Eficiencia de Uso de

NutrientesMarzo 2013

Armando Tasistro – International Plant Nutrition Institute (IPNI)atasistro@ipni.net

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!