El índice de fósforo de Minnesota: evaluación del riesgo de pérdida de fósforo en las tierras de cultivo

Los lagos y arroyos de Minnesota son una parte clave de la economía y la calidad de vida del estado. Cuando el exceso de fósforo (P) llega al agua superficial, afecta los usos recreativos y la vida acuática.

El exceso de P provoca un mayor crecimiento de algas. A su vez, hay agua menos clara, menor contenido de oxígeno y sombra de las plantas acuáticas que son hábitat y alimento para peces y aves acuáticas.

El exceso de P puede provenir de muchas fuentes, incluidos desechos municipales e industriales, escorrentías urbanas, sistemas sépticos, sedimentos erosionados por el viento, erosión de las orillas de los arroyos y escorrentías de corrales de engorde y campos agrícolas. En esta página, nos centramos en la escorrentía de los campos agrícolas.

Muchos campos agrícolas no son fuentes importantes de P por sí solos, pero contribuyen a la pérdida acumulativa de P en las aguas de Minnesota. Otros campos son fuentes individuales importantes de pérdida de P. Aquí, describimos cómo estimar el riesgo de pérdida de P para campos individuales e identificar prácticas de gestión específicas del sitio que probablemente reduzcan el riesgo.

Debido a que los modelos son representaciones matemáticas de sistemas, la calidad de una estimación depende de la cantidad de entradas. Los usuarios deben elegir entre modelos que son rápidos y fáciles de usar pero que solo generan estimaciones crudas, y modelos que generan estimaciones de mayor calidad pero requieren mucho más tiempo para aprender y usar.

Los modelos en la Tabla 1 estiman el riesgo de pérdida de P. Modelos más elaborados, como el modelo Agrícola de Fuentes Difusas (AGNPS), estiman la entrega real de P. En cualquier caso, interpretar los resultados del modelo requiere comprender los supuestos y la investigación detrás del modelo.

El método más simple para prevenir la pérdida de P es aplicar los requisitos del Reglas para corrales de engorde del Capítulo 7020 de la Agencia de Control de la Contaminación de Minnesota (MPCA) o las normas en el Estándar de gestión de nutrientes 590 del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del USDA.

Estos dos documentos brindan una guía integral para el manejo de nutrientes y corrales de engorde. No son principalmente herramientas de evaluación de pérdidas de P, pero incluyen orientación destinada a prevenir la pérdida de P y pueden usarse para inferir situaciones de alto riesgo.

Los límites de aplicación de estiércol relacionados con la pérdida de P se basan en cuatro a cinco indicadores: tasas de erosión, prueba de P del suelo, distancia al agua, presencia de zonas de amortiguamiento con vegetación y método de aplicación.

Utilice el Índice P de Minnesota cuando se necesite una estimación más precisa (p. ej., en sitios con múltiples factores de riesgo), o para estimar el riesgo de pérdida de P no relacionado con las aplicaciones de estiércol (p. ej., para identificar sitios de pérdida de P dentro de una cuenca).

El índice ayuda a los usuarios a identificar y perfeccionar métodos específicos del sitio para reducir la pérdida de P al considerar la interacción de una amplia gama de factores de riesgo, incluidas las características del paisaje, las prácticas de cultivo y labranza y los métodos de aplicación de P.

Escalando los resultados

El Índice P de Minnesota analiza el riesgo de pérdida de P a escala de campo. Sin embargo, los agricultores, conservacionistas y planificadores de cuencas gestionan la tierra a escala agrícola o a pequeña escala de cuencas.

Puede utilizar el índice en estas escalas más grandes comparando los resultados de todos los campos de una finca o cuenca, o examinando escenarios que representen las condiciones potenciales en la finca o cuenca.

Por ejemplo, también se puede utilizar el índice para estimar qué sitios tienen más probabilidades de perder fósforo y qué prácticas de gestión podrían reducir eficazmente el riesgo.

Optimización de la calidad

La calidad y utilidad de los resultados del índice dependen de la calidad de los insumos. Por ejemplo, la pendiente utilizada para estimar la erosión y la distancia al agua superficial afectarán significativamente el resultado del Índice P de Minnesota.

El Índice P de Minnesota evalúa el riesgo de pérdida de P modelando tres vías principales de movimiento de P desde los campos al agua: erosión, escorrentía de lluvia y escorrentía de deshielo (Figura 1).

