Modelos predictivos de respuesta a los fertilizantes nitrogenados en agroecosistemas cañeros (página 2)

Condiciones del suelo…………………………………………………………………………………..21 Influencia de la lluvia ……………………………………………………………………………………22 Nivel de rendimiento…………………………………………………………………………………….22 2.6 Fundamentos metodológicos para la evaluación y diagnóstico de la fertilidad de los suelos tropicales ……………………………………………………………………………….23 Criterios para la formulación de dosis de fertilizantes………………………………………..24 2.7 Agrupamiento agroproductivo de los suelos dedicados a la producción de caña de azúcar………………………………………………………………………………………………28 2.8 Métodos más usados para diagnosticar las necesidades de fertilizantes nitrogenados………………………………………………………………………………………….29 2.8.1 Métodos que emplean directamente a la planta………………………………………..29 Ensayos de campos…………………………………………………………………………………….29 Análisis de tejido vegetal………………………………………………………………………………30 2.8.2 Métodos que emplean la planta indirectamente………………………………………..30 Análisis de muestras de suelos ……………………………………………………………………..30 La materia orgánica, el N total e hidrolizable…………………………………………………….31 Consideraciones económicas en el manejo de los fertilizantes……………………………32 3. MATERIALES Y METODOS………………………………………………………………………….. 35 3.1 Descripción de los análisis químicos realizados…………………………………………..35 3.2 Procedimiento utilizado……………………………………………………………………………36 3.2.1 Preparación de la base de datos ……………………………………………………………36 3.2.2 Procedimiento para la estimación de las dosis………………………………………….39 3.2.3 Fundamentos para la evaluación económica de las recomendaciones…………39 3.2.4 Fundamentos para la evaluación del riesgo de la respuesta………………………42 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN……………………………………………………………………….. 43 4.1 Factores relacionados con la fertilización nitrogenada………………………………….45 Los factores cepa y suelo ……………………………………………………………………………..45 El factor materia orgánica del suelo………………………………………………………………..48 El factor lluvia ……………………………………………………………………………………………..50 El factor variedad…………………………………………………………………………………………51 La reacción del suelo (pH)…………………………………………………………………………….52 El factor rendimiento (RME) y el valor A………………………………………………………….53 El factor edad………………………………………………………………………………………………55

4.2 Modelo para la estimación de las dosis de nitrógeno……………………………………56 4.3 Evaluación económica…………………………………………………………………………….59 4.4 Riesgo de la respuesta ……………………………………………………………………………62 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ……………………………………………………. 64 5.1 Conclusiones…………………………………………………………………………………………64 5.2 Recomendaciones………………………………………………………………………………….65 6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ………………………………………………………………. 66 Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 1 1. INTRODUCCIÓN Entre los disímiles factores externos que influyen sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas cultivables, el suministro de nutrimentos a través de la fertilización, es una de las actividades que con mayor facilidad el hombre puede controlar (León et al, 1997). El uso de los abonos está estrechamente vinculado a la necesidad de incrementar o mantener los rendimientos a un nivel alto, así como a la conservación de los elementos nutricios asimilables presentes en el suelo, factor íntimamente asociado a la sostenibilidad y la rentabilidad de los procesos productivos (Villegas, 1999). El cultivo industrial de la caña de azúcar, debido a su gran extensión, comprende suelos de variadas características y propiedades, físicas y químicas, bajo diferentes condiciones climáticas, sometidos al monocultivo y a notables extracciones de nutrimentos con las cosechas, que es conveniente restituir, además la fertilización racional y científica de la caña de azúcar juega un papel importante en el mantenimiento y elevación de los rendimientos agrícolas, aspecto necesario para consolidar y desarrollar la producción azucarera (León, 1990). Investigaciones realizadas en experimentos de campo, muestran incrementos del rendimiento agrícola entre 10 y 15 %, y en algunos suelos hasta 30 % (Reynoso, 1878; Alonso, 1916; Humbert 1968; Alomá 1973; Cuellar 1980; León, 1990; Terry, 2002). La utilización de los fertilizantes nitrogenados está presente en la mayoría de los cultivos y condiciones edafoclimáticas del país, pues a pesar de los altos precios con que hoy se cotizan, su aplicación racional incrementa en forma notable el rendimiento, haciendo redituable su uso. Así el país continua invirtiendo cada año cuantiosos recursos financieros en la adquisición de fertilizantes nitrogenados. La mayor o menor utilidad que se alcance con esa inversión dependerá en gran medida de la capacidad de los agrónomos para manejar los numerosos factores que determinan la necesidad de nitrógeno en el cultivo de la caña de azúcar. El uso racional de los fertilizantes nitrogenados no sólo es de importancia económica, sino también ambiental, ya que el destino que sigue el nitrógeno no aprovechado por el sistema suelo-planta causa contaminación de las aguas y la atmósfera, elevando el contenido de nitratos del manto freático y otras fuentes de abasto de agua, contribuyendo al efecto invernadero y deterioro de la calidad de la capa de ozono. Como consecuencia del desarrollo científico-técnico alcanzado en las investigaciones sobre el uso y manejo de los fertilizantes minerales en Cuba por el INICA, universidades y Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 2 1. INTRODUCCION otros centros de investigación, se encauzan resultados y esfuerzos dirigidos a optimizar los criterios y fundamentos para la aplicación de los nutrimentos, conformes con los actuales requerimientos económicos y ambientales del sector agroindustrial azucarero. Los imperativos de la agricultura sobre bases sostenibles imponen el conocimiento preciso de las necesidades nutricias de la caña de azúcar. Resulta así innegable que el sistema nacional de recomendaciones de fertilizantes no puede ser estático, requiere de constante actualización y perfeccionamiento, acorde con el desarrollo de sus bases científicas, nuevos métodos de monitoreo de procesos y enfoque multidisciplinario. Por otra parte, en la actualidad se dispone de una gran base de datos con más de mil cosechas de experimentos de nitrógeno, acumuladas en los últimos 30 años, así como de adecuados sistemas de cómputo, que permiten el manejo de gran cantidad de información. Existe pues la necesidad y los medios para satisfacerla. De esta forma los objetivos propuestos para la presente tesis son los siguientes: 1.1 Objetivo general • Perfeccionar los criterios para el cálculo de las dosis de nitrógeno en el cultivo de la caña de azúcar, sobre la base de los conocimientos alcanzados y la información que al respecto ha acumulado el INICA en las últimas tres décadas. 1.2 Objetivos específicos § Integrar las bases actuales para la fertilización nitrogenada mediante la obtención de modelos predictivos de repuesta que permitan generar recomendaciones eficientes. § Establecer procedimiento metodológico para el cálculo de las cantidades de fertilizantes nitrogenados para la caña de azúcar, comprendiendo el análisis económicos y de riesgo de la respuesta. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 3 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1 El uso de los fertilizantes en la agricultura La práctica de aplicar a los campos abonos de origen vegetal provenientes de cenizas, huesos, desperdicios, estiércol y otros data de tiempos remotos. En La Odisea, de Homero, se habla del abono con estiércol a las viñas del padre de Ulises. Xenofontes (430-335 a.n.e), refería el enterrado de las plantas verdes como medio de enriquecer al suelo. Boussigault y Payen (1841), señalaron la presencia de nitrógeno en el humus, así como la intervención de los microorganismos en la nutrición nitrogenada. Los principios enunciados por Liebig y los trabajos seguidos por Boussingault, Lawes y Gilbert junto a los estudios experimentales en Rothamsted, influyeron considerablemente en el desarrollo de la agricultura moderna, inició la era de los abonos químicos. Carabia (1937), hizo referencia a trabajos publicados entre los años 1851-1859 realizados por Casaseca, relacionando la producción cañera de un ingenio en una zafra con los fertilizantes aplicados, Theye analizó tierras plantadas con caña de azúcar, De Adan estudió los elementos nutricios necesarios para el cultivo, Zayas y Decamps publicaron sobre la fertilizaron de la gramínea, Engels, Carbome e Izaguirre expusieron la importancia del empleo científico de los nutrientes, su producción y el uso práctico en la agricultura. El eminente científico cubano Don Álvaro Reynoso, consideró necesario «indagar sobre los abonos propios para que la caña se desarrolle con mayor vigor, aumentando la proporción de azúcar que puede producir, en que cantidad es más útil usarlos, teniendo en cuenta las propiedades físicas del terreno y su composición química, en que épocas del año y en que momento del crecimiento es más beneficioso su uso, inquiriendo además si conviene