3. Fertilización y balance de nutrientes.

3. Fertilización y balance de nutrientes.

Balance de Nutrientes, Fertilización de Pasturas e
Impactos en la Calidad de Agua de la Producción Lechera
Alejandro Morón
Facultad de Ciencias Agrarias
Universidad de la Empresa
Jornadas Técnicas Conaprole
27 y 28 Noviembre 2014
Balneario Guazubirá, Canelones
INDICE
* Introducción al Balance de Nutrientes
* Balance de Nutrientes en producción lechera de
altos rendimientos
* El Balance de Nutrientes en la realidad
* Productividad de la Pasturas
* Calidad del Agua
* Consideraciones finales
Introducción al
Balance de Nutrientes
- Elementos esenciales para el crecimiento, desarrollo y
reproducción de los cultivos y pasturas son: C, H, O, N, P, S, Ca, Mg,
K, Cu, Fe, Mn, Zn, B, Mo, Cl
- Macronutrientes: N, P, K , Ca, Mg, S Se expresan en %
- Micronutrientes: Cu, Fe, Mn, Zn, B, Cl, Mo
en ppm
- Denominados “orgánicos” ……………………….C, H, O
Limitantes principales: Nitrógeno, Fósforo
Limitantes secundarios: Azufre, Potasio
Gramíneas: Nitrógeno
Leguminosas: Fósforo
Suelo,
5 % de la
materia seca
Aire y Agua,
95 % de la
materia seca
¿ Balance de Nutrientes ?
• ¿ Que es un Balance de Nutrientes ?
• ¿ Para que sirve un Balance de Nutrientes ?
• A que escala se realiza un Balance de Nutrientes ?
• ¿ Como se interpreta un Balance de Nutrientes ?
• ¿ Que limitaciones presenta ?
Balance de Nutrientes
• Sistema: definir limites
• Balance = Σ ingresos – Σ salidas
• Unidades = flujo neto/unidad
área/profundidad /unidad tiempo
(Ejemplo kg/ha/cm/año)
Utilidad de los Balances de Nutrientes
indicador de sustentabilidad
importancia relativa de los diferentes
flujos de ingreso y egreso
potenciales problemas ambientales
Investigación: carencias de información
Escala de los Balances de Nutrientes
Macro-nivel: nación o continente
Meso-nivel: región, departamento o
distrito
Micro-nivel: establecimiento
Sistema de Producción:
Interpretación de los Balances de Nutrientes
• En el marco del conocimiento del ciclo del
nutriente en cuestión
• Relativo al stock existente
Stock Nutriente
Interpretación de los Balances de
Nutrientes Negativos según el Stock
A
Nutriente
no limitante
B
Nutriente
limitante
Tiempo
Nutriente
no limitante.
Aumentan
potenciales
problemas
ambientales
Nutriente
limitante
Limitaciones de los Balances de Nutrientes
Dado un nutriente todas las formas químicas del mismo
tienen el mismo valor. Stock total ≠ disponibilidad
agronómica
Diversidad y variabilidad de flujos, dificultades en su
cuantificación
Variabilidad en la cuantificación del stock presente
Definir claramente los limites del sistema
Balances “aparentes o parciales”: son válidos si no se
desconoce sus limitaciones
Balances: una aproximación. Existen diferencias
metodológicas
Especificidad del Balance de
Nutrientes en producción lechera:
los animales
Efecto de los Animales
Los animales en pastoreo tienen un efecto
dominante en el movimiento de los nutrientes en
el sistema suelo-planta-animal y por lo tanto en la
fertilidad de los suelos. Esto es debido a que los
animales utilizan solo una pequeña proporción de
los nutrientes que ingieren y 60 a 90 % de lo
ingerido es devuelto a la pastura via heces y
orina.
