Si bien el drenaje artificial ofrece enormes beneficios para la producción de cultivos, también puede transportar potencialmente nitratos del suelo al agua superficial. Aquí compartimos estrategias para ayudarle a evitar estas pérdidas de nitrato, lo que puede ayudar a proteger el medio ambiente y reducir los costos de fertilizantes.
Comprender la pérdida de nitrato
El nitrógeno y su papel.
El nitrógeno (N) es el componente más grande de la atmósfera y un componente importante para todos los organismos vivos. Se encuentra en muchos diferentes formas en el suelo dependiendo del ciclo del nitrógeno.
Los cultivos lo absorben en mayores cantidades que cualquier otro nutriente añadido. Los cultivos de pasto, como el maíz y el trigo, requieren la adición de fertilizantes a base de N para maximizar la productividad. Los cultivos de leguminosas, como la soja y la alfalfa, no requieren aportes adicionales de N porque tienen la capacidad de fijar N de la atmósfera en sus sistemas de raíces.
En general, N utilizado por los cultivos para el crecimiento de las plantas. Proviene de fertilizantes, materia orgánica del suelo, deposición atmosférica, estiércol animal y fijación (solo para leguminosas).
Pérdidas de nitrato
Las pérdidas de nitrato, una forma móvil de N, en los sistemas hídricos han sido una preocupación durante muchos años debido a problemas de salud humana. Cuando los mamíferos, especialmente los bebés humanos menores de seis meses, ingieren nitratos, interfieren con la capacidad de la sangre para transportar oxígeno.
Estándares
Por lo tanto, se ha establecido un estándar de 10 partes por millón (ppm) de nitrato-N. establecido para agua potable por la Agencia de Protección Ambiental. Durante décadas, la atención se ha centrado principalmente en las aguas subterráneas debido a su conexión con el agua potable. Se ha prestado menos atención a los niveles de nitrato en las aguas superficiales, debido a la menor dependencia del agua superficial para beber.
Además, el fósforo suele ser el nutriente limitante en las aguas superficiales de Minnesota, en lugar del exceso de nitrato, lo que conduce a un mayor crecimiento de plantas y algas y a importantes problemas de calidad del agua superficial.
Durante décadas, no ha existido un estándar de contaminación establecido para el nitrato-N en aguas de clase 2 (vida acuática y recreación) en Minnesota. Sin embargo, las normas están actualmente en desarrollo y se implementarán gradualmente en los próximos años.
Escrutinio del drenaje agrícola
La hipoxia en el Golfo de México ha llevado a un mayor escrutinio sobre las contribuciones de nitratos a las aguas superficiales de los sistemas agrícolas. El escrutinio se ha centrado principalmente en el drenaje agrícola subterráneo o drenaje de tejas.
El drenaje de baldosas es una vía de agua muy visible que transporta nitrato desde el paisaje hasta las aguas superficiales. Otras vías de movimiento del agua en el paisaje, como la lixiviación, el flujo de aguas subterráneas poco profundas y la escorrentía superficial, son menos visibles y más difíciles de muestrear y cuantificar.
Reducir el nitrato en las aguas superficiales de Minnesota
La mayor atención prestada a la pérdida de nitrato a través del drenaje agrícola ha llevado a muchos a pedir cambios significativos tanto en el manejo de los fertilizantes nitrogenados como en los sistemas de drenaje agrícola (Figura 1).
Para realizar mejoras, es esencial comprender completamente los flujos de nitrato de los sistemas agrícolas en Minnesota y cómo la gestión del N puede afectar las pérdidas. Los planes para reducir los nitratos en las aguas superficiales deberán tener en cuenta los insumos, establecer objetivos de reducción y desarrollar estrategias de gestión tanto a nivel de cuenca como de finca individual.
Se han desarrollado varias tecnologías de conservación., que reducen el nitrato de las aguas superficiales una vez que ya está presente. En esta página web, analizamos el impacto de gestionar los aportes de fertilizantes N antes de que se pierda en las aguas superficiales.
El maíz es el cultivo más importante en Minnesota en términos de superficie total y valor económico. Además, es el mayor usuario de fertilizantes nitrogenados en el paisaje del estado. La mayor parte del maíz en Minnesota es continuo (el maíz sigue al maíz) o en rotación después de la soja.
