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Balance de nutrientes del suelo

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Factores de vida vegetal

Leyes de la agricultura

Ciclo de nutrientes

La intensidad del ciclo biológico es el número de elementos químicos contenidos en el crecimiento de la fitocenosis por unidad de área por intervalo de tiempo.

Una de las tareas de la agroquímica es evaluar la dirección del ciclo de nutrientes y el grado de intensidad del impacto antropogénico en el sistema suelo-planta en el equilibrio de nutrientes en agrocenosis , así como crear condiciones para un ciclo racional de nutrientes. en la agricultura y asegurar su balance positivo, para optimizar la nutrición de los cultivos mediante la aplicación de un sistema de fertilización basado en la ciencia en la rotación de cultivos .

En 1825, por primera vez en Rusia, el profesor de la Universidad de Moscú M.G. Pavlov publicó el trabajo científico «Química agrícola», en el que fundamenta la tarea de aumentar la fertilidad del suelo aumentando los nutrientes en el suelo, o al menos devolviendo lo que toman las plantas. El desarrollo del estudio del balance de nutrientes en agroquímica comenzó con la publicación del trabajo de J. Liebig «Química en la aplicación a la agricultura y la fisiología» (1840) y la doctrina del retorno completo al suelo de sustancias minerales tomadas de ella por la cosecha de las plantas.

El problema de la circulación de sustancias en la agricultura, su equilibrio fue dado por el fundador de la agroquímica doméstica D.N. Pryanishnikov. Escribió que el desarrollo de la industria química es uno de los requisitos materiales más importantes para regular la circulación de sustancias en la agricultura, su intercambio entre el hombre y la naturaleza. Señaló que si el agotamiento de los suelos como resultado de un desorden metabólico entre el hombre y la tierra viola la “condición natural de fertilidad constante del suelo”, entonces el uso generalizado de fertilizantes basados ​​en la industria química es uno de los factores poderosos no solo para mantener un nivel constante (como consideró Yu. Liebig), pero también un mayor aumento en la fertilidad del suelo, como se puede ver en el ejemplo histórico de cultivos en países de Europa occidental con un aumento en el nivel de quimificación.

La actividad económica humana, incluida la intensificación de la producción agrícola y la quimificación, conduce a cambios en los procesos de transformación de sustancias y energía en la naturaleza. Entonces, hay cambios en el ciclo del nitrógeno en la biosfera durante la transición del estado natural del suelo al estado con cultivo intensivo. En suelos de biocenosis naturales, las pérdidas de nitrógeno por volatilización y desnitrificación son compensadas por su aporte con la precipitación atmosférica y la fijación biológica.

El ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno en la biosfera en condiciones naturales del suelo
El ciclo biosférico del nitrógeno en los cultivos intensivos
El ciclo biosférico del nitrógeno en los cultivos intensivos

Al desarrollar un terreno para la producción agrícola intensiva, el ciclo del nitrógeno sufre cambios. Al mismo tiempo, las pérdidas de nitrógeno del sistema superan su ingesta, lo que conduce al agotamiento de este elemento en el suelo. Con el desarrollo agrícola de la tierra, aumenta el número de formas de pérdida de nitrógeno del sistema: junto con la pérdida gaseosa de nitrógeno del suelo, aumenta la lixiviación de nitrato. El nitrógeno también se elimina del sistema cuando se queman los residuos vegetales. Se enajenan cantidades significativas cuando los productos agrícolas se utilizan para necesidades industriales y de otro tipo, y también son absorbidos por las malas hierbas.

La entrada natural de nitrógeno en el ciclo se produce debido a la fijación biológica y la precipitación. Solo mediante la aplicación de fertilizantes nitrogenados y estiércol es posible eliminar la deficiencia en el balance de nitrógeno y crear condiciones para mantener y aumentar la fertilidad. Las pérdidas de nitrógeno y otros nutrientes provocan la eutrofización de las masas de agua, contaminan las aguas subterráneas y provocan una serie de fenómenos indeseables en el medio ambiente.

No importa en qué forma se introduce el nitrógeno en el suelo, como parte de fertilizantes orgánicos o minerales, nitrato, amoníaco, amida o leguminosas fijas moleculares, en última instancia, solo la forma de nitrógeno de amonio reducido (NH4+). Todas las demás formas se reducen a amonio por transformación química o biológica en el suelo o en las plantas.