Fuente: Haynes & Williams (1993)
Destino del Nitrógeno consumido por
vacas lecheras en base a pasturas
Bosta
Orina
Leche
Carne
Fuente: During, 1984
Destino del Fósforo consumido por vacas
lecheras en base a pasturas
Bosta
Orina
Leche
Carne
Fuente: During, 1984
Destino del Potasio consumido por vacas
lecheras en base a pasturas
Bosta
Orina
Leche
Carne
Fuente: During, 1984
Excreción de Nutrientes
en Heces y Orina
Heces
Orina
N
+
+++
P
++++
K
+
Forma química
predominante
Urea
Dicálcico
+++
Iónico
Concentraciones típicas de N, P y K en orina y heces
vacunas y equivalente por hectárea del área cubierta
Concentración,
Equivalente,
(g/100ml,
kg/ha
g/100g)
Nitrógeno
1,0
1000
Potasio
0,9
900
Nitrógeno
2,6
1040
Fósforo
0,7
280
Potasio
1,0
400
ORINA
HECES
Obs: Heces (0.2 kgMS, 0.05 m2, 12 veces/día); Orina (2 litros, 0.20 m2, 10 veces/día)
Fuente: Haynes & Williams, 1993
Balance de Nutrientes
en producción lechera de
altos rendimientos
La producción de leche en Uruguay
2500
litros, millones
2000
Hectareas, miles
1500
1000
500
0
1995
Fuente: DIEA-MGAP
2000
2005
Años
2010
2015
Evolución de la productividad media de la
lechería en Uruguay
3000
litros/ha/año
2500
2000
1500
1000
500
0
1995
2000
2005
Año
Fuente: DIEA-MGAP
2010
2015
Características Generales del Establecimiento
Lechero – (25 % superior FUCREA)
Area Producción Lechera
Area Pradera
Area Verdeo Invierno
Area Verdeo Verano
Producción Leche
Producción Carne
Dotación
Producción Vaca Ordeñe
Consumo Pastura
Consumo reserva forrajera Predio
Consumo reserva forrajera extra-Predio
Consumo concentrado extra-Predio
Consumo Silo maíz
Fuente: Rodiño (2010), Fossatti (2010)
* = 7203 litros / ha VM
383 has
55 %
25 %
20 %
5383 litros/ha/año *
138 kg carne/ha/año
1.94 UG /ha
20,5 litros/dia
4203 kg MS/ha/año
0 kg MS/ha/año
0 kg MS/ha/año
1842 kg MS/ha/año
2172 kg MS/ha/año
Información necesaria para Balance N, P, K
Utilización reservas y concentrados
Fertilización Siembra (N, P, K)
Refertilización (N, P, K)
Horas
Horas de
vaca
la vaca
fuerafuera
área área
productiva
productiva
Deposiciones Atmosféricas N
Fijación Biológica Nitrógeno
Composición Leche (N, P, K)
Composición Carne (N, P, K)
Composición botánica pastura
Composición pastura (N, P, K)
Composición reservas, silo (N,P,K)
Excreción Orina y Heces
Pérdidas gaseosas (N) y lixiviación (N,P, K)
Nitrógeno
Ciclo del Nitrógeno bajo Pastoreo
Carne, Leche
Transferencia
Suplementos
Animal
FBN
Orina / heces
N2
Dep. Atm.
Gam + Leg
Rastrojo
raíces
N2
N2O
NH3
Fertilizante
aire
suelo
N
orgánico
min.
Biomasa
m.o.
+
NH4
inm.
-
NO3
Erosión
Lixiviación
Aproximación Balance Nitrógeno
kg N / ha / año
Ingresos
Fertilización
FBN
Conc. + Silo
22.0
49.5
34.2 + 25.4
Dep. Atm. Sub-total
7.8
138.9
Balance N
+ 14.4
Salidas
Leche
Carne
Deyecciones
fuera área
25.8
3.3
24.6
Gases
Fert. + Deyec.
28.8
Lixiviación
Fert. + Deyec.
Sub-total
41.9
124.5
Indicadores del ciclo del N en producción lechera
N-surplus (excedentario) en kg N/ha/año
kg N/ha/año ingresos – kg N/ha/año productos
138.9 – 25.9 – 3.3 = 109.7 kg N / ha/año
N Eficiencia en porcentaje
100 (Kg N/ha/año productos) / (kg N/ha/año ingresos)
100 (25.9 + 3.3) / 138.9 = 21 %
Distribución de las Entradas de N en
Lechería
Fertilizantes
FBN
Concentrados
Silo Maiz
Dep. Atm.
Distribución de las Salidas de N en
Lechería
Leche
Carne
Dey. Fuera
Gases
Lixiv.
