Por: T.L. Provin y L.R. Hossner
La producción eficiente de cultivos requiere un suministro adecuado de todos los nutrientes esenciales para las plantas. Sin embargo, el uso de fertilizantes comerciales de nitrógeno (N) para aumentar la producción, mantener los beneficios y proporcionar alimentos y fibras a bajo coste es una necesidad de la agricultura moderna. En general, los cultivos necesitan nitrógeno en la mayor cantidad de todos los nutrientes de las plantas.
El efecto medioambiental de los fertilizantes nitrogenados ha sido un problema a largo plazo. La preocupación por la contaminación por nitrógeno de los ríos, lagos y aguas subterráneas ha hecho que los productores agrícolas sean cada vez más conscientes de su posible contribución al problema de la contaminación total.
Para utilizar eficazmente el nitrógeno y limitar su impacto adverso en el medio ambiente, los productores deben desarrollar una conciencia de la química del nitrógeno y de cómo se añade y se elimina del suelo.
Los fertilizantes comerciales utilizados por los productores agrícolas son una fuente importante de adición de nitrógeno a los suelos. El nitrógeno se recicla continuamente a través de los residuos vegetales y animales y de la materia orgánica del suelo. El nitrógeno se elimina del suelo a través de los cultivos, la pérdida gaseosa, la escorrentía, la erosión y la lixiviación. La magnitud y el mecanismo responsable de las pérdidas de nitrógeno dependen de las propiedades químicas y físicas de un determinado suelo. La figura 1 es una representación esquemática de las posibles ganancias y pérdidas de nitrógeno del suelo.
Química del nitrógeno
El nitrógeno representa el 79 por ciento del aire que respiramos. La superficie de 15 centímetros de un suelo fértil de pradera puede contener de 2 a 3 toneladas de nitrógeno por acre. El aire sobre este mismo acre contendrá unas 35.000 toneladas de gas nitrógeno inerte (N2). La mayor parte del nitrógeno que se encuentra en el suelo se origina como gas N2 y casi todo el nitrógeno de la atmósfera es gas N2. Este nitrógeno inerte no puede ser utilizado por la planta hasta que se transforme en formas de amonio (NH4 +) o nitrato (NO3 – ).
Tres métodos importantes para cambiar el nitrógeno gaseoso (N2) a amonio (NH4 +) son:
- Bacterias fijadoras de N2 de vida libre
- Bacterias fijadoras de N2 en los nódulos de las raíces de las leguminosas, y
- Fábricas de producción de fertilizantes nitrogenados.
Otro método importante de conversión de N2 es a través de los rayos. Cuando un rayo cae, el nitrógeno gaseoso del aire sobrecalentado se convierte en nitrato (NO3 – ) y nitrito (NO2 – ). Los relámpagos pueden representar de 1 a 50 libras de nitrógeno disponible para las plantas por acre al año.
Aunque el nitrógeno entra en el suelo en varias formas químicas, finalmente se convierte en el ion inorgánico nitrato (NO3 – ). La figura 1 muestra que el NO3 – puede ser utilizado por las plantas, convertirse de nuevo en nitrógeno gaseoso o ser lixiviado hacia abajo con el agua del suelo.
Los fertilizantes comerciales, los residuos vegetales, los estiércoles animales y las aguas residuales son las fuentes más comunes de adición de nitrógeno a los suelos. Las tasas de aplicación varían mucho. Las tasas de aplicación únicas pueden ser tan altas como 150 libras de equivalente de nitrógeno por acre para cultivos como el bermudagrass costero. Sin embargo, tales tasas de aplicación deben limitarse a los suelos con un bajo potencial de erosión y escorrentía.
El nitrógeno en los materiales orgánicos (residuos vegetales, estiércol animal, aguas residuales, materia orgánica del suelo) está presente como parte de las proteínas, aminoácidos y otros materiales vegetales y microbianos. Sólo se pone a disposición de las plantas después de que el compuesto sea descompuesto por los microorganismos del suelo. Esto se llama «mineralización» (Fig. 2). El primer paso de la mineralización es la «amonificación». El amonio (NH4 +) derivado de la amonificación es entonces convertido en nitrógeno-nitrato (NO3 – -N) por las bacterias «nitrificantes» del suelo a través del proceso llamado «nitrificación».
Las localizaciones de las reacciones de amonificación y nitrificación en el ciclo del nitrógeno se muestran en la Figura 1. El ion de amonio (NH4 +) cargado positivamente producido por la amonificación o añadido al suelo en los fertilizantes es atraído por las partículas de arcilla cargadas negativamente en el suelo. Sin embargo, en la mayoría de los suelos no áridos el ion NH4 + se transforma rápidamente en nitrógeno nítrico (NO3- N) Las plantas en crecimiento absorben la mayor parte del nitrógeno en forma de nitrato (NO3- ).
Las fuentes comunes de nitrógeno inorgánico incluyen el amoníaco (NH3), el amonio (NH4 +), la amina (NH2 +) y el nitrato (NO3 – ). La mayoría de los materiales fertilizantes contienen o formarán NH4 + que se convierte rápidamente en NO3 – una vez en el suelo.
Eliminación del nitrógeno del suelo
El nitrógeno se elimina del suelo mediante cuatro procesos principales:
- Absorción por parte de las plantas
- Pérdida gaseosa
- Escape y erosión
- Lixiviación
La absorción por parte de las plantas se refiere a la absorción del nitrógeno por las raíces. El algodón, el maíz, los tomates y los céspedes requieren de 60 a 300 libras de nitrógeno por acre para producir un buen crecimiento y rendimientos rentables o la estética deseada. Las necesidades reales de un determinado cultivo varían según el potencial de producción y están muy influenciadas por los factores climáticos.
