Carlos Vela¹, William Carrasco², Carlos Gómez¹
¹Universidad Nacional Agraria La Molina, Grupo cambio climático y Ganaderia
²Instituto Nacional de Innovación Agraria, Cajamarca
Nitrógeno en un sistema pastoril
Un sistema es un conjunto de componentes que están organizados para un determinado propósito. Por lo tanto, un sistema pastoril sería todos los componentes que están asociados al pastoreo (propósito), como el componente suelo, planta y animal. Cada uno de estos elementos, constantemente interactúan entre sí, ¿Qué quiere decir esto? La pastura (planta) depende del estado nutricional del suelo, un suelo pobre en nutrientes o en estado degradación (suelo poco productivo, en erosión, etc.), afectará en el crecimiento y producción de hojas. Esto es semejante para el caso de forrajes. Como consecuencia, el animal (bovinos u otra especie de rumiantes) tendrá poco alimento, reduciendo su producción lechera, así como ganancia de peso.
El nitrógeno (N) se puede fijar e incorporar al suelo y al agua mediante la acción de las descargas eléctricas de los rayos, la acción simbiótica de las bacterias fijadoras y la incorporación de nitrógeno por la descomposición de la materia orgánica (residuos de plantas, animales muertos, excretas de animales en pastoreo y por la aplicación de fertilizantes nitrogenados al suelo (Vieira, 2017).
El N forma parte de los compuestos orgánicos del suelo y alrededor del 98% se encuentra en forma orgánica. El contenido total de N en la capa superficial (0 a 20 cm) del suelo está entre 0,05 y 0,5%, lo que equivale a 1000 y 10000 kg/ha de N respectivamente (Campos, 2004). El N que entra al sistema es utilizado por las pasturas o forrajes, para su crecimiento, formación de hojas, estructura de la clorofila, etc. Los animales en pastoreo a través de su metabolismo transforman el N contenido en el forraje consumido, de esta forma el N sale del sistema a través de los productos generados como carne, leche y otros (cuero, lana en caso de ovinos, etc.).
La aplicación de fertilizantes nitrogenados al sistema, sin considerar los requerimientos de la planta, N disponible en el suelo, y características físicas del suelo, puede ser perdido de diversas formas y cantidades a medida que ingresa y cambia entre los sistemas de cultivo y ganadería (Leip et al., 2015). A nivel mundial, alrededor del 50 % del N de los fertilizantes y de la excreta de animales en pastoreo (estiércol y orina) se pierde en el aire, mediante la emisión de amoníaco (NH3) y óxido nitroso (N2O), o lixiviación de nitratos (NO3-) hacia las aguas subterráneas y posteriormente a los ríos y otras fuentes de agua (Coskun et al., 2017).
Estrategias para aumentar la eficiencia del uso del N en el sistema pastoril
Desde hace varias décadas se han buscado estrategias para minimizar los efectos causados por la nitrificación (proceso que transforma el amonio “NH4+” en nitrato “NO3”) excesiva del suelo. Las estrategias existentes, tienen como fin aumentar la eficiencia del N que entra al sistema, reduciendo en lo posible el exceso de nitrato en el suelo, debido a que dicho elemento es el precursor para la formación del N2O a través
del proceso de desnitrificación (proceso que transforma el NO3- en N2O). Hay varias formas de controlar este proceso, desde el uso de inhibidores biológicos y sintéticos, y el uso de prácticas de manejo (corrección del pH del suelo, cambio de la estructura del suelo, uso de cultivos de cobertura, etc.) las cuales describimos brevemente:
Uso de inhibidores de la nitrificación: los inhibidores de la nitrificación retardan la conversión microbiana del nitrógeno amónico en nitrógeno nítrico, lo que reduce el riesgo de pérdida de nitrógeno por lixiviación o desnitrificación, lo que aumenta la eficiencia del uso de nitrógeno de los fertilizantes. La naturaleza de los inhibidores de la nitrificación puede ser sintética (mediante el uso de productos químicos) o biológica (sustancias extraídas de las plantas, como exudados de raíces, aceites, etc.; Norton & Ouyang, 2019).
Prácticas de manejo: la mayoría de los fertilizantes nitrogenados aplicados al suelo se encuentran en forma amoniacal, incluyendo la urea (57%) la cual está sujeta a procesos de nitrificación luego de su aplicación. Actualmente hay muchas tecnologías disponibles para reducir la nitrificación, las emisiones de gases de efecto invernadero y las pérdidas de nitrógeno, lo que quizás sea un incentivo que algunos agricultores deberían adoptar (Robertson et al., 2013). Por ejemplo, la fertilización nitrogenada puede ser aplicada de
forma fraccionada de acuerdo al consumo de planta considerando cada etapa fisiológica (crecimiento y floración; Ábalos et al., 2019). El nitrógeno se vuelve más eficiente si es aplicado durante el período de crecimiento, antes del momento de máxima tasa de absorción de la planta, en comparación con antes de plantar el cultivo (Sawyer et al.,
2006). Fertilizantes nitrogenados de liberación lenta: los fertilizantes de liberación lenta o controlada se utilizan para ajustar mejor la liberación de nutrientes y la utilización y demanda de la planta.
Por ejemplo, la urea es altamente soluble y los recubrimientos se usan para retrasar su liberación en el suelo y limitar su solubilidad y retrasar la hidrólisis y la nitrificación de la urea. Los recubrimientos utilizados en la urea están formados por polímeros orgánicos y recubrimientos inorgánicos como el azufre, entre otros (Naz & Sulaiman, 2016). Esto
no está aun disponible en el Perú.
