principales del N (cont)
✔ Síntesis de fertilizantes nitrogenados: factor de revolución agrícola– Gran factor limitante
– gran determinante del rendimiento
✔ Fertilizar y manejar el N: ajustar oferta y demanda
✔ Fracaso: pérdidas económicas y contaminación ambiental
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Distribución del N en los cuatro estratos de la Tierra.
Estrato Tg de NLitósfera 1.636 x 1011
Rocas ígneasa) corteza 1.0 x 109b) manto 1.62 x 1011
Núcleo de la tierra 1.3 x 108Sedimentos fósiles 3.5 - 5.5 x 108Carbón 1.0 x 105Compuestos orgánicos del fondo del mar 5.4 x 105Suelos
a) materia orgánica 2.2 x 105b) NH4+ fijado en arcillas 2.0 x 104
Atmósfera 3.86 x 109Hidrósfera 2.3 x 107Biósfera 2.8 x 105
Tg = terogramo = 1012 o 1 millón de toneladas métricas. Estimaciones de Stevenson (1965), Burns yHardy (1975) y Söderlund y Svensson (1976). Fuente: Stevenson, 1982.
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Distribución del N en la Tierra
✔ La mayoría está en lalitósfera
✔ Del resto, la mayoría está en la atmósfera– 78% de la atmósfera es N2– Sobre una hectárea de suelo hay 300.000,00 ton de N2
✔ Comparado con los otros reservorios, la cantidad de N en los suelos es insignificante
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Cantidades relativas de N en la tierra
✔ En las rocas primarias hay 50 veces mas N que en la atmósfera
✔ En la atmósfera hay aproximadamente 5000 veces más N que en los suelos
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N en la atmósfera
✔ N2, N20; NO, NO2, NH3✔ Sobre una hectárea de suelo: 300.000 ton N2✔ Fuente de N para fijación simbiótica y no simbiótica
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N en los suelos
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Contenido de:N orgánico a partir de M OS
Peso de 1Ha. (0-20
cm)
MOS C en laMOS
Rel. C/N Cantidadde N
-- kg/ha-- ------------ %------------ -- kg/ha--
2.5 x 106 4% 58% 10 5800
2.5 x 106 2% 58% 10 2175
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N en los suelos
✔ 90 % del N está en forma orgánica
✔ 10% como NH4+ fijado
✔ Ninguna de éstas dos formas está disponible para las plantas
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AmonioNitratoNitrito
2% Forma Inorgánica
Identificados 30-35%Proteína
AminoacidosAzucares Aminados
No Identificados 70-75%
98% Forma Orgánica
Formas de N en el suelo
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Formas de N disponibles para las plantas
✔ El N disponible está en forma mineral:– NO3
- (Nitrato) :
– NH4+ (Amonio) :
✔ Otras forma mineral:– NO2
- (Nitrito) : Tóxico para las plantas
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Formas minerales de N en el suelo
✔ NO3-
– Cantidad varía de 5 a 100 ppm de N en los 0-20 cm del suelo (1ppm ≡2.5 kg/ha)
– Normalmente hay menos de 20 ppm
✔ NH4+
– Cantidad varía de 1 a 100 ppm
– Normalmente hay menos de 10 ppm
✔ NO2- = menos de 2 ppm
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Factores que afectan el contenido de N totalde los suelos
✔ Clima y vegetación
✔ Efectos locales:– Tipo de suelo
– Material madre
– Orientación de la pendiente
– Topografía
✔ Manejo
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Clima y vegetación
✔ Determinan la cantidad de N total de suelos que nunca han sido laboreados.
✔ Clima actúa a través de:– temperatura
– humedad
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Clima y Vegetación
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Temperatura
✔ Al aumentar la temperatura disminuye el contenido de N (y C) de los suelos:– Con temperaturas bajas se resiente más la actividad microbiana que la actividad fotosintética de las plantas
– Al aumentar la temperatura, la actividad microbiana aumenta más rápidamente que la actividad fotosintética de las plantas.
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Humedad
✔ Al aumentar la humedad de los suelos, aumenta el contenido de N de los suelos porque aumenta la velocidad de crecimiento vegetal.
✔ Además, en suelos inundados, disminuye más la actividad microbiana que la velocidad de producción de material vegetal.
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Vegetación
✔ A igual clima, el contenido de N total del suelo es mayor en suelos desarrollados bajo praderas que en aquellos desarrollados bajo bosque– restos de bosque sobre la superficie
– restos de pradera dentro del suelo
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Tipo de suelo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Prof
undi
dad
(cm
)
0
20
40
60
80
100
MOS(%)
Vertisol
Luvisol Brunosol
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Tipo de suelo
✔ En estado natural, los tipos de suelo difieren en contenido de N total
✔ Contenido de N total relacionado al contenido de MOS
✔ Distribución en profundidad
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Material madre: textura
A.Duran:Vertisoles, Brunosoles, Argisoles, Planosoles,Luvisoles y Acrisoles
y = 0,0812x + 0,296R2 = 0,627
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0 10 20 30 40 50 60
ARCILLA, %
C O
RG
AN
ICO
, %
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✔ Topografía: humedad
✔ Orientación de la pendiente: radiación solar
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Manejo: años de agricultura
✔ Laboreo:– aumenta la tasa de mineralización de la MOS :
•mayor superficie específica que se expone al ataque microbiano,
•mayor aireación
– aumenta el riesgo de erosión•pérdida de las fracciones más finas de los primeros centímetros del suelo, las más ricas en MOS.
