Los factores importantes que deben tenerse en cuenta al gestionar los nutrientes incluyen (a) la aplicación de nutrientes considerando los rendimientos óptimos alcanzables y, en algunos casos, la calidad del cultivo; (b) la gestión, aplicación y momento de los nutrientes utilizando un presupuesto basado en todas las fuentes y sumideros activos en el sitio; y (c) la gestión del suelo, el agua y el cultivo para minimizar el transporte fuera del sitio de nutrientes provenientes de la lixiviación de nutrientes de la zona de la raíz, la escorrentía superficial y la volatilización (u otros intercambios de gases).
Pueden existir interacciones potenciales debido a las diferencias en las vías y dinámicas de los nutrientes. Por ejemplo, las prácticas que reducen el transporte superficial fuera del sitio de un determinado nutriente pueden aumentar las pérdidas por lixiviación de otros nutrientes. Estas dinámicas complejas plantean a los administradores de nutrientes la difícil tarea de lograr el mejor equilibrio para maximizar las ganancias y, al mismo tiempo, contribuir a la conservación de nuestra biosfera .
Un plan de gestión de nutrientes de cultivos es una herramienta que los agricultores pueden utilizar para aumentar la eficiencia de todas las fuentes de nutrientes que utiliza un cultivo, al mismo tiempo que reducen la producción y el riesgo ambiental , lo que en última instancia aumenta las ganancias . Cada vez más, los productores y los agrónomos utilizan herramientas digitales como SST o Agworld para crear su plan de gestión de nutrientes y así poder aprovechar la información recopilada a lo largo de varios años. [3] En general, se acepta que hay diez componentes fundamentales de un plan de gestión de nutrientes de cultivos. Cada componente es fundamental para ayudar a analizar cada campo y mejorar la eficiencia de los nutrientes de los cultivos cultivados. Estos componentes incluyen: [4]
Mapa de campo
El mapa, incluidos los puntos de referencia generales (como arroyos, residencias, pozos, etc.), la cantidad de acres y los tipos de suelo, es la base para el resto del plan.
¿Qué cantidad de cada nutriente (NPK y otros elementos críticos como el pH y la materia orgánica) hay en el perfil del suelo? El análisis del suelo es un componente clave necesario para desarrollar la recomendación de la dosis de nutrientes.
¿El cultivo que creció en el campo el año pasado (y en muchos casos hace dos o más años) fijó nitrógeno para su uso en los años siguientes? ¿La siembra directa a largo plazo aumentó la materia orgánica? ¿La prueba de tallos de final de temporada mostró una deficiencia de nutrientes ? Estos factores también deben tenerse en cuenta en el plan.
Rendimiento estimado
Los factores que afectan el rendimiento son numerosos y complejos. Los suelos de un campo, el drenaje , la presión de los insectos, las malezas y las enfermedades de los cultivos , la rotación y muchos otros factores diferencian un campo de otro. Por eso es importante utilizar los rendimientos históricos para desarrollar estimaciones de rendimiento para el próximo año. Las estimaciones precisas del rendimiento pueden mejorar la eficiencia del uso de nutrientes.
Fuentes y formas
Las fuentes y formas de los nutrientes disponibles pueden variar de una explotación a otra e incluso de un campo a otro. Por ejemplo, el análisis de la fertilidad del estiércol , las prácticas de almacenamiento y otros factores deberán incluirse en un plan de gestión de nutrientes. Las pruebas y análisis de los nutrientes del estiércol son una forma de determinar su fertilidad. El nitrógeno fijado de un cultivo de leguminosas del año anterior y los efectos residuales del estiércol también afectan las recomendaciones de dosis. Muchas otras fuentes de nutrientes también deben tenerse en cuenta en este plan.
Zonas sensibles
¿Qué hay de extraordinario en el plan de un campo? ¿Está irrigado? ¿Está al lado de un arroyo o lago? ¿Es especialmente arenoso en una zona? ¿Tiene una pendiente pronunciada o una zona baja? ¿Se aplica estiércol en una zona durante generaciones debido a la proximidad de un establo lechero? ¿Es extremadamente productivo (o improductivo) en una parte del campo? ¿Hay zonas de amortiguación que protejan arroyos, zanjas de drenaje, bocas de pozo y otros puntos de recolección de agua? ¿A qué distancia están los vecinos? ¿Cuál es la dirección general del viento? Este es el lugar para anotar estas y otras condiciones especiales que deben tenerse en cuenta.