o no repetir a menudo su introducción en la tierra» (Reynoso, 1867; Reynoso, 1878). Algo más tarde Beauchamp y Lazo (1937), detallaron que los análisis de suelos, en aquel entonces, sólo revelaban la presencia o no de los nutrimentos, sin considerar su solubilidad y disponibilidad en el terreno, mientras que los análisis del jugo indicaban el Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 4 2. REVISION BIBLIOGRAFICA nivel de asimilación y absorción por la caña de azúcar, enfatizando además en la importancia de los ensayos de campo para demostrar la capacidad de respuesta por la planta ante las aplicaciones de fertilizantes. Estos autores reconocieron la importancia del conocimiento del suelo para lograr el establecimiento de prácticas agronómicas adecuadas, en relación con el abonado y la adaptación de las variedades. A mediados de la segunda mitad del siglo pasado, numerosos investigadores concluían que los criterios para realizar el cálculo de las cantidades de fertilizantes a aplicar a la caña de azúcar consistían en: conocer la fertilidad de los campos a través de los análisis de suelos, realizar determinaciones químicas en los jugos de la caña, considerar el rendimiento agrícola a obtener así como las ventajas de hacer valoraciones visuales y analíticas de las hojas, además de la trascendencia de plantar experimentos de campos que permitieran conocer el efecto de las fórmulas y cantidades de abonos más económicas a emplear (Beauchamp, 1947; Samuels y Capó, 1956; Colwell, 1967). 2.2 Evolución de los criterios para la fertilización de la caña de azúcar en Cuba, después de 1959. Al triunfo de la Revolución se contaba con una reducida información experimental acerca de la aplicación de fertilizantes en caña de azúcar. Se conocía de algunos experimentos de campos plantados en la costa norte de la provincia de Holguín, pertenecientes a la áreas cañeras de los ingenios Preston y Boston (hoy CAI Nicaragua y CAI Guatemala respectivamente) conducidos por investigadores de la antigua Estación Experimental de Caña de Azúcar de Mayarí, (hoy EPICA Holguín) dedicada básicamente, en aquel entonces, a la obtención de variedades más que a la experimentación en el uso de los abonos. Durante el período 1951-1960 el empleo de fertilizantes estuvo localizado fundamentalmente en el occidente del país, se usaron cantidades muy bajas, apenas unas 80 mil t, que se aplicaban sin tener en cuenta la composición del suelo ni otras circunstancias. A mediados de los años 70 se publicó el mapa básico de suelos de Cuba escala 1: 50 000, dando inicio a una nueva etapa en los estudios edafológicos de variados agroecosistemas, incluyendo el de caña de azúcar, lo que significó un salto cualitativo en los métodos de diagnóstico y evaluación de la fertilidad de los suelos, al tiempo que sirvieron como base para elaborar recomendaciones de fertilizantes para el servicio Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 5 2. REVISION BIBLIOGRAFICA agroquímico, en el que se consideraron criterios como: los análisis de suelos, resultados de las estaciones experimentales, rendimiento esperado, métodos de aplicación y efectos económicos entre otros (MINAZ, 1988). Hasta 1974, se aplicaron dosis fijas de fertilizantes, una para las cepas de planta y otra para los retoños, en cantidades que fluctuaron alrededor de 149 kg/ha para los portadores nitrogenados y 298 kg/ha para fórmula completa (7,5-6-18), asumiendo exclusivamente el número de cortes realizado a la plantación, sin considerar el tipo de suelo, sus contenidos y formas de nutrimentos, rendimientos agrícolas y resultados experimentales (Pineda, 2000). Los procedimientos técnicos para el uso y manejo de los fertilizantes en caña de azúcar en Cuba, aparecieron por primera vez en forma de metodología en el año 1976, como resultado de los trabajos realizados por el Ministerio de la Agricultura, con la consecuente asesoría técnica de especialistas provenientes la extinta Unión Soviética. Como resultado de un acercamiento progresivo a las necesidades reales de los campos de producción, el MINAZ dispuso en los primeros años de 1980, de sus primeras recomendaciones de fertilizantes para la caña de azúcar, pudiendo integrar diferentes elementos en un sistema de reportes de salida que comprendía las variables: tipos de suelos, rendimiento, cepas, lluvia caída y contenido de los nutrientes en el suelo (López, 1981). En 1986, se integraron conocimientos y experiencias mediante la generalización de los resultados obtenidos por el INICA y otros centros de investigación, elaborándose una nueva metodología que estuvo vigente hasta 1993. En esta ocasión se ampliaron los criterios para recomendar dosis de nitrógeno atendiendo a las condiciones de hidromorfía y compactación del suelo, así como el manejo de este elemento a nivel predial (Villegas et al, 1993). La consecuente actualización del sistema nacional de recomendaciones de fertilizantes, ha permitido aplicar dosis cada vez más precisas, de acuerdo al grado de información disponible en cada momento, fundamentalmente el obtenido por la red permanente de experimentos de larga duración del INICA, la que abarca los más variados y representativos agroecosistemas cañeros del país. Las anteriores recomendaciones para el uso de los fertilizantes minerales en el cultivo de la caña de azúcar en Cuba fueron el resultado de trabajos locales, generalizaciones y tesis de grados, realizadas por investigadores del Departamento de Suelos y Agroquímica del INICA, universidades y otros centros de investigación del país. Todos estos estudios Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 6 2. REVISION BIBLIOGRAFICA tuvieron en mayor o menor grado un carácter local o regional y para los mismos, generalmente, se seleccionaron los experimentos o las cosechas (León y Villegas 1996). Con el advenimiento de la computación y los sistemas de programación, unido a la necesidad de salvaguardar los resultados experimentales obtenidos hasta esa fecha, el Departamento de Suelos y Agroquímica del INICA creó a partir de la segunda mitad de los años 80 el Sistema de Información de Experimentos (SIDE), donde se conformaron las bases de datos que contienen la información de los experimentos de campos, que conformaron la red experimental del INICA, y el sistema Perfil donde se registran los datos de los perfiles descritos en los experimentos. La creación y puesta en marcha de estos sistemas, también posibilitó el análisis estadístico-matemático de las variables de cosechas y de suelos, así como la exportación a otras bases de datos y sistemas estadísticos. 2.3 Uso de modelos matemáticos para la predicción de la respuesta de los cultivos a los fertilizantes La producción de los cultivos y su respuesta a los fertilizantes varía dentro de las regiones agrícolas debido a los efectos en la variación de los factores asociados al suelo, clima y prácticas agrícolas (Colwell, 1988). De esta manera, dichas características pueden servir de base en el aporte de informaciones fundamentales para optimizar el uso de fertilizantes que permitan extrapolar resultados de experimentos con fertilizantes de un lugar para otro, de condiciones agro-ecológicas similares (Lal, et al 1993; Herrera, 1999). La relación entre el rendimiento y la aplicación de dosis de fertilizantes está representada por funciones que conforman la relación rendimiento-fertilizante, a través de una expresión generalmente denominada modelo, de tal manera que las funciones estimadas a partir de la información experimental brinden una representación realista de la relación biológica indicada en la base de datos (Colwell, 1994). Según Herrera (1999) los modelos generales de fertilidad buscan representar los efectos de las variables suelo, clima y prácticas agrícolas, en forma de ecuaciones matemáticas que expresan la respuesta de los cultivos a la aplicación de fertilizantes como funciones de dichas variables. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 7 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Especial atención han tenido los modelos matemáticos para la predicción de la respuesta productiva de los cultivos a los fertilizantes (Bock y Sikova, 1990; León, 1996; Pérez y Herrera, 1998; Rebolledo, 1999 y Pineda, 2001) pues permiten obtener información sobre el rendimiento máximo posible a obtener, los gastos en la adquisición de portadores, así como la calibración de las dosis de fertilizantes óptimas económicas para cada agro-ecosistema y otras variables útiles para la toma de decisiones. Al respecto Hernández y Herrera (1993), mostraron que las diversas formas funcionales o modelos han sido propuestos para representar matemáticamente los efectos de las dosis sobre los rendimientos de los cultivos, donde se trata de cuantificar la relación entre los diferentes estimadores de los parámetros correspondientes a los modelos y las variables locales. Las decisiones en la investigación científica están basadas en la observación, de tal manera que la elección de modelos para el estudio científico de la relación fertilizante rendimiento deben estar sustentadas en el carácter de la relación indicada por la base de datos, para significar los efectos de la dosis de fertilizantes sobre el rendimiento. Miller (1990) expresó que cuando un modelo es seleccionado para representar la relación rendimiento-fertilizante, las funciones que lo forman tienen que ser estimadas a partir de una base de datos obtenida por una serie de experimentos de campos sobre niveles de fertilizantes (Bautista, 1998; Nelson, 1999; Machado et al, 2000; Pineda et al, 2001). Modelos generales de fertilidad del suelo Los modelos generales de fertilidad del suelo son básicamente un conjunto de ecuaciones de regresión que relacionan resultados procedentes de experimentos de fertilidad con variables y circunstancias propias de un sitio específico (Jonson, 1991; Rebolledo, 1999; Opazo y Carrasco, 1999). Como rasgo distintivo tiene que los aspectos independientes de los resultados de los experimentos, pueden ser representados por las variables del rendimiento que corresponden a componentes ortogonales de análisis de varianza de regresiones para las relaciones fertilizante-rendimiento, estimadas a partir de los datos resultantes de los experimentos de fertilizantes en forma de funciones, que representen gráfica y matemáticamente dicha relación (Anderson y Nelson, 1975; Cook y Wisberg 1982; Herrera, 1992). Nelson (1999) al tratar el desarrollo de los modelos matemáticos se refirió a la variedad de los mismos al ser usados en la evaluación de la respuesta a la aplicación de los fertilizantes. Los modelos asintóticos (por ejemplo la ecuación de Mitsherlich) que Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 8 2. REVISION BIBLIOGRAFICA requieren ajustes iterativos han perdido campo frente a los modelos polinomiales que son más convenientes, particularmente en el caso de la experimentación multi-sitio. No solamente existe el modelo cuadrático, sino que también se pueden usar polinomios con la variable transformadora (ejemplo raíz cuadrada). Atkinson (1985) planteó, que las funciones estimadas se pueden usar para calcular rendimientos y ganancias para dosis señaladas de aplicación de fertilizantes, y requerimientos de fertilizantes a partir de valores para las variables del lugar. Requisitos para desarrollar un modelo general según Colwell (1994): 1. Mostrar la fertilidad del suelo de una región, llevando a cabo una serie de experimentos de fertilizantes con un diseño adecuado para la estimación de las funciones fertilizantes-rendimiento. 2. Representar los resultados de cada experimento mediante ecuaciones de regresión, para las funciones fertilizante-rendimiento de forma apropiada, estimados a partir de los datos experimentales. 3. Presumir las variables de rendimiento que representan los datos significativos de los resultados experimentales y que correspondan a componentes ortogonales de análisis de varianza de las funciones fertilizante-rendimiento. 4. Obtener en cada lugar del experimento datos para las variables del sitio en específico, de las que se espera expliquen las variaciones del rendimiento para los diferentes experimentos. 5. Desarrollar ecuaciones de regresión que relacionen las variables de rendimiento con las variables y circunstancias del sitio, obteniendo un grupo de ecuaciones que forman el modelo general. Cuando no existen regresiones significativas para la variable de rendimiento, entones se asumen ecuaciones “V = constante”, siendo este la media de la variable del rendimiento. El mismo autor resumió los requisitos para usar un modelo general: 1. Los valores para las variables propias del sitio correspondientes al modelo se miden o estiman para lugares específicos, y se sustituyen en las ecuaciones del modelo, con el objetivo de obtener estimados de las variables de rendimiento. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 9 2. REVISION BIBLIOGRAFICA 2. Las variables de rendimiento estimadas se usan para calcular los valores de las funciones de fertilizante-rendimiento, de la misma forma que los estimados a partir de los datos originales del experimento. 3. Las funciones de los rendimientos estimadas se usan para calcular estimados de rendimientos, ganancias, dosis óptimas de fertilizantes, etc. Usando los mismos procedimientos a los empleados con las regresiones estimadas directamente. En esencia estos requerimientos son los que también se usan para la utilización y desarrollo de regresiones, descritos por numerosos autores (Cook y Wisberg 1982; Atkinson 1985; Sims, 1999; Rebolledo, 1999; Machado et al, 2000 y Sumner, 2001) que señalan que el simple uso de procedimientos clásicos de regresión, sin una apreciación de sus bases matemáticas y limitaciones, teniendo en cuenta la naturaleza científica de las relaciones que están siendo estimadas, puede conducir fácilmente resultados engañosos e inexactos. Modelo Discontinuo Rectilíneo Autores nacionales y extranjeros en la actualidad se valen del Modelo Discontinuo Rectilíneo o Modelo de Respuesta Lineal aplicado por Cate y Nelson (1965), a las ciencias del suelo, para analizar datos provenientes de ensayos de fertilizantes y determinar las necesidades de éstos por los cultivos (Cate, 1971; Espinosa et al, 1998; Nelson, 1999; Machado, 2001 y Pineda, 2001). Ruiz et al, (2001) plantean que el rendimiento es una función de muchos factores que afectan al crecimiento de las plantas, desde el punto de vista genético cada variedad vegetal tiene determinado potencial en su capacidad transformadora en materia seca, nutrientes minerales, luz, dióxido de carbono y agua. La eficiencia que pueda lograr una planta para transformar los ingredientes básicos en rendimiento, depende del grado y balance en el cual se encuentren reunidos todos los requerimientos que afectan el crecimiento (Espinosa et al, 1998). A partir de una interpretación agronómica el rendimiento de los cultivos puede ser relacionado con un amplio rango de factores o variables: según Fitts, (1959) el rendimiento es una función del cultivo, suelo, clima y manejo, entre otras. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 10 2. REVISION BIBLIOGRAFICA La evaluación de la fertilidad del suelo, condicionada por la cantidad de un nutriente, no provee por si sola información suficiente para predecir el rendimiento que pueda ser obtenido en determinada circunstancia. Anderson y Nelson (1975), continuaron desarrollando los modelos discontinuos (línea-meseta) para ser usados en semejantes problemáticas, pues plateaban que el propósito del diagnóstico de la fertilidad es proveer una guía sobre la contribución que se espera obtener de un nutriente y predecir con alto grado de probabilidad de ocurrencia la repuesta beneficiosa en rendimiento, mediante la adición de fertilizantes específicos u otras enmiendas. Numerosos investigadores en diferentes épocas del desarrollo de las ciencias agrícolas, se han dedicado a estudiar diversos modelos curvilíneos con el objetivo de lograr una dosis óptima del nutriente, sin embargo en su gran mayoría coinciden en reconocer las ventajas del modelo rectilíneo discontinuo, frente a las funciones asintóticas al momento de definir cantidades óptimas económicas, evitando así el sesgo a la derecha de los modelos curvilíneos. El uso del concepto del modelo discontinuo rectilíneo permite una estimación tentativa del requerimiento del nutriente, aun para datos de respuesta basados solamente en 3 niveles del nutriente (Boyd, 1970; Bartholomew, 1972; Anderson y Nelson, 1975; Espinosa et al, 1998; Nelson, 1999; Machado et al, 2000 y Pineda, 2001). Es por ello que los resultados analíticos de las muestras de suelos dependen fundamentalmente, de su valor práctico cuando se conocen de ante mano, por investigaciones precedentes, cuanto rendirá un cultivo bajo una condición “conocida” o similar de fertilidad de suelo y bajo un conjunto dado de circunstancias. La respuesta del rendimiento a fertilizantes añadidos deberá, por lo tanto, ser relacionada con situaciones específicas de sitio y cultivo (Jonson, 1991). Rendimiento Máximo Estable Teniendo en cuenta que el límite superior de una función de respuesta se ubica exactamente donde termina el efecto del nutriente sobre el cultivo, entonces el rendimiento máximo alcanzado deriva en rangos de estabilidad, producto a que el nutriente objeto de estudio dejó de ser el factor limitante del rendimiento (González et al, 1997). Considerando que el rendimiento máximo logrado para una situación dada no es el máximo absoluto para todas las posibles condiciones, sino para un conjunto específico de circunstancias dentro de un experimento, es más aceptado usar el termino “Rendimiento Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 11 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Máximo Estable”, el cual implica determinada constancia en el rendimiento bajo ciertos rangos de aplicación del nutriente bajo estudio, así como su variación si las condiciones locales fueran modificadas (Parton et al , 1988; Jonson, 1991; Shaap y Leij, 1998; Solé et al, 1999; Pérez et al, 