Fertilización de cultivos extensivos en suelos con influencia de la napa

Explorar los beneficios de una fertilización más intensiva más allá de una sola campaña podría ser útil para reelaborar estrategias y revertir el actual proceso de extracción de nutrientes del suelo en la Pampa argentina.

Diego Hernán Rotili ^1*, Santiago Alvarez Prado ^2,3,4, Agustín Barattini⁵, Ignacio Lamattina⁵, Matías Saks⁶, Marcos Gregorini⁷, Fernando O. García⁸ y José Francisco Andrade^2,9

¹Facultad de Agronomia, Universidad Nacional de La Pampa, Santa Rosa, La Pampa, Argentina ²IFEVA, Universidad de Buenos Aires, CONICET, Facultad de Agronomía, C. A. Buenos Aires, Argentina. ³IICAR – CONICET, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Rosario, Zavalla, Santa Fe, Argentina. ⁴Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Rosario, Zavalla, Prov. de Santa Fe, Argentina. ⁵Asociación Argentina de Consorcios Regionales de Experimentación Agrícola, Región Oeste AACREA, C. A. Buenos Aires, Argentina. ⁶ Bunge Argentina S.A., Argentina. ⁷Nutrien Ag Solutions Inc., Argentina, ⁸Consultor, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Mar del Plata, Balcarce, Buenos Aires, ⁹ Facultad de Agronomía, Universidad de Buenos Aires, C. A. Buenos Aires, Argentina.

*autor correspondiente: drotili@agro.unlpam.edu.ar

Adaptado de “Estrategias de fertilización de mediano plazo en sistemas de cultivos extensivos con influencia de napa”. Presentado en el Simposio Fertilidad 2023.

Introducción

Las limitaciones nutricionales para la producción de cultivos de granos son ubicuas, particularmente en los países en desarrollo con extensas áreas agrícolas. Si bien el rendimiento y la respuesta económica a la fertilización se han evaluado exhaustivamente en muchos cultivos en diferentes ambientes, la atención se ha centrado principalmente en el nivel del cultivo individual más que en el sistema de producción de cultivos (Rodríguez y Sadras, 2011).

El problema es que, a lo largo del tiempo, optimizar el retorno económico de cultivos individuales puede resultar en el agotamiento de nutrientes del suelo con pérdidas de fertilidad a mediano y largo plazo (Sucunza et al., 2018). En este sentido, recientemente se han informado marcados balances negativos de nutrientes en Argentina (Koritschoner et al., 2023). Sin embargo, los efectos acumulativos de la fertilización a través de las secuencias de cultivos siguen siendo un tema muy poco estudiado. Explorar los beneficios de una fertilización más intensiva más allá de una sola campaña podría ser útil para reelaborar estrategias y revertir el actual proceso de extracción de nutrientes del suelo en la Pampa argentina.

“Los resultados indican que un programa de fertilización equilibrado e intensificado con N, S y P (INT) aumentó los rendimientos y maximizó el beneficio económico para los productores a escala regional”

La región pampeana argentina es una de las principales zonas de producción de granos del mundo, dentro del cual la Pampa Interior contribuye en gran medida a su producción total. La Pampa Interior (Occidental y Plana) presenta suelos de textura franco-arenosa, predominantemente Hapludoles y Haplustoles de baja fertilidad (INTA, 1989). La adopción y expansión de los sistemas de labranza cero y la mayor rentabilidad de la agricultura frente a la producción ganadera permitieron que esta región pasara de la ganadería pastoril a sistemas de producción agrícola dominados por cultivos de soja (Glycine max (L.) Merr.), maíz (Zea mays L.) y trigo (Triticum aestivum L.) (Andrade y Satorre, 2015). Dicha transformación redujo el consumo de agua del sistema y elevó el nivel freático, con una influencia positiva sobre el rendimiento de los cultivos durante la última década (Alsina et al., 2020).

Al igual que otras regiones agrícolas del mundo, la combinación de texturas arenosas, décadas de agricultura y rendimientos crecientes con altas exportaciones de nutrientes ha reducido la materia orgánica (MO), la capacidad de intercambio catiónica y la capacidad de ciclado de nutrientes del suelo (Wyngaard et al., 2022, Larrea et al., 2023). Este proceso se ha asociado con una mayor respuesta a la fertilización con N, P y S por parte de los cultivos en la Pampa Interior (Carciochi et al., 2020; Correndo, 2018). Por el contrario, el K suele ser no limitante debido a la mineralogía del material parental (Zubillaga y Conti, 1996).