Tarifas recomendadas
Aquí es donde se unen la ciencia, la tecnología y el arte. Teniendo en cuenta todo lo que has observado, ¿cuál es la dosis óptima de N, P, K, cal y otros nutrientes? Aunque la ciencia nos dice que un cultivo tiene necesidades de nutrientes cambiantes durante la temporada de crecimiento, una combinación de tecnología y habilidades de gestión del agricultor asegura la disponibilidad de nutrientes en todas las etapas de crecimiento. El maíz sin labranza generalmente requiere fertilizante de arranque para que la plántula tenga un comienzo saludable.
Horario recomendado
¿Cuándo desciende la temperatura del suelo por debajo de los 50 grados? ¿Se utilizará un estabilizador de nitrógeno? ¿Cuál es la práctica de labranza? El maíz con labranza en franjas y la siembra directa a menudo requieren enfoques de tiempo diferentes a los de la siembra de semillas en un campo que se ha labrado una vez con un cultivador de campo. ¿Se utilizará un fertilizante de arranque para que las plántulas tengan un comienzo saludable? ¿Cuántos acres se pueden cubrir con la mano de obra disponible (personalizada o contratada) y el equipo? ¿La aplicación de estiércol en una granja depende del horario de un aplicador personalizado? ¿Qué acuerdos se han elaborado con los vecinos para el uso de estiércol en sus campos? ¿Un vecino está organizando un evento especial? Todos estos factores y más probablemente influirán en el momento recomendado.
Métodos recomendados
¿Superficie o inyección? Si bien la inyección es claramente preferible, puede haber situaciones en las que la inyección no sea factible (por ejemplo, pastizales, praderas). La pendiente, los patrones de lluvia, el tipo de suelo, la rotación de cultivos y muchos otros factores determinan qué método es mejor para optimizar la eficiencia de los nutrientes (disponibilidad y pérdida) en las granjas. La combinación adecuada en un campo puede ser diferente en otro campo, incluso con el mismo cultivo.
Revisión y actualización anual
Incluso los mejores administradores se ven obligados a desviarse de sus planes. ¿Qué tasa se aplicó realmente? ¿Dónde? ¿Con qué método? ¿Un invierno inusualmente suave o una primavera húmeda redujeron el nitrato del suelo? ¿Un verano seco , una enfermedad o algún otro factor inusual aumentaron la transferencia de nutrientes? Estos y otros factores deben anotarse a medida que ocurren.
Cuando se diseña un plan de este tipo para operaciones de alimentación animal (AFO), puede denominarse "plan de manejo del estiércol". En los Estados Unidos, algunas agencias regulatorias recomiendan o exigen que las granjas implementen estos planes para prevenir la contaminación del agua . El Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) de los Estados Unidos ha publicado documentos de orientación sobre la preparación de un plan integral de manejo de nutrientes (CNMP) para las AFO. [5] [6]
El Instituto Internacional de Nutrición Vegetal ha publicado un manual de nutrición vegetal 4R para mejorar la gestión de la nutrición vegetal. El manual describe los principios científicos que sustentan cada una de las cuatro R o "correctas" (fuente correcta de nutrientes, dosis correcta de aplicación, momento correcto, lugar correcto) y analiza la adopción de prácticas 4R en la explotación agrícola, los enfoques para la planificación de la gestión de nutrientes y la medición del desempeño en materia de sostenibilidad. [7]
Gestión del nitrógeno
De los 16 nutrientes esenciales para las plantas, el nitrógeno suele ser el más difícil de gestionar en los sistemas de cultivo extensivo. Esto se debe a que la cantidad de nitrógeno disponible para las plantas puede cambiar rápidamente en respuesta a los cambios en el estado hídrico del suelo. El nitrógeno puede perderse del sistema planta-suelo por uno o más de los siguientes procesos: lixiviación ; escorrentía superficial ; erosión del suelo ; volatilización del amoníaco ; y desnitrificación . [8]
Prácticas de gestión del nitrógeno que mejoran la eficiencia del mismo
El manejo del nitrógeno tiene como objetivo maximizar la eficiencia con la que los cultivos utilizan el nitrógeno aplicado. Las mejoras en la eficiencia del uso del nitrógeno están asociadas con disminuciones en la pérdida de nitrógeno del suelo. Aunque las pérdidas no se pueden evitar por completo, se pueden lograr mejoras significativas aplicando una o más de las siguientes prácticas de manejo en el sistema de cultivo. [8]
Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero
La agricultura climáticamente inteligente incluye el uso de los principios de gestión de nutrientes 4R para reducir las emisiones de óxido nitroso (N2O) en el campo a partir de la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Los fertilizantes nitrogenados son un importante impulsor de las emisiones de óxido nitroso, pero también son el principal impulsor del rendimiento en los sistemas modernos de alta producción. Mediante una cuidadosa selección de la fuente, la dosis, el momento y las prácticas de colocación de los fertilizantes nitrogenados, las emisiones de óxido nitroso por unidad de cultivo producido se pueden reducir sustancialmente, en algunos casos hasta la mitad. Las prácticas que reducen las emisiones de óxido nitroso también tienden a aumentar la eficiencia del uso del nitrógeno y el rendimiento económico de los dólares invertidos en fertilizantes.