2002). Rendimiento Relativo Destacados científicos del siglo XIX como Mitscherlich, Spillman, Baule y Bray expresaban el rendimiento sin el nutriente bajo estudio como porcentaje del rendimiento posible a alcanzar cuando todos los nutrientes estaban presentes al nivel adecuado, lo que se conoce desde entonces como rendimiento relativo, considerando que otras variables, como clima, suelo, fitotecnia, etc., se mantienen constantes. En la actualidad se continúa utilizando para relacionar el efecto provocado por el fertilizante aplicado y los contenidos de los nutrientes del suelo, pues al ser una proporción en vez de una cantidad absoluta, es posible comparar el rendimiento relativo de sitios diferentes (Beaufils, 1973; Atkinson, 1985; Cowell 1994; Sims, 1999; Sumner, 2001). Fundamentación agronómica para el uso de los modelos discontinuos rectilíneos La mayoría de las discusiones sobre la respuesta a los fertilizantes están basadas en la deducción de los resultados provenientes de los ensayos de campo, sobre la base “Leyes de la Agroquímica” enunciadas por Liebig, Boussingault, Beherain, Mitsherlich entre otros, que más tarde Voisin, (1966) enriqueció con acertados aportes, llamándolas “Leyes Científicas en la Aplicación de los Abonos. La “Ley del Mínimo” o “Ley de Liebig” citada por Voisin (1966), plantea en su formulación cuantitativa que: “Los rendimientos de las cosechas son proporcionales a la cantidad del elemento fertilizante, que se encuentra al mínimo en el suelo en relación con las necesidades de las plantas” Como lo subrayó Demolon (1972) ésta ley indica que hay un límite de producción debido a la insuficiencia relativa de un elemento nutritivo en el suelo, el cual se comporta como factor limitante, sin embargo ésta ley no detallaba de que manera la producción progresaba hasta ese límite, aspecto que fue corregido por Mitsherlich a inicios del siglo Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 12 2. REVISION BIBLIOGRAFICA XIX, al precisar el carácter cuantitativo de ésta ley, expresando: “Cuando se aportan al suelo dosis crecientes de un elemento fertilizantes, los aumentos del rendimiento obtenido son cada vez menores, a medida que las cantidades aportadas se eleven” La expresión gráfica de ésta ley describe una función curvilínea continua, pero no descrita por el efecto provocado en las sucesivas aplicaciones adicionales de fertilizantes, resultante en respuestas cada vez más pequeñas de incrementos de producción. Con el paso del tiempo se observó que su carácter cuantitativo era poco exacto (Voisin, 1966; Fundora et al, 1992 y Cabrera, 1997) de acuerdo a la evolución del conocimiento alcanzado en la experimentación agronómica, quedando indeterminado su aspecto cualitativo; expresado por Voisin de la forma siguiente: “La insuficiencia de un elemento asimilable en el suelo, reduce la eficiencia de los otros elementos y por consiguiente, disminuye el rendimiento de las cosechas” Muchos autores señalan que el rendimiento de los cultivos depende del factor más limitante, y que sólo su corrección producirá incrementos en las cosechas. Una vez corregidos éstos, los rendimientos serán regulados por otro factor que limite la expresión genética de la planta. La corrección de éste producirá nuevamente incrementos en los rendimientos, hasta que deje de afectarlo y sea otro factor el que lo controle. Este proceso se repetirá hasta corregir todos los factores limitantes de un determinado sitio específico. (Voisin, 1966; Fundora et al, 1992; Cabrera, 1997,). También Cabrera, (1997) resaltó en su interpretación agronómica que el rendimiento está influenciado de forma simultanea por todos los factores limitativos de la producción, y la influencia de cada uno de ellos es proporcional a su grado o intensidad de limitación. Voisin (1966) consideró que de forma teórica y práctica el exceso de un elemento nutricio en el suelo limita más el rendimiento que su insuficiencia. Este análisis permitió al autor formular la conocida “Ley del Máximo” que plantea: “El exceso de un elemento asimilable en el suelo reduce la eficacia de otros elementos y, por consiguiente, disminuye el rendimiento de las cosechas” Esta ley fue demostrada, al igual que la clásica “Ley del Mínimo” mediante la representación esquemática de una curva teórica en forma cuadrática, la que estaría seccionada en diferentes partes atendiendo al nivel de aplicación del elemento al suelo, expresando que al aumentar la dosis el rendimiento aumenta, pero no en forma lineal, Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 13 2. REVISION BIBLIOGRAFICA alcanzándose un máximo a determinada cantidad, (Ley del Mínimo), pero siguiendo la trayectoria de la curva, el incremento comienza a deprimirse lentamente con el aumento de las dosis y luego un poco más rápido (Ley del Máximo). Significando que el elemento en estudio pasó a ser, de factor limitante por defecto, a factor limitante por exceso. Esta zona de la curva, se puede explicar también por la “Ley del Mínimo”, si se toma en cuenta que algún otro nutrimento se encuentra limitando la producción (Cabrera, 1997). De corregirse ese factor, el rendimiento comenzaría a aumentar, pero habría que valorar si el incremento obtenido es redituable en relación a los precios de los portadores en función de las cantidades aplicadas al suelo. De aquí el carácter económico de la “Ley del Máximo”, que le permitió a Voisin unir ambas leyes en una, al enunciar la “Ley del Equilibrio de los Elementos Minerales del suelo”… que plantea: “La insuficiencia o exceso de un elemento asimilable en el suelo reduce la eficacia de los otros elementos y por consiguiente hace disminuir el rendimiento de las cosechas” 2.4 NITRÓGENO (N) 2.4.1 Mineralización e Inmovilización del N El N es el elemento más estudiado dado que: (i) a diferencia de los demás nutrientes, no existe en la fracción mineral del suelo y su disponibilidad depende de la presencia de materia orgánica mineralizable y de los procesos de fijación biológica del N atmosférico; (ii) representa el elemento más limitante en las zonas tropicales, en la mayoría de los bosques templados y en ecosistemas áridos y semiáridos, y (iii) cuando no es limitante (disponibilidad > absorción por las plantas) su riesgo de pérdida en forma de nitrato tiene importantes implicaciones ecológicas(Mazzarino, 2002). Aproximadamente más de 95 % del N total que se encuentra en el suelo está en forma orgánica, siendo ésta inaccesible por las plantas, pero al descomponerse por la acción de los microorganismo forma nitrógeno mineral asimilable por los cultivos, en este proceso conocido como mineralización se distinguen dos etapas: la amonificación y nitrificación (Fundora et al, 1992; Cabrera y Bouzo, 1999; Jenkinson y Rayner, 1997; Körshens et al, 1998; INPOFOS, 2000; Verchot, 2001). Arian et al, (2000) ratificaron que la amonificación se caracteriza por ser una etapa de reacción lenta, que tiene lugar en presencia o ausencia de oxigeno, en medio neutro o Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 14 2. REVISION BIBLIOGRAFICA alcalino, y consiste en la transformación del N-orgánico en N-amoniacal, conformada por la actividad de la flora microbiana del suelo (bacterias, hongos actinomicetos etc.) Por su parte la nitrificación ocurre con rapidez, bajo condiciones exclusivamente aeróbicas, desarrollada en dos fases, dependiente cada una de diferentes grupos de bacterias autotróficas aerobias, oxidando primero al amonio (NH4+) por la acción de las Nitrosomonas hasta nitrito (NO2-), y luego hasta nitrato (NO3-) por las Nitrobacter, reacción que tiene lugar a mayor velocidad que la primera con lo que se evita que el NO2- pueda alcanzar concentraciones tóxicas para las plantas (Arzola et al, 1998; Cabrera y Bouzo, 1999; Verchot et al, 2001). El proceso inverso a la mineralización es la inmovilización, la que también es realizada por microorganismos y consiste en la utilización de las formas minerales de nitrógeno para formar su biomasa, quedando así el nitrógeno en forma orgánica. La mineralización y la inmovilización consideradas por separado son denominadas mineralización bruta e inmovilización bruta. Ambos procesos ocurren en el suelo simultáneamente, por lo que un concepto de mayor importancia agrícola sería el efecto neto que de ellas resulta, el cual lleva implícito magnitud y dirección (León, 1997; Arzola et al, 1998; Cabrera y Bouzo, 1999). 2.4.2 Balance del N en el agroecosistema con caña de azúcar Exportación del N por la cosecha En el agroecosistema cañero (Arzola et al , 1998; Cabrera y Bouzo, 1999; Arian et al, 2000) la mayor pérdida del N está dada por la exportación que de este elemento realiza la cosecha. Parte de los nutrimentos que las plantas extraen del suelo retornan al mismo con los restos vegetales que permanecen en el campo (hojas, restos de cosecha, cepas, raíces, etc.), pero determinada cantidad sale del sistema con el producto agrícola que se exporta a la industria, como tallos, parte de los cogollos y de la paja. Pérez, (1982) obtuvo un índice medio de extracción de 1.18 kg N.t-1 de caña, no obstante, el valor correspondiente a la exportación sólo alcanzó 0.55 kg del N.t-1 de tallos. En los reportes del SERFE (2001) para más de 90 % del área de producción nacional calcula un valor medio de 1. 