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Nitrogeno (2010)

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    Nitrogeno (2010) Nitrogeno (2010) Presentation Transcript

    • NITRÓGENO
    • Reservorios de N en el ambiente de la Tierra
    • N en los suelos
      • ✔ 90 % del N está en forma orgánica
      • ✔ 10% como NH 4 + fijado
      • ✔ Ninguna de éstas dos formas está disponible para las plantas
    •  
      • características principales del Nitrógeno
      • ✔ 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
    • ✔ Dinámica regulada por procesos microbiólog.: – N orgánico ----mineralización ---> N mineral ✔ Grandes efectos de disponibilidad de N en el crecimiento vegetal ( verdor y juventud )
      • ✔ 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
    • Formas de N disponibles para las plantas ✔ El N disponible está en forma mineral: – NO3 (Nitrato) – NH4+ (Amonio) ✔ Otra forma mineral: – NO2 - (Nitrito) : Tóxico para las plantas
    • Formas minerales de N en el suelo: ✔ NO3- Cantidad varía de 5 a 100 ppm de N en los 0-20 cm del suelo (1 ppm ≡2.5 kg/ha) (Normalmente hay menos de 20 ppm) ✔ NH4+ su cantidad varía de 1 a 100 ppm Normalmente hay menos de 10 ppm ✔ NO2- = menos de 2 ppm
    • Ciclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambiente Mineralización Amonificación Inmovilización N de amonio N de nitrato N en la MO Absorción “ El conocimiento de las transformaciones y dinámica del N en el sistema suelo-planta-ambiente es esencial para realizar un manejo eficiente de los fertilizantes nitrogenados con el fin de maximizar la productividad de los cultivos y minimizar el impacto negativo de la fertilización sobre el ambiente.” Gases atmosféricos de nitrógeno: principalmente N 2 con trazas de NO, NO 2 , N 2 O y NH 3 Fijación por combustión Fijación eléctrica Fijación industrial Fertilizantes Abonos Alimentos Fijación biológica Algas y Actinomicetes Azospirillum Clostridium Azotobacter Rhizobium Residuos Exportado en productos Lavado Desnitrificación N 2 N 2 O NO Volatilización NH 3 Erosión
    •  
    •  
    • Compartimientos de la materia orgánica del suelo M.O. Activa -Biomasa viva. -Detritos veg. parcialmente transformados. -Polisacáridos. -Prot. de origen microbiano. -Ac. Fúlvicos. 10-20% de la M.O. M.O. pasiva -Humus físicamente protegido. -Humina. -Ac. húmicos. -60-90% de la M.O. NH 4 + NH 4 + NH 4 + NH 4 + NH 4 + NH 4 +
    • Compuestos nitrogenados orgánicos en el suelo
    • Factores que afectan el contenido de N total en los suelos
      • CLIMA: Agua,Temperatura, Radiación, Foto y termoperíodo
      • VEGETACIÓN: Sustrato (tipo y cantidad)
      N = f ( V , O , C , R , M ) t
      • ORGANISMOS: Procesadores del sustrato, Fijadores
      • RELIEVE: Escurrimiento, erosión, exposición a la radiación
      • MATERIAL MADRE: Determina la textura y la mineralogía
    • Contenidos promedio de M.O en suelos de la región pampeana y extrapampeana. Sainz Rozas y Echeverría (2008).
    • Ingresos, salidas y ciclado de N en agroecosistemas Ingresos: Fijación biológica, fertilizantes, deposiciones, abonos animales, residuos de cultivos Salidas: Productos agrícolas, desnitrificación, lavado de nitratos, volatilización. Ciclado de N (sin ganancia o pérdida): Inmovilización, mineralización y nitrificación.
    • Balance de N en sistemas agrícolas
      • La evaluación del N disponible para un sistema suelo-cultivo puede ser realizada mediante el balance de masa una vez que el sistema ha sido definido en tiempo y espacio
      Nf + Nmisc – Nexp – Ne – Nl – Ng = ΔNorg + ΔNinorg Nf = Nexp + Nl + Ng + ΔNorg + ΔNinorg Nf= dosis de N Nexp= N exportado en granos o biomasa. Ne= N perdido por erosión. Nl= N perdido por lavado de nitratos. Nmisc= N precipitaciones, adsorción de NH 3 , N en riego, etc. ΔN inorg = N-NO 3 - en suelo en MF - N-NO 3 - en suelo al momento de la siembra (0-100 cm). Ng= pérdidas de N por volatilización y desnitrificación. ΔNorg= cambio en el contenido de N orgánico, esto es diferencia entre el N inmovilizado en raíces, residuos y inmovilizado por la biomasa microbiana menos el N mineralizado entre siembra y madurez. Ingresos Salidas Cambios en el N almacenado
    • Estimación de los aportes de distintos compuestos de N desde la atmósfera.