Reducción de la pérdida de N en el agua de escorrentía y en el suelo erosionado
La incorporación y/o inyección de fertilizantes que contienen urea y amonio disminuye la volatilización del amoníaco porque un buen contacto con el suelo amortigua el pH y retarda la generación de gas amoníaco a partir de iones de amonio .
Los inhibidores de la ureasa bloquean temporalmente la función de la enzima ureasa , manteniendo los fertilizantes a base de urea en la forma de urea no volátil, reduciendo las pérdidas por volatilización cuando estos fertilizantes se aplican en la superficie; estas pérdidas pueden ser significativas en sistemas de labranza de conservación con alto contenido de residuos.
Prevención de la acumulación de altas concentraciones de nitratos en el suelo
El nitrato es la forma de nitrógeno más susceptible de perderse del suelo, a través de la desnitrificación y la lixiviación . La cantidad de nitrógeno que se pierde a través de estos procesos se puede limitar restringiendo las concentraciones de nitrato en el suelo, especialmente en épocas de alto riesgo. Esto se puede hacer de muchas maneras, aunque no siempre son rentables.
Tasas de nitrógeno
Las tasas de aplicación de N deben ser lo suficientemente altas para maximizar las ganancias a largo plazo y minimizar el nitrato residual (no utilizado) en el suelo después de la cosecha.
El uso de investigaciones locales para determinar las tasas de aplicación de nitrógeno recomendadas debería dar como resultado tasas de N adecuadas.
Las tasas de aplicación de N recomendadas a menudo se basan en una evaluación de las expectativas de rendimiento: estas deben ser realistas y, preferiblemente, basarse en registros de rendimiento precisos.
Las dosis de fertilizantes N deben corregirse para tener en cuenta el N que es probable que se mineralice a partir de la materia orgánica del suelo y los residuos de cultivos (especialmente los residuos de leguminosas).
Las tasas de fertilizantes N deben tener en cuenta el N aplicado en el estiércol, en el agua de riego y proveniente de la deposición atmosférica.
Las pruebas de suelo previas a la siembra proporcionan información sobre el poder de suministro de nitrógeno del suelo.
Las pruebas de nitrógeno realizadas a fines de la primavera o antes de aplicar el fertilizante pueden determinar si se necesita nitrógeno adicional y en qué cantidad.
Nuevos procedimientos de análisis y muestreo de suelo, como pruebas de aminoazúcares, mapeo de cuadrículas y sensores en tiempo real, pueden refinar los requerimientos de N.
Las pruebas de suelo poscosecha determinan si el manejo de N en la temporada anterior fue adecuado.
Pruebas de cultivos para N
Las pruebas de tejido vegetal pueden identificar deficiencias de N.
La detección de variaciones en el contenido de clorofila de las plantas facilita la aplicación de N a dosis variables durante la temporada.
Las pruebas de nitrato en los tallos del maíz posteriores a la capa negra ayudan a determinar si las tasas de N fueron bajas, óptimas o excesivas en el cultivo anterior, de modo que se puedan realizar cambios de manejo en los cultivos siguientes.
Los aplicadores de tasa variable, combinados con un muestreo intensivo de suelo o cultivo, permiten tasas de aplicación más precisas y sensibles. [9]
Momento de las N aplicaciones
Aplicar N cerca del momento en que los cultivos puedan utilizarlo.
