Clase Agua Y Nutrientes 2004.pdf

R equerim ientos hídricos y nutricionales de los cultivos… Un enfoque ecofisiológico

CEREALES Y OLEAGINOSAS FCA - UNC

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia? 5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía? 6) Interaciones entre disponibilidad de agua y * Cultivar * Densidad de plantas * Fecha de siembra * Nutrientes

Cosecha Enfermedades Control de insectos,

Regulan la pérdida de recursos del ambiente

malezas y de semillas

Fertilización Manejo del agua

Modifican la oferta ambiental

Densidad Fecha de siembra Variedad Elección del lote Período de crecimiento

Estructura

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo?

BRECHA

AGUA

• barbecho eficiente • cobertura de rastrojos • siembra directa

EFICIENCIA DE USO

Consumo de agua de cultivos manejados sin deficiencias de agua y nutrientes Cultivo

Fecha de siembra

Consumo (mm)

BiomasaTotal (kg ha-1)

Maíz

10 de octubre

580

24000

10 de diciembre

500

24000

Maní

10 de noviembre

690

12000

Girasol

1 de noviembre

650

13000

Soja

10 de noviembre

640

13000

Trigo

10 de junio

500

15000

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua?

CONSUMO DE AGUA POR EL CULTIVO T P

E Tm

Esc Alm

D

z

Qué determina la ETP?

Consumo Agua del Cultivo en mm/día = ETP x Kc = ETC

Consumo Agua del Cultivo en mm/día = ETP x Kc = ETC

Precipitaciones promedio serie 1966/96 en Córdoba

Precipitación (mm)

250 +2DE

225 200 175 150 125

Media

100 75 50 25

-2DE

0 E F M A M J J A S O N D

Rendimiento relativo al rendimiento potencial, considerando agua inicial y escurrimiento (RRSe); escurrimiento nulo (RRe0); capacidad de campo a la siembra (RRls) y ambas asunciones a la vez. Serie 1969-1994. INTA Manfredi. Cultivo

Fecha de siembra

RRSe

RRe0

RRls

RRe0ls

Potencial

Trigo

01/06

0.33

0.36

0.76

0.76

1.00

Soja

10/11

0.52

0.74

0.96

0.97

1.00

Soja

10/12

0.59

0.74

0.99

0.99

1.00

Maíz

10/10

0.43

0.72

0.88

0.97

1.00

Maíz

10/12

0.48

0.83

0.92

0.99

1.00

Girasol

20/09

0.35

0.57

0.84

0.90

1.00

Girasol

20/11

0.40

0.76

0.85

0.98

1.00

Profundidad de raíces a los 30 días de emergencia

Profundidad (m)

Adaptado de Andrade et al., 2000

0 -0.2 -0.4

Soja

-0.6 -0.8 -1

• • • •

Maíz Girasol

Disponibilidad de agua y nutrientes Compactación del suelo Temperatura Disponibilidad de asimilados

Profundización radical de diferentes especies cultivadas Dardanelli et al. 1997

Cultivo

Cultivar

PR (cm)

Girasol Girasol Soja Soja Soja Maíz Maní

Conti 3 G-100 RA-702 A-5308 A-3127 DK 3S41 Florman

290 250 230 190 130 190 150

Estado 10 d. post antesis 9 d. post antesis 68% R4 60% R4 50% R4 12 d. post antesis 68% R5

Velocidad del frente de extracción de agua en distintas especies cultivadas Dardanelli et al. 1997

Cultivo

VFE (mm d-1)

Girasol Soja Maíz

44 ± 3 a 34 ± 2 b

Maní

30 ± 3 bc 23 ± 2 c

Contenido volumétrico de agua a la siembra ( ) y a madurez ( ) en tratamientos con sequía impuesta

Contenido volumétrico de agua (cm3 cm -3)

Profundidad (cm)

0 -50 -100 -150 -200 -250 -300

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego?

EFICIENCIA DE USO DEL AGUA (EUA)

EUA

EUA

kg mm

Biomasa Total = mm agua consumida

kg grano mm

Rendimiento = mm agua consumida

Consumo de agua de cultivos manejados sin deficiencias de agua y nutrientes Cultivo

Fecha de siembra

Consumo (mm)

BiomasaTotal (kg ha-1)

EUA (kg mm-1)

Maíz

10 de octubre

580

24000

41,4

10 de diciembre

500

24000

48,0

Maní

10 de noviembre

690

12000

17,4

Girasol

1 de noviembre

650

13000

20,0

Soja

10 de noviembre

640

13000

20,3

Trigo

10 de junio

500

15000

30,0

RIEGO vs SECANO

Rendimientos potenciales y su variabilidad bajo riego y secano, en Manfredi. Resultados de la simulación de modelos validados con experimentos locales. Período 1969-1994 Cultivo

