BALANCE DE FÓSFORO

La disponibilidad de nutrientes durante el ciclo del cultivo, principalmente de nitrógeno, fósforo (P), azufre y potasio, afecta los procesos que regulan el crecimiento, la generación de rendimiento y la calidad de los cultivos de grano. Los nutrientes tienen influencia directa sobre diversos procesos fisiológicos y bioquímicos de las plantas.

El P es un macronutriente fundamental para la vida, es poco móvil, de baja solubilidad y de baja concentración en la solución del suelo. Interviene en la transferencia metabólica de energía vía el ATP, forma parte de los ácidos nucleicos, interviene en la división celular, forma fosfoazúcares, participa en la síntesis de proteínas celulares y en la génesis de almidón, interviene en el desarrollo de tejidos meristemáticos y reproductivos, etc.

Figura 1: Ciclo del P

El ciclo del P en el suelo (Figura 1) es un sistema dinámico entre suelo-planta-microorganismos. El P del suelo se encuentra integrado básicamente por dos compartimentos: el P inorgánico y el orgánico. Dentro de la fracción inorgánica, el P constituye ortofosfatos, que pueden presentar diferente grado de solubilidad. El fosfato que se encuentra en la solución puede fijarse y precipitar, estando involucrados mecanismos de: adsorción física, adsorción química, sustitución de aniones fosfato o precipitaciones por cristales de fosfato de Ca o sobre otro mineral. Por otro lado, el P insoluble puede pasar a la solución por intercambio iónico (P lábil) y solubilizarse según el pH del medio. El “pool” de P orgánico se encuentra formando parte de la materia orgánica como fitatos, ácidos nucleicos y fosfolípidos. Aunque el P orgánico es sumamente estable, una porción del mismo (más lábil) puede ser mineralizada constituyendo una fuente de este nutriente para el cultivo, el cual debería considerarse al momento de decidir la aplicación de un fertilizante.

Para realizar adecuados balances de P en los sistemas de producción es necesario conocer los destinos del P agregado al suelo en fracciones orgánicas e inorgánicas de distinta labilidad.

Hedley et al. (1982) propusieron un método para determinar las distintas fracciones que componen al P total. Este se basa en el uso secuencial de soluciones extractoras cada vez más fuertes que remueven fracciones de P, que se suponen tienen distinta disponibilidad para las plantas. El P extractable con la membrana de intercambio aniónica (P-MIA) es una medida del P soluble y fácilmente desorbible del suelo. El NaHCO3 extrae el P inorgánico débilmente adsorbido por compuestos cristalinos y el P orgánico fácilmente hidrolizable, que integra compuestos como ácido ribonucleico y glicerofosfato. El NaOH extrae el P inorgánico quimioadsorbido a los oxihidróxidos de Fe y Al, amorfos y algunos cristalinos, y el P orgánico asociado con compuestos húmicos y adsorbido al Fe y Al. El HCl libera el P inorgánico asociado a minerales como apatita u octocalcio. Luego de esta última extracción, se obtiene el P residual mediante digestión con H2SO4 a alta temperatura. Esta fracción está constituida por el P inorgánico y orgánico, que son químicamente muy estables e insolubles.

El problema del P en la fertilidad del suelo es caracterizado por tres aspectos. Primero, el nivel de P total en el suelo es bajo, usualmente no más que un décimo a un cuarto del contenido de N y una vigésima parte del contenido de K. El contenido de P de los suelos varía de 200 a 2000 kg ha-1 en los primeros 15 cm de suelo, con un promedio de 1000 kg ha-1

(aproximadamente 580 ppm). Segundo, la mayor parte de los compuestos del P comúnmente encontrados en el suelo son no disponibles para las plantas. Tercero, cuando fuentes de P soluble son agregadas al suelo, las mismas son fijadas y con el transcurso del tiempo se pueden volver insolubles dependiendo de las características físico-químicas de los suelos.

