Por: Mirta Toribio1*, Adrián Correndo4 y Nahuel Reussi Calvo2,3,
1Profertil S.A., 2Unidad Integrada Balcarce INTA-Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Mar del Plata, 3CONICET. 4Kansas State University. *Bahía Blanca. Prov. de Buenos Aires.
Trabajo presentado en el XVIII Congreso de la AACS 2022
RESUMEN
El nitrógeno (N) es el principal nutriente que limita el rendimiento del cultivo de maíz (Zea mays L.) en Argentina. No obstante, la tasa de recuperación por parte de los cultivos durante la estación de crecimiento no supera el 50% del N aplicado. Este nutriente está sujeto a pérdidas como nitrato o en formas gaseosas que incluyen amoníaco y óxido nitroso, las cuales representan un detrimento económico para los productores y una baja eficiencia de uso de N. El objetivo del presente trabajo fue integrar la información existente sobre pérdidas de N-Urea por volatilización y jerarquizar los principales factores que la controlan en la Región Pampeana. Se realizó una revisión de experimentos (21 ensayos entre 1997 y 2021), tanto publicados como inéditos, seguida del armado y análisis de bases de metadatos.
Se realizó el análisis Stepwise para identificar los principales factores que controlan las pérdidas de N por volatilización, un Path análisis para examinar la ruta causal de las variables seleccionadas y un meta-análisis para categorizar las diferentes variables. El análisis de caminos propuesto explicó el 77% de la variación de la pérdida de N por volatilización. Las variables más relevantes fueron: dosis de N (r= 0,66), porcentaje de materia orgánica (MO; r= -0,59), contenido de arcilla (r= -0,01) y temperatura media durante los 10 días desde la aplicación (Temp10; r= 0,18).
El meta-análisis indicó que las mayores pérdidas de N por volatilización se dieron para dosis de N ≥100 kg ha-1, suelos con contenido de MO <2% y de arcilla <20%, Temp10 >20 y menos de 10 días para precipitaciones mayores a 10 mm. Los resultados del presente estudio permitieron identificar y jerarquizar los principales factores que controlan las pérdidas de N por volatilización.
INTRODUCCIÓN
El nitrógeno (N) es el principal nutriente que limita el rendimiento del cultivo de maíz (Zea mays L.) en la Argentina. Este nutriente está sujeto a pérdidas como nitrato o en formas gaseosas que incluyen amoníaco (NH3) y óxido nitroso, llevando a una baja eficiencia de uso de N del fertilizante (EUN) (Sainz Rozas et al., 1997). Las pérdidas de N por volatilización dependen de diversos factores de suelo, clima y de manejo de cultivo como de las interacciones que ocurren entre ellos durante el proceso de transformación de fuentes amoniacales.
El pH es uno de los factores que afecta la pérdida de N por volatilización, siendo mayor cuando el mismo es superior a 8 (Havlin et al.,1999).
La capacidad de intercambio catiónico, el contenido de materia orgánica (MO) y la textura del suelo también pueden afectar la intensidad del proceso de volatilización (Ferguson et al., 1984, Sainz Rozas et al., 1997). Según Martens y Bremner (1989), las pérdidas de NH3 se correlacionan de manera negativa con el contenido de MO, limo y arcilla. En cuanto a los factores ambientales que afectan las pérdidas de NH3 se destacan la temperatura y la humedad del suelo (Ernst et al., 1960; Fenn et al., 1974; Sainz Rozas et al., 1997).
Las pérdidas por volatilización son más elevadas cuando las temperaturas del suelo se incrementan en un rango de 10 a 50°C (Hargrove, 1988). Por ende, cuando el fertilizante es aplicado a la siembra o en 6 hojas del cultivo de maíz, es de esperar que las pérdidas de N varíen según los cambios en la temperatura del suelo (Sainz Rozas et al. 1997). Además, la pérdida de humedad del suelo es un prerrequisito para la liberación de NH3, dado que favorece la hidrólisis de la urea. Por último, la dosis y la fuente de N afectan las pérdidas por volatilización (Sainz Rosas et al., 1997; Salvagiotti 2005; Ferraris et al., 2015). En general, incrementos en las dosis de N aumentan las pérdidas de NH3 (Silva et al., 2017).
El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de variables de suelo (materia orgánica y textura), clima (precipitaciones, temperatura medía) y de manejo (dosis) sobre las pérdidas de N-Urea por volatilización en maíz.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se procedió al armado de una base de datos correspondientes a ensayos de fertilización con distintas fuentes de N en maíz (1997-2021). La información incluía manejo de la fertilización, tratamientos, los rendimientos de cada experimento; y características de los experimentos a través de variables relacionadas a suelo, clima y prácticas de manejo del cultivo. Esta caracterización resultó variable en cuanto al grado de detalle brindado por los investigadores y/o reportado en las publicaciones. Por tanto, se utilizó un protocolo de revisión con el objeto de estandarizar los datos para su posterior análisis.