Experimentos a mediano y largo plazo en diferentes áreas del mundo han revelado efectos positivos de estrategias de fertilización balanceadas dentro de una rotación de cultivos considerando N, P y S (Singh et al., 2016; Sucunza et al., 2018; Manenti et al., 2023). Sin embargo, rara vez se ha considerado el beneficio económico y la mayoría de los experimentos se han se ha realizado en un solo sitio, típicamente en estaciones experimentales de investigación agrícola y con muy pocas excepciones en campos de productores (Correndo et al., 2015).

Existe poca información sobre el efecto de las estrategias de fertilización a mediano plazo sobre el desempeño agronómico y económico de las rotaciones típicas de cultivos de grano, y ninguna ha cubierto múltiples sitios dentro de regiones con suelos arenosos e influencia de la capa de agua freática (napa). Por lo que nos planteamos los siguientes objetivos de estudio: i) evaluar el efecto de diferentes estrategias de fertilización sobre los rendimientos de cada cultivo a través de los ciclos de rotación y los sitios (y sus interacciones); ii) determinar la relación entre la respuesta del rendimiento del cultivo a la fertilización y las variables físicas y químicas del suelo medidas al inicio de cada experimento y iii) evaluar el beneficio económico de cada estrategia de fertilización. Para alcanzar estos propósitos, en el trabajo se evaluaron y contrastaron cuatro estrategias de fertilización con niveles variables de N, P y S en combinaciones no factoriales de estos nutrientes contra un control no fertilizado a lo largo de dos ciclos de una rotación soja-trigo/soja-maíz durante 6 años. El mismo experimento se repitió en siete sitios con suelos arenosos con aportes positivos del agua de la napa freática sobre el crecimiento y la producción de los cultivos.

Materiales y métodos

Sitios experimentales y condiciones ambientales

Se realizaron siete experimentos entre 2014 y 2020 en la Cuenca “A” del Salado, la sección noroeste de la Cuenca del Salado en la Pampa Interior. La región es subhúmeda con precipitaciones predominantemente concentradas en otoño y finales de primavera. Durante los años que duraron los experimentos, la precipitación anual promedio entre todos los sitios fue de 888 mm, un 8 % menos que el promedio de 30 años (1990-2020). Todos los lotes donde se establecieron los experimentos habían sido manejados con agricultura continua en siembra directa durante al menos quince años. Se tomaron y analizaron muestras de suelo al inicio de cada experimento. Aunque todos los suelos eran Hapludoles o Haplustoles con alto contenido de arena, los sitios diferían en características físicas (textura), biológicas (MO) y químicas (pH, porcentaje de sodio intercambiable, niveles extractables de nutrientes). En cada sitio, se monitoreó la profundidad del nivel freático.

Diseño experimental y tratamientos

Se estableció una rotación de cultivos típica a nivel regional consistente en soja-trigo/soja 2a-maíz durante dos ciclos (3 años por ciclo), desde la campaña 2014/2015 hasta la 2019/2020. Todos los experimentos se realizaron utilizando la tecnología aplicada por los productores en términos de maquinaria, protección de cultivos y manejo de cultivos aparte de la fertilización (fecha de siembra, genotipo y densidad).

Los tratamientos consistieron en estrategias de fertilización a mediano plazo que diferían en la selección de nutrientes y dosis para cada cultivo (Tabla 1).

Tabla 1. Dosis de nutrientes aplicadas mediante fertilización en cada cultivo de dos rotaciones de cultivos de tres años (soja-trigo/soja 2^da-maíz) para cada tratamiento (TYP, SUFF, SUFF+S e INT, más la franja sin fertilizar ZERO). En todos los tratamientos, los fertilizantes se incorporaron inmediatamente previo a la siembra de cada cultivo utilizando la máquina sembradora del productor.

Mediciones de rendimiento

Cada parcela se cosechó con la cosechadora utilizada por el productor en el lote y luego se transfirió a una tolva con báscula para obtener el peso húmedo del grano cosechado. Los rendimientos de todos los cultivos se expresaron como Mg ha^-1 corregido a los valores de humedad relativa comercial de referencia de 13,5 % para soja y soja 2^da, 14 % para trigo y 14,5 % para maíz.

Análisis de datos

Efectos de los tratamientos sobre el rendimiento a nivel de cultivo

Los rendimientos de cada cultivo en cada ciclo y en cada sitio se compararon entre tratamientos de fertilización utilizando la media estimada y el error estándar de la media.

Relaciones entre las variables edáficas y los efectos de los tratamientos sobre el rendimiento a nivel de secuencia completa

Se evaluó la respuesta relativa del rendimiento a los incrementos de fertilización consecutivos. En cada sitio, el rendimiento relativo de cada cultivo de (i) el tratamiento TYP se relativizó con la franja ZERO (TYP/ZERO), (ii) el tratamiento SUFF se relativizó con el tratamiento TYP (SUFF/TYP), (iii) el tratamiento SUFF+S se relativizó con el tratamiento SUFF (SUFF+S/SUFF), y (iv) el tratamiento INT se relativizó con el tratamiento SUFF+S (INT/SUFF+S). Para evitar los efectos de la multicolinealidad entre las variables edáficas, se realizó un análisis de correlación múltiple entre todas las variables edáficas. Se realizó un análisis gráfico de burbujas para dilucidar aún más la relación entre los efectos relativos de los tratamientos sobre el rendimiento y las variables edáficas.