Observar qué camino es importante en una situación particular brinda a los usuarios información sobre qué cambios de gestión serían más efectivos para reducir las pérdidas.

Para cada vía, un mecanismo de transporte se multiplica por las fuentes de P para calcular el riesgo de pérdida de P para esa vía. Tome la suma de las tres vías para obtener un valor de riesgo de pérdida total P.

Por lo general, una vía juega un papel más importante que otras en el riesgo general de pérdida de P. Los cambios de gestión que aborden esa vía serán el método más eficaz para reducir el riesgo general.

El fósforo puede viajar por otras vías no consideradas por el Índice P de Minnesota, incluida la lixiviación a través del suelo, generalmente una preocupación menor, y a través de la erosión eólica o de barrancos, que pueden ser preocupaciones importantes pero difíciles de modelar a escala de campo.

Como cualquier modelo, obtener buenos resultados requiere buenos insumos.

Complete este formulario de recopilación de datos para asegurarse de tener toda la información que necesita para ejecutar el Índice P de Minnesota. Dos datos importantes son la distancia al agua y la descripción de la pendiente del campo.

Distancia al agua superficial más cercana

El usuario debe determinar la masa de agua más cercana donde el enriquecimiento de P podría ser un problema.

Generalmente, el arroyo, lago o humedal permanente más cercano es la principal preocupación sobre la calidad del agua. Además, considere cualquier zanja de drenaje u otro curso de agua como la superficie de agua más cercana si está húmeda la mayor parte del año.

Si es probable que todo el fósforo que llega a un curso de agua viaje a un lago o arroyo, entonces considere que ese curso de agua es el “agua más cercana” a los efectos de estimar el riesgo de pérdida de P. Si no hay preocupación por la calidad del agua en una depresión cerrada (es decir, agua sin conexión con otras aguas superficiales), entonces no la considere como el agua superficial más cercana.

Aunque algunos consideran que las entradas de baldosas de superficie son un conducto directo al agua superficial, no utilice las entradas como el agua superficial más cercana en el Índice P de Minnesota. En cambio, indique la presencia de depresiones con entradas. Debido a su método diferente de entrega de P, el programa contabiliza las ensenadas y la escorrentía terrestre por separado.

Longitud de pendiente y gradiente

La erosión es una causa importante de pérdida de fósforo, por lo que una buena estimación de la erosión es fundamental para generar una buena estimación del riesgo de pérdida de P. El programa del Índice P de Minnesota utiliza el modelo de Ecuación Universal Revisada de Pérdida de Suelo 2 (RUSLE2) para estimar la erosión. Un dato importante a RUSLE2 es la descripción de una sección transversal de una pendiente en el campo.

Los resultados del Índice P de Minnesota estiman el riesgo relativo de que un campo sea una fuente de contaminación por fósforo para una masa de agua cercana.

Los resultados no son estimaciones cuantitativas de la entrega de P, aunque se correlacionan con la entrega de P. La Tabla 2 muestra cómo se puede definir el riesgo bajo, medio y alto, pero el usuario puede ajustarlos dependiendo de los objetivos y la sensibilidad del agua receptora.

Los resultados del Índice P de Minnesota representan el riesgo relativo de pérdida de P. Por ejemplo, una duplicación del valor del riesgo sugiere que es probable que la entrega de P se duplique dado el mismo conjunto de eventos climáticos.

No utilice los resultados para cuantificar la entrega real de P. En su lugar, compare la entrega relativa de diferentes escenarios de gestión. El índice P de Minnesota es un modelo de transporte de P al agua superficial, por lo que no predice su efecto sobre la calidad del agua una vez que ingresa al arroyo o lago.

Las fortalezas del Índice P de Minnesota son cómo compara el nivel de riesgo entre sitios, determina cómo las prácticas de gestión afectan el riesgo de pérdida de P y evalúa la interacción de factores de riesgo que pueden no parecer significativos cuando se consideran por sí solos.

Además del resultado total, observe qué vía (erosión, escorrentía o deshielo) contribuye más al riesgo de pérdida de P. Esto le permitirá identificar qué prácticas de gestión reducirán efectivamente el riesgo (Figura 2).

Después de identificar un cambio de gestión adecuado, utilice el programa del Índice P de Minnesota para probar el efecto del cambio de gestión sobre el riesgo de pérdida de P.