Los fertilizantes orgánicos y minerales como fuentes de nutrientes son equivalentes. Sin embargo, se prefieren los fertilizantes orgánicos ya que están menos concentrados. Por ejemplo, en términos de nitrógeno, 0,1 toneladas de urea equivalen a 10 toneladas de estiércol. Las violaciones en la tecnología de aplicación de fertilizantes minerales conducen a la creación de altas concentraciones de nutrientes en el suelo que, cuando ingresan a las plantas en exceso, degradan la calidad de los productos o provocan el envenenamiento por amoníaco de las plantas. La mineralización de los abonos orgánicos es lenta y no crea concentraciones elevadas de sales minerales.

Balance de nutrientes del suelo

Un balance de nutrientes del suelo es una expresión cuantitativa del contenido en nutrientes del suelo de una zona determinada, teniendo en cuenta todas las entradas y salidas a lo largo de un periodo de tiempo.

Fuentes de ingesta de nutrientes:

  • fertilizantes minerales;
  • fertilizantes organicos;
  • residuos vegetales;
  • material de semilla;
  • fijación biológica de nitrógeno;
  • precipitación.

La parte de gasto es:

  • eliminación con la cosecha de los principales y subproductos;
  • eliminación con residuos vegetales;
  • lixiviación en las aguas subterráneas y lavado desde la superficie;
  • pérdidas por procesos de erosión;
  • pérdidas gaseosas.

Para fines de investigación, los valores cuantitativos de las partidas del balance se toman sobre la base de datos experimentales, para fines prácticos, datos de referencia.

Para realizar estudios teóricos, teniendo en cuenta todas las partidas del balance, se utiliza un método que utiliza un lisímetro. Este método le permite determinar los patrones de cambios en las partidas del balance y dar una explicación científica. En estos experimentos se utilizan fertilizantes con átomos marcados. Entonces, de acuerdo con los resultados de los estudios lisimétricos realizados en el Instituto de Investigación de Fertilizantes y Ciencias del Agrosuelo de toda Rusia en suelos soddy-podzólicos de la región no Chernozem utilizando un isótopo de nitrógeno estable 15 N, 30-60% del nitrógeno del las plantas utilizan el fertilizante aplicado, el 15-30% se acumula en el suelo, el 10-30% se pierde como resultado de la volatilización a la atmósfera y el 1-5% se lava con agua.

A efectos prácticos se utilizan datos sobre los balances biológicos, económicos y económicos externos.

El equilibrio biológico abarca todos los elementos de ingesta y consumo de nutrientes que intervienen en el ciclo. Se utiliza en la evaluación de sistemas de fertilización de cultivos y rotaciones de cultivos especializadas .

El balance económico tiene en cuenta únicamente la remoción de nutrientes con los principales y subproductos y la incorporación a través de la aplicación de fertilizantes. El cálculo del balance económico da una evaluación agroeconómica bastante objetiva del sistema de fertilizantes.

El balance económico externo tiene en cuenta la enajenación de nutrientes con productos comercializables fuera de la economía y su abastecimiento con fertilizantes minerales. Este tipo de balance es importante para la distribución de fertilizantes y está determinado por la especialización de la economía. Cuando una empresa agrícola se especializa en la producción de productos comercializables, el saldo es más escaso que en las empresas ganaderas, ya que parte de los nutrientes enajenados de los campos en forma de piensos se devuelven en forma de estiércol .

Los estudios del balance de nutrientes del suelo en experimentos de fertilización estacionaria a largo plazo permiten considerar la aplicación plurianual de nutrientes y su eliminación con los cultivos en las rotaciones de la rotación de cultivos. Los experimentos se realizan en condiciones próximas a las de producción, por lo que los datos obtenidos son aplicables con fines científicos y prácticos.

El principal rubro de gasto es la remoción de nutrientes con la cosecha. El tamaño de la remoción en relación con cultivos específicos, características varietales y condiciones de suelo y clima puede diferir de los datos de referencia.