6 kg N.t-1 de caña. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 15 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Quema de la caña para la cosecha Por determinadas razones de seguridad o de manejo, en muchos países cañeros la quema de sus plantaciones antes y después de la cosecha es una práctica generalizada. Esto no sólo conduce a pérdidas considerables de nutrimentos del sistema suelo-planta, pues el N contenido en las hojas secas y gran proporción de su contenido en los cogollos se pierde al destruirse la materia orgánica (León, 1997; Arzola et al , 1998 y Cabrera y Bouzo, 1999, Lozano et al , 2001, Milanés et al, 2001), sino que además se produce un calentamiento elevado de las capas superficiales provocando una esterilización parcial del suelo, conjuntamente con la alteración en sus propiedades químicas y físicas (Fassbender, 1972; Sandoval, 1997; Fernando et al, 2001; Mazzarino, 2002). Desnitrificación La desnitrificación agrupa una serie de procesos bioticos y abióticos que conducen a la reducción de nitratos; lo que produce pérdidas del N del suelo que muchas veces son considerables, tanto del N nativo como el aplicado en forma de fertilizante (Malavolta y Vitty, 1997; McCaty et al, 1998). La desnitrificación biológica no es un proceso exclusivo de los suelos mal aireados en presencia de bacterias heterótrofas o facultativas, sino que ocurre en todos los suelos, en pequeñas cavidades diseminadas en su masa donde imperan las condiciones anaeróbicas o casi anaeróbicas. De allí la evidente importancia de este proceso microbiano capaz de inducir notables pérdidas (Fassbender, 1972; Arzola et al , 1981; León, 1997). Según Smirnov y Muravin, citados por Cabrera y Bouzo (1999) las pérdidas por reducción biológica de los nitratos podrían alcanzar valores de alrededor de 20 % del N de los fertilizantes amoniacales y de 30 % del de los fertilizantes nítricos, pudiendo incrementarse hasta un 50 % en suelos inundados. También Hauck (1971) reportó que estas pérdidas pueden variar entre 0 y 40 % del N aplicado con los fertilizantes en cultivos anuales, de 25 a 35 % en pastizales y de 20 a 50 % en arrozales. Volatilización La volatilización del ión amonio (NH4+) o desnitrificación abiótica es el resultado de diferentes reacciones químicas, que ocurren bajo condiciones alcalinas entre diferentes Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 16 2. REVISION BIBLIOGRAFICA compuestos nitrogenados presentes en el suelo y los aplicados por los fertilizantes (Fassbender, 1972; Boul y Stokes, 1997) lo que da lugar a pérdidas gaseosas de amoniaco (NH3+). Estas pérdidas ocurren fundamentalmente por la aplicación de altas dosis de N en el uso del amoniaco anhidro, aunque también pueden ocurrir con la urea (CO(H2N)2), el nitrato de amonio ((NH4)NO3) y el sulfato de amonio ((NH4)2SO4), ampliamente usados en Cuba (León, 1997; Arzola et al , 1998 y Cabrera y Bouzo, 1999). Variables son los reportes sobre la magnitud de las pérdidas por volatilización del amoniaco. En las referencias internacionales se encuentran resultados de pérdidas notables como insignificantes. Esta poca uniformidad se debe al grado de participación de diferentes factores: pH básico, presencia de carbonatos de calcio, baja capacidad de intercambio catiónico, textura arenosa, baja humedad, alta temperatura y algunas prácticas de manejo fitotécnico como el uso de portadores nitrogenados (sobre todo urea y amoniacales) aplicados superficialmente (Martín et al, 1987; Benintende et al , 2000). En Gran Bretaña Cooke (1967), consideró que las pérdidas por volatilización del amoniaco superaban a las ocurridas por el lavado de nitratos. Infante (1988), en suelos cañeros de Venezuela encontró pérdidas anuales de 30.7 kg del N.ha-1. Lavado Las formas minerales del N presentes en el suelo son solubles en agua para que éstas sean asequibles por las plantas, provocando que con el movimiento de la misma pueden ser arrastradas hacia capas inferiores del suelo, donde las raíces no puedan alcanzar, constituyendo una pérdida, aunque permanezcan en el suelo en forma asimilable. Este fenómeno se produce fundamentalmente en forma del N nítrico, pues el N amoniacal es fijado a las arcillas del suelo, nitrificado rápidamente o absorbido por las raíces (León, 1997; Arzola et al , 1998 y Cabrera y Bouzo, 1999, Benintende et al, 2000). Los resultados de estudios sobre le tema son un tanto contrapuestos, pues en unos casos se reportan valores de consideración y en otros no, dado por la dependencia de numerosos factores edafoclimáticos. En suelos arenosos las pérdidas son mayores que en los arcillosos; también en suelos descubiertos que en los que están cubiertos por vegetación, donde se incorpore mayor cantidad de agua (por lluvia o por riego) así como Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 17 2. REVISION BIBLIOGRAFICA el uso de portadores nítricos supere al de los amoniacales o las dosis de fertilizantes nitrogenados sean más elevadas (Shishov et al ,1973; León, 1997; Benintende et al, 2000). Infante (1988) consideró en sus estudios que la mayor densidad del sistema de raíces de la caña de azúcar se encontraba en los primeros 30.0 cm y valoró como perdido, tanto el N nítrico como el amoniacal, ubicado fuera de ese límite. Bajo éste criterio reportó pérdidas anuales totales de 5.3 kg del N.ha-1, representadas casi en su totalidad por los nitratos (96.4 %). Erosión Numerosos reportes coinciden que la materia orgánica del suelo (MOS) es la principal reserva del N en cualquier agroecosistema, la que está confinada en mayor proporción en la capa arable, por tanto la pérdida del horizonte superficial conlleva al detrimento del N en el suelo. La magnitud de esta pérdida es también variable y difícil de pronosticar, ya que puede ser de decenas o hasta de cientos de kg del N.ha-1, lo que depende del contenido del N que tenga el suelo y del volumen de suelo removido, aspecto que está sometido a los atributos de la lluvia y el viento, además de la topografía, la presencia o no de cobertura vegetal y al tipo de textura. También el hombre mediante prácticas agrícolas inadecuadas puede contribuir a la erosión del suelo, lo que lamentablemente es frecuente (León, 1997; Arzola et al , 1998; Cabrera y Bouzo, 1999; Farshad y Zinck, 2001; Becker et al, 2002; Michelena, 2002). 2.4.3 Ganancias Fijación biológica del N atmosférico Contrariamente a las salidas del N que tienen lugar en el agroecosistema con caña de azúcar, existen plantaciones que no muestran efectos beneficiosos ante las aplicaciones de este nutrimento. Además existen referencias de diferentes regiones donde esta planta ha crecido en monocultivo por 50, 100 o más años, sin recibir aplicaciones del mismo, independientemente del rendimiento. Independientemente de la fertilización y del aporte que puede realizar la MOS, una importante fuente del N para la caña de azúcar, es la fijación biológica del N2 atmosférico (León, 1997; Arzola et al , 1998; Baldini et al, 1998 y Cabrera y Bouzo, 1999,). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 18 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Determinados microorganismos, tanto de vida libre como asociativos o simbióticos, están aptos para fijar N2 inaccesible a la caña de azúcar (Urquiaga et al , 2001). Los géneros más reportados son Azospirillum, Azotobacter, Acetobacter y Beijerinckia(Cian et al , 2000). Entre los biofertilizantes más utilizados en Cuba durante la última década se encuentran aquellos que se preparan a base de bacterias fijadoras de nitrógeno de forma asociativa y de microorganismos solubilizadores del fósforo del suelo, todos los cuales sintetizan también aminoácidos, vitaminas, citoquininas, auxinas, giberelinas y otras sustancias que actúan como estimuladoras del crecimiento vegetal (Elmerich, 1984; Martínez y Dibut, 1999). En Cuba, Pérez et al, (2001) evaluaron el efecto del Azospirillum spp., aplicado en forma líquida y soportado en turba, sobre el rendimiento de la caña de azúcar en diferentes condiciones edafoclimáticas. Los resultados obtenidos mostraron incrementos en más de 60 t/ha producidas. Los autores concluyen que estos productos biológicos en mayor o menor medida contribuyen a mejorar la calidad y productividad del cultivo, llegando a sustituir la aplicación de 50% del fertilizante mineral. La caña de azúcar cultivada en Brasil generalmente presenta baja frecuencia en la respuesta a la aplicación del N-fertilizante, aun creciendo un suelos muy pobres en N- disponible, estudios recientes han confirmado que la fijación biológica del N (FBN) asociada al cultivo en variedades eficientes, puede contribuir hasta en 70 % de las necesidades del nutrimento, contribuyendo a la economía del país en 150 millones de USD, contribuyendo significativamente a la protección del medio ambiente (Urquiaga, 1999). Aporte