Efectos de los tratamientos sobre el beneficio económico

Los precios mensuales de granos y fertilizantes de octubre de 2012 a octubre de 2022 se obtuvieron de Agroseries CREA (www.crea.org.ar/agroseries-app/), que resume los precios promedio de los principales proveedores de fertilizantes y compradores de granos de Argentina. El beneficio adicional de cada tratamiento frente al ZERO (control sin fertilizar) se calculó como el beneficio adicional promedio de todos los cultivos a lo largo de los dos ciclos de rotación. Para cada parcela en cada cultivo, el ingreso adicional se calculó como la diferencia de rendimiento por hectárea versus la franja ZERO multiplicada por el precio promedio del grano y el costo adicional se calculó como la masa de nutrientes aplicada por hectárea multiplicada por el costo promedio de los nutrientes.

“Si bien el tratamiento de fertilización explicó el 27 % de la variación del rendimiento de trigo, su influencia sobre el rendimiento fue considerablemente menor en el maíz (5 %), la soja (6 %) y la soja 2^da (3 %)”

Resultados

El tratamiento de fertilización, el sitio y la interacción triple entre sitio, tratamiento y ciclo explicaron la mayor parte de la variación del rendimiento en los cultivos (Fig. 1). Sin embargo, la influencia relativa de los factores que explicaron la variación del rendimiento difirió entre cultivos.

Si bien el tratamiento de fertilización explicó el 27 % de la variación del rendimiento de trigo, su influencia sobre el rendimiento fue considerablemente menor en el maíz (5 %), la soja (6 %) y la soja 2^da (3 %). Por el contrario, estos otros cultivos presentaron mayor influencia del sitio sobre el rendimiento del cultivo (34 % para maíz, 61 % para soja y 62 % para soja 2^da) que para el caso del trigo (18 %). Finalmente, la interacción múltiple sitio x tratamiento x ciclo fue importante en todos los cultivos, pero sobre todo en maíz (50 %), seguido de trigo (35 %) y con menor magnitud para soja (19 %) y soja 2^da (30 %).

Fig.1. Contribución del sitio, bloque, tratamiento, ciclo y su interacción, y la contribución residual a la varianza total del rendimiento para soja, soja 2^da, trigo y maíz. Solo se muestra la interacción con contribución significativa a la varianza.

En la mayoría de los casos, con algunas excepciones, los rendimientos fueron mayores para el INT y menores para el TYP que para el resto de los tratamientos, aunque las diferencias de rendimiento entre tratamientos variaron entre sitios y ciclos.

En general, el rendimiento aumentó con la fertilización respecto a ZERO en todos los cultivos y ambientes, independientemente del tratamiento considerado (Fig. 2; todos los casos con ordenada al origen > 0; p < 0,05). Sin embargo, la magnitud de la respuesta del rendimiento a la fertilización aumentó con los tratamientos más intensivos (Fig. 3). Por lo general, la respuesta del rendimiento a la fertilización fue mayor en los ambientes con los rendimientos ZERO más bajos y viceversa, con algunas excepciones (Fig. 3, la mayoría de los casos con pendientes de regresión < 1; p < 0,05). Además, también hubo diferencias en la magnitud de las respuestas al pasar de ZERO a INT entre cultivos, siendo mayor para trigo (promedio = 75 %, rango = 11 % a 145 %) y maíz (promedio = 47 %, rango = 4 % a 116 %) que para soja (promedio = 27 %, rango = 1% a 70%) y soja 2^da (promedio = 27%, rango = 0 a 76 %).

El porcentaje de arena y los niveles de MO y de Pe (Bray) explicaron la mayor parte de la variabilidad en el rendimiento de ZERO y la respuesta del rendimiento a la fertilización entre sitios, con una menor contribución a la varianza de los contenidos de sulfatos, el pH y el porcentaje de sodio intercambiable.

Se analizó el aumento relativo del rendimiento entre tratamientos con niveles crecientes de fertilización frente a la variación entre sitios del Pe (Bray) y la arena. Los aumentos de rendimiento relativo fueron considerablemente mayores para TYP/ZERO (rango 10 a 32 %, promedio 20 %) que para las otras comparaciones de tratamientos (rango 1 a 15 %, promedio 6 %). El aumento relativo del rendimiento fue mayor en los sitios con una combinación de bajo porcentaje de arena y bajo nivel de Pe (Bray) para TYP/ZERO, SUFF/TYP e INT/SUFF+S, pero se observó lo contrario para SUFF+S/SUFF, donde los aumentos de altos rendimientos se correspondieron especialmente a sitios con mayores valores de arena.