Tabla. Aportes de nutrientes en kg/t de los principales productos, incluidos los subproductos (2010)[ref]Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V.G. Sychev, G.P. Gamzikov et al. - M.: Editorial del Instituto Panruso de Investigación Científica que lleva el nombre de D.N. Pryanishnikov, 2017. - 854 p.[/ref]

CULTURA
N
P2O5
K2O
Trigo de invierno
26,6
8,4
18,5
Centeno de invierno
27,2
9,7
22,7
Cebada
25,1
9,2
21,0
Avena
26,5
9,5
27,1
Arroz
15,8
10,3
20,9
Maíz para grano
27,1
9,0
21,3
Guisantes
48,8
11,0
33,9
Girasol
43,8
16,6
101,8
Lino (fibra)
59,3
20,2
69,6
Remolacha azucarera
4,47
1,25
5,89
Papa
5,9
1,6
8,0
Maíz para ensilaje
2,89
0,9
3,59
Alimentar cultivos de raíces
2,73
0,67
5,90
Hierbas perennes (heno)
19,1
3,4
19,2
Hierbas anuales (heno)
17,6
6,3
23,4

La mayor pérdida de nutrientes ocurre bajo barbecho desnudo, menos bajo cultivos en hileras, luego en orden descendente: cereales , pastos perennes , campos de heno y pastos.

Balance de nitrógeno

Una característica del balance de nitrógeno en el sistema suelo-fertilizante-planta es la movilidad de sus compuestos. El nitrógeno es un elemento biogénico que tiene fuentes naturales de reposición en el suelo.

La fuente de reposición de nitrógeno es la fijación biológica por microorganismos simbióticos y de vida libre.

Con cualquier sistema de fertilización, un balance deficiente en nitrógeno es una condición para obtener un alto rendimiento.

El balance de nitrógeno se calcula usando la ecuación:

BN = (Nf + Ns + Nfix + Nin/res + Nprec) – (Nmain + Nout/res + Nl),

donde BN es el balance de nitrógeno, kg/ha N.

Partidas del balance de ingresos: Nf — entrada con fertilizantes Nf = (Nmineral + Norganic), donde Nmineral — entrada con fertilizantes minerales; Norganic — ingesta con fertilizantes orgánicos; Ns — ingesta con semillas (material de semillas); Nfix — ingresos por fijación biológica; Nfix = (Nsymb + Nfree); Nsymb — ingresos por fijación simbiótica; Nfree— ingresos de la fijación por microorganismos de vida libre; Nin/res — captación con residuos vegetales; Nprec — captación con precipitación atmosférica.

Elementos de gasto: Nmain — eliminación con la cosecha de los productos principales y secundarios; Nout/res — eliminación con residuos vegetales; Nl — pérdidas del suelo Nl = (Nleach + Nerosion), donde Nleach — pérdidas por lixiviación; Nerosion — pérdidas por procesos de erosión.

El nitrógeno suministrado con el material de semilla y la eliminación con el producto principal y los subproductos se determinan analíticamente o según datos de referencia. El suministro de nitrógeno con material de semilla depende del cultivo, las tasas de siembra, el contenido de nitrógeno en las semillas y la rotación de cultivos . Entonces, al sembrar cereales con semillas, ingresan 4-6 kg/ha de nitrógeno, legumbres — 8-15 kg/ha, papas — 9-12 kg/ha. Dependiendo del tipo y especialización de la rotación de cultivos, se aplican 20-50 kg/ha de nitrógeno con la semilla por rotación.

Según E.P. Trepachev, la ingesta de nitrógeno de las legumbres se calcula mediante la fórmula:

Nenr = [(Mc/r ⋅ 2.5) ⋅ %N + (Mh ⋅ %N)] ⋅ Kfix – Nhay ⋅ (1 – Kf), o

Nenr = Nres – Nc,

donde Nenr es el enriquecimiento del suelo con nitrógeno biológico, kg/ha; Nres — nitrógeno biológico de residuos vegetales (kg/ha); 2,5 es el factor de corrección por la integridad de la contabilización de la materia orgánica; Mc/r es la masa de rastrojos secos y residuos de raíces (100 kg/ha o c/ha); Mh es la masa de pérdidas de cultivo para todos los cortes (100 kg/ha); Kfix es el coeficiente de fijación de nitrógeno, es decir, la relación entre la cantidad de nitrógeno fijado y el total; Nhay es el nitrógeno total en el rendimiento de heno (kg/ha) para todos los períodos de crecimiento de las leguminosas; Nc — remoción de nitrógeno por el cultivo de leguminosas (kg/ha).