Fuente: Ledgard et al (2009)
Fósforo
Aproximación Balance Fósforo
kg P2O5 / ha / año
Ingresos
Fertilización Concentrados
45.2
Silo
21.4
10.9
Sub-total
77.6
Salidas
Leche
Carne
Deyecciones
fuera área
Balance P2O5
Sub-total
+ 55.9
11.1
2.1
8.4
21.6
Distribución de las Entradas de Fósforo en
Lechería
Fertilizantes
Concentrados
Silo
Distribución de las Salidas de P en
Lechería
Leche
Carne
Dey. Fuera
Ciclo del Fósforo bajo Pastoreo
Reservas
Leche
Carne
transferencia
heces
Planta
Animal
Fertilizante
Suplementos
heces
residuos
aire
suelo
P
inorgánico
estable
P
solución
P inorgánico
disponible
Erosión
biomasa
microbiana
P orgánico
lábil
P
orgánico
estable
Dep.
Atm.
Potasio
Aproximación Balance Potasio
kg K / ha / año
Ingresos
Fertilización
Con. + Silo
0
10.7 + 18.8
Balance K
Dep. Atm. Sub-total
2.75
32.2
Salidas
Leche+Carne
7.6 + 0.21
Dey.
fuera área
18.3
Lix .
18.3
Sub-total
44.4
- 12.2
Distribución de las Entradas de K en
Lechería
Fertilizantes
Conc.
Silo
Dep. Atm.
Distribución de las Salidas de K en
Lechería
Leche
Carne
Dey. Fuera
Lix.
Ciclo del Potasio bajo Pastoreo
transferencia
Reservas
Fertilizante
Carne
Leche
Suplementos
Orina/heces
Planta
Animal
Orina / heces
Residuos
aire
suelo
K intercambiable
K fijado,
K estructural
Erosión
K solución
lixiviación
Biomasa
microbiana
Dep.
Atm.
¿ Perdida de Nutrientes por Erosión ?
Estimación de perdidas de nutrientes por erosión en un Brunosol
Eutrico de La Carolina en lechería de altos rendimientos
Rotación PPP VI VV con SD
Kg N /ha /año
Kg P /ha /año
Kg K /ha / año
6.0
0.92
5.8
Obs: USLE-RUSLE. 2.4 tt suelo/ha/año.
N = 0.25 %, P total = 388 mg P / kg, K total = 2400 mg K / kg.
No se considera la razón de enriquecimiento
Consideraciones finales para la lechería de
altos rendimientos
Los ingresos N en lechería son mas de 15 veces superiores que en el
CN. El balance es positivo pero hay perdidas importantes de N al
ambiente a partir de las deyecciones animales.
El balance de P es positivo pero hay que relativizarlo a la luz de su
dinámica en el suelo
Hay ingresos significativos de K vía concentrados y silo pero el balance
es moderadamente negativo.
En K las perdidas por el efecto animal son importantes
El Balance de Nutrientes no considera la fuerte heterogeneidad de la
distribución espacial de los nutrientes que introducen los animales.
¿ Cual es la realidad del Balance
de Nutrientes en los suelos de la
producción lechera de Uruguay ?
Calidad del Suelo en las Principales Aéreas de
Producción Lechera de Uruguay
Proyecto PDT-MEC
A. Morón……………...…....……….……… INIA La Estanzuela
J. Molfino………. … ……….....….…………Dir.Nal. Rec. Nat. Ren., MGAP
W. Ibañez………………………..….………… INIA La Estanzuela
J. Sawchik ……….………….....….…………INIA La Estanzuela
A. Califra ……………………....….……...…Dir.Nal. Rec. Nat. Ren., MGAP
E. Lazbal…………….…………….……..……Asoc. Nal. Prod. de Leche
A. La Manna …………………………..…….INIA La Estanzuela
E. Malcuori………………………..….………Conaprole
Colonia
R2
R1
San José
R1
R3
R5
Florida
R5
El Nitrógeno en la
Cuenca Lechera
POTENCIAL DE MINERALIZACION DE
NITROGENO
•
•
•
•
•
Incubación Anaeróbica
7 días
40 ºC
PMN = NH4f - NH4i
Información: N org.