    • Fijación simbiótica de N por distintas leguminosas
    • Factores que afectan la fijación simbiótica de N
      • Especie de leguminosa y biotipo
      • Disponibilidad de N edáfico
      • Especie de Rhizobium
      • Cepa de Rhizobium
      • Factores que afectan al cultivo (fotosíntesis):
      • radiación, temperatura,
      • disponibilidad de agua y nutrientes,
      • pH , aireación del suelo , compactación
    • Balance de N para suelos cultivados con soja para dos valores de fijación biológica de N . Adaptado de Havlin et al. (1999). 21 -74 Parte de la Planta MS NTA N derivado FBN N exportado del suelo por el grano N derivado de la FBN retornado en el residuo Balance 40% 90% 40% 90% 40% 90% 40% 90% ---------------------------------------------------- kg ha -1 --------------------------------------------------------- Grano 2100 151 61 136 90 15 - - - - Residuo 3424 40 16 36 - - 16 36 - Total 5524 191 77 172 - - - -
    • Factores que determinan las pérdidas por lavado de NO 3 -
      • Disponibilidad de NO 3 - .
      • Balance hídrico (determina cantidad de agua de percolación) .
      • Característica físicas del suelo que afectan la infiltración y percolación (textura, estructura, porosidad) .
      • Sistemas de labranza (puede afectar la disponibilidad de NO 3 - , la estructura y la cantidad y tipo de poros) .
    • Lavado de NO 3 - según dosis de N y cantidad de agua de percolación. Adaptado de Walters y Malzer (1990) y Sainz Rozas et al. (2004).
    • Cantidad de NO 3 - en el perfil con presencia o no de cultivo (en el hemisferio norte)
    • Fertilización de maíz y NO 3 - disponibles para lavado N disponible a partir del fertilizante y de la mineralización N en el suelo en el tejido vegetal (kg/ha) N en el tejido vegetal N disponible a partir del fertilizante y de la mineralización N en el suelo en el tejido vegetal (kg/ha) N en el tejido vegetal Aplicación a la siembra Aplicación en V6 Aplicación a la siembra Aplicación en V6 según análisis
    • El proceso de desnitrificación
    • Factores que determinan la desnitrificación
      •  Presencia de bacterias desnitrificadoras
      •  pH
      •  Disponibilidad de NO 3 -
      •  Disponibilidad de sustrato carbonado fácilmente
      • mineralizable
      •  Concentración de oxígeno
      •  Temperatura
    • Estimación de pérdida de N por desnitrificación para distintos suelos
    • Pérdidas de N-N 2 O en cultivos de trigo bajo SD y LC. Adaptado de Aulakh et al. (1984).
    • Pérdidas de N-N 2 O en cultivos de maíz fertilizados a la siembra o al estadío de seis hojas. Adaptado de Sainz Rozas et al. (2001).
    • Volatilización Desde urea: Desde SO4(NH 4 ) 2 ( NH 2 ) 2 CO + H + + 2 H 2 O ------------- 2NH 4 + + HCO 3 - NH 4 + + OH - --------NH 3 + H 2 O NH 4 + ad-----NH 4 + sol-----NH 3 sol-----NH 3 gas s----NH 3 gas atm Ureasa
    •  
    • Factores que determinan la volatilización
      •  Del suelo: concentración de NH 4 + en solución,
      • CIC, pH, capacidad buffer, actividad
      • ureásica
      •  Del ambiente: temperatura, contenido de agua
      •  De manejo: fuente, dosis y forma de aplicación
      • del fertilizante, presencia de residuos,
      • uso de inhibidores de ureasa.
    • Efecto de la capacidad buffer del suelo sobre las pérdidas de N por volatilización.
    • Pérdidas por volatilización para cultivos de maíz en SD en Balcarce y centro de Santa Fe. Echeverría y Sainz Rozas et al. (1999).
    • Ciclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambiente Mineralización Amonificación Inmovilización N de amonio N de nitrato N en la MO Absorción Gases atmosféricos de nitrógeno: principalmente N 2 con trazas de NO, NO 2 , N 2 O y NH 3 Fijación por combustión Fijación eléctrica Fijación industrial Fertilizantes Abonos Alimentos Fijación biológica Algas y Actinomicetes Azospirillum Clostridium Azotobacter Rhizobium Residuos Exportado en productos Lavado Desnitrificación N 2 N 2 O NO Volatilización NH 3 Erosión
    • Mineralización-Inmovilización-Reciclaje Mineralization-Immobilization-Turnover (MIT) Biomasa microbiana N orgánico Lábil N orgánico Estable N en residuos N mineral CO 2
    • Factores que determinan el M.I.T.
