Efecto de tres sistemas de manejo de suelo en la eficiencia fisiológica de uso de nitrógeno fertilizante en trigo (página 2)

Materiales y métodos

En mayo de 1997 y mayo de 1998, se estableció un ensayo de campo en la IX Región, Sector Nueva Imperial, fundo Buenos Aires (38º37’ lat. Sur; 73º04’ long. Oeste), el cual consideró el cultivo de trigo (Triticum aestivum L.) cv. Dalcahue, bajo tres sistemas de manejo del suelo. El suelo utilizado presenta una topografía de lomaje fuerte con pendiente de 15 a 20%, correspondiendo éste al orden Ultisol (Typic Hapludult). El sitio en donde se realizó el experimento tuvo avena (Avena sativa L.) como precultivo en el año 1996, y durante los 6 años anteriores se manejó con cero labranza sin quema de residuos.

El diseño experimental de terreno correspondió a un bloque completamente al azar con tres tratamientos y cuatro repeticiones por tratamiento; los tratamientos fueron: sistemas de manejo de suelo tradicional, con inversión de suelos y eliminación de residuos postcosecha mediante el uso de fuego (TRAD); cero labranza con quema de residuo (CL+Q); y cero labranza sin quema de residuo (CL-Q).

Se sembró el trigo cv. Dalcahue el 26 y 31 de mayo en la temporada 1997/1998 y 1998/1999, respectivamente, con una dosis de semilla de 160 kg ha-1 a una distancia de 18 cm entre surcos, con una sembradora manual tipo Planet. Cada unidad experimental (parcela de 10 x 3 m) se consideró como macro parcela con manejo de fertilizante comercial Urea y dentro de cada una de ellas se estableció una micro parcela (parcela isotópica) de 1,4 x 1,0 m con manejo de fertilizante urea marcada con 10% 15N átomo exceso (a.e.) aplicada en una solución de 500 cm3 de agua bidestilada. Se utilizó una dosis de 150 kg de N ha-1 aplicada en tres parcialidades, 10% a la siembra, 45% al estado de plena macolla, estado 25 (Zadok et al., 1974) y 45% al inicio de encañado, estado 31 (Zadok et al., 1974). La fertilización de los nutrientes P, K, Ca, Mg y S, fue determinada en base a análisis químico de laboratorio.

En cada temporada se realizó un muestreo de plantas a la cosecha; se analizó N total (Kjeldahl) y 15N (espectrometría de emisión óptica). Los parámetros determinados fueron: rendimiento de materia seca (MS) y rendimiento de grano con 0% humedad base peso seco (HBPS), por unidad de superficie (hectárea). Mediante las relaciones propuestas por Rennie y Paul (1971), Hauck y Bremner (1976), y Zapata (199, se calcularon por unidad de superficie, los kilogramos de N en la planta proveniente del fertilizante (Nddf) y los kilogramos de N proveniente de otras fuentes encontradas en el suelo (Ndds), en base a las siguientes relaciones:

2. kg Nddf = kg de N derivado del fertilizante en la planta.

= (% Nddf kg N total en planta)/100, donde

% Nddf = (at. % 15N exc. en planta/at. % 15N exc en fertilizante marcado) 100,

kg N total en planta = (% N planta) (kg MS a cosecha)

(2) kg Ndds = kg N total en planta – kg Nddf

La eficiencia fisiológica de uso de N total (EFNt) y eficiencia fisiológica de uso de N fertilizante (EFNf) se calcularon mediante las siguientes relaciones:

(3) EFNt = Gr/(Nddf+Ndds),

donde (Gr) corresponde a producción de grano 0% HBPS por unidad de superficie; Nddf a N derivado del fertilizante, y Ndds a N derivado del suelo absorbido en la fitomasa aérea por unidad de superficie, y

(4) EFNf = Gr/Nddf,

donde (Gr) corresponde a producción de grano 0% HBPS por unidad de superficie; y Nddf a N derivado del fertilizante absorbido en la fitomasa aérea por unidad de superficie.

Se realizó un ANDEVA para las variables dentro de cada temporada mediante un modelo de bloques completamente al azar con 4 repeticiones. Adicionalmente, se realizó un ANDEVA para EFNf mediante contrastes ortogonales, para evaluar el efecto combinado de las clases: sistemas de labranza (CL+Q, CL-Q y TRAD) y temporadas (1997/1998 y 1998/1999), originando como fuente de variación seis contrastes de la combinación entre ambas. La comparación entre medias para ambos ANDEVAS se realizó mediante el test de Scheffé.

