Mas allá de la próxima cosecha La nutrición de cultivos

en una agricultura sustentable

Fernando O. García

www.lacs.ipni.net - fgarcia@ipni.net Instituto Internacional de Nutrición de Plantas

Seminario “Manejo de nutrientes en agricultura” Montevideo, 25 de Abril de 2012

Universidad de la República - Facultad de Agronomía Departamento de Suelos y Aguas

Temario

Sustentabilidad y agricultura: Demandas, desafíos y oportunidades de la agricultura

La búsqueda de una agricultura sustentable

La intensificación ecológica sustentable

Las MPM de la nutrición de suelos y cultivos

Algunas conclusiones

Objetivos de sustentabilidad

Ambiental Mantener la calidad de

suelos Mitigar externalidades

Preservar hábitats

Social Proveer alimentos en

cantidad y calidad Proveer empleos a la

comunidad Contribuir a

programas de desarrollo social

Económica Proporcionar ingresos

adecuados al productor Generar ingresos para la

sociedad Preservar la calidad de

vida

Demandas, desafíos y oportunidades para la agricultura

• Demandas crecientes de alimentos, biomateriales, fibras y biocombustibles

• Los desafíos para la agricultura

– Desarrollo humano y económico

– Seguridad alimentaria

– Seguridad energética

– Uso de tierras

– Efectos sobre el ambiente (externalidades)

Evolución de la población mundial 1965-2050. Fuente: ONU

Area y rendimiento de los principales cultivos de grano en Uruguay

Fuente: DIEA (2011)

Para 2010, cada 10 años: •4.1 años Trigo-Soja •0.6 años Cebada-Soja •4.1 años Soja de primera •11 año Maíz o Sorgo

Sin cambios en los rendimientos

0

200

400

600

800

1000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Area

(mile

s ha

)

Año

MaízSojaTrigoGirasolCebadaSorgo

0

1,500

3,000

4,500

6,000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

)

Año

Maíz Soja TrigoGirasol Cebada Sorgo

62% Agricultura 1.1% Energía

1.5% Edificios comerciales y residencias

2.3% Desechos y aguas residuales

5.9% Industria 26.0% Uso de la

tierra y quema de biomasa

Fuentes globales antrogénicas de N2O Fuente: IPCC 4th Reporte de Evaluación: Cambio climático 2007

• Cambio climático: C y GEI • Contaminación de suelos y

aguas • Erosión de suelos • Desertificación • Uso de agua • Agotamiento de nutrientes en

los suelos • Cambios en biodiversidad • Reciclado • Otros

Foto Fernando Martinez – INTA Casilda

Foto Daniel Iurman INTA Ascasubi

Fuente: A. Sharpley (U Ark)

Con P

Sin P

La agricultura y el ambiente

Emisiones de CO2 por país y por habitante

http://scienceblogs.com/deanscorner/assets_c/2011/01/Carbon_Footprint_Resize-thumb-720x960-60804.jpg

Uruguay

Argentina

Emisiones de C por cambio de uso de la tierra

Huella de agua Huella hídrica promedio de consumo nacional en m3 por año por habitante

Periodo 1996-2005 (Mekonnen y Hoekstra, 2011)

Países en verde tienen una huella hídrica menor que el promedio global, países en amarillo a rojo tienen una huella hídrica superior al promedio global

A nivel global La agricultura representa 92% de la huella hídrica total

La producción industrial contribuye un 4.4% y el consumo domestico un 3.6%

Consumo mundial promedio de 1385 m3/año/habitante

Pico de fósforo (Peak Phosphorus)

Pico de producción de 28 MT P/año en 2034

207

86

40

605

163

36

18

58

27

38

13

43

33

83

38

764

210

112

1,008

308

533

91

258

216

292

77

62

267

267

75

0 200 400 600 800 1,000

Marruecos y …China

EE.UU.S. AfricaJordaniaAustralia

RusiaIsraelSiria

EgiptoTunezBrasil

CanadaSenegal

Togo

Años

Vida de Reserva de Base

Vida de Reserva

Vida de reserva y vida de reserva de base para las minas de fosfatos

291

93

Mundial

Fuente: Fixen (2009) a partir de USGS, 2009 (basado sobre la producción de 2007-2008)

Un reporte reciente del IFDC concluye que las reservas globales de roca fosfatada cubrirían las demandas

actuales de P por 300-400 años (Van Kauwenbergh, 2010)

Nutrición humana

Tierra Carbono

Desafíos para las próximas décadas

Manejo de suelos y nutrientes son

comunes a los tres

MO

• Uso de tierras • Calidad de suelos • Uso y calidad de

aguas • Disposición de

desechos • Etc.