Las investigaciones sobre la pérdida de nitratos en los sistemas de cultivo de Minnesota han analizado todos los aspectos de la rotación de cultivos, pero se han centrado en el maíz por las razones antes mencionadas.
datos de Minnesota
Los datos de investigación sobre la pérdida de nitrato de los sistemas de cultivo a través de los sistemas de drenaje no son tan comunes como podría pensarse. A principios de la década de 1970, los Centros de Investigación y Extensión (ROC) de la Universidad de Minnesota en Waseca y Lamberton establecieron parcelas para medir la cantidad y calidad del agua de drenaje (Figura 2).
Desde entonces, han examinado muchas prácticas de gestión del nitrógeno. Estos incluyen la tasa de N, el momento de la aplicación, la fuente y el uso de inhibidores de la nitrificación. Además, observaron varios cultivos cultivados en rotación, prácticas de labranza y mineralización de N a partir de la materia orgánica del suelo.
Las parcelas de drenaje en las Repúblicas de China miden la descarga total de agua de drenaje y la concentración de nitrato del agua. Los investigadores utilizan estos números para calcular la salida total de N al borde del campo a través del sistema de drenaje.
Métodos para presentar la pérdida de nitrato.
La pérdida de nitrato del agua de drenaje de las baldosas varía mucho de un año a otro, basándose principalmente en la salida total de agua de las baldosas. Además, las investigaciones han demostrado que el almacenamiento de nitrato en el suelo aumentó en el perfil del suelo después de los años secos, pero luego estuvo sujeto a pérdidas durante los años húmedos.
Esta es la razón por la cual la pérdida total de nitrato-N generalmente se presenta como un promedio a lo largo de años o como una cantidad total a lo largo de varios años. Otro método es calcular la concentración de nitrato como una media ponderada por flujo (FW), que tiene en cuenta la variabilidad del flujo total de agua de parcelas individuales.
Pérdida anual de nitrato
Una revisión de la literatura de una gran cantidad de estudios de drenaje en todo el mundo muestra que la pérdida anual de nitrato-N a través de líneas de tejas varía de 0 a 124 libras por acre. Las parcelas mantenidas desprovistas de vegetación (barbecho) en Waseca midieron una pérdida anual promedio de casi 20 libras de nitrato-N por acre del suelo desnudo.
La fuente de esta pérdida de nitrato fue el N mineralizado de la materia orgánica. Maíz cultivado sin añadir fertilizante N anualmente perdía alrededor de 10 libras de nitrato-N por acre. Las tasas de pérdida para la soja que no recibieron fertilizante N fueron casi idénticas (Tabla 1).
En general, las pérdidas anuales con cultivos en hileras, donde el maíz recibió tasas de N casi óptimas, variaron desde 15 libras de nitrato-N por acre (Tabla 1) en el extremo inferior en Waseca hasta 40 libras por acre en el extremo superior en Lamberton ( Tabla 2) durante cuatro años húmedos. Un proyecto separado que utilizó parcelas más grandes en el Centro de Investigación y Extensión del Sur (SROC) en Waseca, ubicado aproximadamente a una milla de distancia, confirmó pérdidas anuales que oscilaban entre aproximadamente 10 y 18 libras por acre.
El método que ha demostrado reducir drásticamente la pérdida de nitrato
En más de 40 años de investigación sobre drenaje en la República de China, el uso de vegetación perenne (ya sea plantas nativas de pradera o alfalfa) fue el único método que demostró reducir drásticamente la pérdida de nitrato en el sitio de Lamberton.
Durante un período de cuatro años, estas parcelas tuvieron una concentración de nitrato promedio anual ponderada por flujo que oscilaba entre casi cero y un máximo de 4 partes por millón (ppm). Además, debido a que el volumen total de drenaje se redujo considerablemente, las tasas de pérdida de nitrato-N promediaron sólo 1 a 1.5 libras por acre (Tabla 2).
