INTA Rafaela

EVOLUCIÓN DEL NITROGENO EN EL SISTEMA SUELO-PLANTA
DURANTE EL CICLO DE CRECIMIENTO DEL TRIGO EN EL CENTRO DE SANTA FE.

Jorge Villar

jvillar@rafaela.inta.gov.ar

Resumen.

El conocimiento de la evolución del nitrógeno mineral en el sistema suelo-planta contribuirá a mejorar el diagnóstico y las estrategias de fertilización nitrogenada en condiciones de producción de secano.

El presente trabajo tuvo el objetivo de conocer la dinámica del consumo de nitrógeno (N) por las plantas y cuantificar el proceso de mineralización de nitrógeno de nitratos (N-N03) del suelo durante el ciclo del cultivo del trigo (oportunidad y cantidad).

Para ello se cuantificó el contenido de N-N03 del suelo y N de la biomasa aérea de las plantas en cuatro etapas del desarrollo del trigo. En 1996 se trabajó con cuatro antecesores: pastura (PP), girasol (G) y trigo/soja de uno y dos años (T/S y [T/S]₂, respectivamente) y en 1998 con dos antecesores PP y [T/S]₂ en dos niveles de fertilización (0 y 45 kg/ha de N). En la etapa de crecimiento 1, siembra-espiguilla 1 cm (EC1), las plantas utilizaron entre el 62 y el 95% del N-N03 disponible del suelo. Sólo se detectó mineralización del N-N03 del suelo en 1998 en los tratamientos no fertilizados, con valores que oscilaron entre 13-20 kg/ha. El mayor consumo de N estuvo asociado a la mayor oferta inicial del nutriente. Al fin de EC1 el cultivo presentaba en sus tejidos entre el 31 y el 49% del total de N demandado en el ciclo para 1996 y entre el 67 y el 87% para 1998. En espiguilla 1 cm-floración (EC2) se midió una mineralización de N-N03 del suelo de entre 2 y 44 kg/ha, pero éste no fue totalmente utilizado por las plantas en 1996 o quedó en su totalidad como N residual en 1998. En floración-madurez (EC3) el consumo de N representó entre el 0 y 31% del total demandado en el ciclo. En ésta última etapa las plantas no utilizaron todo el N-N03 disponible. Estos resultados indican que en EC1, el cultivo puede proveerse de una proporción importante del total demandado, con la ventaja de que el agua no suele ser limitante para tomarlo eficiencientemente y que la utilización del N-N03 mineralizado por el suelo durante EC2, estará limitada por la demanda del cultivo asociada a la disponibilidad hídrica.

Palabras claves: nitrógeno, mineralización, consumo, fertilidad del suelo.

Introducción.

El método de diagnóstico más aceptado para definir la cantidad de fertilizante a agregar es el del balance de nitrógeno. El mismo se basa en el equilibrio de las demandas de nitrógeno (N) por el cultivo con las ganancias, las transformaciones y las pérdidas del sistema (Meisinger, 1984). Por lo que, parte de la información indispensable para su implementación es la oferta total de N (el residual en el perfil, del fertilizante y de la mineralización del suelo durante el ciclo del cultivo) y la eficiencia de utilización por parte de las plantas.

El N mineral del suelo es un importante componente del N disponible, en particular en regiones sub-húmedas y húmedas con inviernos secos (Meisinger, 1984), como es el caso del centro de Santa Fe. El nitrógeno de nitratos (N-N03) es la fuente más importante para proveerse de N por parte de las plantas gramíneas, a excepción del arroz (Haynes, 1986 a; Stevenson, 1986).

Para un mismo suelo, la capacidad de mineralización esta ligada a las condiciones ambientales en que se desarrolla el cultivo, que se desconocen a priori, pudiendo variar en más de un 600% entre los valores extremos (Echeverría y Bergonzi, 1995; Salvagiotti et al,1999). Los dos parámetros ambientales determinantes de la mineralización del N son la temperatura del suelo (Watts y Hancks,1978; Hein y Panigatti, 1991; Haynes, 1986 b, Kolberg et al, 1999) y la oferta hídrica (Reichman et al, 1966; Echeverría y Bergonzi, 1995; Stevenson, 1986; Kolberg et al, 1999).

En el centro de Santa Fe, durante el período de macollaje del trigo (junio-agosto) la mineralización del N-N03 del suelo en la capa arable es prácticamente nula por las bajas temperaturas. La misma comienza a ser importante a mediados de agosto-principios de septiembre, coincidiendo con el inicio de la encañazón del cultivo y del ascenso de las marcas térmicas (Hein de, 1990; Hein de y Panigatti, 1991).