Resultados y discusión

La distribución de la precipitación para la temporada 1997/1998, desde siembra hasta fines del período de barbecho de la siguiente temporada de siembra, señala que existió un superávit de aguas lluvias principalmente durante otoño y en el período primaveral (Cuadro 1). Aún cuando las precipitaciones en 1997 fueron un 80% superior al promedio de 27 años, dadas las características topográficas y de pendiente, el suelo se mantuvo sobre capacidad de campo tanto en estratas superficiales (0-20 cm) como subsuperficiales (40-80 cm). Desde el mes de agosto en adelante en la temporada 1997/1998, la distribución de lluvias permitió un adecuado almacenaje y abastecimiento de agua en el suelo (Rouanet et al., 1999a) favoreciendo los procesos de absorción de nutrientes y posteriormente el llenado de grano.

Cuadro 1. Distribución de la caída pluviométrica (mm) en el período estudiado (1997/1998 y 1998/1999) y promedio mensual de 27 años. Nueva Imperial. Table 1. Rainfall distribution (mm) during the 1997/1998 and 1998/1999 growing seasons and monthly average for 27 years. Nueva Imperial.

Durante la temporada 1998/1999 se observó un desbalance hidrológico desde el mes de octubre, debido a las bajas precipitaciones, en especial durante el período primaveral. Este déficit significó que el contenido de agua en el suelo, en el sitio del ensayo, alcanzara 30% de la humedad aprovechable desde fines de octubre en adelante (Rouanet et al., 1999a), lo que habría afectado el llenado de grano, etapa fenológica que se inició en diciembre.

El análisis dentro de cada temporada indicó ausencia de diferencias significativas entre medias de tratamientos para el rendimiento en grano (Figura 1A, 1B). La tendencia en magnitud para el rendimiento de grano de trigo para 1997/1998 siguió el orden: CL+Q (7,5 t ha-1, 0% HBPS), seguido por el sistema CL-Q (7,0 t ha-1, 0% HBPS) y TRAD (6,7 t ha-1, 0% HBPS) (Figura 1A). Para la temporada 1998/1999, la tendencia siguió el orden TRAD (5,4 t ha-1, 0% HBPS), seguido por CL-Q (4,9 t ha-1, 0% HBPS) y CL+Q (4,6 t ha-1, 0% HBPS) (Figura 1B). Los menores rendimientos promedios se obtuvieron en la temporada 1998/1999, debido a la situación de déficit hidrológico (Rouanet et al., 1999a).

Figura 1 A. Rendimiento en grano (0% HBPS) de trigo cv. Dalcahue en tres sistemas de manejo de suelos. Nueva Imperial, 1997/1998. Letras iguales señalan rendimiento sin diferencias significativas (P<0,05) según test de Scheffé. Figure 1 A. Grain yeld (0% DWB) of wheat cv. Dalcahue under three soil tillage systems, Nueva Imperial 1997/1998. CL + Q: Cero labranza con quema/burning, no-till; CL-Q: Cero labranza sin quema/no burning no-till; TRAD: soil plow down and burning of crop residues.

Figura 1 B. Rendimiento en grano (0% HBPS) de trigo cv. Dalcahue en tres sistemas de manejo de suelo. Nueva Imperial, 1997/1998. Letras iguales señalan rendimiento sin diferencias significativas (P<0,05) según test de Scheffé. Figure 1 B. Grain yield (0% DWB) of wheat cv. Dalcahue under three soil tillage systems, Nueva Imperial 1998/1999. CL+1Q: Cero labranza con quema/burning, no-till, CL-Q: Cero labranza sin quema/no burning no-till; TRAD: soil plow down and burning of crop residues.

Para la absorción de N total por la planta, tanto el análisis dentro de cada temporada (Cuadro 2) como el análisis de contrastes ortogonales (combinación labranza x temporada) (Cuadro 3) indicaron que ésta fue significativamente mayor para CL+Q en 1997/1998; y TRAD en 1998/1999, tratamientos que a la vez presentaron los mayores rendimientos en grano en la respectiva temporada.

Cuadro 2. N en la planta de trigo y eficiencia fisiológica de uso de N del cultivo de trigo en tres sistemas de manejo de suelo. Nueva Imperial, 1997/1998 y 1998/1999. Table 2. N in wheat plants and physiological N use efficiency in wheat with three soil management systems. Nueva Imperial, 1997/1998 and 1998/1999.

