11

Labranza Conservacionista, Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Calidad de AguaNitrógeno y Calidad de Agua

Dr. Dr. DoryDory FranklinFranklinEcólogaEcóloga

22

Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Calidad de AguaCalidad de Agua

Se espera una intensificación de la agricultura a nivel globalDesde 1997 a 2030 -> 1.4 %

Período previo de 30 años -> 2.1 %

Actualmente tierras cultivadas + tierras con pasturas = ~ 40% de la superficie terrestre

(eftec, 2005)

33

Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Calidad de AguaCalidad de Agua

Sobre una base globalIncrementos atribuidos a aumentos en los rendimientos más que en el área cultivada (Bruinsma, 2003).

Crecimiento pasado y futuro es esencial para la viabilidad económica de las naciones del mundo.

44

Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Calidad de AguaCalidad de Agua

Resumen de 362 cultivos

Maíz, soja, arroz y caupí

El aumento de rendimiento fue atribuido a los fertilizantes N, P, K

50% en los EE.UU. e Inglaterra +50% en la zona de los trópicos

(Stewart et al., 2005)

55

Labranza Conservacionista, N y AguaLabranza Conservacionista, N y Agua

1960 a 1995Incremento en 700 veces en el uso global de fertilizantes nitrogenados

Incremento en 300 veces en el uso de fertilizantes fosforados (P2O5) desde 1960 a 1995.

(Tilman et al., 2001)

66

Labranza Conservacionista, N y AguaLabranza Conservacionista, N y Agua

La intensificación es conducida por:

Las necesidades de 6 billones de personas

Alimento, fibra, abrigo, y agua(Foley et al., 2005)

Y ahora Combustible!

77Celeste es bajo impacto, rojo muy alto impacto y gris es indeterminado

(Fuente: USDA, NRCS)

Impacto Humano

88

Labranza Conservacionista, N y AguaLabranza Conservacionista, N y Agua

Preocupaciones acerca de la sustentabilidad de la intensificación agrícola:

Reducción de la Biodiversidad, Contaminación del agua subterránea,Eutrofización de ríos y lagos, Calidad de suelo, e Impacto en los constituyentes atmosféricos

99

Vulnerabilidad a la erosión hídricaVerde claro es baja, rojo alta, y verde depositional (USDA, NRCS)

1010

Combinando Agricultura con VulnerabilidadVerde bajo, rojo alto, blanco no considerado (USDA, NRCS)

1111

■ La erosión puede ser un problema

■ Los residuos pueden ser una

solución

Arado de rejas

Arado de discos

Arado de cinceles

1212

Cuenca del Río Mississipi

Impacto de la gota de lluvia

Poco residuo

Pérdida innecesaria de suelo y nutrientes

Costo económico y ambiental

Hipoxia en el Golfo de México

1313

Labranza Conservacionista, Nitrógeno y Labranza Conservacionista, Nitrógeno y AguaAgua

Nosotros deberíamos sostener la productividad para:

Proveer sustento para la vida humana, Combustibles para el futuro, yProteger el medio ambiente para las generaciones futuras

1414

Labranza ConservacionistaLabranza Conservacionista

Siembra Directa >> Labranza Reducida(más residuo >> poco residuo)

■ Siembra Directa (SD) ■ Labranza en franjas

■ Labranza en camellón ■ Labranza bajo cubierta

Al menos 30 % de residuos sobre la superficie a la siembra del cultivo

1515

ResiduoResiduoPoco es buenoPoco es bueno

Mucho es mejorMucho es mejor

Implicaciones Implicaciones en el manejo en el manejo de nutrientesde nutrientesAgua Agua

CantidadCantidadCalidadCalidad

1616

Estado global de la Siembra directaEstado global de la Siembra directa

PaísPaís Superficie en SDSuperficie en SD(hectáreas , 2000)(hectáreas , 2000)

Porcentaje de Porcentaje de área cultivadaárea cultivada

USAUSA 19,750,00019,750,000 16 (44 a 16 (44 a CTICCTIC))

BrasilBrasil 12,000,00012,000,000 2121AustraliaAustralia 8,640,0008,640,000 22ArgentinaArgentina 8,000,0008,000,000 32 (70 a 32 (70 a AAPRESIDAAPRESID))CanadaCanada 4,080,0004,080,000 4444ParaguayParaguay 800,000800,000 5252MexicoMexico 650,000650,000 ??BoliviaBolivia 200,000200,000 ??UruguayUruguay 50,00050,000 5252