Pérdidas de P ligadas a sedimentos: cómo reducir el riesgo

• Disminuir la erosión reduciendo la labranza y aumentando la cobertura de residuos de cultivos.

• Agregue trampas de sedimentos, como franjas de protección.

• Reducir o prevenir niveles altos de P en las pruebas del suelo.

Pérdidas de P soluble en la escorrentía pluvial: cómo reducir el riesgo

• Disminuir la escorrentía aumentando la cobertura superficial, aumentando la infiltración y cultivando forrajes y otra vegetación permanente.

• Reducir las tasas de aplicación de estiércol.

• Incorporar o inyectar todo el estiércol y fertilizante.

• Reducir o prevenir niveles altos de P en las pruebas del suelo.

Pérdidas de P por escorrentía del deshielo: cómo reducir el riesgo

• No aplique estiércol al suelo congelado.

• Deje la superficie del suelo rugosa en el otoño y labra a lo largo de la pendiente en lugar de hacia arriba y hacia abajo. Aunque se puede reducir la pérdida de P en el deshielo mediante una labranza de otoño más agresiva, no se recomienda enterrar la mayor parte de los residuos del cultivo. Esto se debe a que necesitará residuos después de plantar para evitar la erosión y la pérdida de P por las otras dos vías.

El Índice P de Minnesota no tiene en cuenta las pérdidas de P no agrícolas, las pérdidas por lixiviación o las pérdidas por cárcavas o erosión eólica.

Las pérdidas por lixiviación normalmente son insignificantes, pero pueden ser una preocupación en suelos gruesos irrigados donde las aplicaciones de P o P en las pruebas de suelo son muy altas o en suelos fracturados con canales de flujo preferenciales que minimizan la interacción del agua con el suelo.

Los resultados del Índice P de Minnesota se correlacionan con la entrega de P, pero no indican la cantidad absoluta de P que se entregará al agua superficial. Las calificaciones de riesgo relativo respaldan las decisiones sobre si un cambio de gestión tendrá un impacto sustancial en la reducción de las pérdidas de P. Sin embargo, las clasificaciones de riesgo no permiten comparaciones directas con otras fuentes de P, como las descargas de desechos municipales.

El Índice P de Minnesota no indica cambios en la calidad del agua superficial porque no considera la sensibilidad de las aguas receptoras, las fuentes de P como los desechos municipales y comerciales o los sedimentos ricos en P previamente depositados en el lago o arroyo.

El índice no considera los costos ambientales del suministro de P a las aguas superficiales, ni el costo de adoptar diferentes prácticas para reducir las pérdidas de P en campos específicos.

La planificación de la ubicación, el momento y el método de aplicación del estiércol debe comenzar con las regulaciones estatales (MPCA) descritas en Aplicación de estiércol en áreas sensibles. Este documento se basa en el MPCA Capítulo 7020 Regla de corral de engorda y NRCS 590 Estándar de gestión de nutrientes.

Las reglas de la MPCA se aplican a cualquiera que aplique estiércol, mientras que las normas del NRCS son utilizadas por productores inscritos en programas de conservación administrados por el NRCS y otros que han solicitado asistencia para el manejo de nutrientes. Los estándares NRCS y las reglas MPCA consideran las preocupaciones sobre el nitrógeno y los patógenos junto con el fósforo.

Después de utilizar las reglas MPCA y los estándares NRCS, utilice el índice P de Minnesota, que brinda a los productores más flexibilidad en algunas situaciones.

Por ejemplo, para la categoría más grande de granjas ganaderas, las aplicaciones de estiércol generalmente no están permitidas en el invierno o en suelos con niveles extremadamente altos de P, a menos que el campo esté al menos a 300 pies de lagos y arroyos y utilice prácticas adicionales para reducir el movimiento de P. . En estas situaciones, los productores pueden utilizar el índice P de Minnesota para demostrar que el riesgo de pérdida de P es bajo.

Para obtener más detalles sobre cómo utilizar el índice P de Minnesota en estos contextos, consulte el Regla MPCA 7020 y Estándar NRCS 590.

La evaluación del riesgo de pérdida de fósforo en una cuenca implica dos niveles de esfuerzo.

Primero, evaluar el uso de buenas prácticas de gestión que mantengan el P en las tierras de cultivo y fuera del agua. Estas incluyen prácticas de control de escorrentía y erosión y el uso de prácticas de manejo de nutrientes (como pruebas de suelo, aplicación de fertilizantes y estiércol en dosis agronómicas, incorporación oportuna y retrocesos apropiados) recomendadas por la Universidad de Minnesota.