(1) Letras distintas en la columna señalan diferencias significativas (P< 0,05) según Test de Scheffé. CL+Q: cero labranza con quema de residuos; CL-Q: cero labranza sin quema de residuos; TRAD: inversión de suelo y quema de residuos; Nddf: N derivado del fertilizante; Ndds: N derivado del suelo; EFNt: eficiencia fisiológica de uso de N total; EFNf: eficiencia fisiológica de uso de N fertilizante; Nt: N total; 15Nf: 15N fertilizante.

Cuadro 3. Medias de contenido de N y de eficiencia fisiológica de uso de N del cultivo de trigo en tres sistemas de manejo de suelo. Análisis combinado, contrastes ortogonales. Nueva Imperial. 1997/1998, 1998/1999. Table 3. Means of N content and physiological N use efficiency in wheat under three soil tillage systems. Combined analysis, orthogonal contrasts. Nueva Imperial 1997/1998, 1998/1999.

(1) Letras distintas en la columna señalan diferencias significativas (P< 0,05) según Test de Scheffé. CL+Q: cero labranza con quema de residuos; CL-Q: cero labranza son quema de residuos; TRAD: inversión de suelo y quema de residuos; Nddf: N derivado del fertilizante; Ndds: N derivado del suelo; EFNt: eficiencia fisiológica de uso de N total; EFNf: eficiencia fisiológica de uso de N fertilizante; Nt: N total; 15Nf: 15N fertilizante.

La absorción de Nddf en 1997/1998 fue significativamente menor en las plantas en el sistema CL-Q, resultado obtenido en sistemas de producción que manejan residuos sobre o incorporados al suelo, situación que de acuerdo a Aulakh et al. (1984), Tomar y Sopper (1981) y Doran (1980) se debe a una pérdida de N disponible debido a inmovilización y desnitrificación. En 1998/1999, no se observó una menor absorción del Nddf, para los tratamientos CL+Q y TRAD, contrario al efecto esperado de déficit de lluvias, el que puede afectar tanto la mineralización de la materia orgánica como la absorción de N-fertilizante. De acuerdo a Bashir et al. (1997) la planta de trigo experimenta un incremento en la tasa de absorción de Nddf y Ndds una vez presentada la etapa fenológica de encañado y posterior a la aplicación de N. Para la temporada 1997/1998, a la fecha de encañado (1º de septiembre) se había aplicado la totalidad del N fertilizante, acumulándose una precipitación de 643 mm entre la primera y tercera aplicación de éste (27 de mayo al 20 de agosto), mientras que para 1998/1999 a la fecha de encañado (7 septiembre), se había aplicado el 55% del N fertilizante con 379 mm de lluvia en el período 12 de junio al 26 de agosto, entre la primera y última parcialización del N fertilizante. En esta temporada el 45% restante del N fertilizante se aplicó 8 días después del encañado.

En 1997/1998, con un mayor contenido de humedad en el suelo, y como fue observado por Pilbeam et al. (1993), la tasa de mineralización habría sido mayor a la presentada en 1998/1999 desde el inicio del ciclo de crecimiento. El exceso de lluvias entre la primera y tercera aplicación de N fertilizante habría provocado pérdida por lixiviación tanto de N del suelo como del N aplicado (Powlson et al., 1986). En 1998/1999, en un suelo con menor contenido relativo de agua, el cultivo de trigo pudo absorber más N por presentarse un menor riesgo de lixiviación (Powlson et al., 1986).

Por otra parte y de acuerdo a Rao et. al., 1992 y a Hart et. al, (1986) el efecto de la Interacción de Nitrógeno Agregado (ANI), que puede aumentar la absorción de N inorgánico del suelo al agregarse fertilizante marcado, podría explicar la mayor absorción de N. Este efecto ANI tiene mayor probabilidad de presentarse en suelos con altos contenidos de materia orgánica en descomposición, situación encontrada en el sistema TRAD. La inversión del suelo en este sistema de manejo habría promovido una mayor tasa de mineralización de N nativo a inicios de la temporada de crecimiento (mayo). Sin embargo, de acuerdo a Jenkison et al. (1985), esta interacción entre el 15N agregado y el N nativo del suelo tiene más probabilidad de presentarse cuando el fertilizante marcado es mezclado en el suelo con anterioridad a la siembra, lo que no ocurrió en estos experimentos. Aunque aparentes efectos ANI pueden complicar el análisis de los resultados, en este estudio se muestra con 15N lo que realmente está sucediendo con el fertilizante en la planta.