fácilmente mineralizable
Estimaciones de la oferta de Nitrógeno del suelo y
la demanda de la Avena y RG Titán de
rendimentos medios y altos
800
700
kg N /ha
600
500
400
RG Titan Rend. Alto
300
Avena Rend. Alto
200
Avena Rend. Medio
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Porcentaje de Potreros
80
90 100
El Fósforo en la
Cuenca Lechera
Bray I mg P / kg
Distribución del Fósforo disponible en 165 potreros
en producción lechera en Colonia, San José y
Florida (0-15 cm)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Porcentaje de potreros
El Potasio en la
Cuenca Lechera
K intercambiable, meq K / 100 g
1,2
1,0
45 % ***
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Referencia
Potrero
Figura 5. Valores promedio de
potasio intercambiable en el suelo
en 166 potreros en produccion
lechera en las departamentos de
Colonia, San José y Florida
% Variación (potrero - referencia)
Variación del K intercambiable en 166 potreros en
producción lechera respecto de los suelos de
referencia en Colonia, San José y Florida (0-15 cm)
80
60
40
20
0
-20 0
-40
-60
-80
-100
10
20
30
40
50
60
70
Porcentaje de potreros
80
90 100
Productividad de las
pasturas en producción
lechera
Fuente: Fossatti (Fucrea), 2014
Fuente: Dillon et al, 2005
kg M. seca consumida /ha/año
Rendimiento de las pasturas en 28
predios lecheros CREA
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
25 % inferior
Fuente: Fossatti (Fucrea), 2010
Promedio
25 % superior
Rendimiento promedio y desvio estándar de 5
evaluaciones de Verdeos de Invierno (2009-2013)
y Verano (2005-2013)
kg Materia seca / ha
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
AVENA
RAIGRAS
Fuente: en base a Estanzuela Estanzuela
1095
284
INIA-INASE
RAIGRAS
INIA Titan
Sudangras
Estanzuela
Comiray (1ª)
F
Rendimiento promedio y desvio estándar de 5
evaluaciones de Gramineas Perennes (Festuca
Tacuabe, Dactylis Oberon) en 2009-2013
14000
kg Materia Seca / ha
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
1 año
Fuente: en base a
INIA-INASE
2 año
Festuca
Tacuabé
3 año
1 año
2 año
Dactylis
Oberon
3 año
Rendimiento promedio y desvio estándar de 5
evaluaciones de Leguminosas forrajeras (2009-2013)
16000
kg Materia seca / ha
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
1 año 2 año 1 año 2 año 1 año 2 año 1 año 2 año 3 año
Fuente: en base a
INIA-INASE
TB
Zapican
LC
San Gabriel
TR
AA
E 116
Chaná
kg M. seca consumida /ha/año
Comparacion de rendimientos de las pasturas en 28 predios
lecheros CREA vs promedio de una rotacion forajera (VI-P1P2-P3-VV) en base a informacion INIA-INASE
10000
9000
8000
7000
6000
5000
¿ variedades, epoca de
siembra, densidades,
utilización, fertilizantes?
4000
3000
2000
1000
0
25 % inferior
Promedio
25 % superior
Ejemplos de dosis promedios de fertilización utilizadas por el
Programa de Evaluación de Cultivares INIA-INASE y FUCREA
Verdeos
Invierno
Verdeos
Verano
Kg N/ha
Kg P2O5/ha
Evaluación
INIA-INASE
184
47
FUCREA
37
46
Evaluación
INIA-INASE
140
52
FUCREA
25
49
Fuente: INIA-INASE: Informes Sudangras 1 epoca (2014 , 2011 , 2010 ,
2006 , 2005). FUCREA: Fossatti, 2010
Calidad de Agua
Fuente: Decreto 375/11
(Unit 833:2008)
El proceso de Eutrofización
Un río, lago o un embalse sufren un proceso de eutrofización
cuando sus aguas se enriquecen en nutrientes (P, N, K, Mg, etc.).
Generalmente el proceso es gobernado por la concentración de
fósforo.
Esto resulta en un aumento de la producción primaria
(fotosíntesis). Aumenta la producción y disminuye la
biodiversidad. Proliferan las algas. Se impide la penetración de la
luz y en el fondo no hay fotosíntesis y por tanto producción de
oxígeno y el mismo se agota (anoxia). Se acumulan restos
orgánicos en proceso de descomposición en el fondo
El agua pierde transparencia, toma color verdoso, adquiere olor y
puede portar toxinas producidas por las algas. Alteración de
hábitat para peces, con muertes y desaparición de especies.
Contaminación por Algas
Cianobacterias, frecuentemente llamadas algas azul-verdes, solo son
un peligro cuando están presentes en gran numero (“floraciones”).