Otro elemento necesario para que se registre mineralización del N en el suelo es la disponibilidad de agua. En condiciones normales, cuando la temperatura no es limitante para el proceso (agosto-principios de septiembre), la disponibilidad de agua depende de la que queda disponible en el suelo luego del período de macollaje y recién en primavera (octubre), de las precipitaciones.

Por otro lado, es indispensable para una adecuada implementación de una estrategia de fertilización el conocimiento de la evolución de la demanda de nitrógeno por parte del cultivo. Al momento de la floración, la bibliografía indica que el trigo habrá tomado aproximadamente el 80% del total de N (Walldren y Flowerday, 1979), por lo que del nutriente mineralizado por el suelo, sería más relevante para el cultivo la fracción transformada durante la encañazón (septiembre).

Es evidente que el conocimiento de la evolución del nitrógeno mineral en el sistema suelo-planta contribuirá a mejorar el diagnóstico y las estrategias de fertilización nitrogenada para la producción en condiciones de secano. Por ello el presente trabajo tuvo por objetivo: a) conocer la dinámica del consumo de N por el trigo y cuantificar el proceso de mineralización de N del suelo durante el ciclo del cultivo (oportunidad y cantidad).

Materiales y métodos.

El trabajo se realizó durante las campañas 1996 y 1998. En la primera, se utilizó un cultivo de trigo con cuatro antecesores: pastura (PP), girasol (G) y trigo/soja de uno y dos años (T/S y [T/S]₂, respectivamente). En la segunda campaña las mediciones se efectuaron sobre los antecesores PP y [T/S]₂ con dos niveles de fertilidad (0 y 45 kg/ha de N).

El diseño experimental fue de bloques completos al azar para el primer ciclo y de parcelas divididas para el segundo, habiéndosele asignando la parcela principal al antecesor y la subparcela a la dosis de nitrógeno. La unidad experimental fue de 11 m ancho x 20 m de largo (220 m²) para el primer año y de 5,5 m de ancho x 20 m de largo para el segundo.

Las parcelas se localizaron sobre un complejo de suelos representado por la Serie Lehmann en un 80% (Argiudoles ácuicos moderadamente bien drenados e imperfectamente drenados) y 20% de la Serie Castellanos (Argialboles típicos, imperfectamente drenados). La característica de esta unidad cartográfica es el amanchonamiento puesto de manifiesto por el menor desarrollo de la vegetación en los períodos de déficit hídrico y el encharcamiento en los muy húmedos. Este complejo fue catalogado en función de su capacidad de uso como Clase IIw.

El sistema de labranza para la labor fundamental fue vertical con herramientas de discos. El barbecho en los tratamientos PP y G se inició entre mediados de marzo y mediados de abril y para los antecesores T/S entre fines de abril y fines de mayo. La cama de siembra se refinó con dos pasada de discos de doble acción, rastra de dientes y rolo, este último para conservar la escasa humedad superficial. Se sembró el cultivar Klein Cacique el 30 de mayo y el 1 de junio para 1996 y 1998, respectivamente y el control de malezas se hizo con metsulfurón metil 60% + dicamba 48% (5 g + 100 pc/ha, respectivamente). Las dosis de N utilizadas en 1998 se aplicó con urea (46%) distribuida al voleo en el macollaje del cultivo.

La evolución del N del sistema se determinó en cuatro etapas del cultivo: siembra (S), espiguilla 1 cm (E1), floración (F) y madurez fisiológica (MF) mediante las siguientes mediciones:

1. El N-N03 del suelo hasta 60 cm de profundidad por horizonte.
2. El N de la biomasa aérea, mediante una muestra compuesta de tres áreas totalizando 0,52 m². Las muestras se secaron en estufa a 65ºC, se pesaron, se molieron hasta un tamaño < 1mm y el nitrógeno se determinó por Kjeldahl. Las dos primeras mediciones (E1 y F) se efectuaron sobre una muestra del total de la planta, la última (MF) se efectuó en el grano y en el rastrojo por separado.

Cada una de las variables fue sometida a un análisis de varianza (P<0,05) y las medias comparadas por el Test LSD (P<0,05 y 0,01).

Resultados.

En los años considerados, las lluvias en el ciclo de crecimiento del trigo fueron muy inferiores a la serie histórica. (Cuadro 1), totalizando 128 mm y 108 mm para 1996 y 1998, respectivamente.

Cuadro 1. Lluvias durante el ciclo del cultivo, EEA Rafaela.