En sistemas naturales, esencialmente todo el P utilizado por las plantas retorna al suelo bajo la forma de residuos vegetales y animales. Por otro lado, en sistemas de producción agropecuaria, la pérdida de P más importante es el removido en la cosecha y en menor medida el perdido a través de procesos de erosión y escurrimientos, siendo mínimas las pérdidas por lavado. Conocer la magnitud de cada fracción del P del suelo es importante ya que el P disponible para las plantas y microorganismos, depende del reabastecimiento a partir de fracciones lábiles y del equilibrio de estas con otras fracciones menos lábiles.

La técnica de Balance permite medir la magnitud de este desequilibrio y estudiar hacia qué nueva condición evoluciona el sistema, cuantificando las entradas y salidas y analizando los factores que las regulan. Como en todo balance, es necesario definir los límites del sistema en el espacio y en el tiempo; identificar los componentes del balance, es decir los distintos términos; reconocer la importancia relativa de cada uno de ellos y las variables que los afectan, y contar con metodologías que permitan estimar al menos los componentes del balance más significativos.

Se pretende que los estudiantes logren:

identificar los principales componentes del balance de P para los sistemas agrícolas de la región pampeana,

aplicar la metodología del balance de P para determinar la dosis de P que no produzca cambios en el nivel de P del suelo.

Para alcanzar tales objetivos, es necesario que previamente tenga presentes los conocimientos básicos vinculados con esta temática adquiridos en las asignaturas Agrometeorología, Introducción a los Sistemas de Producción, Fisiología Vegetal, Edafología Agrícola y Génesis, Clasificación y Cartografía de Suelos.

Por otro lado se recomienda la lectura previa del siguiente material bibliográfico (Adjunto a esta guía):

Balance y Fertilidad Fosforada en Suelos Productivos de la Región Pampeana . Mabel. E. Vázquez. Informaciones Agronómicas del Cono Sur. Nº 16. Diciembre de 2002. INPOFOS.

2

Requerimientos nutricionales de los cultivos. Archivo agronómico Nº 3. Disponible en: http://www.ipni.net (Adjunto al Trabajo Práctico Nº 3).

Además se recomienda la siguiente bibliografía vinculada a la temática (disponible en biblioteca):

Fertilidad de Suelos y Fertilización de Cultivos. Echeverría, H.E. y García, F.O. (Eds.). 2005. Capítulo 5: Fósforo: García, F.O., Picone, L.I y Berardo, A. Ediciones INTA, Balcarce, Buenos Aires, Argentina.

Soil Fertility and Fertilizers. An Introduction to Nutrient Management. 7th edition. Havlin, J.L., Beaton, J.D., Tisdale, S.L. and Nelson, W.L. 2005. Chapter 5: Phosphorus. Pearson-Prentice Hall. Upper Saddle River, New Jersey. Estados Unidos de Norteamérica.

Hedley, MJ; JWB Stewart and BS Chauhan. 1982. Changes in organic and inorganic soil phosphorus fractions induced by cultivation practices and by laboratory incubations. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: 970-976.

Preguntas pre-requisito:

1) Enumere las funciones principales del P en las plantas.

2) ¿Cuál es el principal mecanismo de transporte de P hacia las raíces? ¿Qué factores lo afectan?

3) ¿Cuál es la relación C/P y N/P en el suelo?

4) ¿Cuales son los factores que afectan la disponibilidad de P para las plantas?

5) ¿De que depende el contenido de P total en el suelo? ¿Qué valores de P total hay en los suelos de la región pampeana?

6) ¿Cuáles son las fracciones del P total y que proporción representan cada una de ellas para Argiudoles del sudeste bonaerense y Hapludoles de la pampa arenosa? ¿Cuál de esas fracciones y a través de que procesos pueden abastecer P a la solución del suelo?

7) ¿En que rango de pH hay mayor disponibilidad de P para los cultivos? ¿Qué ocurre fuera de dicho rango para que disminuya la disponibilidad de P?

