Dinámica del ciclo de nitrógeno en fertilización de maíz
17 abril 2017 - 13:00
El nitrógeno (N) es un componente esencial de los aminoácidos que a su vez forman las proteínas. Este nutriente constituye el 17% de una molécula de proteína. En consecuencia, la concentración de las proteínas en las plantas depende de la cantidad de nitrógeno disponible.
El suplemento de N está determinado por la cantidad aprovechable por la planta durante el ciclo de cultivo, el N liberado a través de la mineralización de la materia orgánica y, el aplicado a través de los fertilizantes químicos y orgánicos.
Para obtener adecuados rendimientos y de una calidad aceptable, lo más importante es que la planta disponga de N durante todo el ciclo de producción, independientemente de la fuente (ureica, nítrica o amoniacal) (Ramos y Aguilar, 2015).
En la siguiente figura se representa la dinámica en el suelo del ciclo del nitrógeno y su importancia en la fertilización del mismo.
Dinámica en el suelo del ciclo del nitrógeno cuando se aplican fertilizantes químicos de síntesis y su efecto sobre la fertilidad. (Fuente: www.yara.com)
A continuación se describen los elementos que integran el ciclo del nitrógeno.
1.- Aplicación de fertilizantes químicos de síntesis y su incorporación al suelo: Pueden contener amonio (NH4+), nitrato (NO3-) o urea (CO(NH2)2).
2.- Absorción del nitrato por las raíces de las plantas: Es más rápida debido a su gran movilidad. Navarro y Navarro (2008) establecen que en la mayoría de los suelos cultivados, las plantas superiores absorben el nitrógeno del suelo fundamentalmente en forma de nitrato. Esta preferencia es comprensible si se tiene en cuenta, aparte de la reacción, el poder adsorbente del suelo. Los coloides pueden fijar ampliamente los iones amonio, mientras los nitrato conservan una completa movilidad. Esto trae como consecuencia una menor utilización del nitrógeno amoniacal y una mayor posibilidad de absorción del nitrógeno nítrico, salvo, como es lógico, en suelos muy húmedos, en los que suele haber pérdidas importantes de nitratos por lixiviación.
Por otra parte, hay que tener en cuenta que en los suelos agrícolas, los iones amonio añadidos se oxidan rápidamente a nitratos y, por tanto, siempre será ésta la forma presente en mayor proporción en la disolución del suelo.
3.- Absorción de amonio: La absorción del amonio por las plantas es más baja debido a su inmovilización por las arcillas del suelo (adsorción).
4.- Nitrificación: Es la conversión del amonio en nitrato, la cual puede ocurrir en pocos días o semanas. Como consecuencia de este proceso, puede liberarse a la atmósfera óxido nitroso (N2O) y óxido nítrico (NO), habiendo pérdidas de N que pudiera asimilar la planta para el desarrollo de sus funciones metabólicas3.
5.- Denitrificación: Castellanos, Uvalle y Aguilar (2000) señalan que la denitrificación es un proceso de pérdida gaseosa de nitrógeno que se favorece en condiciones de falta de oxígeno. Los microorganismos utilizan al ion nitrato como aceptor de electrones y lo reducen a óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO) y gas nitrógeno (N2). En esta forma se escapa a la atmósfera y se pierde el nitrógeno que debía asimilar la planta. Las pérdidas de N por esta vía son más altas en suelos con alto contenido de arcilla, particularmente si tiene problemas de permeabilidad, compactación o alto contenido de sodio en la fase de intercambio. Los microorganismos responsables de la denitrificación son especies bacterianas heterótrofas del género Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus y Achromobacter, y autótrofas del género Thiobacillus (Navarro y Navarro, 2008).
6.- Inmovilización y mineralización: La inmovilización se presenta cuando el nitrógeno mineral es transformado a nitrógeno orgánico por la acción de los microorganismos del suelo y ocurre como resultado de la alta relación C/N de los residuos que se incorporan al suelo (Castellanos, Uvalle y Aguilar, 2000). La actividad de los microorganismos es estimulada por la presencia de amonio en el suelo . La inmovilización es una competencia entre la planta y los microorganismos del suelo por las reservas de N mineral. La mineralización es el proceso de transformación de N-orgánico a N-mineral e involucra a su vez dos subprocesos: amonificación, que es la transformación de N-orgánico a N-amoniacal y, nitrificación, que es la transformación de N-amoniacal a N-nítrico (Castellanos, Uvalle y Aguilar, 2000).
7.- Hidrólisis de la urea: La urea es descompuesta por la enzima ureasa o químicamente hidrolizada a amoniaco (NH3) y CO2, los cuales son liberados a la atmósfera, habiendo pérdida de nitrógeno. Dependiendo de la temperatura, la hidrólisis de la urea puede llevarse a cabo en un día o una semana. El pH del suelo alrededor de los gránulos de urea se incrementa durante este proceso favoreciendo la volatilización del amoniaco3, . En el paso de amonificación, el amoniaco es convertido mediante bacterias amonificantes en el ion amonio (NH4+). En el siguiente paso el amonio es convertido mediante bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) en nitrato (nitrificación). De forma abreviada podemos esquematizar la transformación de la urea a nitrato de la siguiente forma:
9.- Lixiviación del nitrato. Ocurre principalmente cuando la precipitación es abundante o las láminas de riego son excesivas y arrastran el nitrato mineral por debajo de la zona radicular. Una adecuada fertilización previene la lixiviación del nitrato durante la etapa del crecimiento. Esta es la principal forma de pérdida de N en la agricultura (Castellanos, Uvalle y Aguilar, 2000).
CONCLUSIONES
El N-nítrico es muy móvil a lo largo del perfil del suelo. La conversión de N-amoniacal a N-nítrico es muy rápida, a veces dificultada por el exceso de humedad. Las condiciones que favorecen la conversión son:
1) Presencia de bacterias nitrificantes,
2) Temperatura superior a los 20°C,
3) pH entre 5.5 y 7.5 y
4) Presencia de oxígeno y humedad.
En cuanto a la forma ureica, la velocidad de absorción por las raíces de la planta está influenciada por las condiciones del medio, que facilitan que la urea se oxide más o menos rápido a la forma nítrica.
Es muy recomendable que la aplicación de nitrógeno se realice lo más fraccionada posible considerando las necesidades de las plantas en cada etapa fenológica del cultivo (establecimiento, desarrollo vegetativo, floración, fructificación y cosecha). De esta forma se tiene un mejor aprovechamiento del nitrógeno, evitando pérdidas por lixiviación y volatilización.
En las etapas de floración y maduración de frutos (etapa reproductiva), se debe disminuir la dosis de nitrógeno para evitar que la planta desarrolle sólo vegetativamente y que los frutos sean de mala calidad.
Se debe estar monitoreando permanentemente el contenido de nitratos de las aguas de riego provenientes de los mantos freáticos y de aguas superficiales.
Dependiendo de las condiciones del suelo, del clima, del cultivo y de la etapa fenológica de la planta, es recomendable utilizar primero fertilizantes que contengan N-nítrico y posteriormente, emplear fertilizantes con N-amoniacal. Para la fertilización de cultivos de cobertura total (cultivos forrajeros), se recomienda el uso de urea con un bajo porcentaje de biuret (<2%).