• Cambio climático • Costo de energía • Bioenergía • Etc.

• Cantidad de alimentos • Calidad de alimentos • Costo de alimentos

Adaptado del concepto de carbono y tierras de Henry Janzen, 2009

Siembra Directa Rotaciones Fertilidad

Materia orgánica

Residuos: Cobertura, cantidad y calidad

Suelo “vivo”

Sustentabilidad

Foto: C. Belloso Foto: AAPRESID

y = 0.197x + 0.505 R² = 0.72

0

4

8

12

16

20

0 20 40 60 80 100

Cum

ulat

ive

SOC

seq

uest

ered

(ton

ha-

1 )

Cumulative C input (ton ha-1)

Sá et al., SSSAJ, 2007 (Enviado)

Aportes acumulados de Carbono y acumulación de Carbono secuestrado

Acum

ulac

ión

de C

arbo

no s

ecue

stra

do (t

on/h

a)

Aportes acumulados de Carbono (ton/ha)

Evolución de C orgánico en 40 años Ensayo de Rotaciones INIA La Estanzuela (Uruguay)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

1958 1968 1978 1988 1998 2008

Años

C o

rgán

ico

(%)

S 1S 2S 5S 7

S1: Agricultura continua sin fertilización S2: Agricultura continua con fertilización S5: 50% agricultura 50% pasturas S7: 66% agricultura 33% pasturas Fuente: A. Morón (2003)

La soja •Alta concentración de proteína •Alta concentración de aceite •Adaptabilidad a condiciones edafo-climáticas •Capacidad de obtener el N del aire •Estabilidad de rendimientos •Sistema de producción de baja inversión y bajo riesgo

•Las culpas no son de la soja, son nuestras!!!!

Lote del sudeste de Córdoba bajo monocultivo de soja

Perfil de suelo mostrando las zonas compactadas (marcas rojas) a 10-15 cm

Maíz, trigo y otros cultivos no son rentables

Las propiedades químicas, físicas y biológicas de los suelos son afectadas

Disminuye la MO

Baja el aporte de C al sistema

La soja domina la rotación (monocultura)

Efectos de la expansión del monocultivo

Fuente: F. Martínez - INTA Casilda

Modelos Productivos en el Centro-Sur de Santa Fe Campañas 2002/03 a 2004/05

Intensidad/ Modelo

Productivo

Indice de ocupación del suelo

(Cultivos/año)

Porcentaje de

gramíneas

Producción de grano

(kg/ha/año)

Producción de proteína (kg/ha/año)

Eficiencia Uso Agua

(kg grano/mm lluvia)

Balance de C

(kg/ha/año)

BAJA Monocultivo

sojero Al menos 7

sobre 10 años con SjI

1 0 3400 1300 3.4 -1200

MEDIA Al menos 6

sobre 10 años con SjI, Mz < 10 %, Tr/SjII < 25%

1.25 < 30 4700 1460 4.7 -1000 a -500

ALTA Al menos 6

sobre 10 años con gramíneas

1.3-2 36-54 7800 1700 7.8 0 a +600

Fuente: Martínez, 2011

Aporte de C de residuos y C humificado en un ciclo de la rotación maíz-trigo/soja para cuatro tratamientos de fertilización en dos sitios del sudeste de Córdoba (Argentina) Elaborado a partir de información de Vicente Gudelj y col. (com. personal)

Tratamiento Aporte C Residuos 1 (kg C/ha)

C humificado 2 (kg C/ha)

Don Osvaldo (Baja fertilidad) Testigo 6144 -815

NP 8061 31 NPS 10353 1082

NPS Rep 11381 1532 Los Chañaritos (Alta fertilidad)

Testigo 8358 173 NP 10377 1071

NPS 11019 1359 NPS Rep 11747 1677

Los tratamientos NP y NPS incluyeron dosis de nutrientes según diagnóstico, y el tratamiento NPS Rep dosis de nutrientes según reposición de los nutrientes

extraídos en grano

Balance de P en grupos de chacras agrícolas del Litoral Oeste de Uruguay

Cano (2005)