Tabla 1: Pérdida de nitrato-N en cuatro años en el agua de drenaje en Waseca
| La rotación de cultivos | tasa n | N tiempo de aplicación | Concentración de nitrato-N (promedio de cuatro años) | Nitrato-N total (promedio de cuatro años) |
|---|---|---|---|---|
| maíz-soja-maíz | 0 libras por acre | -- | 6.1 ppm | 37.7 libras por acre |
| " | 60+40 libras. por acre | Dividida | 7.8 ppm | 44.8 libras por acre |
| " | 120 libras por acre | Preplantar | 8.2 ppm | 52.1 libras por acre |
| soja-maíz-maíz | 0 libras por acre | -- | 4.6 ppm | 34.0 libras por acre |
| " | 60+80 libras. por acre | Dividida | 7.9 ppm | 64.2 libras por acre |
| " | 160 libras por acre | Preplantar | 8.8 ppm | 62.8 libras por acre |
| maíz-maíz-soja | 0 libras por acre | -- | 5.5 ppm | 30.5 libras por acre |
| " | 0 libras por acre | -- | 8.4 ppm | 40.9 libras por acre |
| " | 0 libras por acre | -- | 8.7 ppm | 38.3 libras por acre |
| Sistema de cultivo | Alta total (cuatro años) | Nitrato-N: Concentración (cuatro años) | Nitrato-N: Total (cuatro años) |
|---|---|---|---|
| maíz continuo | 30.4 pulgadas | 28 ppm | 194 libras por acre |
| maíz-soja | 35.5 pulgadas | 23 ppm | 182 libras por acre |
| soja-maíz | 35.4 pulgadas | 22 ppm | 180 libras por acre |
| Alfalfa | 16.4 pulgadas | 1.6 ppm | 6 libras por acre |
| Programa de Conservación de Reservas (CRP) | 25.2 pulgadas | 0.7 ppm | 4 libras por acre |
Factores de influencia
El aumento bien documentado en la cantidad de drenaje artificial en porciones significativas de Minnesota puede atribuirse a la rentabilidad general de la práctica, así como la mayor eficiencia del tiempo de los agricultores.
Esto ha ido acompañado de un escrutinio sobre posibles impactos negativos, incluida la pérdida de nitrato. Minimizar la pérdida de nitrato a través del drenaje artificial es lo mejor para todos, ya que tiene sentido tanto desde el punto de vista medioambiental como económico.
La respuesta del cultivo a la dosis de N del fertilizante generalmente sigue una curva, donde el rendimiento se maximiza en algún punto y los aportes adicionales de N no aumentan el rendimiento del cultivo. El punto en el que los insumos adicionales de N ya no producen un rendimiento económico se denomina tasa de N óptima económica (EONR).
Las recomendaciones se basan en EONR de una gran cantidad de sitios y años. Un examen más detenido de la relación de la curva de respuesta (Figura 3) muestra cómo la aplicación de fertilizante N adicional en el EONR o por encima de él produce poco o ningún rendimiento adicional.
Esto va acompañado de una mayor acumulación de nitrato residual en el suelo después de la cosecha, que es susceptible a la pérdida ambiental. Esta relación sigue una curva similar pero es inversa a la respuesta del rendimiento al N. Muestra la importancia de la tasa de N, ya que es muy probable que los insumos excesivos de N se pierdan en el medio ambiente.
Aplicaciones de fertilizantes en otoño
La aplicación de fertilizantes nitrogenados en otoño es una práctica común en gran parte de Minnesota. Sin embargo, las BMP actuales no recomiendan la aplicación en otoño en la parte sureste del estado, donde hay muy poco drenaje artificial.
El uso de urea como fuente de fertilizante de otoño solo se recomienda en la parte occidental del estado, donde la precipitación anual promedia menos de 26 pulgadas. Se recomienda un inhibidor de la nitrificación con la aplicación de amoníaco anhidro (AA) en otoño en el centro-sur de Minnesota, donde la precipitación anual es de alrededor de 35 pulgadas.
Una tendencia reciente hacia un maíz más continuo ha resultado en una menor aplicación de N en otoño. La mayoría de los agricultores encuentran difícil aplicar AA en el otoño debido a la presencia de residuos de maíz del año anterior, especialmente con la labranza de conservación. Una encuesta de 2011 mostró aproximadamente Se aplicó el 40 por ciento del fertilizante N en el otoño. en el suroeste, centro-oeste y centro-sur de Minnesota.
Investigación: aplicaciones en otoño de AA con un inhibidor de la nitrificación
Las investigaciones han demostrado, en promedio, que las aplicaciones de AA en otoño con un inhibidor de la nitrificación (cuando se recomienda) tienen pérdidas de nitrato-N similares a las aplicaciones de primavera. Esto, por supuesto, varía de un año a otro según las condiciones climáticas. Las caídas leves y los manantiales húmedos tienden a aumentar la pérdida de nitratos.
La investigación demostró que las aplicaciones de primavera tuvieron mayores rendimientos de maíz que las aplicaciones de AA con un inhibidor en otoño (Tabla 3). El aumento del rendimiento (aunque no siempre es estadísticamente significativo) es un indicador probable de una menor pérdida de N al medio ambiente.