((DerpschDerpsch, 2005; Garcia, 2005; Garcia--PrechacPrechac et al., 2004)et al., 2004)

1717

Implicaciones de ManejoImplicaciones de Manejo

Problemas con la labranza conservacionista:Control de malezas Manejo del nitrógeno

Cambios con el tiempoCiclo del N alterado

Manejo del aguaPotencialmente más agua disponible Pérdida y ganancias de nutrientes dependen del sistema de manejo y del suelo

1818

Manejo de agua y nutrientesManejo de agua y nutrientes

Manejo del Nitrógeno:El manejo cambia con el tiempoEl ciclo de N alterado Requiere nuevas habilidades en el manejo de fertilizantes

Momento DosisLugarForma del N-fertilizante

1919

Manejo de agua y nutrientesManejo de agua y nutrientes

Manejo del agua:Cantidad

Incrementos en la infiltración de suelosIncremento en la capacidad de almacenaje de agua

Calidad de agua Lixiviación EscorrentíaCalidad del flujo de agua

2020

Factores que afectan la lixiviación Factores que afectan la lixiviación de nitratosde nitratos

Concentración de nitratos en sueloConcentración de nitratos en sueloPatrones de Flujo de aguaPatrones de Flujo de aguaMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesRotación de cultivosRotación de cultivosPrecipitación anualPrecipitación anualDrenaje Drenaje subsub--superficialsuperficial

2121

Increase in Total Soil Nfrom 1977-1992

200 400 600 800 1000 1200

Soil

Dep

th (

cm)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

MoldboardChiselRidge-till No-till

Más lento: mineralización y nitrificación

Menos nitrato disponible

para la absorción de la planta o para ser lixiviado

Prof

undi

dad

de s

uelo

(cm

)

Incremento en N total del suelo desde1977 a 1992

(Karlen et al., 1998, en Iowa EEUU)

2222

Maiz Soja Trigo

Nitr

atos

en

el s

uelo

(m

g N

kg-1

)

0

2

4

6

8

10

12

Conventional No-till

9.8

7.5

4.1 3.7 3.7 3.2

• Promedio N-NO3 en el suelo (14 años)

(Grandy et al., 2006)

*

2323

Factores que afectan la lixiviación Factores que afectan la lixiviación de nitratosde nitratos

Concentración de nitratos en sueloConcentración de nitratos en sueloPatrones de flujo de aguaPatrones de flujo de aguaMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesRotación de cultivosRotación de cultivosPrecipitación anualPrecipitación anualDrenaje Drenaje subsub--superficialsuperficial

2424

Capacidad de almacenaje de aguaCapacidad de almacenaje de agua

Soil Water Potential (kPa)-10 -33 -100

Wat

er C

onte

nt

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30CT NT RT

Cont

enid

ode

agu

a

Potencial agua del suelo (kPa)

Labranza convencional (LC o CT) almacenó 16% menos agua a capacidad de campo con respecto a la siembra directa (SD o NT)

(Zibilske et al., 2007, E. Texas, USA)

2525

Controlando la lixiviación de NControlando la lixiviación de N--NONO33en Agricultura con Irrigaciónen Agricultura con Irrigación

Aplicación uniforme de agua y nitrógeno Aplicación uniforme de agua y nitrógeno basadas en las necesidades controlan el lixiviado basadas en las necesidades controlan el lixiviado de Nde N--NONO33

La irrigación por surco fue incapaz de limitar La irrigación por surco fue incapaz de limitar satisfactoriamente la lixiviación de Nsatisfactoriamente la lixiviación de N--NONO33 aún aún cuando menos agua y N fueron aplicadoscuando menos agua y N fueron aplicados

((SpaldingSpalding et al., 2001, NE, USA)et al., 2001, NE, USA)

2626

■Mayor infiltración para labranza conservacionista con respecto a convencional

■Más macroporos en labranza conservacionista con respecto a convencional

■Hapludol típico con 9 años de labranza reducida

K s (

m s

-1 x

10-5

)

0

2

4

6

8

CT RT

Mac

ropo

rosi

ty (

%)

0.005

0.010

0.015

0.020

0.010

0.018

3.8

7.2

*

*

(Buzko et al., 1999)

2727

Movimiento de atenuación Movimiento de atenuación ((en el suelo, hacia el arroyo, en el arroyo)en el suelo, hacia el arroyo, en el arroyo)

Interacción con el suelo y sus constituyentes

Absorción por el cultivo

Inmovilización

Denitrificación

Macroporo o Drenaje sub-superficial?