✔ Cosecha del producto agropecuario:– mayor extracción de N del suelo
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Manejo Evolución del contenido de MOS de la capa arable de unBrunosol Éutrico/Subéutrico Típico, bajo agricultura permanente sin fertilización (Castro y Díaz). Adaptado de Miscelánea 24. CIAAB, 1980.
27Años
1 2 3 4 1 2 3 4
N (%
)
0.150
0.175
0.200
0.225
0.250
CULTIVOSPASTURA
✔ Rotaciones de cultivos y pasturas, sistemas de siembra directa
Adaptado de Díaz, R. Revista de INIA. Investigaciones Agronómicas Nº1. 1992. Tomo 1.
el proceso de pérdida de MOS se enlentece,
pudiendo incluso llegar a revertirse
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A largo plazo
✔ Cambios por el manejo:– son mayores al principio
– luego se producen a tasas cada vez menores
– a partir de cierto momento se tornan constantes
✔ Mecanismos de estabilidad de la MOS– el contenido de N total del suelo nunca es cero.
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Cambios en el largo plazo
Evolución del contenido de N de los primeros 20-cm de un suelocultivado con cebada en forma continuadesde 1852 en la Estación Experimental de Rothamsted.Stevenson, 1982.
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Mineralización
N Org. NH4+
Mineralización
Pasaje de N orgánico a N mineral
Etapas:
N Org. AminasAminización
NH4+
Amonificación
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Factores que afectan la tasa de mineralización
✔ Humedad
✔ Alternancia de secado y humedecimiento
✔ Temperatura
✔ pH
✔ Micorrizas
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Mineralización: tipos de sustratos
Existen 2 “reservorios” de N
– Materia orgánica estable o Humus•Rel. C/N aprox. 10/1 (9/1 a 12/1)
•Mecanismos de estabilidad
– Restos frescos,ej. rastrojos•Rel. C/N varia mucho,ej. 10/1 a 150/1
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Estabilidad del Humus: Mecanismos propuestos:
√ Formas químicas complejas√ Complejo arcilla-humus√ Complejos con lignina√ No accesible físicamente por los microorganismos
√ Estabilizado por plantas√ Falta de energía
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Ej: Suelo con 4% M.O. (Humus):
aprox. 6.000 kg/ha N
¿En 6 meses, cuánto N mineral produce?
✔ Invierno: Tasa de mineralización, 2% anual = 60kg/ha N mineral en 6 meses
✔ Verano:Tasa de mineralización, 4% anual= 120 kg/ha N mineral en 6 meses
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0
50
100
0 5 10 15Años luego de roturado
Prod
. rel
ativ
a de
N m
iner
al
Arcilloso
Arenoso
Tipo de suelo y tasa de mineralización
✔ Suelo arcilloso: más mecanismos de estabilidad
✔ menor tasa inicial, mayor aporte en el largo plazo
– mayor contenido de N total
– tasa de mineralización varía menos que el arenoso
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Métodos de estimación de la tasa de mineralización
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Ejemplo de uso práctico de No
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Mineralización-Inmovilización: Efecto neto
mineralización bruta
N-orgánico
inmovilización bruta
NH4+
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Descomposición de un rastrojo
0
10
20
30
40
50
0 30 60 90 120días
Rel C
/N
0
1
2
3
4
5
%N
Rel. C/N
%N
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Ciclo Heterotrófico
N en Restos NH4+
CO2
N-Flora Heterotrófica
Mineralización
Inmovilización
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60 kg/ha Nasimilado
Trigo5.000 kg/ha MS
%C = 40%N = 0.5
C/N = 80 / 1
Alfalfa5.000 kg/ha MS
%C = 40%N = 3.0
C/N = 13 / 1
30% C asimilado
25 kg/ha N 2.000 kg/ha C
600 kg/ha Casimilado 60 kg/ha Nasimilado
30% C asimilado
150 kg/ha N 2.000 kg/ha C
90 kg/ha NMineralización
Neta
600 kg/ha Casimilado
35 kg/ha NInmovilización
Neta
����Tejido
microbiano
������Tejido
microbianoRelacion C/N Tejido Microbiano 10/1
Relacion C/N Humus 10/1
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Remineralización de N
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Remineralización de N
✔ El N recientemente inmovilizado adquiere rápidamente mecanismos de estabilidad
✔ Con el tiempo tiende a parecerse cada vez más al humus
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0 10 20 30 40 50 60 70 800
10
20
30
40
50
60
70NO3
- total (marcado y no marcado)NO3
- marcadoNO3
- no marcado