Dentro de la temporada 1997/1998, el trigo, en los tratamientos que no contemplan inversión de suelo mostró la mayor EFNt. Por su parte, en el tratamiento CL-Q en 1998/1999 el cultivo mostró una EFNt mayor que en los otros sistemas de manejo de suelo (Cuadro 2). En el análisis de efectos combinados de sistema de labranza x temporada (Cuadro 3) se obtiene también que la mayor absorción de 15N-fertilizante (Nddf) por el cultivo de trigo, se presentó en el sistema TRAD en 1998/1999, seguido por CL+Q en 1997/1998. El resto de las combinaciones no presentaron diferencias significativas entre sí. Sólo para CL+Q en 1997/1998 se observó un Ndds significativamente mayor y diferente al resto de las combinaciones manejo x temporada. Esta característica de estabilidad para la absorción de N total, explicada a través de su componente Ndds en el cv. Dalcahue, podría estar indicando una baja interacción genotipo x temporada.

Los valores de producción de grano por unidad de N en la planta (EFNt), fueron mayores en 1997/1998 a los encontrados por Rouanet (1994) determinados por el método de la diferencia en un suelo Andisol, pero fueron menores en 1998/1998. Éste determinó que a una dosis de 160 kg ha-1 de N-fertilizante aplicado a un trigo alternativo, una absorción de N total por la planta de 141 kg ha-1 y una eficiencia fisiológica de 52,5 kg grano/kg N total absorbido. Por su parte, Huggins y Pan (1993), en un suelo Argialboll con un contenido de N total en la planta de trigo de primavera de 153 y 123 kg ha-1, calcularon una EFNt de 38,3 y 34,6 para los sistemas tradicional y cero labranza, respectivamente. Kanampiu et al. (1997), en un suelo Paleoustoll con variedades invernales de trigo con una absorción de 88 kg de N total ha-1, encontraron una EFNt entre 31 a 38 kg grano/kg N total en la planta, con 160 kg ha-1 de N-fertilizante aplicado. Todos los autores señalados encontraron, además, diferencias entre variedades en la eficiencia fisiológica de uso de N fertilizante.

En todos los sistemas de manejo de suelo, la EFNt del cultivo de trigo en 1997/1998 fue mayor a la obtenida en 1998/1999, explicada por el menor rendimiento en grano relativo a cantidades similares o mayores de absorción de N total por la planta en esta última temporada (Cuadro 3). Dado que el contenido de agua en el suelo del sitio del ensayo alcanzó 30% de la humedad aprovechable desde fines de octubre en adelante (Rouanet et al., 1999a), se habrían afectado negativamente los procesos de translocación de fotosintatos y N al grano (crecimiento del mismo). La respuesta anterior en este componente de rendimiento es una reducción en su peso final, que como una variable anexa determinada en este estudio, mostró una reducción de 44 mg/grano en 1997 a 28 mg/grano en 1998/1999, similar para todos los tratamientos.

La EFNt representa el efecto tanto genotípico como ambiental sobre la planta (interacción temporada x labranza), y el manejo agronómico. Sin embargo, ignora el abastecimiento de nutrientes de diferentes fuentes y el reciclaje del mismo dentro de los límites del sistema productivo (Simonis, 1988). Para tal efecto se calcularon los valores de la EFNf, que permite separar el 15N fertilizante (Nddf) del Ndds encontrado en la planta. Dado que el índice EFNf se obtienen al calcular la relación entre los kilogramos de grano producidos con los kilogramos de Nddf en la planta exclusivamente, sus valores son mayores comparados a los obtenidos en el índice EFNt. La eficiencia fisiológica de uso de N (EFNf) fue mayor para todos los tratamientos en 1997/1998 comparado con los obtenidos en 1998/1999, indicando un efecto de la menor caída pluviométrica y su efecto en el balance hidrológico.

La EFNf del cultivo de trigo presentó valores significativamente mayores y diferentes en CL-Q en cada temporada (Cuadro 2). En el análisis combinado se observó una mayor EFNf en el sistema CL-Q que en los sistemas TRAD y CL+Q para 1997/1998. En la temporada 1998/1999, la EFNf para CL-Q fue significativamente mayor que en los sistemas que eliminan los residuos mediante el uso del fuego (Cuadro 3). Los valores mayores de EFNf que presentó el cultivo de trigo en el sistema CL-Q dentro de cada temporada, en conjunto con valores menores de N total absorbido en relación al sistema TRAD, estaría significando que el cultivo en este sistema de manejo de suelo fue más eficiente en la transformación interna de N absorbido proveniente del fertilizante.