2828

El nitrato lixiviado fue mayor, menor o el mismo El nitrato lixiviado fue mayor, menor o el mismo cuando se compararon sistemas de labranzascuando se compararon sistemas de labranzas

AutorAutor NONO33-- LixiviadoLixiviado DrenadoDrenado

KanwarKanwar et al., 1993et al., 1993 Reducida > labradoReducida > labrado sisiKanwarKanwar y y BakerBaker, 1993, 1993 labrado > SDlabrado > SD nonoEisenhauerEisenhauer, et al., 1993, et al., 1993 SD > labradoSD > labrado nono

KanwarKanwar et al., 1995et al., 1995 No diferenciasNo diferencias nonoLambLamb et al., 1998et al., 1998 No diferenciasNo diferencias nonoHatfieldHatfield et al., 1999et al., 1999 Reducida > labradoReducida > labrado nonoJiaoJiao, et al., 2004, et al., 2004 No diferenciasNo diferencias nonoRandallRandall y y IragavarapuIragavarapu, 1995, 1995 labrado > SDlabrado > SD sisiRandallRandall y Mulla, 2001y Mulla, 2001 No diferenciasNo diferencias sisiWeedWeed y y KanwarKanwar, 1996, 1996 No diferenciasNo diferencias nono

(En el suelo)(En el suelo)

2929

AzulDD = 0 .2

TurquesaDD = 2.0

a)

Base

Flo

w N

O3

(mg

N L

-1)

0246

10

12

14

b a

Greenbrier Rose(Franklin et al., 2003)

La densidad de drenaje explicó el 67% de las elevadas concentraciones de nitratos

Izquierda ~ GreenbrierCreek

Derecha ~ Rose CreekDD= longitud de la corriente/área de la cuenca

DD = densidad de drenaje

Background Concentración de Nitratos en el flujo

(Hacia el arroyo)(Hacia el arroyo)

3030

Controles Ambientales para Controles Ambientales para DenitrificaciónDenitrificación “en“en--flujo”

(En el arroyo)(En el arroyo)

flujo”

Hidrología (Hidrología (flujo rápido flujo rápido denitrificacióndenitrificación) ) Propiedades de sedimentos Propiedades de sedimentos Temperatura del aguaTemperatura del aguaDisponibilidad de C y N orgánicoDisponibilidad de C y N orgánicoGeomorfologíaGeomorfología■Secciones sinuosas removieron 99 y 390% más NO3

-

que secciones rectas

■La remoción de nitratos en secciones sinuosas fue controlada por la MO (%) y las partículas finas

(Opdyke et al., 2006)

3131

Impacto de los Cultivos de Impacto de los Cultivos de Cobertura para reducir la lixiviación Cobertura para reducir la lixiviación

de de NN--NONO33--N N (Modelo aproximado)(Modelo aproximado)

Modelo SueloModelo Suelo--PlantaPlanta--Atmósfera: RyeGro w/Atmósfera: RyeGro w/

Generador estocástico predictor de clima Generador estocástico predictor de clima

SecaleSecale creciendo del 1 Oct al 30 de May (MN, creciendo del 1 Oct al 30 de May (MN, USA)USA)

Lixiviación de NLixiviación de N--NONO3 3 reducida en un 30% reducida en un 30%

(Feyereisen et al., 2006)(Feyereisen et al., 2006)

3232

Factores que afectan la pérdida de Factores que afectan la pérdida de nutrientes por Escorrentíanutrientes por Escorrentía

Concentración de nutrientes en sueloConcentración de nutrientes en sueloPatrones de flujo de aguaPatrones de flujo de aguaMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesMétodo y tipo de aplicación de fertilizantesRotación de cultivosRotación de cultivosPrecipitación anualPrecipitación anual

3333

Soil

Loss

(Kg

ha-

1 )

0

1500

3000

4500

6000

Runo

ff (

mm

)

0

20

40

60

80

100

Mulchwith cover

Plowedwith cover

Plowedno cover

■ Pérdidas por escorrentía y erosión en un suelo Udult del S.E. de EE:UU.