Grupo Características Nº chacras

Nº cultivos / año

Cultivos fertilizados

(%)

Balance final

rotación (kg P/ha)

A Alta frecuencia de fertilización 7 1,13 91,1% 24,5

B Alta frecuencia de

fertilización, doble cultivo, rotaciones largas

6 1,97 86,7% 11,0

C (a) Extraen poco P, rotaciones cortas 6 1,22 71,4% 4,5

C (b) No fertilizan los cultivos de verano de segunda 7 1,48 62,2% -9,6

D Poseen altos niveles de P Bray, fertilizan poco 5 1,82 42,5% -40,2

Trabajamos en sistemas de producción en los que las practicas interactúan y modifican la eficiencia y efectividad de uso de otras practicas

Rotaciones

Genética

Manejo integrado de plagas

Siembra directa

Coberturas

Fecha y densidad de

siembra

Nutrición/Fertilidad

Manejo por

ambientes

Sistema de producción

• Mayor producción por unidad de recurso y/o insumo involucrado en el espacio y el tiempo (kg/ha/año)

• Mejorar eficiencias en términos agronómicos, económicos y ambientales

• Involucra sistemas y no solamente cultivos

Intensificación productiva sustentable

• Balance de nutrientes, Nutrición adecuada de cultivos y suelos • Rotaciones • Siembra directa • Genética • Manejo integrado de plagas, enfermedades y malezas • Practicas de manejo como cultivos de cobertura

Soja

Maíz

Soja

1° año 2° año

3° año

Trigo Trigo

CC

Secuencia Intensificada!!

Duración Secuencia = 3 años

ISI= 2

6 cultivos en 3 años

Caviglia (2011)

66737807

9835

1198712251

139741349214929

0

3000

6000

9000

12000

15000

Sin Vicia Con ViciaRe

ndim

ient

o M

aíz (

kg/h

a)

N0 N60 N90 N120

Cultivos de cobertura Vicia en Maíz Capurro et al. (2010) – AER INTA Cañada de Gómez - Campaña 2009/10

S-S Sf-Sf CC/S CC/Sf CCN/Sf SecTrat

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Rto

Soj

a (k

g.ha

-1)

A A

B B B

C

Casilda - 3 Campañas

1= Soja sin fert., 2= Soja PS, 3= CC/Soja, 4= CC/Soja PS, 5= CCN/Soja PS, 6= Soja en secuencia

Gramíneas en Soja Cordone et al. (2011) – AER INTA Casilda - Campañas 2007/08 a 2009/10

1 2 3 4 5 6

Los cultivos de cobertura aportan C, N, raíces, actividad microbiana

Productividad e impacto ambiental de sistemas intensificados de producción de granos en la región

pampeana argentina

• Eficiencia de uso y productividad de recursos (N, agua, radiación)

• Materia orgánica del suelo • Estructura del suelo • Emisión de gases de efecto

invernadero • Contaminación de aguas con

nitratos y herbicidas • Análisis económico

en

Sistemas de manejo

ecologicamente intensificados

Un proyecto interdisciplinario orientado a evaluar:

Cultivar Fecha de siembra Espaciamiento Densidad

Fertilización

Momento Dosis Fuente

Diferencias de Manejo

Experimentos a Largo Plazo

Rotación: Maíz – Trigo/Soja (doble cultivo), con y sin coberturas invernales

Practica del productor vs. Intensificación Ecológica

Algunos resultados del del proyecto GM en Argentina

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Maiz 2009

Trigo 2010

Soja 2010

Trigo 2009

Soja 2009

Maiz 2010

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

)

PPIE

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ren

dim

ient

o (k

g/ha

) PP

IE

Balcarce Paraná

Indica diferencias significativas entre tratamientos

Algunos resultados del del proyecto GM en Argentina

Índice Paraná Balcarce

Productividad de Agua (kg/mm) 6.7 a 5.1 b 9.9 a 8.3 b

Eficiencia de Uso de Agua (kg/mm) 12.3 a 9.4 b 13.9 a 11.8 b

Eficiencia de Captura de Agua (mm/mm) 0.59 0.59 0.71 0.70

Productividad Parcial de N (kg/kg N) 108 b 132 a 78 b 90 a

Eficiencia Fisiológica de Uso de N (kg/kg N) 34.3 a 26.4 b 45.8 a 41.3 b

Balance de N (kg/ha) -121 a -186 b -147 a -173 b

Productividad

OBJETIVOS DEL SISTEMA DE PRODUCCION Ambiente saludable

Durabilidad

Rentabilidad

Los cuatro fundamentos básicos de la nutrición (4Cs/4Rs) OBJETIVOS DE LA SOCIEDAD