Fecha de siembra

Ciclo días

Secano kg/ha

C.V. %

Riego kg/ha

C.V. %

Sec./Rie. %

Trigo

01/06

161

1850

77

5530

12

33

Soja

10/11

150

2740

51

5240

8

52

Soja

01/12

128

2474

47

4227

9

59

Soja

10/12

124

2430

46

3983

9

61

Soja

20/12

120

2200

53

3750

10

59

Maíz

10/10

122

5620

48

13040

13

43

Maíz

10/12

126

6490

47

12610

11

48

Girasol

20/09

118

1970

47

5660

11

35

Girasol

20/11

103

2020

46

5060

18

40

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia?

AREA FOLIAR

Macollaje

Tiempo

Encañazón

NUMERO DE GRANOS

Floración

PESO POR GRANO

Llenado

EFECTO DE LA SEQUIA PERIODO DE VEGETACION

PERIODO PERIODO CRITICO DE LLENADO DE FIJACION DE GRANOS DE GRANOS

REDUCCION DE CRECIMIENTO PERIODO CRITICO NUMERO DE GRANOS

PESO DE GRANO

REDUCCION DE RENDIMIENTO

REQUERIMIENTOS HIDRICOS DE LOS CULTIVOS 1) Cuál es el consumo de agua durante el ciclo? 2) Qué factores determinan el consumo de agua? 3) Cuál es la eficiencia de uso del agua y por lo tanto la respuesta al riego? 4) Cómo se afecta el crecmiento y rendimiento ante deficiencias hídricas? Cuál es el impacto según el momento de ocurrencia? 5) Cuál es la pérdida de rendimiento debido a sequía?

Fracción de intercepción de RFA

Intercepción de radiación 1.0

Riego

0.8 0.6

TRIGO

0.4

Secano

0.2 0.0 0

25

50

75

100

125

Días desde emergencia

150

CRECIMIENTO DEL CULTIVO Biomasa (kg ha -1)

20000

Riego

16000 12000

Secano

8000 4000 0 0

25

50

75

100

125 150

Días desde emergencia

175

RENDIMIENTO Y COMPONENTES Radiación intercept. TCC período crítico período crítico (Mj m-2) (kg ha-1 d-1) Riego Secano

232 166

210 140

Número Rend. de Granos (m-2) (kg ha-1) 5740 4150

14316 11274

PG (mg) 34.5 31.6

RENDIMIENTO Y COMPONENTES Rend (kg ha-1)

NG (m-2)

PG (mg)

RIEGO FS Optima FS Tardía

5740 4440

14316 12018

34.5 32.0

232 191

10.2 7.3

SECANO FS Optima FS Tardía

4150 2370

11274 7605

31.6 26.8

166 128

13.9 8.6

EUA Rad. Int. PCE (kg mm-1) (Mj m-2)

Cantarero, 2000

Trigo: Efecto del DPV sobre la EUA

EUA (kg ha -1 mm -1)

120 Balcarce Córdoba Paraná Pergamino

100 80 60 40 20

0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 DPV (kPa)

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?. 5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo: " Balance oferta-demanda " Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila en hoja. " Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h) 6.- Interacciones entre disponibilidad de nutrientes y: " Cultivar " Densidad de plantas " Fecha de siembra " Agua

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual.

Evolución de la superficie sembrada de trigo, soja y maíz en la Provincia de Córdoba

Superficie sembrada (miles ha)

3000

71/73 96/98 99/01

2500 2000 1500 1000 500 0

Trigo

Soja

Maíz

Superficie sembrada (miles ha)

Evolución de la superficie sembrada con soja para la Provincia de Córdoba 3500 3000 2500

182000 ha año -1

2000 1500 1000

120000 ha año-1

500 0 1970

1980

1990

Año

2000

2010

Disponibilidad de P en suelos de la región Pampeana Argentina

Area I : Baja disponibilidad de P (< 10 ppm) Area II : Disponibilidad media de P (10-20ppm) Area III : Buena disponibilidad de P (> 20 ppm)

Requerimientos de nutrientes (kg/ton de grano producido)

Nutriente

Requerimiento kg/ton grano Maíz Girasol Soja

N P K

22 4 19

40 5 28

80 8 33

Ca

3

18

16

Mg

3

11

9

S

4

5

7

B

0.020

0.165

0.025

Cl

0.444

Cu

0.013

0.019

0.025

Fe

0.125

0.261

0.300

Mn

0.189

0.055

0.150

Mo

0.001

0.029

0.005

Zn

0.053

0.099

0.060

0.237

Nitrógeno fijado simbióticamente en distintos cultivos de leguminosas Fuente: Shepers y Mosler, 1991; Tisdale et al. 1993

Cultivo Alfalfa Trebol rojo Trebol Blanco Vicia Soja Arveja Maní

N fijado kg N ha-1 114 - 300 115 93 - 143 80 51 - 195 70 40

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas.