del N por las lluvias Diferente compuestos nitrogenados que se volatilizan del suelo, como el amoniaco y los óxidos del N, así como los que se forman por acción fotoquímica o por las descargas eléctricas, o por la combustión de diversos carburantes, pueden ser lavados o removidos de la atmósfera por las lluvias y transferidos al suelo (León, 1997; Arzola et al , 1998 y Cabrera y Bouzo, 1999; Rodríguez y Osorio 2001). La magnitud de este aporte depende de la frecuencia de las lluvias, de la concentración del N en la atmósfera y otros factores Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 19 2. REVISION BIBLIOGRAFICA como: cercanía a centros industriales, tipo de vegetación, posición geográfica y estación del año. Infante, (1988) encontró con reiteración en reportes internacionales que el ingreso del N por las lluvias está entorno de 22 ± 6 kg N ha-1, coincidiendo que el amonio es la forma nitrogenada predominante. La autora en sus estudios llegó a resultados muy similares, (26.3 kg N ha-1, formado en 99.8 % por amonio). Además de comprobar que basta poca lluvia para remover los nutrimentos presentes en la atmósfera, mientras que la lluvia subsiguiente tiene un efecto diluente sobre la concentración de los iones presentes en el agua colectada. También debe considerarse el agua interceptada directamente por el cultivo proveniente de la lluvia, ya que puede ocurrir una retención o absorción del amonio a nivel foliar, así como el lavado de los nitratos (Infante, 1988). 2.5 Factores relacionados con la fertilización nitrogenada en caña de azúcar Relación N-variedad De acuerdo a las diferencias morfológicas y fisiológicas que muestran las variedades de caña de azúcar, se puede asumir su influencia sobre la capacidad de las mismas para asimilar los nutrimentos. Así se tiene por ejemplo diferencias en el desarrollo del sistema radical, color de las hojas, capacidad para asimilar nutrimentos, etc. (León, 1997; Arzola et al , 1998; Cabrera y Bouzo, 1999). En los reportes cañeros se encuentran referencias sobre cierta tolerancia de algunas variedades ante deficiencias o excesos del N, así como a mayor o menor eficiencia en el aprovechamiento del nutrimento, pero coinciden comunicaciones de que no se observa interacción N-variedad, debido a que otros factores dominan la respuesta impidiendo totalmente su manifestación. En Cuba en los últimos 40 años las recomendaciones de fertilizantes no han tenido en cuenta las exigencias de las variedades, ni su capacidad para responder a las aplicaciones altas o bajas de este elemento, ya que no hay suficiente soporte teórico basado en resultados experimentales que permita tomar decisiones en este sentido (Del Toro et al, 1985; León, 1997; Arzola et al , 1998; Cabrera y Bouzo, 1999). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 20 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Influencia de la cepa En Cuba la caña plantada en primavera y cosechada independientemente de la edad, no requiere de la aplicación del N para producir buenos rendimientos. Sin embargo en otras épocas de plantación se han encontrado respuestas eventuales a dosis relativamente bajas de 40 a 75 kg del N.ha-1(Arzola et al , 1998). Son frecuentes los reportes en cuanto a la poca efectividad del N en cepas de planta, pero en lugares donde la fertilización de esta cepa es tradicional las dosis suelen variar entre 40 y 90 kg del N.ha-1, exceptuando a: Egipto, Taiwan y Uganda, donde se han empleado dosis más altas (120, 200 y 450 kg del N.ha-1 respectivamente). En las condiciones de Cuba se ha demostrado que la caña plantada en primavera, no requiere de la aplicación de N para producir más tallos que las parcelas fertilizadas y aunque en las plantaciones de frío se han encontrado respuestas esporádicas a dosis bajas, en la actualidad no se recomienda N a las mismas, debido a la baja frecuencia de respuesta económicamente justificable, excepto en suelos con hidromorfía o compactación y de textura arenosa (Villegas y Chang, 1996). Borden citado por Del Toro et al, (1985) demostraron que las cepas de planta necesitan menos 0,90 kg del N.t -1 de caña para lograr rendimientos óptimos, mientras que los retoños requerían aproximadamente 1,13 kg del N.t -1 de tallos cosechados. Los investigadores explicaron este resultado debido a la presencia en los retoños de condiciones físicas del suelo menos favorables para la oxidación de la materia orgánica y por consiguiente aumenta la demanda del N, así como un sistema radical menos vigoroso. Numerosos estudios conducidos en Cuba muestran que las socas no se afectan cuando no se fertiliza la caña de planta y que aún la no aplicación consecutiva de nitrógeno en caña planta y soca tampoco afecta a las restantes cepas (Villegas y Chang, 1996). Similares resultados reportan los estudios realizados por Sánchez et al, (2000) y Salgado et al, (2001) en las áreas cañeras de Tabasco, México. En Cuba, Pérez citado por Cabrera y Bouzo (1999) demostró que la primera soca no siempre requiere de las aplicaciones de nitrógeno para su normal desarrollo, siendo éstas necesarias en los suelos Ferralitizados cálcicos y en los Vertisuelos, pero no en los Cambisoles. A partir de la segunda soca se logra una respuesta estable a las Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 21 2. REVISION BIBLIOGRAFICA aplicaciones de este elemento, obteniéndose incrementos agrícolas superiores a 25 por ciento. Las aplicaciones de la segunda soca en adelante ejercen un marcado efecto sobre la durabilidad de la cepa, evitando su deterioro, lo que permite aumentar el número de cortes a cada campo. Iznaga, (1986) encontró en Ferralitizados cálcicos que a partir de la tercera soca disminuye la necesidad de fertilizante nitrogenado por la caña de azúcar hasta llegar a ser innecesario en la quinta soca, argumentando que a medida que aumentó el número de cortes disminuyó la población, por aumentar el número de espacios vacíos a causa de una mayor mortalidad de las cepas y unido al envejecimiento de la misma, incrementó el contenido de materia orgánica en el centro del surco a causa de las raíces y tocones muertos durante el ciclo. Fuentes portadoras del N Bajo las condiciones de Cuba y en experimentos de campo se ha comprobado que la caña de azúcar no muestra preferencias en su nutrición, por una u otra fuente portadora del N. En relación al tema León (1997) refirió en cuadro comparativo los 10 portadores del N más usados en la agricultura cubana y extranjera, mostrando similar efectividad en la fertilización de la caña de azúcar, sin llegar a considerar este un elemento definitorio por los agrónomos a la hora de adquirir los portadores. En Puerto Rico, Samuels y Capó (1956) concluyeron que el cultivo no manifiesta distinción alguna por una fuente u otra, siempre y cuando se le suministre al suelo las proporciones de N inicialmente estimada. Condiciones del suelo En suelos que por sus características presentan adecuadas condiciones reductoras, la tasa de mineralización del N-orgánico es lenta, provocando menor disponibilidad del elemento asimilable por la planta, además de aumentar las pérdidas por desnitrificación. El menor suministro de nitrógeno por el suelo y las mayores pérdidas de este nutriente en forma gaseosa explican la respuesta a la fertilización nitrogenada que muestra la caña de azúcar en cualquier tipo de cepa (Angarica et al, 1990; Vera, 2000). En contraste Hernández, (1996) estudio los suelos arenosos, conjuntamente con las pérdidas de nitratos por lavado, donde se presenta generalmente un bajo contenido de Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 22 2. REVISION BIBLIOGRAFICA materia orgánica, lo que puede justificar hasta cierto punto la necesidad de aplicar nitrógeno desde caña planta y de fraccionar la dosis en cada cosecha. Influencia de la lluvia En la mayoría de nuestros campos la caña de azúcar crece sin la aplicación de riego y por consiguiente la cantidad y distribución de la lluvia y la forma en que el agua se retenga en el suelo, resulta muchas veces vital para la obtención de altos o al menos rendimientos rentables (Ruiz et al, 2001). Wiedenfeld, (2000) al estudiar el stress hídrico de la caña de azúcar durante diferentes períodos de crecimiento corroboró que ha mayor humedad en el suelo, será mejor la utilización de N por la planta y se requerirá de menos fertilizante nitrogenado para producir una tonelada de caña. Por otra parte, afirmó que bajo condiciones adecuadas de humedad las plantas producen más y su consumo de nitrógeno aumenta, por lo que se requerirá de menos nitrógeno para producir una tonelada de caña pero probablemente de una dosis mayor por hectárea. Trabajos realizados en Cuba (INICA, 1979) han mostrado que a bajos niveles de lluvia correspondía mayor necesidad de N, hasta un límite. Cuando la lluvia excedió los 1000 mm se necesitó una dosis menor. Un nivel de precipitación anual de 1200 mm se considera óptimo y con precipitaciones de 1600 mm en lo adelante el efecto de la aplicación de N sobre la producción prácticamente es nulo, lo que podría