Realizar aplicaciones colaterales de N cerca del momento de mayor absorción de N.
Las aplicaciones divididas, que implican más de una aplicación, permiten un uso eficiente del N aplicado y reducen el riesgo de pérdida de N al medio ambiente.
Formas N, incluidos fertilizantes e inhibidores de liberación lenta o controlada
Los fertilizantes de liberación lenta o controlada retrasan la disponibilidad de nitrógeno para la planta hasta un momento que sea más apropiado para su absorción: el riesgo de pérdida de N por desnitrificación y lixiviación se reduce al limitar las concentraciones de nitrato en el suelo.
Los inhibidores de la nitrificación mantienen el N aplicado en forma de amonio durante un período de tiempo más largo, reduciendo así las pérdidas por lixiviación y desnitrificación.
Captura N
Ciertas variedades de cultivos son capaces de extraer N del suelo de manera más eficiente y mejorar la eficiencia de su uso. Actualmente se están realizando mejoras en cultivos para lograr una absorción eficiente de N.
La rotación con cultivos de raíces profundas ayuda a capturar nitratos más profundamente en el perfil del suelo.
Los cultivos de cobertura capturan el nitrógeno residual después de la cosecha y lo reciclan como biomasa vegetal.
Eliminación de restricciones al desarrollo de las raíces del subsuelo ; la compactación y la acidez del subsuelo impiden la penetración de las raíces en muchos subsuelos en todo el mundo, promoviendo la acumulación de concentraciones de nitrato en el subsuelo que son susceptibles a la desnitrificación y lixiviación cuando las condiciones son adecuadas.
Las buenas prácticas agronómicas, que incluyen poblaciones y espaciamiento de plantas adecuados y un buen manejo de malezas y plagas, permiten que los cultivos produzcan grandes sistemas de raíces para optimizar la captura de N y el rendimiento del cultivo.
Gestión del agua
Labranza de conservación
La labranza de conservación optimiza las condiciones de humedad del suelo que mejoran la eficiencia del uso del agua; en condiciones de estrés hídrico, esto mejora el rendimiento del cultivo por unidad de N aplicado.
Método y ubicación de la aplicación del fertilizante N
En cultivos en caballones, la colocación de fertilizantes nitrogenados en una banda en los caballones hace que el N sea menos susceptible a la lixiviación.
Los aplicadores de fertilizantes en hileras, como los inyectores, que forman una capa de suelo compactado y una cresta superficial, pueden reducir las pérdidas de N al desviar el flujo de agua.
Una buena gestión del riego puede mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno
El riego programado basado en estimaciones de humedad del suelo y las necesidades diarias de los cultivos mejorará la eficiencia del uso del agua y del nitrógeno.
Los sistemas de riego por aspersión aplican el agua de manera más uniforme y en menores cantidades que los sistemas de riego por surcos o cuencas.
La eficiencia del riego por surcos se puede mejorar ajustando el tiempo establecido, el tamaño del chorro, la longitud del surco, regando cada dos filas o utilizando válvulas de regulación.
El riego y la fertilización en hileras alternas minimizan el contacto del agua con los nutrientes.
La aplicación de fertilizantes nitrogenados a través de sistemas de riego ( fertirrigación ) facilita el suministro de N cuando la demanda del cultivo es mayor.
Algunos sistemas de subirrigación reciclan el nitrato lixiviado del perfil del suelo y reducen la pérdida de nitrato en el agua de drenaje.
Un drenaje excesivo puede provocar un flujo rápido de agua y lixiviación de N , pero un drenaje restringido o insuficiente favorece las condiciones anaeróbicas y la desnitrificación .
Uso de modelos de simulación
Los cambios a corto plazo en el estado de nitrógeno disponible para las plantas dificultan en la mayoría de las situaciones realizar predicciones estacionales precisas de los requerimientos de nitrógeno de los cultivos. Sin embargo, los modelos (como NLEAP [10] y Adapt-N [11] ) que utilizan datos de suelo, clima, cultivos y gestión de campos se pueden actualizar con los cambios diarios y, por lo tanto, mejorar las predicciones del destino del nitrógeno aplicado. Permiten a los agricultores tomar decisiones de gestión adaptativas que pueden mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno y minimizar las pérdidas de nitrógeno y el impacto ambiental, al tiempo que maximizan la rentabilidad. [12] [9] [13]
Medidas adicionales para minimizar el impacto ambiental
Zonas de amortiguación de conservación
Los tampones atrapan sedimentos que contienen amoníaco y N orgánico.