Suelo M.O.

Proteólisis Amonificación

NH4+

Nitrosomonas

NO2-

Nitrobacter

NO3-

Planta NO3-

NR NADH

NO2-

NIR Fd

NH4+

Enzimas

Glutamina

ATP, Fd

Glutamato

N mineralizado por suelos con distinto N0 durante el ciclo de los cultivos de verano (19 semanas), en función del agua útil N mineralizado (kg ha-1)

Echeverría y Bergonzi, 1995

300 N0=300

250 200 150

N0=180

100

N0=120

50

N0=60

0 0

25

50

75

Agua Util (%)

100

FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA VOLATILIZACION DE AMONIO À DISPONIBLIDAD DE AGUA EN EL SUELO À CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO À CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO À TEMPERATURA À VELOCIDAD DEL VIENTO À ACTIVIDAD UREASICA À CANTIDAD DE RASTROJOS EN SUPERFICIE À DOSIS DE N

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DESNITRIFICACION À PRESENCIA DE NITRATOS À PRESENCIA DE BACTERIAS DESNITRIFICADORAS À CONCENTRACION DE OXIGENO À CARBONO SOLUBLE À TEMPERATURA À pH

EFECTOS DE LA SIEMBRA DIRECTA SOBRE LA DINAMICA DE LOS NUTRIENTES NITROGENO • Mayor desnitrificación (mayor anaerobiosis por mayor contenido de agua por más tiempo y por mayor consumo de oxígeno debido a la mayor actividad biológica). • Mayor pérdida por lavado (mejor infiltración de agua). • Mayor inmovilización y menor tasa de mineralización neta en los primeros años.

APLICACIONES DE UREA • En aplicaciones de urea en SD se observaron mayores pérdidas debido a los residups (> Ureasa, pH alcalino, no llega al suelo). Se midieron pérdidas de hasta 12-13% en maíz, en aplicaciones en 5-6 hojas (Sainz Rosas, 1997). • Alternativas para reducir pérdidas: aplicación en banda, debajo del rastrojo, fertilizantes no amoniacales y/o líquidos, inhibidores de la ureasa.

FOSFORO • Acumulación en superficie (> concentración y > contenido de agua favorecen su difusión y absorción). • < Temperatura reduce su difusión, esto puede reducir la disponibilidad para el cultivo en etapas tempranas.

ABSORCION Y DISPONIBILIDAD DE FOSFORO ¾ TEMPERATURA ¾ AGUA ¾ CONCENTRACION DEL NUTRIENTE ¾ pH ¾ TENSION DE OXIGENO ¾ TORTUOSIDAD ¾ CAPACIDAD BUFFER DEL SUELO ¾ CANTIDAD Y FORMA DE NITROGENO DISPONIBLE

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?.

REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE

Kg/ha FLOR 300 200

Maíz

4kg/ha día NITROGENO FOSFORO

100

1kg/ha día

0

CICLO DEL CULTIVO

25d 40d

REQUERIMIENTO DEL NUTRIENTE

Kg/ha 300 200

soja

FLOR

4kg/ha día NITROGENO FOSFORO

100

0,3kg/ha día

0

CICLO DEL CULTIVO

25d 40d

Acumulación del nutriente en floración ESPECIE Maíz

N

P

--------------------- % ---------------------

55 – 70

50

65 – 70

40 – 50

Soja

20

15 – 20

Trigo

80

50

Girasol

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?.

CLIMA NUTRIENTES

CRECIMIENTO

DESARROLLO

duración

PARTICION

RENDIMIENTO

ESTRATEGIAS Manejo - Mejoramiento

Evolución del área foliar (IAF) a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible Uhart y Andrade, 1995

5 N0 N1 N2

IAF

4 3 2 1 0 0

20 40 60 80 100 Días después de emergencia

Evolución de la intercepción de la RFA a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible

Intercepción de radiación (%)

Uhart y Andrade, 1995

100 90

N0

80

N1 N2

70 60 50 40 30 20 10 0 0

20 40 60 80 100 120 Días después de emergencia

Evolución de la materia seca aérea total a partir de la emergencia del cultivo para un híbrido de maíz a diferentes niveles de N disponible Uhart y Andrade, 1995

Biomasa aérea total (g m-2)

