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AGRO 6505 – Fertilidad de Suelos Avanzada

1 - Introducción a la fertilidad de suelos

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1 - Introducción a la fertilidad de suelos1-1 Introducción y perspectiva histórica

1-2 Concepto de factores limitantes

1-3 Seguridad alimentaria y sustentabilidad en el manejo de nutrientes

1-4 Concepto de 4-R para el manejo sustentable de nutrientes

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1-1.1 Introducción y trasfondo

“If we wanted to, we could grow crops on billiard balls. It’s just a matter of the economics.” - C.E. Kellogg. en C.A. Black, 1993.

C.A. Black. 1993. Soil fertility evaluation and control. Lewis Publishers. Boca Raton, FL.

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Fertilidad de Suelos (def.)

• Formal– La habilidad de un suelo (a través de la interacción

de las numerosas propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo) para proveer nutrimentos esenciales a una planta en crecimiento.

• ¿Cuánto, cómo, cuándo, dónde, porqué?

– Manejar la cantidad, fuente, localización, forma y tiempo de la aplicación de nutrientes y enmiendas al suelo para asegurar óptima fertilidad del suelo y producción de cultivos y minimizar el potencial de degradación ambiental, en particular el agua

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MejoresPracticasManejo de fertilizantes

5(Brulselma et al. 2008, Better Crops: 92(2): 13-15)

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La fertilidad de suelos tiene que ver con:

• Extracción y utilización de nutrientes por cosechas

• Curvas de respuesta

• Medición e interpretación de parámetros en suelos

• Procesos biológicos, químicos en suelos

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Extracción de N en componentes del ñame (A) y de N, P, Ca, Mg en toda la planta (B) (modificado de Irizarry et al., 1985)

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20

40

60

80

100

120

140

2 3 4 5 6 7 8 9Months after planting

Nitr

ogen

(kg

/ha)

Leaves - NVines - NTuber - N

020406080

100120140160180200220240260

2 3 4 5 6 7 8 9Months after planting

Nut

rien

t upt

ake

(kg/

ha)

NitrogenPotassiumCalciumMagnesium

A B

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• Curvas de respuesta• Eficiencia de utilización de

nutrientes

• Respuesta a la aplicación de nutrientes/enmiendas

• Analisis

– ANOVA

– Regresiones

– Modelos de ajuste

– Selección apropiado de tratamientos/sitios

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y también con:

• Medición e interpretación de parámetros en suelos – Físicos– Químicos– Biológicos

• Evaluación de procesos– Isotermas de adsorción de P– Mineralización/fijación/desnitrificación– 13C/12C turnover, 15N– Actividad enzimática– Otros...

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La Fertilidad de Suelos, es una subdisciplina:

• Centrada en suelos

• Que requiere de conocimientos de otras áreas (microbiología, hidrología, fisiología vegetal, química etc..)

• Orientada en el pasado principalmente optimizar rendimientos

• Ahora, ambiental, social, económico

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Por supuesto que la cantidad total recomendada no lo es todo porque:

• Teconología disponible para el agricultor

• Fuente de fertilizantes disponibles

• Frecuencia de aplicacion

• Momento de aplicación

• Epoca de aplicación

• Rentabilidad económica

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Objetivos de buenas prácticas de fertilización o de manejo de nutrimentos

• Maximizar producción

• Optimizar ganancia económica

• Producir una buena calidad de producto

• Utilizar mejor las reservas nutricionales del suelo

• Protejer o mejorar la calidad del suelo

• Considerar el impacto sobre los recursos naturales

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1-1.2 Perspectíva histórica

• Sociedades agrarias se han establecido en terrenos fértiles

• Civilizaciones han decaido en parte como resultado de la degradacion de los suelos y recursos asociados.