Ciclo 1996:

En el cuadro 2 se presenta la evolución del N-N03 del suelo y del N de las plantas y del total del sistema para cada uno de los tratamientos. La oferta inicial de N-N03 fue superior con el antecesor pastura y girasol, lo que redundó en un mayor contenido de N en planta en E1, aunque debido a la variabilidad de los datos ningún efecto llegó a ser estadísticamente significativo. En los muestreos siguientes las diferencias de nitrógeno en planta y del total del sistema tendieron a disminuir y los valores de N-N03 en suelo fueron similares.

Debido a que la tendencia del comportamiento del contenido de N-N03 del suelo y del extraído por las plantas fue similar para los distintos antecesores, se presenta la evolución promedio de los cuatro tratamientos (Gráfico 1).

Cuadro 2. Contenidos de N-N03 (kg/ha) en el suelo de 0-60 cm de profundidad (S), de la biomasa aérea (P) y del total del sistema (T) en un cultivo de trigo. EEA Rafaela, 1996.

NS: no significativo

Gráfico 1. Evolución del N del sistema (suelo + plantas) en un cultivo de trigo. EEA Rafaela, 1996.

En la etapa de crecimiento 1 (EC1), que se extiende desde S hasta E1, las plantas utilizaron entre el 62 y el 88% del N-N03 disponible del suelo, que fue en su totalidad el inicialmente ofertado ya que no se detectó mineralización. Esto último se refleja en la evolución del total de N del sistema durante EC1 (suelo + planta) que se mantiene estable. En esta etapa las plantas incorporaron a sus tejidos entre el 31 y el 49% del nitrógeno presente al final del ciclo del cultivo.

Entre la EC2, de E1 a Fl, se registró una mineralización del suelo entre 33 y 44 kg/ha de N-N03, pero no fue totalmente utilizado por el trigo (N residual de entre 5 y 15 kg/ha). En esta etapa las plantas tomaron entre 36 y 44% del total demandado por el cultivo.

En la EC3 (Fl-M), el consumo de N representó entre un 15 y un 31% del total demandado en el ciclo. A pesar que tampoco se registró mineralización, las plantas no utilizaron todo el N-N03 disponible.

Ciclo 1998:

En el cuadro 3 se presenta la evolución del N-N03 del suelo y del N de las plantas y del total del sistema para cada uno de los tratamientos. La oferta inicial de N (residual + fertilizante) fue similar para los dos antecesores (pastura y soja) y sólo modificada por el aporte del fertilizante. Esa mayor oferta se reflejó el contenido de N en planta en E1 y en este caso el efecto fue estadísticamente significativo. En los muestreos subsiguientes las diferencias se mantuvieron por efecto del fertilizante, tanto en el suelo como la en planta, pero con una elevada variabilidad.

Cuadro 3. Contenidos de N-N03 (kg/ha) en el suelo de 0-60 cm de profundidad (S), del fertilizante (F), de la biomasa aérea (P) y del total del sistema (T) en un cultivo de trigo. EEA Rafaela, 1998.

*, ** significativo al 1 y 5%, respectivamente, NS: no significativo

Como consecuencia de las diferencias registradas, fundamentalmente asociadas a la oferta inicial de N, se presenta la evolución del mismo para ambos niveles de fertilidad del antecesor [T/S]2 (Gráfico 2).

Gráfico 2. Evolución del N del sistema (suelo + plantas) en un cultivo de trigo con dos niveles de fertilización nitrogenada (0 y 45 kg/ha de N). EEA Rafaela, 1998.

En la EC1 las plantas utilizaron entre el 82 y el 95% del N-N03 ofertado. Sólo se detectó mineralización del N del suelo en esta etapa en los tratamientos no fertilizados (13-20 kg/ha N-N03). En esta etapa el cultivo consumió entre el 67 y el 87% del total de N demandado en la totalidad del ciclo.

En la EC2 se registró una mineralización del suelo de 2 y 32 kg/ha de N-N03, pero prácticamente no fue utilizado por las plantas, quedando como residual.

En la EC3, el consumo de N representó entre un 0 y un 28% del total demandado en el ciclo. En esta etapa se registró una importante mineralización, de 8 y 55 kg/ha de N-N03, pero en su mayoría quedó como N residual.

Discusión de resultados.

En la EC1 las plantas utilizaron entre el 62 y el 95% del N-N03 disponible (suelo+fertilizante). Messinger (1984) presenta valores de eficiencia para el N residual del suelo más bajos (40-60%) y de fertilizante de entre 50 y el 75%. La mayor eficiencia promedio obtenida en este trabajo puede deberse a las favorables condiciones para el crecimiento (temperatura y humedad) de principios de otoño (mayo- principios de junio).