8) ¿Cómo afectan a la disponibilidad, la materia orgánica y la presencia de otros aniones? Explique brevemente.

9) ¿Cuáles son las entradas y salidas más importantes en el ciclo del P en un cultivo?

10) ¿Cuál es “el factor de requerimiento de P”? ¿y el “índice de cosecha” de P? ¿Cuál es la eficiencia de absorción de P del fertilizante en un año y la acumulada?

11)¿Qué fracciones del P en el suelo mide la metodología de Bray and Kurtz?

12)¿Qué entiende por residualidad de P? ¿Qué factores la afectan? ¿Por que el P a diferencia del N presenta residualidad?

Preguntas a resolver en clase

1. ¿Cuáles son los principales componentes del balance de P?

2. ¿Qué diferencias y/o semejanzas encuentra entre los componentes del balance de P y el de N y que implicancias tiene esto en el manejo de la fertilización de los cultivos?

3. En cultivos de trigo (5000 kg ha-1), maíz (9000 kg ha-1), girasol (3000 kg ha-1) y soja (3500 kg ha-1):

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a. ¿Qué cantidad de P es extraído por cada cultivo? ¿Cuánto exporta el grano y cuánto retorna al suelo con el rastrojo?

b. ¿Aproximadamente, con qué fertilización media anual de P por ha quedarían balanceadas las ganancias y las pérdidas, en un sistema donde los cultivos mencionados ocuparan igual proporción? Expréselo en kg ha-1 de P2O5, fosfato diamónico y fosfato monoamónico.

4. ¿Qué entiende por residualidad de P y que factores de suelo y de cultivo la afectan?

5. La secuencia de cultivos en un lote de un establecimiento del sudeste bonaerense es trigo/soja segunda-maíz-soja de primera. Los rendimientos de los cultivos son 5000/2000, 9000 y 3500 kg ha-1, respectivamente. El productor decide aplicar 150 kg ha-1 de P al inicio de la secuencia (cultivo de trigo) para todos los cultivos. Teniendo en cuenta el incremento de P-Bray (Figura 2) que produce cada unidad de P en exceso el extraído por el cultivo (balance con variación de P positiva), ¿cuál sería el nivel de P disponible (Bray and Kurtz) luego del último cultivo (soja de primera) si el contenido inicial de P-Bray fue de 10 mg kg -1? Considere el factor de requerimiento de P e índice de cosecha de P normales para los cultivos mencionados.

y = 0.15x - 1.34

R2 = 0.80

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-40 -20 0 20 40 60

Var

P-B

ray

(pp

m)

P aplicado menos P extraído (kg ha-1)

Figura 2: Cambios en el P disponible (P-Bray) como consecuencia de la diferencia entre exportación y reposición de P (Sainz Rozas y Echeverría, 2006).

6. En la Figura 3 se presentan resultados de un ensayo que se estableció en 1988 en el campo experimental de la EEA-INTA Balcarce, sobre un suelo Argiudol típico de textura superficial franca que presentó 36,6 g kg-1 de carbono orgánico, 5,8 pH (relación suelo:agua,1:2,5) y 10,3 mg kg–1 P-Bray. Se implantó un monocultivo de trigo, siguiendo el manejo convencional de la zona. Al iniciarse el ensayo se establecieron 3 dosis de fertilizante fosfatado como superfosfato triple: 1) dosis alta (176 kg P ha-1); 2) dosis baja (88 kg P ha-1) y 3) testigo (sin fósforo). Para eliminar las limitaciones por deficiencia de N, el trigo fue fertilizado anualmente con urea. Se recogieron muestras compuestas de suelo correspondientes al horizonte superficial (0-18 cm) a los ocho años de iniciado el ensayo, en 1996, previo a la siembra del cultivo de trigo

a. A partir de la información presentada en la Figura 3 ¿Por qué se mantienen los niveles de P-Bray en el testigo? En base a esto, ¿es posible inferir sobre el resultado del balance de P analizando sólo las variaciones de P-Bray en el corto plazo? ¿En los tratamientos fertilizados se obtiene el mismo comportamiento?