Las “floraciones” típicas ocurren en días calientes con luz y vientos
calmos (verano-otoño) en aguas de pH neutro o alcalino
contendiendo elevados niveles de fósforo inorgánico y nitrógeno.
Frecuentemente en las floraciones hay asociadas mas de una especie.
La toxina mas común es la microcystina (intracelular) que es una
hepátotoxina que provoca debilidad, letargia, diarrea, temblores y en
casos graves muerte en horas o días
Sensibilidad: caballos >> ovinos > vacunos
Problemas desde: 2,3 µg microcystina-LR/ litro ; 11500 cel/ml
Fuente: Australian & New Zealand Guidelines (2000)
Principales procesos generados por la actividad
agropecuaria que afectan la calidad del agua
Sedimentos
Actividades
Agropecuarias
escurrimiento Pesticidas
lixiviación
Estiércol/Orina
Fertilizantes
Rios
Arroyos
Lagunas
Aguas
profundas
Efecto de los Sedimentos
1) Colmatación de arroyos y ríos
2) Erosión proceso selectivo: + arcilla, + C
orgánico (materia orgánica)
Enturbian el agua y transportan fósforo, nitrógeno y
pesticidas .
Factores que Aumentan el Riesgo de
Erosión en Siembra Directa
Bajo nivel de rastrojos
Herbicidas sobre desagües naturales
Pendientes largas
“Barreras” que impiden entrar agua en
desagües o fajas empastadas
• Suelos con problemas de infiltración
• Rotaciones con alto porcentaje de tiempo
sin cultivos o pasturas creciendo
•
•
•
•
Estimación de pérdidas de suelo por
erosión – USLE/RUSLE
A=R.K.L.S.C.P
A = pérdidas de suelo
R = erosividad de la lluvia
K = erodabilidad del suelo
L = longitud pendiente
S = inclinación pendiente
C = factor uso y manejo
P = practicas mecánicas
Fertilizantes
Estiércol / Orina
Fuente: Ledgard et al , 2000
Río Santa Lucia
Basado en el Informe Final del
Proyecto DINAMA-JICA (2011)
Características de la Cuenca del Santa Lucía
Abastece de agua potable a 1.700.000 personas
13.310 km2, 324.00 habitantes urbanos en varias
ciudades y 65.000 habitantes rurales.
Importante red hídrica: Santa Lucía, Santa Lucia Chico,
San José, Canelón Grande y afluentes
Reservas importantes: Paso Severino y Canelón Grande
Actividad Agrícola-Ganadera: vacuna, lechería, ovina,
pollos, cerdos, fruticultura, horticultura, vitivinícola.
Actividad Industrial variada, se destacan frigoríficos y
lácteos
Calidad del Agua
Curso principal Río Santa Lucía
Período 2004 -2008
DINAMA – JICA
Estimaciones de los aportes de N y P al Río Santa Lucía
según tres métodos independientes
Kg N/ha/año
Kg P/ha/año
Coeficientes de
Exportación
7,4
0,7
Monitoreo
12,2
0,9
Empírico
10,6
1,3
Métodología
Estimaciones de los aportes de N y P al Río Santa Lucía
según método de los Coeficientes de Exportación
N
P
Total, kg/ha/año
7,43
0,69
% Fuentes Difusas
82
77
% Fuentes Puntuales
18
23
Observación: ganadería de carne y lechería aportan mas del 50 % de la
contribución de las Fuentes Difusas en N y P
Consideraciones finales
Existen conocimientos y herramientas disponibles para aumentar la
productividad de las pasturas.
Un manejo adecuado de la fertilidad de los suelos y el uso de los fertilizantes
pueden hacer una contribución muy importante para incrementar la producción
de las pasturas. Una herramienta: análisis de suelo y planta.
Existe un porcentaje significativo de productores que ya deben aumentar las
dosis de N y P utilizadas. En algunos casos deberán a comenzar a utilizar
fertilizantes que aporten K.
Sistemas de producción basados en gramíneas con muy altas dosis de nitrógeno
no son ambientalmente sostenibles.
Debe considerarse seriamente como compatibilizar el aumento de productividad
con un mínimo y aceptable impacto ambiental en suelo, agua y atmósfera. Una
herramienta: el Balance de Nutrientes.
¿ Que falta para hacer realidad
estos cambios ?