El nitrógeno biológico de los residuos vegetales (Nres) se determina mediante la fórmula:

Nres = [(Mc/r ⋅ 2.5) %N + (Mh ⋅ %N)] ⋅ Kfix.

Eliminación de nitrógeno por las legumbres:

Nc = Nhay ⋅ (1 – Kfix).

Ejemplo.  El rendimiento de heno del trébol en 3 años es de 129,7 c/ha (c — centner, 1 c = 100 kg) con un contenido medio ponderado de nitrógeno del 2,7%. El aporte total de nitrógeno del trébol será

129,7 x 2,7 = 350,2 kg/ha.

Los residuos de cosecha y raíces (Mc/r) después del tercer año de vida del trébol son 71,8 c/ha de materia seca con un contenido total de nitrógeno de 2,3 %, la masa de las pérdidas de cultivo para todos los cortes (Mh) es de 4,1 céntimos/ha de materia seca y un contenido de nitrógeno total de 2,8%, el coeficiente medio de fijación de nitrógeno (Kfix) es de 0,74. De este modo:

Nenr = [(7180 х 2,5) х 2,3 + (410 х 2,8)] х 0,74 / 100% – 350,2 х (1 – 0,74),

el enriquecimiento del suelo con nitrógeno será Nenr = 222,9 kg/ha.

El coeficiente de fijación de nitrógeno (Kfix) según datos de investigación para trébol, lupino , esparceta es 0,7, para alfalfa — 0,8, para guisantes y veza — 0,6. El coeficiente de fijación de nitrógeno de los residuos de cultivos de leguminosas es de 0,3-0,4; rastrojos y residuos de raíces de leguminosas — 0.5-0.7. Es condicionalmente posible tomar el contenido de nitrógeno en los rastrojos y residuos de raíces igual a la mitad de su contenido en la masa aérea.

La fuente de nitrógeno es la fijación de nitrógeno por microorganismos heterótrofos y saprofitos de vida libre. En diferentes condiciones de suelo y clima, se asocia con la fijación de nitrógeno no simbiótica: en la zona de la taiga y la tundra del norte: varios kilogramos por 1 ha de nitrógeno, en suelos de soddy-podzolic y bosques grises: 15-20 kg/ha , en chernozems — 30-40, en los trópicos y subtrópicos — hasta 80 kg/ha.

Las pérdidas de nitrógeno por la erosión del suelo, la escorrentía del subsuelo y la infiltración en las capas profundas del suelo se determinan a partir de datos de referencia.

Tabla. Cantidades aproximadas de pérdidas de N del suelo en función de la inclinación de la pendiente y de los cultivos (Trepachev et al., 1976)

PENDIENTE EN GRADOS
CULTURA
PÉRDIDAS DE NITRÓGENO, KG/HA
menos de 1°
Cultivo en hileras
5-10
Primavera de cereales
3-5
Cereales de invierno
2-3
Hierbas perennes
0
1-2°
Cultivo en hileras
10-15
Primavera de cereales
5-8
Cereales de invierno
3-5
Hierbas perennes
2-3
2-4°
Cultivo en hileras
15-30
Primavera de cereales
8-15
Cereales de invierno
5-10
Hierbas perennes
3-5

Las pérdidas mínimas de nitrógeno a diferente composición granulométrica por infiltración son iguales (% del introducido): franco pesado — 0-0,5%; franco medio — 0.5-1.5%; franco arenoso — 2.0-4.0%; arenoso — 5.0-8.0%.

Balance de fósforo

El fósforo no tiene fuentes naturales de reposición en los suelos. La reposición de sus reservas en los agroecosistemas ocurre solo mediante la introducción de fósforo y fertilizantes orgánicos .

En la atmósfera, el fósforo puede estar contenido en forma de polvo en pequeñas cantidades (0,5-1 kg/ha por año). El suelo, el agua y las plantas están involucrados en el ciclo del fósforo en los ecosistemas. Sin embargo, su disponibilidad para las plantas depende de muchos factores.

Las pérdidas de fósforo se producen por la erosión del suelo en la composición de la tierra fina y la escorrentía líquida. La lixiviación de fósforo en suelos medianos y pesados ​​en términos de composición granulométrica, por regla general, no supera 1 kg/ha, en suelos ligeros y turbosos, hasta 3-5 kg​/ha.

El balance de fósforo (Bp) está determinado por una ecuación que tiene en cuenta la diferencia entre el aporte al suelo con fertilizante, semillas y precipitación y la alienación con cultivos y pérdidas por lixiviación y erosión:

Bp = (Pf + Ps + Pin/res + Pprec) – (Pmain + Pout/res + Pl),

donde Bp es el balance de fósforo, kg/ha P2O5.

Partidas del balance de ingresos: Pf — entrada con fertilizantes, Pf = (Pmineral + Porganic), Pmineral — entrada con fertilizantes minerales; Porganic — ingesta con fertilizantes orgánicos; Ps — ingesta con semillas (material de semilla); Pin/res — ingesta con residuos vegetales; Pprec — entrada con precipitación atmosférica.

Elementos de gasto del saldo: Pmain — eliminación con la cosecha de los productos principales y secundarios; Pout/res — eliminación con residuos vegetales; Pl — pérdidas del suelo Pl = (Plech + Perosion), donde Plech — pérdidas por lixiviación; Perosion — pérdidas por procesos de erosión.

La ingesta de fósforo con fertilizantes y semillas está determinada por la composición química y las tasas de siembra. El importe de los ingresos por precipitación atmosférica por fósforo no supera los 0,5 kg/ha. La remoción de fósforo con la cosecha (Pmain) está determinada por la composición química y la cantidad de la cosecha de los principales y subproductos.

Las pérdidas de fósforo por erosión (Perosion) según los datos promediados son: para fósforo — 1,5-2 kg/ha. Las pérdidas de fósforo por lixiviación dependen de la composición granulométrica del suelo, la cantidad de precipitaciones, las dosis de fertilizantes y los cultivos. La pérdida de fósforo (Pl) para suelos arcillosos promedia hasta 0,1 kg/ha, para suelos arenosos y arcillosos arenosos — 1,2 kg/ha.

Balance de potasio

El balance de potasio (BK) está determinado por la fórmula:

BK = (Kf + Ks + Kin/res + Kprec) – (Kmain + Kout/res + Kl),

donde BK es el balance de potasio, kg/ha K2O.

Partidas del balance de ingresos: Kf  — insumos con fertilizantes Kf = (Kmineral + Korganic), donde Kmineral — insumos con fertilizantes minerales; Korganic — suministro de fertilizantes orgánicos; Ks — ingesta con semillas (material de semilla); Kin/res — ingesta con residuos vegetales; Kprec — entrada con precipitación.

Elementos de gasto del saldo: Kmain — eliminación con la cosecha de los principales y subproductos; Kout/res — eliminación con residuos vegetales; Kl — pérdidas del suelo Kl = (Kleach + Kerosion), donde Kleach — pérdidas por lixiviación; Kerosion — pérdidas por procesos de erosión.

La ingesta de potasio con fertilizantes y semillas está determinada por la composición química y las tasas de siembra. La cantidad de entrada con precipitación atmosférica para el potasio varía de 2 a 6 kg/ha. La remoción de potasio con la cosecha (Kmain) está determinada por la composición química y la cantidad de los principales y subproductos.

Las pérdidas de potasio por erosión (Kerosion) según datos promediados son — 3-5 kg/ha. Las pérdidas de potasio por lixiviación dependen de la composición granulométrica del suelo, la cantidad de precipitaciones, las dosis de fertilizantes y los cultivos.

Las pérdidas de potasio por lixiviación de fertilizantes (Kleach) son: para suelos ligeros — 5%, para suelos pesados ​​- 2% de la cantidad aplicada.

Literatura

Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V. G. Sychev, G.P. Gamzikov y otros; edición VG Mineev. — M .: Editorial VNIIA im. D.N. Pryanishnikova, 2017. — 854 p.