La mineralización durante la EC1 en 1998 en los tratamientos no fertilizados (13-20 kg/ha N-N03) se puede explicar por las temperaturas medias de julio que fueron superiores a las históricas (1931/96) en 1,7 ºC para la máxima y 2,7 ºC para la mínima, a lo que se le suma una oferta hídrica superior a la de1996 (lluvias + agua edáfica inicial).

El mayor consumo de N por efecto del fertilizante y del antecesor, significativo (1998) o no (1996), estuvo asociado a la mayor oferta inicial del nutriente y de agua (agua útil hasta el metro en 1996: PP= 101 mm, T/S= 24 mm, [T/S]2= 34 mm y G= 60 mm; en 1998: PP 146 mm y [T/S]2= 116 mm).

El N en los tejidos del cultivo al final de EC1 (31- 49% en 1996 y 67-87% en 1998) son coincidentes con los indicados por Waldren y Flowerday (1979) sólo para los de 1996. La elevada proporción del N tomado por las plantas en 1998 pudo deberse a las favorables condiciones de temperatura y oferta hídrica, ya indicadas, que aceleraron el crecimiento, lográndose producciones de biomasa aérea elevadas (información no presentada).

El N mineralización en la EC2 (2 y 44 kg/ha de N-N03), no fue totalmente utilizado por las plantas. Este efecto fue posiblemente debido a que la oferta limitada de agua restringió el crecimiento y por tanto la demanda de N. Las diferencias de agua almacenada por efecto del antecesor en ambos años escasamente alcanzaron para aumentar la oferta durante la EC1, a partir de E1 todos los tratamientos tuvieron la misma oferta y por lo tanto, el mismo consumo en EC2 (1996= 42 mm y 1998= 60 mm).

La falta de consumo diferencial de agua entre antecesores en cada campaña pudo haber determinado el comportamiento similar de los tratamientos, pero la cantidad absoluta no explicaría el escaso consumo de N en 1998, considerando además que la oferta fue elevada por la mineralización del suelo. El consumo de N depende de la oferta de N del suelo y las demandas de la planta. La planta utiliza el N para la síntesis de nuevos tejidos, por lo que a medida que la planta crece la demanda de N crece, pero con la acumulación de nuevos carbohidratos la relación N:biomasa decrece (Karlen y Whitney, 1980) aún con sobre oferta de N (van Keulen and Seligman,1987), por lo tanto los contenidos de N por gramo de MS disminuye. Este es el denominado efecto de dilución. El importante crecimiento registrado en EC1 en la campaña 1998 y por lo tanto la elevada absorción de N por las plantas, pudo haber suplido las necesidades de N del cultivo para la etapa siguiente (EC2) por el indicado efecto de dilución asociado a la menor demanda como consecuencia de la oferta limitada de agua.

En la EC3 el consumo de N representó entre un 0 y 31% del total demandado en el ciclo. Estos valores son acordes con los publicados por Waldren y Flowerday (1979). En esta etapa o bien no se detectó mineralización del suelo (1996) o ésta fue de entre 8 y 56 kg (1998), pero las plantas no utilizaron todo el N disponible. Por lo indicado, la oferta de nitrógeno durante el llenado de grano parece ser de escasa importancia para el crecimiento de las plantas.

Aparentemente, los tratamientos condicionaron el crecimiento en la etapa inicial (EC1) por la oferta de agua (antecesor) y de N (fertilización y antecesor), pero subsiguientemente (EC2) todos los tratamientos sufrieron restricciones fundamentalmente de agua, situación que es normal para el cultivo de trigo de secano en el centro de Santa Fe.

Conclusiones.

• El consumo inicial de nitrógeno por parte del cultivo depende exclusivamente del mineralizado por el suelo en etapas previas al inicio del ciclo del trigo y al aportado por el fertilizante mineral. En ésta etapa, el cultivo puede proveerse de una proporción importante del total demandado, con la ventaja de que el agua no suele ser limitante para tomarlo eficientemente.
• El suelo mineraliza N-N03 en EC2 y EC3 y el cultivo tiene las mayores demandas de ese nutriente en EC1 y EC2, por lo que será relevante para el crecimiento el N mineralizado durante la EC2. A pesar de lo indicado, el aprovechamiento del N en EC2 estará limitado por la demanda del cultivo asociada a la disponibilidad hídrica y al consumo en la etapa previa (efecto de dilución).

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