explicarse por una mayor disponibilidad de N en la medida que se incrementa la humedad del suelo. También, Rodríguez y Osorio (2001) estudiaron durante 15 años en experimentos de larga duración sobre Vertisuelos cañeros de la región oriental de Cuba, el efecto de diferentes dosis de N sobre los rendimientos, encontrando que a nivel local la respuesta de la caña de azúcar al nitrógeno es variable dependiendo de la lluvia total caída y su distribución. Nivel de rendimiento Las variables morfológicas, tales como fitomasa, altura de planta, área foliar, número de hojas, y otras, han sido usadas para expresar la influencia de los nutrientes minerales sobre el patrón de rendimiento de las plantas (Malavolta y Vitty, 1997; Camacho et al, 2001) Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 23 2. REVISION BIBLIOGRAFICA García citado por León (1997) observó que la aplicación de N da lugar a un incremento progresivo de la población de tallos, lo que es considerado el mayor efecto de los fertilizantes nitrogenados sobre la producción. El factor rendimiento en la agricultura cañera resulta de decisiva importancia para decidir por los agrónomos las dosis de nitrógeno a emplear, pues se considera que a mayor rendimiento mayor extracción de N realizará el cultivo y con más rapidez también se agotarán las reservas del suelo (León, 1997; Arzola et al, 1998). Lo que se puede interpretar que será necesario aplicar mayores dosis de N para evitar el empobrecimiento del suelo, sin descuidar los índices de consumo para cada región en particular. Por otra parte, la disminución de los rendimientos cañeros frecuentemente se asocia con la presencia de otros factores limitantes ajenos a la nutrición nitrogenada, lo que origina que la aplicación de elevadas dosis de dicho nutriente no necesariamente contrarreste la causa de los bajos rendimientos (Cabrera y Bouzo, 1999). 2.6 Fundamentos metodológicos para la evaluación y diagnóstico de la fertilidad de los suelos tropicales Los procedimientos de evaluación de la fertilidad de los suelos y los requerimientos de fertilizantes no han cambiado sustancialmente en su concepción en los últimos 150 años. Los problemas de carencia de nutrientes en los suelos, fueron detectados en un principio por las manifestaciones de los síntomas visuales en las hojas de las plantas y la disminución de los rendimientos agrícolas (Figueroa, 2000). Antiguamente el agricultor sabía que para evitar que el suelo se agote y los rendimientos disminuyan, había que rotar los cultivos por las áreas donde se plantaban, y aplicar a los suelos residuos vegetales y de los establos (Demolon, 1972). El posterior desarrollo de la industria de fertilizantes químicos, más fáciles de manejar y más baratos que las enmiendas orgánicas (por su mayor concentración y posibilidad de mecanización), cambió la forma de atender a los problemas nutricionales de los cultivos. Comenzando a valorar la fertilidad de los suelos usando soluciones químicas que extraían los nutriente del suelo, buscando relacionar el resultados de los análisis químicos con las respuesta del cultivos a cantidades variables de fertilizantes (Pérez, 1999). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 24 2. REVISION BIBLIOGRAFICA En la actualidad se sigue trabajando esta línea registrándose progresos importantes en lo concerniente al conocimiento de los mecanismos de nutrición, la llegada y absorción de distintos elementos a las raíces de las plantas y el papel que éstos cumplen en el metabolismo, pero muy pocos en cuanto a la secuencia de pasos a seguir a fin de evaluar su verdadera disponibilidad en el suelo, integrando la mayor cantidad de factores que intervienen en el complejo sistema de relaciones, suelo-planta-atmósfera-nivel tecnológico (Pineda, 2000). Dibb, (2000) planteó que el concepto de eficiencia en el uso de nutrientes es a menudo mal interpretado, particularmente si se discute como un proceso aislado y no en el contexto del sistema total de producción agrícola, recordando que la eficiencia y la viabilidad económica son parte integrante del sistema total de producción y que cada uno de ellos tienen factores que necesitan se optimizados para lograr cosechas rentables con el menor riesgo de contaminación. Criterios para la formulación de dosis de fertilizantes En Chile, Rodríguez et al, (2001), consideran la fertilización racional para los cultivos agrícolas como una aproximación razonada del establecimiento del Normas de aplicación de abonos al suelo. Estas normas están fundamentadas en principios de la nutrición vegetal y en la dinámica de los nutrientes en el suelo. La hipótesis central de ésta aproximación postula que con el conocimiento de los procesos relevantes del sistema clima-suelo-cultivo-fertilizante es posible predecir las normas de fertilización de los cultivos en cada caso particular, que en su aplicación no es más que una simplificación de los procesos más relevantes que determinan las normas de fertilización. De esta forma, el conocimiento y dominio de las normas para el establecimiento de un sistema de recomendaciones de fertilizantes, tiene como objetivo principal establecer una estrategia de manejo integral agronómico de la fertilización que permita elevar y mantener el estado de fertilidad de los suelos en forma económica y así alcanzar una nutrición óptima de los cultivos sin afectar la sustentabilidad del sistema (Salgado et al, 2001). Los referidos autores simplificaron a 3 componentes las interacciones del sistema clima-suelo-cultivo-fertilizante para realizar la formulación de las dosis a partir: de la demanda del nutriente (DEN), suministro del nutriente (SUN) y eficiencia de la fertilización Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 25 2. REVISION BIBLIOGRAFICA (EF). Fundamentalmente, las interrelaciones entre el clima y el cultivo están reflejadas en la demanda del nutriente, las interrelaciones entre el suelo y el cultivo en el suministro del nutriente y el efecto de manejo de los fertilizantes en las relaciones suelo-cultivo a través de la eficiencia de la fertilización, concluyendo que la estimación de la dosis de la fertilización razonada es la siguiente: DF = (DEN – SUN ) / EF Según el modelo conceptual de Salgado et al, (2001), la demanda del nutriente por los cultivos es la cantidad requerida para obtener un rendimiento económico en un determinado agroecosistema. El suministro del nutriente está dado por su cantidad disponible en el suelo la que es absorbida por el cultivo, puesto que éste proceso está determinado por la necesidad de la especie vegetal y la selectividad de sus transportadores iónicos (Fundora et al, 1992). Finalmente, la eficiencia de la fertilización la definen como la fracción de la dosis del nutriente aplicado que es recuperado por el cultivo, teniendo en cuenta que la cantidad absorbida de un elemento se limita con frecuencia por el suelo y no por la planta (Arzola et al, 1998). El crecimiento y desarrollo de los cultivos generan una demanda de nutrientes necesaria para satisfacer los requerimientos de los procesos metabólicos en cada una de sus fases fenológicas. Es evidente que con un mayor crecimiento y una mayor producción, la demanda de los nutrientes por el cultivo aumenta, por lo tanto dicha demanda varia de acuerdo a determinado potencial genético, según las limitaciones del clima, del clima del suelo y del nivel tecnológico utilizado. Las distintas limitaciones de los agro-ecosistemas dan lugar a diferentes rendimientos alcanzables de los cultivos (Rodríguez et al, 2001). En el cálculo de la necesidad de los nutrientes para el cultivo juega un papel relevante la estimación realista y adecuada del rendimiento alcanzable. Este corresponde al rendimiento que es posible lograr en condiciones específicas (Sumner, 2001). Cuando se produce un déficit entre la demanda del nutriente de los cultivos y el suministro del nutriente del suelo, este déficit debe ser superado por la dosis de fertilización. Sin embargo no todo el fertilizante agregado es recuperado por el cultivo. Parte del fertilizante puede perderse más allá de las profundidades alcanzadas por las raíces en el perfil del suelo, como gas hacia la atmósfera o bien quedar retenido en forma no disponible en el suelo (Salgado et al, 2001). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 26 2. REVISION BIBLIOGRAFICA No obstante, la estimación de las dosis con esta formulación está limitada, pues sus autores reconocen que está planteada para cultivos en suelos y climas que permitan un crecimiento y desarrollo normal de los cultivos, de forma que su rendimiento alcanzable no sea modificado por factores tales como compactación y mal drenaje de los suelos, erosión, acidez excesiva o salinidad de los suelos. Una sobre estimación del rendimiento alcanzable conducirá a calcular una dosis superior a la requerida, elevando los costos sin que estos se reflejen posteriormente en un mayo rendimiento y además, produciendo un riesgo de contaminación del medio ambiente. Por el contrario una subestimación del rendimiento alcanzable llevará a una disminución de la demanda y, por consiguiente de la dosis. Ello determinará una producción inferior al rendimiento alcanzable, que conducirá a una disminución de las utilidades (Terry, 2002). Rodríguez et al , (2001) sugieren establecer en el cálculo del nutriente, además del rendimiento alcanzable, la concentración mínima óptima del nutriente en la materia seca producida por el cultivo, a esta concentración del nutriente se le denomina requerimiento interno del cultivo. Para facilitar el calculo de la demanda de nutrientes de los cultivos en función del producto cosechado, los autores establecieron los factores de demanda a partir del requerimiento interno y de la proporción del producto cosechado en la biomasa aérea total producida. Actualmente en Cuba, De la Fé et al, (2002) establecen las dosis de N para la caña de azúcar basados en el Método de Balance descrito por Yagodin, (1986), el que tiene como principio aplicar dosis de fertilizantes como complemento de los nutrientes que necesita el cultivo para obtener un rendimiento dado, considerando la posibilidad de aportar nutrientes según las condiciones del suelo, clima y agrotécnia. Los autores mediante una expresión matemática calculan las dosis de N donde intervienen varios factores que condicionan las variables Necesidad y Posibilidad, teniendo en cuenta el índice de extracción promedio (I), el coeficiente de aprovechamiento (C) para las cepas y condiciones de explotación del cultivo, así como el rendimiento esperado (R) y la cantidad de N disponible en el suelo (S) según el método analítico que se utilice. La decisión de que dosis del N aplicar depende de 4 condiciones pre-establecidas atendiendo a los valores obtenidos en el calculo de la ecuación y el % de MO determinado en el laboratorio (De la Fé et al, 2002). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 27 2. REVISION BIBLIOGRAFICA D =(( 100 x R X I) / C) – S En Venezuela, PALMAVEN (1999), tiene en cuenta una serie de factores relacionados con el suelo para conocer las necesidades nutricionales de la caña de azúcar, comenzando por la toma de muestras de suelo representativas del agro-ecosistema para determinar las concentraciones de uno o más elementos asimilables, seguidamente la cantidad extraída del elemento presente en el suelo, por la acción de ácidos débiles que correlacionan con la respuesta de la planta a la aplicación del fertilizante, logrando así generar categorías de acuerdo al nivel de nutrimentos en el suelo: Bajo, Medio, Alto y muy Alto, indicando la probabilidad de obtener una respuesta con el fertilizante, a partir de la determinación del índice crítico. En relación con el uso de los análisis de suelos para formular recomendaciones de fertilizantes PALMAVEN plantea dos fases: 1. Interpretación de los resultados: correlación de los valores obtenidos por los análisis químicos del suelo y las respuestas por el cultivo. 2. Recomendación de fertilizantes: interpretación práctica de los resultados considerado aspectos económicos y prácticas de manejo que influyen en el rendimiento. Para el caso particular del N, en Venezuela se tienen en cuenta tres factores cepas, drenaje del suelo y contenido de materia orgánica, (Strebin y Urrutia, 1999): Recomendaciones del N (kg/ha) para caña de azúcar en cepas de planta. Recomendaciones del N (kg/ha) para caña de azúcar en cepas de socas. Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 28 2. REVISION BIBLIOGRAFICA En las últimas décadas la generación de metodologías para la recomendación de dosis de fertilización han llamado la atención de especialistas en fertilidad de suelos y economistas, debido a la creciente necesidad de utilizar con eficiencia los fertilizantes, atendiendo al incremento de sus precios y al imperativo de racionalizar su uso con la finalidad de conservar el ambiente (Salgado, 1999). En México Salgado et al, (2001) refieren al Sistema Integrado para Recomendar Dosis de Fertilización en Caña de Azúcar (SIRDF), el cual consta de seis fases para su completa ejecución, recogiendo en la fase seis el procedimiento metodológico para determinar las dosis de fertilización utilizando el modelo conceptual anteriormente descrito. 2.7 Agrupamiento agroproductivo de los suelos dedicados a la producción de caña de azúcar Este concepto surge con la intención de poner en manos de la agricultura cañera un esquema simplificado para el manejo de los suelos, capaz de agrupar aquellos terrenos con características productivas afines, de tal forma que se puedan utilizar un número menor de variantes edafológicas (Ascanio y Sulroca, 1986). Semejante acción responde a los mismos principios de la clasificación de los suelos en uso. Es común para muchos productores manejar suelos con diferentes características genéticas pero con similares respuestas productivas para determinado cultivo (Ponce de León y Balmaceda, 1999). Los autores atribuyen que lo anteriormente expuesto está relacionado con el poco estudio y desarrollo de las tasas inferiores (especie y variedad) de la clasificación, sin embargo reconocen que es fácil comprender que cualquier aproximación de las categorías a las tasas inferiores de una clasificación, tendrá un valor pronóstico general y nunca se ajustará de manera específica a un cultivo dado. En el cuadro 2 se correlaciona la II Clasificación Genética de los Suelos de los Suelos de Cuba de Hernández et al, (1975) con los Agrupamientos Agroproductivos de Ascanio y Sulroca (1986). Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 29 2. REVISION BIBLIOGRAFICA Cuadro 2: Correlación del agrupamiento agroproductivo con la II Clasificación Genética de los Suelos de Cuba (Ponce de León y Balmaceda, 1999). 2.8 Métodos más usados para diagnosticar las necesidades de fertilizantes nitrogenados Para conocer la cantidad de fertilizante que necesitan los cultivos, el hombre se ha apoyado en la propia planta, ya sea de forma de directa o indirecta. Entre los métodos que más se reportan, de forma directa, para conocer las necesidades de nutrimentos por los cultivos se encuentran los experimentos de campos o en macetas y los diagnósticos del estado nutritivo de la planta, como son los síntomas visuales de deficiencias, el diagnóstico a través del estado químico o bioquímico de los tejidos vegetales y la dilución isotópica (Carefoot et al , 1989; León, 1991 y Penney, 1996) 2.8.1 Métodos que emplean directamente a la planta Ensayos de campos Este método es el más usado en Cuba y gran parte del mundo para diagnosticar las necesidades de fertilizantes nitrogenados. La respuesta de la caña de azúcar en cuanto al nivel de producción y calidad de los jugos en las diferentes cepas, sometidas a cantidades variables de nitrógeno y bajo condiciones específicas de suelo, clima, fitotecnia, etc. son extrapoladas a condiciones semejantes de producción, con el objetivo de obtener mayores resultados productivos y económicos, así como disminuir el riesgo de contaminación ambiental y el deterioro del suelo (León et al, 2001a). La metodología para realizar la fertilización nitrogenada en caña de azúcar en Cuba, recomienda aplicar el nutriente atendiendo al suelo, tipo de cepa y rendimiento esperado, Tesis presentada en opción al título académico de Maestro en Ciencias del Suelo 30 2. REVISION BIBLIOGRAFICA apoyándose en la reiteración de las respuestas del cultivo ante diferentes dosis de nitrógeno, desarrolladas en experimentos de campos de larga duración, distribuidos en toda la red nacional de estaciones del INICA, que incluyen los más diversos y variados agroecosistemas cañeros del país. También se ha considerado que dentro de un mismo suelo, o grupo de suelos a fines, son suficientemente estables y de dispersión similar, los contenidos de las reservas de nitrógeno y la capacidad de mineralización. Análisis de tejido vegetal El diagnóstico foliar ha sido valorado por diversos autores como el método complementario más usado para corregir las dosis de fertilizantes, asumidas en base a los resultados de los experimentos de campo, aportando una valiosa información sobre el estado nutritivo de las plantas, y permite apreciar si la disponibilidad de nutrimentos ha sido o no escasa. Menéndez (1991) concluye afirmando que ésta técnica mostró ser un excelente complemento del análisis de suelo, pues los contenidos de los elementos mostrados por las hojas están integrados los efectos de varios factores (climatológico, fitotécnicos etc.) que pueden ser esclarecidos con el empleo de ésta técnica, pues como se sabe el estado nutricional del cultivo no depende sólo del nivel de abastecimiento del suelo. 2.8.2 Métodos que emplean la planta indirectamente Análisis de muestras de suelos Reportes de investigación coinciden al plantear que los nutrientes móviles como el nitrógeno y el azufre pueden ser muestreados a profundidades de hasta 60 cm del suelo, con el objetivo de conocer cual es el estado nutricional del lote. De esta forma se brinda un índice de nutriente disponible que se correlaciona con el crecimiento de la planta, para así establecer recomend