Tabla 3: Cómo la aplicación de N afecta las concentraciones, las pérdidas y el rendimiento de nitrato-N
| Aplicación N: Tasa | N aplicación: Tiempo | Aplicación N: N-Serve | Concentración de NO3-N ponderada por flujo | Nitrato-N perdido: Maíz | Nitrato-N perdido: Soja | Nitrato-N perdido: Total | Rendimiento de grano de maíz (promedio de cuatro años) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 80 libras por año | Otoño | Sí | 11.5 miligramos por litro (mg/L) | 115 libras por año | 90 libras por año | 205 libras por año | 144 bushels por acre |
| 120 libras por año | Otoño | Sí | 13.2 mg / L | 121 libras por año | 99 libras por año | 220 libras por año | 166 bushels por acre |
| 160 libras por año | Otoño | Sí | 18.1 mg / L | 142 libras por año | 139 libras por año | 281 libras por año | 172 bushels por acre |
| 120 libras por año | Primavera | No | 13.7 mg / L | 121 libras por año | 98 libras por año | 219 libras por año | 180 bushels por acre |
Volumen de drenaje
El volumen de agua que se mueve a través de las líneas de baldosas está determinado por:
-
Agua disponible en el perfil del suelo.
-
Evapotranspiración (uso y evaporación del agua de las plantas).
-
Precipitación.
Se puede pensar en el movimiento del agua a través de drenajes artificiales como algo episódico o caracterizado por eventos.
Un cultivo en crecimiento activo también afecta el volumen de drenaje a medida que sus raíces penetran en el perfil del suelo. La demanda de agua de la planta disminuye el agua disponible en el perfil del suelo, haciendo menos probable la saturación y, en última instancia, el movimiento mediante drenaje artificial.
Cuando ocurre el drenaje
En el sur de Minnesota, los suelos suelen estar congelados desde principios de diciembre hasta finales de marzo. Un examen de 15 años de registros de drenaje del SROC muestra que la mayor parte del drenaje de losetas ocurre en abril, mayo y junio (Figura 4).
Si bien los últimos meses de la temporada de crecimiento pueden tener eventos de drenaje, son impredecibles y tienden a ser más cortos en duración y volumen. Un conjunto de parcelas de drenaje en el SROC mostró un promedio de 15 años del 50 por ciento del volumen total de drenaje ocurriendo en sólo siete días al año.
La pérdida de N a través del drenaje de las tejas no es sólo el resultado del movimiento del agua, sino también de la presencia de nitrato en el perfil del suelo. Las pérdidas totales de N en libras por acre reflejan los volúmenes de drenaje cuando se analizan mes a mes (Tabla 4). La investigación de drenaje en Waseca mostró que más del 70 por ciento de todo el N perdido a través de las líneas de tejas ocurrió de abril a junio.
Tabla 4: Distribución mensual del drenaje anual subterráneo de losetas y pérdidas de nitrato-N
| Mes | Flujo de drenaje | Pérdida de nitrato |
|---|---|---|
| Enero | 0% | 0% |
| Febrero | 0% | 0% |
| Marzo | 3% | 2% |
| Abril | 25% | 17% |
| Mayo | 25% | 29% |
| Junio | 21% | 27% |
| Julio | 11% | 14% |
| Agosto | 7% | 6% |
| Septiembre | <1% | <1% |
| Octubre | 5% | 3% |
| Noviembre | 3% | 2% |
| Diciembre | <1% | <1% |
Pérdidas de nitrato en Minnesota
Los suelos de labranza glacial que se encuentran en gran parte de Minnesota son muy importantes para la agricultura debido a su alto contenido de materia orgánica, capacidad de retención de agua disponible y fertilidad. Estos suelos tienen el potencial de mineralizar cantidades significativas de nitrógeno a partir de su materia orgánica.
Aproximadamente 20 libras de nitrato-N por acre se pierden a través de los sistemas de drenaje cada año cuando el suelo se mantiene desnudo. Esto representa la contribución del suelo a partir de la materia orgánica del suelo, lo cual es típico en gran parte de las áreas agrícolas de Minnesota.
El maíz cultivado sin aportes de fertilizantes N todavía pierde un promedio de alrededor de 10 libras de nitrato-N por acre. La soja, a pesar de ser una leguminosa que no recibe aportes de N, pierde aproximadamente la misma cantidad. La conclusión es que nuestras rotaciones actuales de cultivos que involucran maíz y soja tienen fugas con respecto al nitrógeno.
Mejores prácticas de manejo: fertilizantes nitrogenados
La Universidad de Minnesota estableció mejores prácticas de gestión (BMP) para la aplicación de fertilizantes nitrogenados a principios de la década de 1990, que se actualizaron en 2008.