      • N en la solución del suelo
      • Relación C:N del material aportado (calidad del
      • material )
      • Otras características del material aportado: cantidad,
      • forma física, posición, otras cuestiones de calidad
      • (composición química: % lignina)
      • Contenido de MO y de N mineralizable
      • Temperatura, agua, pH, O 2
      • Tiempo -> MANEJO
    • Evolución del contenido de NO 3 - en el suelo al aportar materiales carbonados (ejemplo 60 C:N) Emisión de CO 2 Relac. C:N del material Concentración de NO 3 - en solución Aporte de material carbonado Inmovilización neta Mineralización neta 60 - 40 - 20 - Tiempo
    • Relaciones C:N de distintos materiales
    • Inmovilización-mineralización para dos tipos de residuos CO 2 emitido C:N del residuo NO 3 - en solución Depresión de NO 3 - Relación C:N CO 2 o NO 3 - Tiempo C:N del residuo CO 2 emitido NO 3 - en solución Adición de residuos Relación C:N CO 2 o NO 3 -
    • Comportamiento de trigo sobre antecesores con distinta calidad de residuo Studdert et al., 2000 U NIVERSIDAD N ACIONAL DE M AR DEL P LATA F ACULTAD DE C IENCIAS A GRARIAS F ERTILIDAD Y M ANEJO DE S UELOS Unidad 5: Nitrógeno Cursada 2010
    • Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (a campo)
    • Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (en inveráculo)
    • Mineralización-Inmovilización-Reciclaje Mineralization-Immobilization-Turnover (MIT) Biomasa microbiana N orgánico Lábil N orgánico Estable N en residuos N mineral CO 2
    • Paso 1. Amidización Paso 2. Amonificación Mineralización del N R-NH 2 + H 2 O NH 3 + R-OH + Energía NH 4 + + OH - + Bact. Hong. H 2 O NH 2 H NH 2 NH 2 Aminoácidos Aminas Urea C-COOH R-NH 2 C=O Proteínas + + CO 2 E +
      • Nitrosomonas
      • 2 NH 4 + + 3 O 2 2NO 2 - + 2H 2 O + 4H +
      • -3 +3 (inc. en el estado de oxidación).
      • Nitrobacter
      • 2NO 2 - + O 2 2NO 3 -
      • +3 +5 (inc. en el estado de oxidación).
      • En suelos bien drenados el pasaje de NO 2 - a NO 3 - es más rápido que el pasaje de NH 4 + a NO 2 - y por lo tanto no se acumula NO 2 - , ión que es tóxico para las plantas.
      Mineralización del N (nitrificación)
    • Factores que afectan la mineralización de N. Adaptado de
      • Contenido de humedad y temperatura del suelo.
      • Humedad óptima: 50 y 70% del espacio poroso lleno con agua.
      • Temperatura óptima: 25-35ºC.
      • Contenido de N orgánico.
      Adaptado de Havlin et al. (2005)
    • Factores que afectan la nitrificación
      • Abastecimiento de NH 4 + . La existencia de NH 4 + es el primer requisito para que exista nitrificación.
      • Población de microorganismos nitrificantes. Los suelos pueden diferir en la capacidad de carga de nitrificadores. Los suelos del SE bonaerense tienen una alta capacidad de carga de nitrificadores.
      • pH del suelo. La nitrificación toma lugar en un amplio rango de pH (4.5-10), pero el ideal es alrededor de la neutralidad.
      • Aireación del suelo. En condiciones de anaerobiosis no se produce nitrificación, la máxima tasa se logra en concentraciones de O 2 en suelo similares a la de la atmósfera.
      • Humedad del suelo. proceso muy sensible a la falta y al exceso de humedad. Humedad óptima es capacidad de campo (78-80% de poros llenos con agua). Sin embargo, Nitrobacter funciona a tasa más lenta, aún en suelos con contenidos de humedad en punto de marchitez.
      • Temperatura del suelo. La temperatura óptima varía entre 25-35 ºC.
    • Relación entre el contenido de N en la M.O activa y el N potencialmente mineralizable (adaptado de Curtin y Wen, 1999).