El proceso de búsqueda de información se apoyó en la utilización de internet a través del motor de búsqueda Scholar Google™ para hallar artículos científicos, técnicos y de divulgación sobre fertilización con N en maíz realizados en Argentina. Se utilizaron distintas combinaciones de las palabras: maíz, nitrógeno, fertilización, inhibidores, región pampeana, argentina y en algunos casos, nombres de investigadores referentes en la materia. También se exploraron sitios web de instituciones como el INTA, Instituto Internacional para la Nutrición de Plantas, Fertilizar Asociación Civil, Asociación Argentina de la Ciencia del Suelo, y se sumó una base de datos del departamento Comercial – área de Planeamiento Comercial y Desarrollo de Profertil S.A. (ensayos se realizaron con rigurosidad científica junto al INTA).
El número total de experimentos seleccionados fue de 21. Se utilizó un proceso de selección paso a paso para identificar los factores más influyentes que controlan las pérdidas por volatilización (Vol). Después de esto, se examinó la ruta causal de las variables seleccionadas.
Los efectos directos de las variables seleccionadas se denominan “coeficientes de ruta” (Basta et al., 1993) y los efectos indirectos coeficiente de trayectoria (coeficientes de regresión parcial que representan el efecto de una variable sobre otra, controlando el resto de las variables) (Williams et al., 1990). Además, se calculó un residuo no correlacionado (U) para tener en cuenta la variación de la Volno explicada por las variables en el modelo de ruta.
Además, se llevó a cabo un meta-análisis, el cual permite identificar patrones de respuesta combinando múltiples fuentes de información (Borenstein et al.,2009; Philibert et al., 2012). Cada variable de interés se clasificó en niveles arbitrarios dependiendo de la unidad de expresión. Aunque para el análisis se utilizaron respuestas en log-ratios por sus mejores propiedades estadísticas respecto de la variable original (Hedges, 1999), por razones de practicidad, los resultados se re-transformaron a unidades de pérdida de N por volatilización respecto del tratamiento testigo (kg ha-1). Los resultados del meta-análisis se resumen utilizando Forest Plots que muestran los efectos de las variables de interés (Lewis y Clarke, 2001). La heterogeneidad entre los estudios se calculó mediante la estadística I2 para detectar si todos evalúan el mismo efecto (Higgins et al., 2003).
RESULTADOS Y DISCUSION
El análisis de camino propuesto (Path análisis) presento un U del 0,47 y un R2 de 0,77, demostrando que el análisis explicó el 77% de la variación de la pérdida de N por volatilización del amoniaco. Los coeficientes del Path análisis indicaron que 4 de las 6 variables predictoras tuvieron efectos significativos sobre las pérdidas de N, siendo estas la dosis de N, el porcentaje de arcilla, contenido de MO y la temperatura media del aire durante los diez días post-fertilización (Tabla 1).
El principal factor que influyó en la pérdida de N por volatilización del amoníaco fue la dosis de N (0,66), siendo el efecto directo y positivo, es decir a mayor dosis de N mayor volatilización del NH3. A su vez, se determinó un efecto indirecto (fuera de la diagonal) positivo de 0,34 a través del rendimiento (Tabla 1).
Esto indicaría que ambientes con mayores rendimientos, debido a incrementos en la dosis de N, presentaron mayores pérdidas por volatilización. Varios autores han determinado incrementos en las pérdidas de N por volatilización frente a aumentos en la dosis de fertilizante aplicados en superficie (Barbieri et al., 2003; Sainz Rosas et al., 1997). Además, Sainz Rozas et al. (1997) concluyó que la magnitud de las pérdidas por volatilización depende de la cantidad de N aplicado y del momento de fertilización. Según estos autores, aplicaciones de N en seis hojas generaban pérdidas de hasta el 15%.
El efecto del contenido de arcilla como el de MO fueron directos y negativos con valores de -0,59 y -0,01, respectivamente (Tabla 1). Esto indicaría que suelos con mayores niveles de MO y arcilla presentaron menores pérdidas por volatilización. Si bien el efecto directo de la MO fue de baja magnitud, su efecto indirecto a través de la arcilla fue mayor (-0,39). Esto evidencia el rol de las fracciones finas del suelo sobre la acumulación de MO y, por ende, sobre la capacidad buffer del mismo. Martens y Bremner (1989) informaron que las pérdidas por volatilización presentan una correlación negativa con el contenido de arcilla y materia orgánica y positiva con el contenido de arena y pH. No obstante, otros autores han determinado un incremento de la actividad ureásica en suelos con mayor contenido de carbono (Vahed et al., 2011).