El segundo nivel de evaluación es identificar sitios específicos que pueden ser la fuente de cantidades relativamente mayores de P para un lago o arroyo.

Puede utilizar el Índice P de Minnesota para identificar sitios de alto riesgo y determinar los cambios de gestión que reducirán eficazmente la pérdida de P tanto de los sitios de alto como de bajo aporte.

El Índice P de Minnesota es una herramienta de evaluación a escala de campo, por lo que no utilice datos a escala de cuenca ni sume los resultados del índice en toda una cuenca. Utilice el índice junto con otras mediciones y modelos que evalúen la pérdida de P en toda la cuenca.

Al utilizar el Índice P de Minnesota en cualquiera de las dos formas que se describen a continuación, se puede determinar el impacto relativo de varios campos y prácticas en la entrega de P dentro de una cuenca pequeña.

Paso 1: Elija sitios utilizando el Índice Rápido de Fósforo para identificar los campos de bajo riesgo.

Paso 2: Utilice el índice P de Minnesota para calcular el riesgo de pérdida de P para los campos restantes a lo largo de la cuenca.

Paso 3: Examinar los sitios con alto riesgo de pérdida de P. ¿Qué proporción del total de sitios tienen riesgo elevado? ¿Qué factores están causando el mayor riesgo?

Paso 4: Probar las soluciones propuestas. Por ejemplo, vuelva a ejecutar todos los escenarios suponiendo que se adoptó una mejor práctica de gestión específica. ¿Habría muchos menos sitios de alto riesgo?

Paso 5: monitorear los cambios en el número de sitios de alto riesgo a lo largo del tiempo.

Paso 1: considerar la variedad de paisajes y sistemas de cultivo en la cuenca. Para cada entrada al programa del Índice P de Minnesota, defina un rango de atributos que represente la cuenca. Por ejemplo, puede haber dos o tres tipos principales de suelos y paisajes, algunas rotaciones de cultivos, dos sistemas principales de labranza y un par de prácticas de estiércol y fertilizantes.

Paso 2. Ejecute el Programa de índice P de Minnesota en escenarios utilizando los rangos de entrada definidos.

Paso 3. Examinar los resultados utilizando la función “Exportar datos del escenario” en el menú “Archivo”. ¿Qué escenarios tienen el índice P más alto? ¿Qué factores o combinaciones de factores son más importantes para determinar el riesgo de pérdida de P en esta cuenca? Por ejemplo, quizás las aplicaciones moderadas de estiércol sean sólo un problema en un tipo de paisaje.

Paso 4. Apunte a los factores identificados en el Paso 3 durante la recopilación de datos, el seguimiento y la educación.

Las “áreas más limitantes de extensión significativa” son las áreas del campo que más limitan el manejo porque tienen mayor riesgo de erosión.

Los esfuerzos para caracterizar y tratar el campo deben centrarse en aquellas áreas críticas, que generalmente son las áreas con mayor pendiente. “De extensión significativa” significa que el “área más limitante” seleccionada debe representar las características de al menos el 20 por ciento del campo.

Después de identificar el “área más limitante de extensión significativa”, determine los tipos de suelo y defina la longitud y el porcentaje de pendiente para esta área.

La longitud del talud comienza donde se origina el flujo superficial y termina donde comienza el flujo concentrado. Específicamente, el lugar donde las laderas de una ladera se cruzan para recolectar el flujo terrestre en canales definidos, como canales con pasto o barrancos.

Esta ladera puede contener varios segmentos de pendiente, como una pendiente suave cerca de la cima de la colina, una pendiente lateral más pronunciada y luego una pendiente más suave. Calcule la longitud y la pendiente de cada segmento de pendiente, o determine una pendiente y una longitud de pendiente típicas para el tipo de suelo. La información típica sobre pendientes está disponible en su distribuidor local. Centro de servicio NRCS.

Valor de entrega de sedimentos versus valor de pérdida de suelo

Las personas familiarizadas con el modelo Revisado de la Ecuación Universal de Pérdida de Suelo 2 (RUSLE2) deben tener en cuenta que el Índice P de Minnesota utiliza el valor de entrega de sedimentos, no el valor de pérdida de suelo. Ambas son estimaciones de la erosión.