■ Labranza reducida

■ Cultivo de cobertura de invierno (leguminosa/mezcla decereales)

(Beale et al., 1955)

3434ipcm.wisc.edu

Cg = Maíz para grano, Cg-baled = Maíz para grano con mitad de tallos embalados,S= soja, Cs = maíz silaje, Cs w/cvr = maíz silaje seguido por una cultivo de cobertura de grano fino, NT= Labranza Cero, ST=Labranza en franjas, CP= Labranza con cincel, Fcult = Cultivador de campo

3535

Simulaciones de LluviaSimulaciones de Lluviapara ver ppara ver péérdidardida de nutrientesde nutrientes

Muchas simulaciones de lluvia se han realizado con intensidad constante:

3636

MétodosMétodos

Tifton areno francoTifton areno franco((UdultUdult))

Tifton, GARotación 3 años de Algodón – 1 año de Maní Cobertura de secale

3737

MétodosMétodos

Sistema de Labranza Sistema de Labranza (1998)(1998)

Convencional (CT)Convencional (CT)Otoño: labranza con cincel Otoño: labranza con cincel Primavera: disqueado niveladorPrimavera: disqueado nivelador

Labranza en franjas (ST)Labranza en franjas (ST)PrimaveraPrimavera

Ambos con Ambos con paratillparatill, 2002, 2002

3838

MétodosMétodosEn los años 2001 y 2002

N, P, & K aplicados en forma de cama de pollo

En el 2003Solamente N aplicado (como fertilizante

arrancador)

Year Nitrogen (kg N ha-1)

Phosphorus (kg P ha-1)

Potassium (kg K ha-1)

2001 125 54 104 2002 135 58 112 2003 17 0 0

Nitrógeno Fósforo Potasio

3939

o

oo

oo

o

o

o

o

o

a a aa

aaa

aa a

aa

MétodosMétodos12 Parcelas 12 Parcelas (2 m x 3 m)(2 m x 3 m)

6 Convencional3 intensidad delluvia constante3 intensidad de lluvia variable

6 Labranza en franjas3 intensidad de lluvia constante3 intensidad de lluvia variable

Muestras de suelo tomadas antes y después de la simulación de lluvia

0 - 2, 2 – 8, 8 – 15, and 15 – 30 cm

STP, WSP, NH4-N, NO3-N

4040

MétodosMétodosLluvia SimuladasLluvia Simuladas

Ambas intensidades

(57 mm h-1)

Intensidad variable

pico de precipitación ~20 min

4141

MétodosMétodos

Lluvia SimuladasLluvia SimuladasLa escorrentía fue recolectada constantemente a intervalos de 5 mindurante 70 min

Fracción totalTKP (P total), TKN (N total)

Fracción disueltaDRP (P disuelto), N-NO3, N-NH4

4242

0 10 20 30 40 50 60 70

PO4-

P (m

g L-

1 )

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

CT-IvCT-IcST-IvST-Ic

Time Since Initiation of Runoff (min)0 10 20 30 40 50 60 70

PO4-

P (g

ha-

1 )

0

10

20

30

40

50

60

70

¤ ¤ ¤

¤ ¤

¤

¤ Significancia

(p< 0.05)

Gris – LabranzaNegro - Intensidad

• “Constante” puede estar sobre estimando la pérdida de disueltos

•La tasa del tratamiento “constante” se despegó a los 35 min

CT = convencionalST = en franjasIv = intensidad variableIc = intensidad constante

4343Time Since Initiation of Runoff (min)0 10 20 30 40 50 60 70

TKP

(g h

a-1 )

0

75

150

225

300

375

450

525

0 10 20 30 40 50 60 70

TKP

(mg

L-1 )

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

CT-IvCT-IcST-IvST-Ic

¤ ¤ ¤

Flow Weighted

Cumulative

A

B

• No presentaron diferencias a los 70 minutos entre intensidad de lluvia constante y variable

• La tasa del tratamiento “constante” se despegó a los 35 min

Significancia

(p< 0.05)