Fig.2. Rendimiento de grano de cada tratamiento de fertilización (TYP, SUFF, SUFF+S, INT) en función del rendimiento de las franjas ZERO no fertilizadas para soja, soja 2da, trigo y maíz. Cada punto representa la media de un sitio en un ciclo de rotación. Las barras de error muestran el error estándar de la media. Las líneas finas completas representan la relación 1:1. Las líneas punteadas finas representan la relación 1,25:1. Para todos los cultivos se muestran líneas independientes para cada tratamiento, ya que no fue posible ajustar un modelo único para todos los tratamientos (p < 0.001 para todos los cultivos). Para cada tratamiento en cada cultivo se muestra el resultado de la prueba F (alfa = 0,05) para la pendiente (H0: pendiente = 1) y la ordenada al origen (H0: intercepto = 0) (ns: no significativo; *: p<0,05; **: p<0,01; ***: p<0,001).

“En todos los sitios, todas las estrategias de fertilización tuvieron beneficios económicos positivos comparados con el “Control” no fertilizado (p < 0,001)”

En todos los sitios, todas las estrategias de fertilización tuvieron beneficios económicos positivos comparados con el “Control” no fertilizado (p < 0,001). Además, el beneficio económico aumentó a medida que se intensificó la fertilización, aunque las diferencias no siempre fueron significativas entre los tratamientos dentro de los sitios. Sin embargo, en 6 de los 7 sitios, el beneficio económico de SUFF+S fue mayor que el obtenido con TYP (p < 0,05) y el mismo efecto fue evidente para INT versus TYP (p < 0,01). A pesar de una clara tendencia que indica mayores beneficios para INT versus SUFF+S, solo un sitio presentó diferencias significativas entre estos dos tratamientos (Fig. 3). Sin embargo, al considerar la escala regional, aumentar los niveles de fertilización incrementó significativamente el beneficio económico según el siguiente orden entre las estrategias de fertilización: INT > SUFF+S > SUFF > TYP (p < 0,05). Se observó un resultado de hasta 360 U$S ha^-1 año^-1 adicionales para INT cuando comparado con el “Control” sin fertilizar y 187 U$S ha^-1 año^-1 en comparación con el tratamiento TYP.

Figura 3. Beneficio económico adicional después de dos ciclos de rotación de cada tratamiento de fertilización (TYP, SUFF, SUFF+S, INT) comparados con las franjas ZERO no fertilizadas para cada sitio. Cada barra muestra el beneficio adicional total después de dos ciclos de rotación (soja-trigo/soja 2^da-maíz). Las barras de error muestran el error estándar de la media. En cada sitio y para el promedio regional, letras diferentes muestran diferencias entre el valor medio para la prueba LSD Fisher (p < 0,05). Se consideraron los promedios de diez años (2012-2022) de los precios de los granos (soja, trigo y maíz; incluidos los impuestos a la exportación) y los precios de los fertilizantes (urea, fosfato monoamónico y sulfato de calcio) en Argentina.

Como resultado de un análisis de sensibilidad realizado en el marco de este trabajo (datos no mostrados) se observó que, a pesar de que el beneficio adicional fue sensible a los precios relativos de los cereales y los fertilizantes, casi todas las combinaciones de precios resultaron en respuestas positivas a la fertilización.

Conclusión

Esta investigación analizó el impacto a mediano plazo de las estrategias de fertilización sobre la productividad de los cultivos, el beneficio económico y los efectos residuales de largo plazo en varios ambientes con influencia de agua de la napa freática en la Pampa Interior. El impacto de una estrategia de fertilización intensificada y equilibrada difirió entre cultivos a lo largo de la secuencia, siendo mayor en trigo y maíz que en soja.

Los resultados indican que un programa de fertilización equilibrado e intensificado con N, S y P (INT) aumentó los rendimientos y maximizó el beneficio económico para los productores a escala regional. Sin embargo, muchos productores aún adoptan esquemas de fertilización menos intensificados debido a la aversión al riesgo, algo no respaldado por el análisis de sensibilidad realizado.

Debido a las respuestas diferenciales de la productividad de los cultivos entre los sitios, el estudio destaca la importancia de comprender el ambiente de producción para guiar las decisiones de manejo. En este sentido, para decidir sobre la estrategia de fertilización adecuada en regiones con suelos arenosos, es fundamental caracterizar las propiedades del suelo tales como textura, MO y Pe (Bray).

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