El nitrato en el flujo subterráneo se reduce a través de la desnitrificación mejorada por fuentes de energía de carbono contenidas en el suelo asociado con la vegetación de amortiguación.
La vegetación de amortiguación absorbe nitrógeno y otros nutrientes y reduce la pérdida de agua.
Humedales construidos
Los humedales construidos ubicados estratégicamente en el paisaje para procesar los efluentes de drenaje reducen las cargas de sedimentos y nitratos en las aguas superficiales.
^ Delgado y Lemunyon. “Manejo de nutrientes”. En Enciclopedia de la ciencia del suelo (Vol. 2). Ed. Rattan Lal. CRC Press, 2006. pp. 1157 – 1160.
^ Gestión de nutrientes 4R
^ "La granja digital: cómo las tecnologías de precisión ayudan a los agricultores a aumentar la rentabilidad y satisfacer la demanda de calorías nutritivas". 24 de junio de 2019.
^ Planificación de la gestión de nutrientes: una descripción general
^ NRCS. Beltsville, MD. "Planes integrales de gestión de nutrientes". Hoja informativa. 2003.
^ NRCS. "Manual de procedimientos de planificación nacional: borrador de orientación técnica para la planificación integral de la gestión de nutrientes". Subparte E, partes 600.50 a 600.54 y Subparte F, parte 600.75. Diciembre de 2000.
^ Manual de nutrición vegetal 4R
^ ab Davis, John (2007). "Nitrogen Efficiency and Management". USDA NRCS . Consultado el 19 de diciembre de 2017 .
^ ab Basso, Bruno; Dumont, Benjamin; Cammarano, Davide; Pezzuolo, Andrea; Marinello, Francesco; Sartori, Luigi (marzo de 2016). "Beneficios ambientales y económicos de la fertilización con nitrógeno a tasa variable en una zona vulnerable a los nitratos". Science of the Total Environment . 545–546: 227–235. Bibcode :2016ScTEn.545..227B. doi :10.1016/j.scitotenv.2015.12.104. hdl : 2268/190376 . PMID 26747986.
^ "Gestión de nutrientes: nitrógeno | NRCS" www.nrcs.usda.gov . Consultado el 19 de diciembre de 2017 .
^ Sela, Shai; van Es, Harold M.; Moebius-Clune, Bianca N.; Marjerison, Rebecca; Moebius-Clune, Daniel; Schindelbeck, Robert; Severson, Keith; Young, Eric (2017). "Modelo dinámico mejora los resultados agronómicos y ambientales para la gestión del nitrógeno en maíz en comparación con el enfoque estático". Journal of Environmental Quality . 46 (2): 311–319. doi : 10.2134/jeq2016.05.0182 . PMID 28380574.
^ Saol, TJ; Palosuo, T.; Kersebaum, KC; Nendel, C.; Angulo, C.; Ewert, F.; Bindi, M.; Calanca, P.; Klein, T.; Moriondo, M.; Ferrise, R.; Olesen, JE; Patil, RH; Ruget, F.; TAKÁČ, J.; Hlavinka, P.; Trnka, M.; RÖTTER, RP (22 de diciembre de 2015). "Comparación del rendimiento de 11 modelos de simulación de cultivos en la predicción de la respuesta del rendimiento a la fertilización con nitrógeno" (PDF) . The Journal of Agricultural Science . 154 (7): 1218–1240. doi :10.1017/S0021859615001124. S2CID 86879469.
^ Cantero-Martínez, Carlos; Plaza-Bonilla, Daniel; Angás, Pedro; Álvaro-Fuentes, Jorge (septiembre de 2016). "Mejores prácticas de gestión de labranza y fertilización nitrogenada en condiciones de secano mediterráneo: combinación de enfoques de campo y de modelización". Revista Europea de Agronomía . 79 : 119-130. doi :10.1016/j.eja.2016.06.010. hdl : 10459.1/62534 .
Enlaces externos
EPA de EE. UU. - Operaciones de alimentación animal: requisitos de permisos de agua federales para AFO
Gestión de nutrientes del estiércol según la Iniciativa Nacional de Extensión (EE. UU.)