Tabla 1. Efecto directo e indirecto (diagonal y fuera de la diagonal, respectivamente) de variables edafoclimáticas y productivas sobre las pérdidas de nitrógeno por volatilización (kg ha-1). Los efectos directos (“coeficientes de trayectoria”) son coeficientes de regresión parcial estandarizados mientras que los efectos indirectos son el producto del coeficiente de correlación simple entre las variables y su coeficiente de trayectoria.
Respecto a las variables climáticas, solo la temperatura media presentó un efecto directo positivo (0,18) sobre las pérdidas de N del fertilizante (Tabla 1). Esto indicaría que los sitios donde hubo mayor temperatura en los días posteriores a la fertilización presentaron mayores pérdidas. Varios trabajos han determinado aumentos en las pérdidas de N por volatilización frente a incrementos en la temperatura media (Hargrove, 1988; Sainz Rozas et al., 1997), siendo no significativas con temperaturas del suelo entre 5 y 10 °C. Kissel y Cabrera (1988) reportaron valores relativos de actividad ureásica entre 0,15 a 0,40 con temperaturas menores de 10°C, siendo la temperatura óptima para la máxima actividad ureásica de 40°C.
En la Figura 1, los círculos representan estimaciones puntuales y los bigotes representan su respectivo intervalo de confianza (IC) del 95 %. Se determinaron diferencias significativas entre clases para la dosis de N, (Figura 1 A), siendo las pérdidas de N por volatilización sobre el testigo de 6,2 y 16,7 kg ha-1 para <100 y ≥100 kg ha-1, respectivamente. Para las variables de suelo, el contenido de MO fue dividido en 3 clases (< 2%; 2-3% y > 3%) y se encontraron diferencias significativas entre las pérdidas de N sobre el testigo con un promedio de 17,6, 12,5 y 8,6 kg ha-1 para cada clase, respectivamente (Figura 1 C). Estos resultados evidencian la importancia de la MO y su efecto amortiguador, sobre las pérdidas de N del sistema. Respecto a la variable arcilla, la misma fue clasificada en dos clases (< 20% y ≥ 20 %) con pérdidas de N por volatilización promedios de 15,7 a 10,6 kg ha-1, respectivamente (Figura 1 E). Este resultado coincide con el Path análisis en donde el contenido de arcilla tuvo un efecto directo negativo con las pérdidas de N por volatilización.
Para las variables climáticas, la temperatura del aire fue dividida en dos clases (≤ 20 y > 20°C) y se encontraron diferencias significativas en las pérdidas de N por volatilización, siendo de 7,9 y 13,8 kg ha-1 cuando la temperatura fue menor de 20°C y mayor de 20°C, respectivamente (Figura 1 B). Al igual que para la temperatura, la variable días hasta una precipitación mayor de 10 mm, se dividió en 2 clases (≤10 días y >10 días), para esta variable se observaron diferencias significativas entre clases, con pérdidas de N por volatilización sobre el testigo que variaron entre 12,1 y 9,3 kg ha-1 para la clase ≤ 10 días y > 10 días, respectivamente (Figura 2 D). Para finalizar, según la distribución de los datos, el rendimiento del cultivo se dividió en 2 clases (>10,5 y ≤10,5 t ha-1) en donde no se determinaron diferencias significativas en las pérdidas de N por volatilización entre grupos (Figura 1 F).
Figura 1. Pérdidas de N por volatilización sobre el testigo en función: A) dosis de nitrógeno, B) temperatura post-aplicación, C) contenido de materia orgánica D) días hasta lluvias mayor a 10mm, E) contenido de arcilla (%) y F) rendimiento (kg ha-1). Las líneas indican el intervalo de confianza al 95%. I2 = estadístico I cuadrado.
CONCLUSIONES
La dosis de N fue el principal factor que explicó las pérdidas del nutriente por volatilización de amoníaco. Entre las variables de suelo, tanto el porcentaje de arcilla como el de materia orgánica fueron significativas. De las variables de clima solo la temperatura media del aire presentó un efecto directo positivo sobre las pérdidas de N del fertilizante con aumentos de la misma por encima de los 20°C. Identificar y jerarquizar los principales factores que controlan las pérdidas de N por volatilización contribuye a ser más precisos en el uso de prácticas de manejo para la aplicación y elección de fuentes de fertilizantes nitrogenados que nos ayudan a mejorar la EUN y minimizar las externalidad del sistema, con el objetivo de una agricultura intensifica sustentable.