El valor de pérdida de suelo mide el movimiento del suelo dentro del campo y se utiliza para la planificación de la conservación. El valor de entrega de sedimentos mide el suelo entregado al borde del campo o al final de la vía de escorrentía definida. La entrega de sedimentos puede ser menor que la pérdida de suelo si se incluye una pendiente en el pie donde se deposita parte del suelo.

Esta es la razón por la que a veces es importante en el Índice P de Minnesota modelar una pendiente compleja con múltiples pendientes secuenciales en la ruta de escorrentía definida.

No utilice los números de entrega de sedimentos RUSLE2 del Índice P de Minnesota para la planificación de la conservación. Los números pueden ser inferiores a los valores de pérdida de suelo cuando se utiliza una pendiente compleja en el Índice P de Minnesota, o superiores a los valores generados en el programa RUSLE2 porque el Índice P de Minnesota simplifica las entradas a RUSLE2.

Cuando necesite analizar muchos campos, puede utilizar el índice rápido de fósforo (RPI) como herramienta de detección. Le ayudará a eliminar rápidamente los sitios de menor riesgo o a centrarse en los sitios de mayor riesgo donde aplicará el Índice P de Minnesota.

El RPI es un conjunto de indicadores y umbrales basados ​​en el índice P de Minnesota. Identificará el alto riesgo atribuible a los principales factores de riesgo, pero no evaluará las interacciones entre múltiples factores.

Los insumos necesarios para el RPI incluyen estimaciones de:

• Tasas de aplicación de estiércol y fertilizantes.

• Método de aplicación P.

• Prueba de suelo p.

• Tasas de erosión.

• Distancia al agua.

• Calidad del drenaje del suelo.

El RPI consta de tres herramientas independientes de diferente sensibilidad; elige cualquiera de ellos.

Utilice la versión de alta sensibilidad para eliminar solo los sitios de menor riesgo y la versión de baja sensibilidad para eliminar todos los sitios excepto los de mayor riesgo.

Si alguno de los criterios se cumple en cualquier año de la rotación, ejecute el Índice P de Minnesota completo en el campo para calcular una estimación del riesgo de pérdida de P más confiable.

Si el sitio cumple alguno de estos criterios, el índice P total puede ser mayor que dos.

• Cualquier cantidad de estiércol o fertilizante no incorporado.

• Más de 100 libras de P2O5 por acre por año de estiércol y/o fertilizante incorporado.

• La prueba del suelo P es superior a 100 ppm (Olsen) y La pérdida de suelo es superior a 3 toneladas por acre por año.

• La prueba del suelo P es superior a 100 ppm (Olsen) y la infiltración es lenta (es decir, el grupo de suelo hidrológico es C o D, o el suelo es arcilloso o franco arcilloso y sin drenaje artificial).

• La erosión es superior a 8 toneladas por acre por año.

• La distancia al agua es superior a 100 pies y la erosión es superior a 5 toneladas por acre por año.

• La distancia al agua es superior a 10 pies y la erosión es superior a 3 toneladas por acre por año.

Si el sitio cumple alguno de estos criterios, o dos de los criterios de la herramienta de alta sensibilidad, el índice P total puede ser mayor que cuatro.

• Más de 100 libras de P₂O₅ por acre por año de estiércol y/o fertilizante no incorporado.

• Más de 200 libras de P₂O₅ por acre por año de estiércol y/o fertilizante incorporado.

• La prueba del suelo P es superior a 100 ppm (Olsen) y La pérdida de suelo es superior a 3 toneladas por acre por año.

• La erosión es superior a 10 toneladas por acre por año.

• La distancia al agua es de más de 100 pies. y La erosión es superior a 6 toneladas por acre por año.

• La distancia al agua es de más de 10 pies y la erosión es de más de 4 toneladas por acre por año.

Si el sitio cumple cualquiera de estos criterios, o dos de los criterios de la herramienta de sensibilidad moderada, el índice P total puede ser mayor que seis.

• Más de 200 libras de P₂O₅ por acre por año de estiércol y/o fertilizante no incorporado.

• Más de 200 libras de P₂O₅ por acre por año de estiércol y/o fertilizante incorporado y La erosión es de más de 4 toneladas por acre por año.

• La erosión es de más de 10 toneladas por acre por año.

La distancia al agua es de más de 10 pies. y La erosión es de más de 6 toneladas por acre por año.