Gris – Labranza

Negro - Intensidad

4444

0 10 20 30 40 50 60 70

NO

3-N

(mg

L-1 )

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

CT-IvCT-IcST-IvST-Ic

Time Since Runoff Initiation (min)0 10 20 30 40 50 60 70

NO

3-N

(g h

a-1 )

0

50

100

150

200

250

300

350

Flow Weighted

Cumulative¤

Significancia

(p< 0.05)

Gris – Labranza

Negro - Intensidad

4545

0 10 20 30 40 50 60 70

TKN

(mg

L-1 )

02468

101214161820

CT-IvCT-IcST-IvST-Ic

Time Since Runoff Initiation (min)0 10 20 30 40 50 60 70

TKN

(g h

a-1 )

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Flow Weighted

Cumulative ¤ ¤¤

Significancia

(p< 0.05)

Gris – Labranza

Negro - Intensidad

4646

Media Total de Pérdidas

TratamientoLabranza- NH4-N NO3-N TKN DRP TKP Intensidad -------------------- g ha-1 -------------------------

CT-Iv 133 a 58 c 1423 a 1 c 459 aCT-Ic 105 a 49 c 1481 a 3 c 527 aST-Iv 68 a 133 b 478 b 37 b 136 bST-IC 291 a 361 a 724 b 69 a 174 b

CT = convencionalST = labranza en franjasIv = intensidad variableIc = intensidad constante

4747

ConclusionesConclusiones

■ El efecto de la intensidad de lluvia sobre la pérdida de nutrientes en escorrentía tuvo resultados contrastantes dependiendo de la fracción del nutriente.

■ La masa perdida de DRP-P y N-NO3 fue superior para intensidades constantes bajo labranza en franjas.

■ El sistema de labranza en franja perdió más fracciones solubles que la labranza convencional, pero solamente el 33% del total de N y el 11% del total de P perdido en el flujo sobre el suelo en el sistema de labranza convencional.

4848

Soluciones de Manejo?Soluciones de Manejo?

■ Disminuir la salida de agua■■ Labranza reducidaLabranza reducida■■ Cultivos de coberturaCultivos de cobertura

■ Conocer su suelo y el perfil de su paisaje. Si su suelo es susceptible al movimiento de agua rápido, aplicar lo justo en el momento y donde sea necesario hacerlo.

■ Tenga en cuenta la mineralización de N del suelo cuando calcule las necesidades de nutrientes

4949

Soluciones de Manejo?Soluciones de Manejo?

■ Aplique N solamente cuando y donde sea necesario

■ Mantener el nitrato donde el cultivo necesita (zona radicular)

■ Rotaciones y cultivos de cobertura

5050

ResumenResumen

Las pérdidas de N y P a partir de diferentes sistemas de manejo deben determinarse mejor:

Ajustando la estrategia de manejo de los nutrientes para mejorar la eficiencia de uso de los nutrientes

Económico Ambiental

Herramientas de medición para calibrar los riesgos

5151

5252

PreguntasPreguntas

Es este el caso cuando hay aplicaciones recientes de fertilizantes?

Es este el caso a nivel de campo?

Que pasa si se incrementos en el % de residuos?

Y que si se bandea el fertiliznte?

5353

ObjetivoObjetivo

Cuantificar y comparar los efectos de los patrones de intensidades de precipitaciones constante (Ic) y variable (Iv) sobre las pérdidas por escorrentía de N y P inorgánico en un suelo Tifton areno franco (Plinthic Kandiudults) cultivado con algodón (Gossypium hirsutum L.) y manejado bajo labranza convencional (CT) o sistema de labranza en franjas (ST).

5454

BEFORE

NO3 (mg N kg-1)

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Dep

th (c

m)

0

5

10

15

20

25

30

CTST

AFTER

NO3 (mg N kg-1)

2 4 6 8 10

Dep

th (c

m)

0

5

10

15

20

25

30

CTST

5555

0 10 20 30 40 50 60 70

NH

4 -N

(mg

L-1 )

0123456789

10

CT-IvCT-IcST-IvST-Ic

Time Since Runoff Initiation(min)0 10 20 30 40 50 60 70

NH

4 -N

(g h

a-1 )

0

50

100

150

200

250

300

Flow Weighted

Cumulative¤

Significancia

(p< 0.05)

Gris – Labranza

Negro - Intensidad