La diferencia significativa que presentó el índice de eficiencia fisiológica de uso de N por el cultivo de trigo en un suelo Ultisol para CL-Q, puede deberse a cambios en las tasas de los procesos de mineralización-inmovilización al mantener residuos sobre el suelo o, con resultados impredecibles en el crecimiento y productividad de los cultivos según lo reportado Urquiaga, (1998). De acuerdo a Kanampiu et al. (1997) una mayor relación de unidad de grano producida por unidad de N fertilizante absorbido, representa una mayor efectividad de translocación, asimilación y redistribución de N, al grano en crecimiento.

En la literatura especializada se recomienda que la interpretación de los resultados sea apoyada por otros índices de transformación de N en el suelo, ya que la reacción de mineralización-inmovilización puede conducir a la estimación de eficiencias de uso de N menores a las calculadas por el método de la diferencia (Rao et al., 1992), lo que no se observó en este estudio. Por otra parte, existe extensa información sobre eficiencia de uso de N global (Bock, 1984), índice evaluado de acuerdo a la interpretación de cada investigador. Los estudios de Reed et al. (1980), Moll et al. (1982), Bock (1984), y Craswell y Godwin (1984) identificaron que la eficiencia de uso de N global se explica por la interacción de los componentes de eficiencia de recuperación de N, eficiencia fisiológica de uso de N Teyker et al. (1989) indicaron, además, que la contribución relativa de esta última es de regulación genotípica. Por tanto, la eficiencia fisiológica de uso de N debe ser considerada como un componente de la eficiencia global, que considera la reacción de la planta en estudios de balance de N.

Debido a lo anterior, la producción de este cereal con un aumento en la eficiencia de utilización del N fertilizante agregado, medida como eficiencia fisiológica de uso de N, podría ser más eficiente en un período de 4 a 5 años desde el inicio del manejo conservacionista en la situación de suelos Ultisoles del secano interior de la IX Región. Subsecuentemente, el productor podría alterar positivamente la relación costo/beneficio de su sistema de producción, ya que el N fertilizante representa entre 35 y 39% de los costos de producción.

Contabilizando la cantidad de N fertilizante que se recupera en la planta, en conjunto con las determinaciones del 15N agregado que permanece en el perfil del suelo a la fecha de cosecha del cultivo de trigo (Rouanet et al., 1999b), es posible demostrar que en este estudio se perdió o no se recuperó del sistema suelo-planta 12 a 21% del N fertilizante agregado.

Conclusiones

El índice EFNt mostró sensibilidad al efecto del ambiente (interacción temporada x labranza), y el manejo agronómico, permitiendo definir situaciones para una mayor eficiencia de uso del nitrógeno tanto del suelo como del fertilizante agregado.

El índice EFNf, obtenido mediante el uso de las técnicas isotópicas, discrimina la información sobre la eficiencia de uso de N aplicado como fertilizante. Este índice, no calculado ni presentado por investigaciones anteriores, presenta una fuerte dependencia del régimen de lluvias y varía positivamente en situación de manejo de suelo con residuos sobre la superficie.

Aunque aparentes efectos ANI presentados en este estudio pueden alterar la interpretación de los resultados, el uso de 15N permite conocer lo que está sucediendo realmente con el fertilizante en la planta.

Esta información debe ser reforzada con determinaciones del efecto genotipo, parcialización y fuentes de N, dado que el suelo puede modificar la dinámica del uso de N por el cultivo de trigo.

Se justifica más investigación en torno al tema de la eficiencia de uso de N fertilizante por la planta y su destino en el suelo.

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Publicación original. Agric. Téc. [online]. oct. 2001, vol.61, no.4 [citado 12 Junio 2007], p.459-469. Disponible en la World Wide Web:

ISSN 0365-2807 Reproducción autorizada por: Revista Agricultura Técnica, hriquelm[arroba]inia.cl

Juan Luis Rouanet M.2, Inés Pino3, Ana María Parada, Adriana Nario3

1 Recepción de originales: 31 de enero de 2000. Trabajo realizado con aporte del Proyecto FONDECYT 1981116, aportes de OIEA, Proyectos CHI/5/020 y ARCAL XXII. 2 Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigación Carillanca, Casilla 58-D, Temuco, Chile. E-mail:

3 Comisión Chilena de Energía Nuclear, Departamento de Aplicaciones Nucleares, Casilla 188-D, La Reina, Santiago, Chile. E-mail: