Eficiencia de los fertilizantes nitrogenados

Coeficientes de utilización del nitrógeno de los fertilizantes

La aplicación eficaz de fertilizantes nitrogenados solo es posible si se tienen en cuenta sus propiedades y las particularidades de la transformación del nitrógeno en los suelos. Todos los fertilizantes nitrogenados, excepto las formas de acción lenta, son muy solubles en agua. Los fertilizantes nítricos migran en el suelo con la humedad edáfica y no se fijan por ningún tipo de absorción, salvo la biológica. La absorción biológica transcurre solo en la época cálida del año. Por ello, en condiciones de régimen hídrico de lixiviación del suelo, los nitratos pueden lavarse, ante todo en suelos ligeros. Con dosis elevadas en suelos de granulometría ligera, en campos en barbecho y en condiciones de humedad excesiva o riego, las pérdidas de nitrógeno nítrico pueden alcanzar el 10–25 % de lo aplicado.

Las formas amoniacales y amónicas, al llegar al suelo, son absorbidas por el complejo absorbente del suelo. En esta forma pierden movilidad, pero siguen siendo accesibles para las plantas, no se lavan, salvo en suelos ligeros con baja capacidad de absorción. En condiciones favorables, como resultado de la nitrificación se transforman en nitratos y adquieren sus propiedades. La urea se comporta de manera similar en el suelo tras su transformación en formas amónicas por la actividad de las urobacterias.

Todos los fertilizantes nitrogenados se acumulan inicialmente o durante la nitrificación en el suelo en forma de nitratos. Los nitratos están sujetos a procesos de desnitrificación, característicos de casi todos los suelos, y las principales pérdidas de nitrógeno están asociadas precisamente con ellos. Las pérdidas de nitrógeno por desnitrificación para las formas amónicas y amídicas son de alrededor del 20 %, y para las formas nítricas, de hasta el 30 % de la cantidad aplicada. En barbecho limpio y con el aumento de las dosis, las pérdidas de nitrógeno aumentan hasta el 50 %.

Desde el punto de vista ecológico, la desnitrificación tiene un significado positivo, ya que «libera» el suelo del exceso de nitratos no utilizados, impidiendo su entrada en las aguas subterráneas y en los embalses.

En el suelo, parte del nitrógeno de los fertilizantes, como resultado de la actividad vital de los microorganismos, se transforma en formas orgánicas no accesibles para las plantas. Como resultado de la inmovilización, aproximadamente el 10–12 % del nitrógeno de los fertilizantes nítricos y el 30–40 % de los amónicos, amoniacales y amídicos se fija en forma orgánica. La intensidad de la inmovilización aumenta con la aplicación de fertilizantes orgánicos con bajo contenido de nitrógeno y alto contenido de carbono (rastrojos, paja, estiércol con paja).

Antes se suponía que las plantas, en el primer año de aplicación de fertilizantes nitrogenados, utilizaban el 60–70 % del nitrógeno aportado. Estos datos se obtuvieron en ensayos de campo mediante el método diferencial, comparando la extracción de nitrógeno en las variantes de control (sin fertilizante) y en las variantes con fertilizantes. Investigaciones posteriores con átomos marcados de nitrógeno mostraron que, en condiciones de campo, las plantas absorben del 30 al 50 % del nitrógeno de los fertilizantes, pero al mismo tiempo, en las variantes fertilizadas, el uso del nitrógeno del suelo por las plantas aumenta en un 20–30 %. Gracias a ello, la extracción total de nitrógeno en las variantes fertilizadas aumenta en un 20–30 %, por lo que los coeficientes de utilización del nitrógeno calculados por el método diferencial están sobreestimados en un 20–30 % respecto de los reales.

No obstante, para tareas prácticas, por ejemplo, el cálculo del balance de nitrógeno y de las dosis de fertilizantes nitrogenados, se utiliza el coeficiente de utilización del nitrógeno obtenido por el método diferencial, porque caracteriza el consumo total de nitrógeno por las plantas. Los cálculos de balance realizados en ensayos de larga duración que incluyen varias rotaciones de rotación de cultivos confirman estas conclusiones. Los coeficientes de utilización del nitrógeno de los fertilizantes por el método de balance son del 60–70 %.

La mayor parte del nitrógeno de los fertilizantes aplicado al suelo se consume durante el período vegetativo en el consumo por las plantas, la inmovilización, la desnitrificación, el lavado y la erosión. Por ello, el efecto residual de los fertilizantes nitrogenados no suele tenerse en cuenta.

Eficiencia de los fertilizantes nitrogenados

El uso equilibrado de fertilizantes nitrogenados aumenta el contenido de vitaminas y ácidos orgánicos.

La optimización de las condiciones de nutrición de las plantas con nitrógeno incluye:

1. La aplicación de dosis y formas óptimas de fertilizantes nitrogenados teniendo en cuenta las particularidades biológicas de los cultivos y las propiedades de los fertilizantes, las condiciones edafoclimáticas y los resultados del diagnóstico de la nutrición vegetal.

La determinación de las dosis óptimas de fertilizantes nitrogenados se basa en los resultados de ensayos de campo realizados en diversas zonas edafoclimáticas. Estos datos se comparan con los resultados de los diagnósticos del suelo y de las plantas, y sobre esa base se elaboran recomendaciones sobre el uso de fertilizantes, los métodos y las formas de corregir las dosis en función de condiciones concretas.

Están muy difundidos los métodos de optimización de las dosis de fertilizantes nitrogenados según el contenido de nitrógeno mineral en el suelo. Las dosis eficaces para los distintos cultivos agrícolas dependen de las condiciones edafoclimáticas.

En función de la provisión de los suelos con nitrógeno mineral, estos se dividen en 5 grupos: desde muy baja — grupo I, hasta alta — grupo V. La provisión de los suelos con nitrógeno mineral influye en la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados: muy alta en suelos con contenido de nitrógeno inferior a 80 kg/ha, baja con contenido superior a 130 kg/ha. Los mayores incrementos de rendimiento de los cereales se observaron al aplicar los fertilizantes en dos momentos: la primera aplicación en primavera, la segunda en la fase de encañado.

Para las regiones de Siberia Occidental, en función del contenido en la capa de suelo de 0–40 cm, se ha elaborado una escala de necesidad de cultivos de cereales en fertilizantes nitrogenados.

Estos mismos métodos, con cambios y modificaciones, se aplican también en otras regiones del país.

Para optimizar las dosis de fertilizantes nitrogenados también se utilizan métodos de cálculo de balance, basados en la extracción de nitrógeno con la cosecha planificada.

2. El máximo desplazamiento de las fechas de aplicación de fertilizantes hacia el período de consumo intensivo de nitrógeno por las plantas, la aplicación fraccionada de la dosis total de fertilizante en varias veces.

3. El empleo de formas de acción lenta y encapsuladas de fertilizantes nitrogenados con velocidad controlada de liberación de nitrógeno.

4. El empleo de inhibidores de la nitrificación, como resultado de lo cual el coeficiente de utilización del nitrógeno de los fertilizantes aumenta en un 10–15 %.

Las pérdidas improductivas de nitrógeno pueden reducirse mediante la introducción de cultivos intermedios y de postcosecha.

La aplicación de 1 kg de nitrógeno de fertilizantes minerales produce incrementos de cosecha: 8–15 kg de grano, 50–70 kg de patata, 20–30 kg de heno de hierbas de pradera, 30–40 kg de raíces de remolacha azucarera, aproximadamente 3 kg de fibra de lino.

En el aspecto zonal, la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados depende de las condiciones de suministro de humedad y del nivel de fertilidad natural de los suelos. Se ha observado una alta eficiencia y una acción estable de los fertilizantes nitrogenados en la zona No Chernozem sobre suelos césped-podzólicos pobres en humus, suelos forestales grises, chernozems podzolizados y lixiviados; y cuanto mayor es la lixiviación, mayor es la eficiencia. La alta eficiencia se manifiesta en suelos ligeros, caracterizados por un déficit constante de nitrógeno. En suelos turboso-pantanosos drenados su acción disminuye, ya que el potasio y el fósforo pasan a ocupar el primer mínimo. Sin embargo, en los primeros años de explotación de las turberas en las regiones centrales y noroccidentales de la zona No Chernozem, la eficiencia del nitrógeno aumenta.

Al desplazarse de norte a sur y de oeste a este dentro de la parte europea de Rusia, la continentalidad del clima se intensifica y la cantidad de precipitaciones disminuye, lo que repercute en la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados. También cambia la provisión de nitrógeno de los suelos.

La eficiencia aumenta en la serie suelos césped-podzólicos → suelos forestales grises → chernozems. Se observa una disminución en las regiones esteparias, debido a la reducción del suministro de humedad y a condiciones más favorables de nutrición nitrogenada. Los fertilizantes nitrogenados también son eficaces en las regiones orientales del país: en la estepa forestal de los Urales Transversales y de Siberia Oriental es mayor; en la estepa forestal de Siberia Occidental, con un clima más continental, es menor. En los Urales Transversales, 1 kg de nitrógeno de fertilizantes minerales produce un incremento de cosecha de grano de trigo de primavera de 10 kg/ha; en Siberia Oriental, 11 kg/ha; en Siberia Occidental, 5 kg/ha.

En las regiones esteparias de la parte europea de Rusia, en chernozems potentes, ordinarios y meridionales, debido al alto contenido de nitrógeno en los suelos y al déficit de humedad, la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados disminuye y se vuelve inestable. Esto se observa aún más en suelos castaños y castaños claros de las regiones áridas del sureste.

Las medidas de acumulación y conservación de la humedad del suelo, así como en condiciones de riego, hacen que la eficiencia de las dosis bajas de fertilizantes nitrogenados en estas regiones sea bastante alta y resulte mayor que la de los fertilizantes fosfatados y potásicos.

Bajo la influencia del nitrógeno se intensifican la hidrólisis del almidón, la intensidad de la respiración y la actividad de las enzimas oxidativas, lo que provoca un consumo prematuro de las sustancias plásticas de la semilla. Para eliminar el efecto negativo del nitrógeno sobre los procesos de transformación de sustancias en la semilla antes de la formación del aparato fotosintético, es necesaria cierta separación del nitrógeno del fertilizante respecto de la semilla. Cabe esperar una acción positiva estable de la aplicación en hilera de fertilizantes nitrogenados cerca de las semillas solo en relación con suelos no ácidos, saturados de calcio, suficientemente provistos de fósforo disponible para la planta y necesitados de nitrógeno, así como en relación con plantas cuyas semillas tienen grandes reservas de carbohidratos (trigo, avena, cebada).

Al añadir nitrógeno a la solución nutritiva aumenta significativamente el contenido de fósforo en las fracciones nitrogenadas de los compuestos organofosforados, ante todo en la fracción de nucleoproteídos — sustancias que desempeñan un papel en el proceso de diferenciación de los tejidos meristemáticos, es decir, vías de influencia eficaz de los fertilizantes sobre los procesos morfogenéticos en las plantas.

La alteración de la relación óptima entre nitrógeno y fósforo al inicio del crecimiento provoca una alteración de la síntesis de aminoácidos y nucleoproteídos, que determinan el crecimiento inicial de las plantas. Por ello, se propone que en suelos pobres en nitrógeno se apliquen juntamente con el fertilizante fosfatado pequeñas dosis de nitrógeno en la siembra. En suelos poco fértiles, con contenido insuficiente de nitrógeno, se recomienda aplicar en las hileras durante la siembra, además de fertilizantes fosfatados y potásicos, fertilizantes nitrogenados a dosis de 5–10 kg/ha de nitrógeno.

Aumento de la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados

La eficiencia de los fertilizantes nitrogenados depende de:

• las particularidades zonales;
• el conjunto de medidas agronómicas y de recuperación utilizadas en la rotación de cultivos y para cultivos concretos;
• la tecnología de aplicación de fertilizantes nitrogenados (fechas y métodos de aplicación, dosis, formas);
• los métodos de diagnóstico de la nutrición vegetal.

En Rusia se ha desarrollado un conjunto de técnicas agroquímicas que contribuyen a aumentar la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados:

1. Cumplimiento de la tecnología agronómica de aplicación de fertilizantes nitrogenados teniendo en cuenta dosis, formas, fechas y métodos de aplicación.

2. Relación óptima entre el nitrógeno y otros macro- y microelementos, teniendo en cuenta la fertilidad del suelo y las particularidades biológicas del cultivo.

3. Optimización de la nutrición nitrogenada de los cultivos durante el período vegetativo. Se tienen en cuenta tanto la acción directa de los fertilizantes como fuente de nutrición como la indirecta, relacionada con la movilización del nitrógeno debido a la activación de los procesos de mineralización de la materia orgánica del suelo. Esto es importante, ya que la cantidad de nitrógeno formada por mineralización es la más difícil de contabilizar con los métodos existentes. El nitrógeno procedente de la mineralización de la materia orgánica puede crear un exceso de nitrógeno en el suelo, lo que provoca el encamado de los cereales, el deterioro de la calidad de la producción y un impacto negativo sobre las aguas subterráneas.

4. Empleo de inhibidores de la nitrificación. Aunque esta técnica es temporal, en la etapa de desarrollo de medidas integrales para aumentar la eficiencia, la inhibición de la nitrificación puede contribuir a reducir las pérdidas de nitrógeno.