    • Cambios en el contenido de MO con los años de agricultura bajo tres sistemas de labranza Adaptado de Lamb et al, 1985
    • Estimación del N mineralizado en función del agua disponible para distintos N o Adaptado de Echeverría y Bergonzi, 1995 Cultivos de Verano Cultivos de Invierno
    • Mineralización de N del suelo a lo largo del año y su relación con la demanda por N de trigo y maíz Mes
    • Mineralización de N en suelos del sudeste bonerense Adaptado de Echeverría y Bergonzi, 1995 -1
    • FERTILIZANTES NITROGENADOS
    • Fertilizantes nitrogenados Estiércol de vacunos, porcinos, aves, etc. Compost Sintéticos Orgánicos Urea Nitrato de amonio calcáreo. Amoníaco anhidro (gas). Solución de NO 3 NH 4 + Urea (UAN sol).
    • Producción de fertilizantes nitrogenados sintéticos Reacción de Haber-Bosch Una casa promedio consume entre 1.5 y 2 m 3 por día 3H 2 + N 2 2NH 3 Catalizador, 1200 0 c 500 amt de presión
    • Tipos y características de fertilizantes nitrogenados NH 3
    • Tipos y características de fertilizantes nitrogenados sólidos
      • Urea (NH 2 ) 2 CO
      • Contenido de N= 46%
      • Contenido de Biuret (NH2-CO-NH-CO-NH2)= < 2% tolerante para la mayoría de los cultivos.
      • Densidad= 720-820 kg m -3
      • Humedad crítica relativa (30 °C)= 72.5%
      • Solubilidad en agua (10°C)= 84 g 100 ml -1 .
      2NH 4 + + 3O 2 2NO 2 - + 2H 2 O + 4H + 2NO 2 - + O 2 2NO 3 - ( NH 2 ) 2 CO + H + + 2 H 2 O ------------- 2NH 4 + + HCO 3 - NH 4 + + OH - --------NH 3 + H 2 O Ureasa
    • NO 3 NH 4 Contenido de N= 35% Densidad= 850-975 kg m -3 Humedad crítica relativa (30°C)= 40% Solubilidad en agua (20°C)= 194 g 100 ml-1. NO 3 NH 4 CO 3 Ca Contenido de N= 27% Densidad= 975-1100 kg m -3 Humedad crítica relativa (30°C)= 55% Solubilidad en agua (20°C)= 194 g 100 ml -1 . Reacción en el suelo NH 3 + 3O 2 2HNO 3 + NH 3 NH 3 NH 4 (sol) Cat+temp+H2O 2NH 4 + + 3O 2 2NO 2 - + 2H 2 O + 4H + 2NO 2 - + O 2 2NO 3 -
    • Contenido de N= 21% Contenido de S= 23.7-24% Densidad= 785-1040 kg m -3 Humedad crítica relativa (30°C)= 75% Solubilidad en agua (20°C)= 75.4 g 100 ml -1 . SO 4 (NH 4 ) 2 Reacción en el suelo 2NH 4 + + 3O 2 2NO 2 - + 2H 2 O + 4H + 2NO 2 - + O 2 2NO 3 -
    • Fertilizantes líquidos Como se determina la dosis de UAN si por ejemplo quiero aplicar 46 kg N ha -1 ?
    • Otros fertilizantes líquidos Fertilizante Cont de N % P/P Cont de S % P/P Densidad g L -1 Temp de cristalización SOLPLUS 12 26 1.32 2 0 C SOLMIX 30 2.6 1.32 -2 0 C FOLIARSOL (urea en sol) 20 - 1.1 3 0 C
    • Ventajas de los fertilizantes líquidos
      • Son de fácil manejo y aplicación (no importa la HR del aire)
      • Puede ser aplicado mas uniformemente que las formas sólidas
      • Son compatibles muchos pesticidas
      • Posibilidad de usarlos en fertiirrigación
      • Menor costo de producción que la mayoría de las fuentes sólidas.
      • Mayor capacidad de trabajo de las pulverizadoras
    • Consumo aparente de fertilizantes (importación+producción-exportación) y evolución del consumo de fertilizantes nitrogenados. Adaptado de Melgar (2005). Consumo ha -1 (P+N)= (127 kg ha -1 ) Aprox 48% es N Rta a N Rta a P Se exporta aprox el 30%
    • Consumo aparente de fertilizantes (serie 1987-2007). FUENTE: Dirección de Agricultura sobre la base de datos de CIAFA y Fertilizar Asociación Civil
    • Extracción en grano y aplicación de nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K) y azufre (S) para girasol, soja, trigo y maíz en la campaña 2006/07. FUENTE: Elaborado a partir de información de SAGPyA, Fertilizar A.C. e IPNI Cono Sur por Ciampitti I y F. García, 2008.