Eficiencia de uso de recursos: Energía, Nutrientes, trabajo,

agua

Beneficio neto

Adopción

Retorno de la inversión Estabilidad de

rendimientos

Productividad del suelo

Calidad del aire y el agua

Ingreso para el productor

Condiciones de trabajo

Balance de nutrientes

Perdidas de nutrientes

Rendimiento

Calidad

Erosión del suelo

Biodiversidad

Servicios del ecosistema

Fuente Correcta a la Dosis Correcta, en el Momento Correcto, y de la Forma Correcta

Fuente

Momento Forma

Dosis

1. Abastecer formas disponibles 2. Ajustar a las condiciones del

suelo 3. Reconocer sinergismos 4. Compatibilidad de mezclas

1. Evaluar abastecimiento de nutrientes del suelo

2. Evaluar todas las fuentes de nutrientes del suelo y del aire

3. Evaluar la demanda de los cultivos

4. Predecir la eficiencia de uso del fertilizante

1. Evaluar los momentos de demanda nutricional del cultivo

2. Evaluar la dinámica de abastecimiento de nutrientes del suelo

3. Reconocer los efectos de factores climáticos

4. Evaluar la logística de operaciones

1. Reconocer la dinámica suelo-raíz

2. Manejar la variabilidad espacial

3. Ajustar las necesidades del sistema de labranzas

4. Limitar el transporte potencial fuera del campo

La fuente correcta aplicada a la dosis correcta en el momento y formas correctos Principios científicos del sistema 4Cs/4Rs: Ejemplos

Eficiencia de uso de agua en maíz bajo diferentes tratamientos de fertilización

Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe – Campaña 2010/11

Precipitaciones siembra a madurez Balducci 420 mm y San Alfredo 517 mm

Fuente: CREA Sur de Santa Fe-IPNI-ASP

0

5

10

15

20

25

30

Balducci San Alfredo

Efic

ienc

ia d

e U

so d

el A

gua

(kg/

mm

)

Testigo

PS

NS

NP

NPS

NPSMicro

Alternativas para una mayor Eficiencia de Uso de N

Mejorar los diagnósticos y las recomendaciones

Aplicaciones divididas, ¿adopción? ¿logística? ¿rentabilidad? Monitoreo durante la estación de crecimiento

Evaluación visual usando parcelas de referencia (parcelas de omisión)

Uso de medidor de clorofila

Sensores remotos aéreos y satelitales

Sensores remotos terrestres

Uso de modelos de simulación

Manejo sitio-especifico

Tecnologías de fertilización: Aplicaciones variables y nuevos fertilizantes como inhibidores de ureasa y de nitrificación o fertilizantes estabilizados o de liberación lenta

Rotaciones y asociaciones de cultivos: Uso de cultivos de cobertura que aporten N al sistema

Inhibidores de la ureasa Maíz de primera en Rafaela (Santa Fe)

Fontanetto, Bianchini y col., 2007/08

Tratamiento Perdidas N-NH3 Rendimiento Eficiencia agronómica

% kg/ha kg maíz/kg N

Testigo - 7334 -

Urea 70N 10 8381 15

Urea 140N 25 9623 16

Urea 70N + NBPT 4 9166 26

Urea 140N + NBPT 6 10368 22

4 H

C C C

NADPH2 NADP 4 +

X

O 2 O 2 2 2

+

Scavenging system

Cu, Zn, Fe

C C N

C C C N C

C C C N C

Mg

C C C C C C

(V) E

0.4

0.2

0

+0.2

+0.4

+0.6

+0.8 O 2 PS I

Chl.680 e

O 2

O 2 1

Q

hv

+ H +

H (from stroma) +

H +

e 4

4

Lumen

Stroma

pH 5.0 ~

pH 7.5 8.0

ADP+P

ATP

Mg

Cl i Mg Mn,

XAN

N

H 2 4

e 4 4

H O hv

H C 2 2

I

e

Mg

PS I Chl.700

Thylako

mbran

Plasto quinon Cyt b- Plasto cyanine Cu

Transporte de electrones en el fotosistema I y II, fotofosforilacion

(Marschner,1995)

Nutrientes minerales requeridos para el transporte de electrones y la formacion de ATP

Fe, S

Fe, S

Fuente: I. Cakmak (2011)

Zinc y B son necesarios para la integridad funcional y estructural de las membranas celulares

Cualquier daño a la integridad

estructural celular resulta en permeabilidad de membranas y liberación de exudados

Aminoácidos Azucares ..