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1. Época antigua• 2500 AC Mesopotamia, escrituras que documentan la 

fertilidad de los suelos• 800 AC Odisea de Homero, uso de estiercol para mejorar 

viñedos• 300 AC Teofrasto, recomendó el uso abundante de estiércol 

en suelos con capa vegetal fina y poco estiércol en suelos con capa vegetal gruesa

• Agricultura Romana, Cato, Columella, Virgilio, copiaron y diseminaron las ideas ya desarrolladas por los griegos

2. Época medieval (500 a 1500 DC)• Pietro Crescenzi (ca. 1233‐1321), Opus Ruralium 

Commodorum, recopilación de prácticas agrícolas hasta la época, uso de compostas, estiercol, residuos de animales

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3. Renacimiento• Jan Baptiste van Helmont, agua único nutriente de plantas• Robert Boyle, plantas contienen, sales, espíritus, tierra y aceites• Glauber, KNO3 como fuente de crecimiento • Jethro Tull, cultivadora• Muchos otros

4. Periodo moderno (1800 ‐ 1890)• T. de Saussure ‐ efecto de aire (O2 y CO2) en las plants, origen de 

sales en plantas• Boussingault (1800‐1873) químico frances, padre de 

experimentos de campo ("field‐plot experiments")• Justus Von Liebeg (1803‐1873), Padre de la agricultura moderna, 

Ley del mínimo• Carl Sprengel (1787‐1859) agrónomo y químico, publicó gran 

parte de los trabajos que Liebeg luego utilizó como suyos

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• 1842, Reacción de hueso y A. sulfurico produce fertilizante soluble (Gilbert, 1842)

• Estación Experimental Rothamsted (1843)

– John Bennet Lawes y Joseph Henry Gilbert

• 1862, Morrill Act

– Creación del Dept. Agricultura EEUU

– Creacion de sistema universitario “Land Grant”

• 1887(8), Hatch Act

– Se asignan fondos federales para operar estaciones experimentales, EEA operan en conjunto con universidades "Land Grant"

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• Establecimiento de Rothamsted (1843)http://www.rothamsted.ac.uk/long-term-experiments-national-

capability/classical-experiments

Broadbalk y Parkgrass experiments son los mas famosos

• Morrow plots, (Illinois, 1876)

– http://agronomyday.cropsci.illinois.edu/2001/morrow-plots/

– http://cropsci.illinois.edu/research/morrow

• Cullars Rotation (Auburn University, 1911)

– http://www.ag.auburn.edu/agrn/cullars.htm

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5. Primera parte del siglo 20

• Síntesis de NH3 por Fritz Haber y Carl Bosch, proceso industrial en 1913

• 1910, Creación de Estación Experimental Agrícola Asociación de Productores de Azúcar de PR

– 1917, Estación Experimental Insular

– 1933, Transferida a la Univ. de P.R. (Hatch)

• Consultative Group on International Agricultural Research, CGIAR– Ej. 1943, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)

• 1935, Creación de USDA‐SCS 

• 1920 ‐ 1930, Síntesis comercial de KNO3, sulfato de amonio, NH3

• 1926, se establece Ochoa Fertilizer Corp. en San Juan

• 1929, se establece Abonos Super‐A

• 1948, Ochoa Fertilizer Corp se mueve a planta en Guánica

– 1967, sin‐numero de compras y ventas

6. Segunda parte del siglo 20

• 1945, post‐guerra incremento en el uso de fertilizantes químicos 

• 1968, EEA forma parte del CCA (UPRM)19

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Perspectivas futuras• Población mundial

• Distribución de económica

• Población malnutrida

• Capacidad de carga del planeta

• ¿A qué nivel de consumo, se pude sostener?

• Se discutirá mas sobre este tema...

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1-2. Concepto de factores limitantes

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1-2. Concepto de factores limitantes

Sprengel-Liebeg, Ley del Mínimo

1. Crecimiento de la planta está limitado por el factor (nutrimento) disponible al mas bajo nivel relativo.

2. Crecimiento (rendimiento) es proporcional al contenido nutricional suplido por el material orgánico

3. En un suelo con cantidades adecuadas de nutrimentos, el rendimiento no se puede aumentar añadiendo mayor cantidad de estos.

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Curvas de respuesta• Curvas de respuesta – son consecuencia de la interacción de

plantas con el ambiente a medida que uno de los factores varía sistematicamente.

• La respuesta es usualmente el rendimiento

• Enfasis en entender las relaciones entre la disponibilidad de nutrientes y rendimientos.