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Sin agregado de N marcadoCon agregado de N marcado
Tiempo de descomposición (días)
Conc
entra
ción
de
NO 3
- (m
g N
kg-1
)
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Restos de cultivos (rastrojos)
Inmovilización neta
✔ Rel C/N > 33/1
✔ % N < 1.2%
Mineralización neta
✔ Rel C/N < 15/1
✔ % N > 2.6%
Velocidad del proceso:•contenido de lignina
•tamaño de picado
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Especie-estado Rel C/N
Trebol blanco (joven) 12/1
Trebol blanco (florecido) 23/1
Maíz (paja) 80/1
Pino 290/1
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��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
N en humus
N en Restos NH4+
CO2
N-Flora Heterotrófica
Mineralización
Inmovilización
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Balance entre oferta y demanda de N
✔ Dosis N = Demanda N - Oferta de N– bY = Nin + Nmin + Nres + Nfer- Nper
•b = N absorbido por unidad de producción
•Y = objetivo de rendimiento
•Nin = contenido de N mineral del suelo a la siembra
•N min = N mineralizado durante el desarrollo del cultivo
•N res = N aportado por los residuos
•N fer= N aportado por el fertilizante
•N per = pérdidas de N del sistema
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DESTINOS DEL NH4+
✔ NH4+ ====> NO3
-(proceso predominante)
✔ Absorbido por las plantas
✔ Inmovilizado
✔ Fijado por arcillas
✔ Intercambiable
✔ NH4+ ====> NH3 (pérdidas)
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Nitrificación
✔ Proceso predominante, normalmente el NH4
+ pasa a NO3-
✔ 2 etapas– 1) NH4
+ + 3O2 => 2NO2- + 4H+ + 2H20 + “εεεε”
(Nitrosomonas)
– 2) 2NO2- + O2 => 2NO3
- + “εεεε” (Nitrobacter)
✔ Se destaca:1) Proceso aeróbico
2) Proceso biológico, ¡velocidad!
2) Se genera acidez
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Efecto acidificante
Tipo de sueloarenosos > arcilloso
Dosis de N
Años de uso
La magnitúd del éste efecto depende de :
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Factores que afectan la nitrificación
1) O22) Temperatura
•óptimo 30 ºC
•arada temprana
3) pH •pH < 5 ópH >8 se ve afectada
•existe adaptación
•pH >7 NO2- =//=> NO3
-
•pH >8 NH4+ =//=> NO2
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Factores que afectan la nitrificación
4) NH3 [NH4+-N] > 3000 ppm
•NH4+ =//=> NO2
-
•fertilización en banda
5) Fumigación de los suelos
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Rango de condiciones:Min.vs Nitr.
Absorbido por las plantas
Lavado
Desnitrificado
NITRATO
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Pérdidas por lavado en profundidad
1. Lluvia que penetra
– Cantidad-Intensidad
– Pendiente
– Textura
– Condición de superficie
2. Movimiento de agua en el suelo
– Textura-Estructura (Macroporos)
– Características delBt
– Perfil de humedad previo
3. Presencia de cultivo
– Absorción de NO3-
– Absorción de agua
4. Situaciones reales
– época del año
– Tipo de cultivo
» lento
» rápido
» perenne
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NO3- (mg N kg-1suelo)
0 10 20 30 40
Prof
undi
dad
(cm
)
120
100
80
60
40
20
0
1º Muestreo2º Muestreo
Movimiento teórico de NO3- en el
suelo por convección -dispersión
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Evolución de la concentración de NO3- del agua subterránea
de un suelo de Oklahoma bajo tres condiciones de manejo.
Información adaptada deSharpley y Smith, 1995.
Año
84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95
NO3-
(m
g N
L-1 )
0
5
10
15
20
25
30Trigo en siembra directaTrigo ConventionalGraminea perenne
-
20
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DESNITRIFICACIÓN
✔ Condiciones para que exista desnitrificación– Anaerobiosis (no difusión de O2)
– Materia orgánica como fuente de energía
✔ Otros factores– temperatura (óptimo 65 ºC)
– pH (óptimo 6-8)
NO3- + e- ! NO2- + e- ! N 20 (gas) + e
- ! N 2 (gas) [1]
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Volatilización del NH3
NH4+(sol) ! NH3 (sol) + H
+ [1]
5.9
4
3 10 (sol)] [NH
][H (sol)] [NH −+ ==
+ K (25 ºC) [2]
pH5.9 (sol)] [NH (sol)] [NHlog
4
3 +−=+ [3]
NH3 (sol) ! NH3 ! ( g as) [4]
NH4+ + OH- ⇔ NH3 (g) + H2O [5]
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Condiciones que favorecen la volatilización
✔ Suelos de– pH alto (Ca)
– baja CIC
✔ Alta ETP (Clima)– suelo seco
– suelo con H20 libre (el NH3 se pierde con el H20)
✔ Aplicaciones en cobertura