Estas pautas detalladas están diseñadas para ayudar a los productores a utilizar eficientemente los fertilizantes N para maximizar las ganancias y, al mismo tiempo, minimizar la pérdida de N al medio ambiente:
Aplicar nitrógeno en el momento adecuado.
El ciclo del N dicta que la conversión de las diversas formas de N orgánico debe ocurrir antes de que el nitrato esté presente en el suelo. Esta conversión, provocada por la acción de los microorganismos, depende de la temperatura y el tiempo.
El movimiento posterior del nitrato depende de la presencia de agua que excede la capacidad de campo. La demanda de agua de un cultivo en crecimiento disminuye la probabilidad de que se produzca un drenaje. El momento óptimo de aplicación también se corresponde con la necesidad de N de la planta.
Líneas directrices
Lo lógico e ideal sería aplicar fertilizantes nitrogenados lo más cerca posible del momento en que una planta necesita el nutriente, para minimizar la posibilidad de pérdida al medio ambiente. Las mejores prácticas de gestión dictan los requisitos mínimos para evitar una pérdida excesiva de N (Figura 5).
Puede reducir la posibilidad de que se produzca un evento de lixiviación importante retrasando aún más la aplicación para que se corresponda mejor con la plantación o dividiéndola para que parte de la aplicación se produzca en un cultivo en crecimiento.
Sin embargo, tenga cuidado cuando las aplicaciones tardías (en temporada) se apliquen en la superficie y no se incorporen. Si no se producen precipitaciones significativas durante 10 a 20 días, se podría perder este N en la atmósfera. Además, podría dejar de estar disponible posicionalmente para las raíces. En cualquier caso, los rendimientos se verán afectados debido a la falta de N disponible.
La aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados es otro factor que está bajo el control del agricultor. Generalmente, la pérdida de nitrógeno a través del drenaje de las baldosas aumenta a medida que aumenta la tasa de N, especialmente a tasas de N superiores al óptimo económico.
Como se ilustra en la Figura 3, cambiar la dosis de N de 120 libras por acre a 150 libras por acre en el maíz después de la soja solo aumentó el rendimiento en 4 bushels por acre. Sin embargo, aumentó la cantidad de N residual que quedaba en el perfil del suelo en un 40 por ciento, sometiéndolo a lixiviación.
Evite aplicar nitrógeno en dosis superiores al EONR. Representa tanto un riesgo económico asociado con costos de fertilizantes superiores a los necesarios como un riesgo ambiental local asociado con pérdidas potenciales. A medida que aumenta el abandono de EONR, también aumenta el riesgo de pérdida de nitrato al medio ambiente.
Recomendaciones de fertilizantes específicos para cultivos
Una nota sobre el estiércol
La investigación realizada en el SROC no encontró diferencias en la pérdida de nitrato-N a través del drenaje agrícola entre el estiércol y el fertilizante comercial, siempre que se utilizaran las dosis y los métodos de aplicación recomendados.
Objetivos de reducción de nitratos
La EPA se ha fijado el objetivo de reducir en un 45 por ciento los nitratos en el río Mississippi a largo plazo. Lógicamente, seguir las mejores prácticas recomendadas con respecto a la tasa, la fuente, el momento y el uso de inhibidores de la nitrificación es un primer paso importante para alcanzar este objetivo.
Las tasas actuales de adopción de BMP no están bien documentadas. Más, proyecciones del modelo sugieren que una mayor adopción de BMP sólo puede lograr mejoras modestas. Retrasar las aplicaciones hasta más adelante en la temporada puede lograr cierta reducción, pero es necesario evaluarlo y tener en cuenta la capacidad del agricultor para realizar la aplicación en el momento deseado.
Las recomendaciones que hemos compartido aquí corresponden con las Campaña nacional para que la aplicación de fertilizantes siga las 4R.: La fuente de fertilizante adecuada, en la dosis adecuada, en el lugar adecuado y en el momento adecuado.
La estrategia más efectiva
Al final, nuestros sistemas de cultivo actuales pierden N y se ha demostrado que sólo la vegetación perenne elimina eficazmente el N del perfil del suelo. Tenga en cuenta que, si bien los beneficios ambientales de esta práctica son claros, no existe un sistema económico que respalde estos cultivos. Por tanto, el coste es elevado.
Mientras tanto, concéntrese en tomar decisiones de gestión económica y ambientalmente racionales. Estas prácticas están fácilmente bajo su control. Además, manténgase informado sobre nuevos desarrollos o prácticas que podrían lograr mayores reducciones.
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Revisado en 2021