4

b. ¿Qué cree usted que ocurriría con el P extractable (disponible para los cultivos) si estos tratamientos se aplicaran en suelos pertenecientes al orden de los Aridisoles con alta presencia de CO3Ca, Andisoles y Oxisoles? Justifique.

c. Con la información presentada en la Tabla 1: calcule el P removido por el grano y el balance de P.

d. Calcule la eficiencia de recuperación de P en grano para los tratamientos 1 y 2. a los 7 años (complete Tabla 1).

e. En función de los resultados obtenidos, ¿cómo cree que es el valor residual del P para estos suelos?

f. Analizando los valores de P-Bray en la Figura 3 ¿Esperaría que se siga manifestando el efecto residual luego de los 7 años?

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Años desde la fertilización

P-B

ray

(mg

kg-1

)

0-P

88-P

176-P

Figura 3: Evolución del contenido de P-Bray para un monocultivo de trigo para diferentes aplicaciones iniciales de P (176 kg P ha-1; 88 kg P ha-1 y 0 kg P ha-1). Adaptado de Berardo et al. (1997).

7. En un suelo de Balcarce con un contenido de P-Bray inicial de 29 ppm, con una se secuencia de cultivos de: maíz (2001), soja de primera (2002) bajo siembra directa se aplicaron 60 kg P ha-1 (30 kg P ha-1 a cada cultivo). Previo a la siembra de un cultivo de trigo (2003) se realizó un muestreo de suelo de 0-20 cm en los tratamientos testigo (NS) y fertilizado con P (NPS) (Picone et al., 2007). Se realizó el procedimiento de extracción propuesto por Hedley et al. (1982) a las muestras extraídas de los tratamientos testigo y fertilizado. Los resultados son mostrados en la Tabla 2.

a. ¿Cuánto P, como porcentaje del aplicado, fue removido en el grano para el tratamiento fertilizado y cuánto habría quedado en el suelo? ¿A que atribuye la baja remoción de P del fertilizante en grano en el tratamiento NPS?

b. ¿Cuánto P se recuperó en las distintas fracciones del suelo en kg ha-1 y como porcentaje del P aplicado?

c. Si el contenido de P residual (luego de la extracción con HCl fue de 172 mg kg -1 para los tratamientos testigo y fertilizado, calcule el contenido de P total en mg kg-1

asumiendo un valor de densidad aparente de 1.15 Mg m-3. d. ¿Qué fracciones del P en el suelo se enriquecieron en mayor proporción debido a la

aplicación de P?; ¿qué significación tiene para los cultivos?

5

6

Tabla 1. Balance de fósforo para el monocultivo de trigo desde 1988 hasta 1996.

Tabla 2. Fracciones del P en el suelo evaluadas con la técnica de fraccionamiento desarrollada por Hedley et al. (1982).

Tratamiento P-MIA P-NaHCO3 P-NaOH P-HCl Premovidoen grano

Paplicado

Remociónneta de PPi Pi Po Pi Po Pi

-------------------------------------------------------------------------kg de P ha-

1---------------------------------------------------------------------------

NS 42.14 49.73 103.91 83.10 419.54 109.94 34 0 -

NPS 53.99 56.46 108.66 95.61 427.35 112.77 35 60 1

Δ 11.85 6.74 4.75 12.51 7.80 2.83 - - -

P-MIA: P-membrana intercambio aniónico, D= cambio debido a la fertilización con P, NS= nitrógeno + azufre, y NPS= nitrógeno + fósforo + azufre.

Tratamientos P aplicado Producción de grano

acumulada

Concentración promedio

de P en grano

P removido por el grano

Balance

-----kg ha-1---- ----------kg ha-1------- ----------------% P------------- ----kg ha–1---- ------kg ha-1---

1 176 34.030 0,33

2 88 32.031 0,29

3 0 25.638 0,25