2500 N0 N1

2000

N2

1500 1000 500 0 0

20 40 60 80 100 120 140 160 Días después de emergencia

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES DE LOS CULTIVOS 1.- Demanda de nutrientes en la agricultura actual. 2.- Dinámica de N y P en los sistemas agrícolas. 3.- Cómo se absorben, acumulan y removilizan el N y P?. 4.- Cómo afectan las deficiencias de N y P el crecimiento y rendimiento?. 5.- Diagnóstico de la fertilización N y P Suelo: " Balance oferta-demanda " Planta: curva de dilución, conc. en planta y sus órganos; clorofila en hoja. " Suelo: nitratos a la siembra y a la escardillada (5h)

Diagnóstico por síntomas visuales

Nitrógeno Trigo

Maíz

Fósforo Trigo

Diagnóstico por análisis de suelo

OFERTA DE NUTRIENTES

Características climáticas y edáficas Tipo y oportunidad de labranzas Naturaleza de los residuos incorporados

N mineral + N mineralizado

Balance de N Maíz Rendimiento objetivo: 10.000 kg/ha N en el suelo a la siembra: 60 kg/ha N mineralizado durante el ciclo: 120 kg/ha

Req. de fertilizante = Oferta – Demanda Req. de fertilizante = (60 kg/ha x 0,6) + (120 kg/ha x 0,8) – (10 tn/ha x 20 kg N/tn)

Req de fertilizante = 36 kg N/ha + 96 kg N/ha – 200 kg N/ha

Req. de fertilizante = 68 kg N/ha / 0,6 = 113 kg N/ha = 246 kg/ha de urea

Rendimiento relativo de maíz en función del nivel de N-NO3 a 0-30 cm de profundidad, en el estado de 5-6 hojas 15 15 ppm ppm

Rendimiento Relativo

1 0,90

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0

5

10

15

20

25

N-NO3 (ppm)

30

35

40

Respuesta a la fertilización fosfatada de maíz en función del nivel de P disponible a 0-20 cm de profundidad en pre-siembra. 15 ppm 2200

Respuesta (kg/ha)

1800 1400 1000 600

500 Kg/ha

200 -200 0

10

20

30

P suelo (ppm)

40

Umbrales de respuesta para la fertilización con P para diferentes cultivos. P disponible Bray y Kurtz (0-20 cm)

Maíz

P (ppm) 15 – 20

Girasol

12 - 15

Soja

11 – 13

Sorgo

10 – 12

Trigo

15 – 22

Cultivo

Diagnóstico por análisis de planta

Curvas de dilución del nutriente (Uhart y Andrade, 1997).

4 N en planta entera (%)

3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0

5

10

15

Biomasa aérea (tn/ha)

20

Tenores críticos de nutrientes en hojas de soja según distintos autores. Muestras de hojas del primer trifolio superior maduro al inicio o plena floración (Estado R1-R2). Nutriente

Nitrógeno Fósforo Potasio Calcio Magnesio Azufre Boro Cobre Hierro Manganeso Molibdeno Zinc

EMBRAPA (1998) Martins (1998) 3600 kg/ha

Flannery (1989) 7963 kg/ha

--------------------- g/kg --------------------45-55 46.4 53.3 2.6-5.0 2.5 3.6 17-25 18.7 21.9 3.6-20.0 7.9 10.2 2.6-10.0 3.3 3.3 2.1-4.0 2.5 2.4 21-55 10-30 51-350 21-100 1-5 21-50

-------------------- mg/kg -------------------51 46 8 12 100 144 35 30 45 48

Rendimiento relativo en función de los N-NO3 en base del tallo de maíz determinados sobre base seca (Herfurth et al, 1997)

Rendimiento relativo

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0

200

400

600

800

1000

1200

N-NO3 en base de tallo sobre base seca (ppm)

Índice de suficiencia de clorofila

Rendimiento relativo

100 95 90 85 80 75 70 65 60 0,75

0,8 0,85 0,9 0,95 Ind. de suficiencia clorofila (estresado/fertilizado)

1

Rendimiento relativo en función de la concentración de nitrógeno en grano de maíz a cosecha. (Uhart, 1995).

Rendimiento relativo

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

N en grano a cosecha (%)

1,5

Lectura del medidor de clorofila (SPAD) en función de los días desde la emergencia del cultivo en maíz para diferentes disponibilidades de N (Sainz Rosas y Echeverría, 1997)

Dosis de N

LECTURA DEL SPAD

65 60

TESTIGO 70

55

210

50 45 40 35 30 25 20

40 60 80 100 DIAS LUEGO DE LA EMERGENCIA

Categorías de concentración de nitratos en la base de los tallos de maíz en madurez (Adaptado de Blackmer y Mallarino, 1997 y Herfurth et al., 1997)

Categoría de concentración

Concentración de nitratos Mg/kg

Rendimiento relativo

Probabilidad de respuesta a N

Baja

< 250

60

Elevada

Marginal

250-700

90

Escasa

Optima

700-2000

96

Nula

Exceso

> 2000

98

Nula

%