BIBLIOGRAFIA
Barbieri, P. A., Echeverría, H. E. y Sainz Rozas, H. (2003). Respuesta del cultivo de maíz bajo siembra directa a la fuente y al método de aplicación de nitrógeno. Ciencia del Suelo 21:18-23.
Basta, N. T., Pantone, D. J. & Tabatabai, M. A. (1993). Path analysis of heavy metal adsorption by soil. Agron. J. 85, 1054-1057. DOI: https://doi.org/ 10.2134/agronj1993.00021962008500050018x.
Borenstein, C., Hedges, L. V., Higgins, J. P. T. & Rothstein, H. R. (2019). Chapter 12: Random-effects model. In: Introduction to meta-analysis. John Wiley & Sons, Ltd, 2009, 69-75. https://doi.org/10.1002/978470743386.
Ernst, J. W. & Massey, J. F. (1960). The Effects of several factors on volatilization of ammonia formed from urea in the soil. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 24:87-90.
Fenn, L. B. & Kissel, D. E. (1974). Ammonia volatilization from surface applications of ammonia compounds on calcareous soils: II. Effects of temperature and rate of ammonia nitrogen aplications. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 38:606-610.
Ferguson, R. B., Kissel, D. E., Koelliker, J. K. & Basel, W. (1984). Ammonia volatilization from surface-applied urea: Effect of hydrogen ion buffering capacity. Soil Sci. Am. J. 2:578-582.
Ferraris, G. N., Toribio, M., Pitton, J. y Galetto, M. L. (2015). Fuentes nitrogenadas en maíces tempranos y tardíos: pérdidas de nitrógeno por volatilización y efectos sobre los rendimientos en Pergamino (Bs AS). EEA INTA Pergamino.
Hargrove, W. L., Bock, B. R. & Urban, W. J. (1988). Comparison of nitrogen sources for surface application to winter wheat. Journal Fertilizer Issues.5:45-49.
Havlin, J. L., Tisdale, S. L., Nelson, W. L. & Beaton, J. D. (1999). Soil Fertility and Fertilizers, 8th edition. Editorial: PEARSON, 2016.
Hedges, L. V., Gurevitch, J. & Curtis, P. S. (1999). The Meta-Analysis of Response Ratios in Ecology. Ecology 1999, 80, 1150–1156.
Higgins, J. P. T., Thompson, S. G., Deeks, J. J. & Altman, D. G. (2003). Measuring inconsistency in meta−analyses. BMJ, Sep 2003; 327: 557 – 560.
Kissel, D. E. & Cabrera, M. L. (1988). Factor affecting urea hydrolysis. In ‘Ammonia volatilization from urea fertilizers’. (Eds BR Bock, DE Kiessel) pp. 53–66. (National Fertilizer Development Center,TVA: Muscle Shoals).
Lewis, S. & Clarke, M. (2001). Forest plots: trying to see the wood and the trees. Br. Med. J. 322, 1479–1480.
Martens, D. A. & Bremner, J. M. (1989). Soil properties affecting volatilization of ammonia from soils treated with urea. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 20:1645–1657. doi:10.1080/00103628909368173.
Philibert, A., Loyce, C. & Makowski, D. (2011). Assessment of the quality of meta-analysis in agronomy. Agric. Ecosyst. Environ. 2012, 148, 72–82. https://doi.org/10.1016/j.agee2011.12.003.
Sainz Rozas, H., Echeverría, H. E., Studdert, G. A. y Andrade, F. H. (1997). Volatilización de amoníaco desde urea aplicada al cultivo de maíz bajo siembra directa. Ciencia del Suelo 15: 12-16.
Salvagiotti, F. (2005). Cuantificación de las pérdidas de nitrógeno por volatilización y su efecto en el rendimiento del cultivo de maíz. EEA INTA Oliveros. (Convenio INTA Oliveros – Profertil, 2003/04).
Silva, A. G. B., Sequeira, C. H., Sermarini, R. A. & Otto, R. (2017). Urease Inhibitor NBPT on Ammonia Volatilization and Crop Productivity: A Meta-Analysis. Review & Interpretation. Agron. J. 109: 1-13.
Vahed, H. S., Shahinrokhsar, P. & Rezaei, M. (2011). Influence of some soil properties and temperature on urease activity in wetland rice soils. Am.-Eurasian J. Agric. Environ. Sci. 11:310–313.
Williams, W. A., Jones, M. B. & Demmert, M. W. (1990). A concise table for path analysis. Agron. J. 82: 1022-1024.