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1-2.2 Mitscherlich – Curva de incrementos decrecientes:

• El incremento de un factor casi nunca ocasiona una respuesta lineal. Se observa una curva de respuesta del tipo exponencial. El concepto es importante porque evalúa el crecimiento en base a algún factor y cuantifica la cantidad óptima con lo que se logran los mejores rendimientos agronómicos.

• La base matemática de estos enfoques son empleadas estadísticamente para el establecimiento de las dosis adecuadas de fertilización para los cultivos.

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Concepto matemático

y = A - A*10-c(x)

Log (A-Y) = Log A - cx

• y/x = (A - y)*C

• y = rendimiento obtenido después de que una cantidad de x haya sido suministrada

• x = incremento del factor de crecimiento

• A = rendimiento máximo posible que se obtiene suministrando todos los factores de crecimientos bajo condiciones óptimas.

• C = constante que depende del cultivo y de condiciones climáticas (afecta forma de la curva)

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Factores limitantes al crecimiento o rendimiento 1. Climáticos

• Temperatura – afecta fotosíntesis, transpiración, actividad enzimática, actividad microbiana, tasa de absorción de agua y nutrimentos.

• Radiación solar - duración del día, tasa de fotosíntesis, respiración, absorción activa de iones.

• Precipitación (humedad) - funciones metabólicas de la planta, actividad microbiana del suelo, movimiento y aborción de nutrientes

• Composición del aire - oxigeno, concentración de CO2, ozono

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2. Factores de cultivo

• Especie y variedad de cultivo aumento en vigor –

• Resistencia a enfermedades y estrés –

• Resistencia a enfermedades y plagas (insectos, enfermedades, yerbajos) –

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3. Factores del suelo

• Reacción del suelo (pH ) –

• Humedad del suelo -

• Disponibilidad de nutrimentos -

• Materia orgánica -

• Textura y estructura del suelo –

• Labranza, drenaje –

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4. Interacción entre los factores de crecimiento

• Interacción negativa – Respuesta al factor A y al factor B combinado es menor que cuando se aplica por separado

• Cero interacción – Respuesta al factor A y al factor B combinado es aditivo

• Positiva interacción – Respuesta al factor A y al factor B es mayor que la suma de los dos factores

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Ejemplos

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1-3 Seguridad alimentaria y sustentabilidad en el manejo de

nutrientes

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Rol de nutrientes en la produccion de cosechas

• Poblacion mundial: 7,031,565,543 (9 ago, 2012); 7,186,316,325 (18 ago, 2014)

• Δ+1%/año, principalmente en paises menos desarrollados

• 900+ millones mal-nutridos (el % ha disminuido)• Se necesitara un incremento en la produccion agricola

de enre 50 y 70% para el 2050 • Entre 20 y 30% mas area puede ser convertido a

terrenos agricolas• Capacidad de carga (personas/acre) 0.35 - 2.07• PR : 1.7 (area total), 8.5 (area agricola) • La intensificacion agricola requiere mayor uso de

nutrientes en la forma mas eficiente

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Incremento en rendimiento atribuible a la fertilizacion

(Stewart et al. 2005. Agron. J. 97:1-6)

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Reducción en rendimentos sin fertilizantes

36IPNI, 2008. Fertilizer contributions to crop yield. http://www.ipni.net/Heilig, G.K. (1999): ChinaFood. Can China Feed Itself?. http://www.iiasa.ac.at/Research/LUC/ChinaFood/data/tech/tech_6.htm

Grain yield and fertilizer use in China 1950 to 1993

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Relacion entre la producción agricola y consumo de fertiliazante: Brazil

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Source: FAO, 2004. Fertilizer use by crop in Brazil

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Riesgo de degradacion ambiental por exceso de nutrientes

• Deterioro de calidad de agua• Causa principal de degradacion de calidad de agua

en EEUU• Agricultura ha estado influencindo la calidad de agua

desde los 1900s y ha empeorado por la intensificacion de la agricultura

• Eutroficacion• Balance ecologico• Salud humana

• Flujos de gases de invernadero• N2O es cerca de 4-5% de la emision de todos los

gases de invernadero• Agricultura contribuye 76% del total y consumo de

fertilizante 18 % del total

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1-4 Concepto de 4-R para el manejo sustentable de nutrientes

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Resumen