Debido a que la mayoría de los suelos son bajos en nitrógeno disponible para las plantas, las necesidades de nitrógeno se suministran a menudo como fertilizante nitrogenado comercial. Las necesidades de nitrógeno por encima de 150 libras por acre generalmente se dividen en dos o más aplicaciones. Sin embargo, sólo el nitrógeno vegetal del cultivo cosechado sale realmente del campo. El resto del nitrógeno vegetal se devuelve al suelo como residuo vegetal y vuelve a entrar en el ciclo como nitrógeno orgánico, como se ilustra en la Figura 1.
La pérdida gaseosa de nitrógeno se produce por desnitrificación o volatilización del amoníaco. La desnitrificación es un proceso mediante el cual el nitrógeno nítrico (NO3- -N) se convierte en óxido de nitrógeno gaseoso (N2O) o nitrógeno elemental (N2). Esto implica la acción de bacterias anaerobias (aquellas que no requieren oxígeno libre) y comúnmente ocurre en suelos húmedos o encharcados.
Como este es un proceso anaerobio, las pérdidas gaseosas de un suelo normal (aeróbico) son pequeñas. Sin embargo, cuando los suelos permanecen muy húmedos o saturados durante largos periodos, puede perderse una gran parte del nitrato.
El gas amoníaco puede evolucionar a partir de compuestos de nitrógeno como la urea en la superficie de un suelo. La urea está presente en el estiércol animal y puede comprarse en forma pura como fertilizante (45-0-0).
Se ha demostrado que otros compuestos fertilizantes que contienen amonio, incluyendo el sulfato de amonio (21-0-0) y, en menor medida, el nitrato de amonio (33-0-0) y el fosfato de amonio, producen amoníaco libre en presencia de carbonato de calcio. Esta condición existe en algunos suelos de alto pH (pH>7,3).
Las pérdidas por escurrimiento y erosión pueden incluir nitrato (NO3 – ), amonio (NH4 +) y nitrógeno orgánico. El ion NO3 – cargado negativamente permanece en el agua del suelo y no es retenido por las partículas del suelo. Si el agua que contiene NO3 – o NH4 + disueltos corre por la superficie, estos iones se desplazan con ella. Sin embargo, cuando se aplican fertilizantes nitrogenados en suelos secos y se aplica agua de lluvia o de riego, la primera agua disuelve el fertilizante y lo transporta al suelo. Las precipitaciones no suelen causar pérdidas superficiales de nitrógeno de los fertilizantes, a menos que se produzcan lluvias muy intensas poco después de la aplicación.
El amonio retenido por las partículas de arcilla puede ser transportado a las aguas superficiales por la erosión del suelo. De hecho, la erosión del suelo mueve más nitrógeno que las precipitaciones en el traslado de compuestos de nitrógeno disueltos. Cuando los suelos erosionados se depositan en ríos y lagos, la actividad microbiana convertirá lentamente los compuestos de nitrógeno en formas solubles.
Las pérdidas por lixiviación implican el movimiento del agua hacia abajo a través de un suelo por debajo de la zona radicular. Esta pérdida se produce con mayor frecuencia con el nitrato (NO3 – ) en zonas de alta pluviosidad, bajo riego excesivo y con suelos de textura gruesa (arenosos). Las pérdidas de nitrógeno por lixiviación reducen la cantidad de nitrógeno disponible para los cultivos y pueden contaminar potencialmente los pozos de agua poco profundos y los acuíferos.
Las tasas de nitrógeno utilizadas y el momento de la aplicación deben estar relacionados con las condiciones del suelo y las necesidades de los cultivos para minimizar las pérdidas por lixiviación. Numerosos estudios de investigación demuestran que, debido a la absorción por parte de las plantas, es poco el nitrógeno nítrico (NO3 -N) que se lixivia de los suelos en los que hay un cultivo activo. Dado que los suelos arenosos más expuestos a la lixiviación se encuentran en el este de Texas, donde la hierba es el cultivo predominante, generalmente se esperan pérdidas mínimas de nitrógeno por lixiviación en todo el estado.
Aunque los estudios han mostrado problemas limitados con los movimientos de nitrato (NO3 – ), las aplicaciones inapropiadas de fertilizantes nitrogenados comerciales y orgánicos pueden resultar en el escurrimiento de NO3 – hacia las aguas superficiales y la lixiviación hacia las aguas subterráneas.
Prevención de la pérdida de nitrógeno
La mejor manera de prevenir las pérdidas de nitrógeno de las tierras agrícolas es a través de buenas prácticas de manejo del suelo y del agua. El primer paso para reducir las pérdidas potenciales de nitrógeno es analizar el suelo. Una muestra de suelo obtenida correctamente proporcionará una estimación del nitrógeno nítrico (NO3 – -N) presente en el suelo, y puede utilizarse como guía para aplicar la cantidad adecuada de fertilizante nitrogenado para el cultivo que se está realizando.
La fertilización adecuada y el control de la escorrentía superficial y la erosión ofrecen los mejores métodos para evitar que el nitrógeno llegue a los arroyos y lagos. Las pérdidas por lixiviación pueden evitarse dividiendo las necesidades de nitrógeno en varias aplicaciones cuando los suelos de textura gruesa y la pluviometría son frecuentes.
Descargue una versión para imprimir de esta publicación: ¿Qué ocurre con el nitrógeno en los suelos?
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