Exudados radiculares: Substrato alimenticio de patógenos

Zinc y Boro proveen resistencia contra infecciones por patógenos

Fuente: I. Cakmak (2011)

Zinc en Maíz Promedios de catorce ensayos en Córdoba, Buenos Aires y Santa Fe

Campaña 2009/10 y 2010/11

Fuente: Mosaic-IPNI

10799 e 11051 d 11283 c 11342 bc 11535 ab 11568 a

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

NP NPS NPSZn 0.5 kg/ha

NPSZn 1.0 kg/ha

NPSZn 1.5 kg/ha

NPSZn 2.0 kg/ha

Rend

imie

nto

(kg/

ha)

Sitios en Buenos Aires (9 de Julio, Balcarce, Lincoln, Gral. Villegas), Córdoba (Alejo Ledesma, Chaján, Adelia María, Guatimozin y Rio Cuarto) y Santa Fe (San Justo, María Teresa, Rafaela y Oliveros)

Fotos : Matias Ruffo (Mosaic)

Clorosis foliar momentánea por efecto del glifosato sobre los microorganismos reductores de Mn

Deficiencia de Manganeso en soja RR luego de la aplicación de glifosato

Fuente: Don Huber, Purdue University (2005)

Soja RR Soja no RR

Experiencias con el uso de efluentes de tambo en la región central de Santa Fe

Fontanetto y col. (2010)- EEA INTA Rafaela (Santa Fe)

Tratamiento MO N total P Bray

% % ppm

Sin efluentes 2.27 0.11 11

Con efluentes 2.94 0.15 34

Estiércol liquido Estiércol solido

Maíz de segunda 2007/08 Maíz de primera 2008/09

Efecto en propiedades del suelo – Tambo en Humboldt (2009), aplicación de 72000 L/ha de efluentes

Composición de efluente de sala de ordeño 10.4% MS, 0.14 g/L N y 0.01 g/L P

Soja de primera Evolución de rendimientos sin y con fertilización NPS

Ensayo La Blanca – Alejo Ledesma (Córdoba) - Red de Nutrición CREA Sur de Santa Fe

Fuente: CREA Sur de Santa Fe-IPNI-ASP

3432

4482

3551

2571

3953

5600

5028 4874

2000

3000

4000

5000

6000

2001 2004 2007 2010

Rend

imie

nto

Soja

I (kg

/ha)

Testigo Fertilizado con NPS

+15%

+25%

+42% +90%

Consideraciones finales La agricultura enfrenta demandas, desafíos y oportunidades a los que debemos responder a través de sistemas de producción sustentables mas eficientes y efectivos

Existen numerosas practicas que contribuyen a la sustentabilidad de los sistemas (rotaciones, siembra directa, nutrición balanceada, etc.); y numerosos indicadores para evaluarlos (balance de C, balance de nutrientes, eficiencia de uso de agua, etc.)

La complejidad de los sistemas requiere de la integración de disciplinas (multidisciplinariedad) y de los actores (productor-proveedor de servicios-empresas-organizaciones sociales-profesionales-investigadores-estados)

No hay soluciones únicas (“silver bullets”)

Existen numerosas compensaciones (“trade-off”)

El proceso productivo no se reduce a un único ciclo agrícola, ni a una sola practica de manejo de insumos o recursos: Pensar en el sistema de producción

ISTRO - International Soil Tillage Research Organization Founded on 27 September 1973

Non-profit Organization

Organized as a corporation for education and scientific

Montevideo, 24 al 28 de Septiembre de 2012

www.fagro.edu.uy/ISTRO

XIX ISTRO 2012 - IV Reunión SUCS

www.lacs.ipni.net fgarcia@ipni.net

¡Muchas Gracias!