5. Perfeccionamiento de las formas de acción lenta de los fertilizantes nitrogenados: tecnología de producción de formas urea-formaldehído (UFF) y fertilizantes nitrogenados encapsulados, así como la búsqueda de nuevas formas de fertilizantes minerales con transferencia gradual de los nutrientes del fertilizante al suelo.

6. Aplicación del encalado en la rotación de cultivos con aplicación sistemática de fertilizantes nitrogenados en suelos ácidos, ante todo césped-podzólicos.

7. Aplicación de técnicas agronómicas dirigidas a regular los procesos de movilización e inmovilización del nitrógeno y los procesos de humificación.

La mineralización del nitrógeno del suelo con la aplicación de fertilizantes nitrogenados está influida por:

• el grado de cultivo de los suelos césped-podzólicos: en los suelos cultivados predominan los compuestos húmicos fácilmente hidrolizables;
• la actividad de los microorganismos del suelo;
• el aumento de la capacidad de absorción del sistema radicular de las plantas;
• la forma del fertilizante nitrogenado; por ejemplo, las formas amónicas favorecen una mejor asimilación del nitrógeno que las formas nítricas;
• el encalado;
• la aplicación de fertilizantes orgánicos, que aumentan la cantidad de microflora.

Las formas nítrica y amónica del nitrógeno pueden inmovilizarse como resultado de la interacción con la materia orgánica del suelo, la fijación por los microorganismos del suelo y la fijación de las formas amónicas por los minerales arcillosos. La inmovilización absorbe el 20–60 % del nitrógeno aplicado; su magnitud depende de:

• las formas de los fertilizantes nitrogenados: las formas amídicas y amónicas se fijan 1,5–2 veces más que las nítricas;
• la dosis de fertilizantes: con el aumento de la dosis, la cantidad absoluta de nitrógeno inmovilizado aumenta, mientras que la relativa —la proporción de lo aplicado— disminuye;
• la cantidad de nitrógeno fijado: en suelos con alto contenido de humus, el contenido de nitrógeno es mayor que en suelos poco húmicos;
• el contenido de material energético, que junto con los fertilizantes minerales aumenta la inmovilización del nitrógeno de los fertilizantes;
• la relación C : N en el suelo: cuanto más carbono y menos nitrógeno, más se inmoviliza.

Influencia de las medidas agromeliorativas en la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados

La eficiencia de los fertilizantes nitrogenados está relacionada con la realización oportuna y de calidad de un conjunto de medidas agronómicas, de recuperación y de protección del suelo, con una alta cultura agrícola: ausencia de vegetación adventicia, garantía de regímenes óptimos del suelo, siembra de variedades e híbridos altamente productivos y un sistema integral de protección de las plantas. Todas las medidas de reproducción de la fertilidad y del cultivo contribuyen a aumentar la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados y a una mayor retribución. El balance de materia orgánica del suelo debe ser positivo o sin déficit.

Los fertilizantes orgánicos reducen el efecto negativo de las dosis altas de nitrógeno mineral y contribuyen a un uso más eficiente de este. El nitrógeno mineral debe encontrarse en el suelo en una relación óptima con otros nutrientes, correspondiente a las exigencias del cultivo cultivado.

El encalado de los suelos ácidos aumenta significativamente la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados gracias a un mejor uso del nitrógeno, al aumento de su movilización y a la mejora de la nutrición fosfatada. En las regiones esteparias y semiesteparias áridas, la acción positiva de los fertilizantes nitrogenados es posible con riego en condiciones de dosis y regímenes de riego óptimos.

En condiciones de riesgo de desarrollo de procesos erosivos, la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados depende del complejo de protección del suelo y del sistema de labranza del suelo antierosivo, por ejemplo, arado con curvas de nivel y de recuperación transversal a la pendiente, arado combinado, ranurado de pendientes, formación de caballones, surcado del barbecho, que reducen la escorrentía de agua y el lavado del suelo.

Lista de fuentes

1. Yagodin B. A., Zhukov Yu. P., Kobzarenko V. I. (2002). Agroquímica. Ed. B. A. Yagodin. Moscú: Kolos.

2. Mineev V. G., Sychev V. G., Gamzikov G. P. y otros (2017). Agroquímica. Libro de texto. Ed. Mineev V. G. Moscú: Editorial del VNIIA im. D. N. Pryanishnikova.

3. Evtefeev Yu. V., Kazantsev G. M. (2013). Fundamentos de agronomía: manual. Moscú: FORUM.