Uso de plantas de cobertura: usar cultivos de cobertura son útiles porque permiten “equilibrar” la relación C:N (se refiere al contenido de carbono y nitrógeno de la planta) del cultivo de cobertura, lo que aumenta la probabilidad de que el nitrógeno esté disponible en el momento de mayor demanda de cultivos. En las mezclas de cultivos de cobertura, la acumulación potencial de nitrógeno y la posterior liberación dependen de la composición de especies.
Una mezcla en la que dominan las gramíneas como el ryegrass (Lolium multiflorum) tendrá una relación C:N más alta (mayor contenido de carbono) que una mezcla en la que dominan las leguminosas como la vicia (Vicia sativa). Una mezcla de cultivos de cobertura con una relación C:N moderada de aproximadamente 25:1 logra un equilibrio entre la prevención de la pérdida de nitrógeno y la inmovilización del nitrógeno del suelo a largo plazo.
Utilización de isótopos para contribuir a la mejora de la utilización del nitrógeno en pasturas El N tiene dos isótopos estables, 14N (ligero, con una abundancia del 98% en la atmosfera) y 15N (pesado, con una abundancia de 0.3663%). La composición de nitrógeno isotópico de una muestra (p. ej., tejido biológico) se expresa convencionalmente mediante la notación δ (δ15N), que denota la proporción de isótopos pesados a ligeros (15N/14N) en una muestra en relación con un estándar internacional. El N15 (15N) se utiliza para determinar la eficiencia del uso de fertilizantes nitrogenados en producción de cultivos para la ganadería, mediante el uso de fertilizantes marcados con el isótopo 15N, siendo la urea marcada la más utilizada, para este propósito. El N15, también es utilizado, para cuantificar la cantidad de N que las pasturas pueden adquirir de la atmósfera a través de un proceso conocido como fijación biológica de nitrógeno, desarrollado especialmente por plantas de la familia de las leguminosas. Esta última técnica es conocida como abundancia natural de N15, que es un método que usa la concentración del 15N (0.3663%) en el N2 atmosférico y el N del suelo. Así que el N del suelo tiene más abundancia de 15N que el N2 atmosférico, se espera que plantas no-fijadoras de N, cuya fuente primaria de este elemento es el suelo, deberían tener más 15N que plantas fijadoras que toman el N2 de la atmósfera y del suelo (Valles de la Mora & Cadisch, 2010).
En cooperación con el Organismo Internacional de Energía Atómica (IAEA, por sus siglas en inglés) en el marco del proyecto: Mejora de la producción de pastos a través del mejor manejo de los nutrientes del suelo para promover la producción ganadera sostenible, se trabaja ahora en el Instituto Nacional de Innovación Agraria-INIA, Baños del Inca, sede Cajamarca, sobre el uso de técnicas isotópicas (15N) para medir la eficiencia del uso de fertilizantes y la fijación biológica de N, en cultivos de vicia (Vicia sativa) asociado con avena (Avena sativa).
El experimento ya ha sido instalado satisfactoriamente. Al finalizar del ensayo se obtendrá información sobre: cantidad de N fijado (kg N/ ha) por vicia como monocultivo y en asociación con la avena sin aplicación de N. Esta información, de implementarse, reduciría los costos de producción del sistema y aumentaría su rentabilidad y sustentabilidad al reducir su impacto ambiental. Además, se implementará ensayo con ryegrass en asociación con trébol en la misma estación experimental utilizando técnicas de N15 para evaluar la dosis más adecuada de fertilizante nitrogenado para la máxima eficiencia agronómica de producción acompañado de la curva de respuesta al fertilizante.
Rol del análisis de suelo para contribuir a mejorar eficiencia de fertilización nitrogenada La evaluación de la calidad de los suelos viene a ser una herramienta fundamental que nos permite determinar la sustentabilidad de las prácticas de manejo de los diferentes cultivos (pasturas como un sustento de alimentación de rumiantes de bajo costo), tanto a corto como a mediano y a largo plazo.
A nivel nacional se cuenta con varios laboratorios que pueden realizar análisis de suelos. Recientemente el INIA ha implementado una red de laboratorios en 10 regiones del país bajo la norma técnica Peruana ISO y S 17025 del año 2017.
Consideración final
El nitrógeno ingresa al sistema pastoril de varias formas, sale a través de productos de origen animal como carne, leche, cuero, entre otros. Inadecuadas prácticas de manejo, altas dosis de fertilizantes nitrogenados alteran el proceso de transformación del nitrógeno, aumentando excesivamente la concentración de nitrato y trayendo problemas de contaminación del suelo, agua y atmósfera.
Las técnicas isotópicas, representan una alternativa para estudiar el destino del nitrógeno en los sistemas ganaderos, así de esta manera formular estrategias que nos ayuden a mejorar su eficiencia.
Fuentes consultadas:
Abalos, D., van Groenigen, J. W., Philippot, L., Lubbers, I. M., & De Deyn, G. B. (2019). Plant trait‐based approaches to improve nitrogen cycling in agroecosystems. Journal of Applied Ecology, 56(11), 2454-2466. Campos, A.X. Fertilização com sulfato de amônio na cultura do milho em um solo de cerrado de Brasília sob pastagem de Brachiaria decumbens. Teses de doutorado., Universidade de São Paulo, 2004. Coskun, D., Britto, D. T., Shi, W., & Kronzucker, H. J. (2017).
Nitrogen transformations in modern agriculture and the role of biological nitrification inhibition. Nature Plants, 3(6), 1-10. Leip, A., Billen, G., Garnier, J., Grizzetti, B., Lassaletta, L., Reis, S., … & Westhoek, H. (2015). Impacts of European livestock production: nitrogen, sulphur, phosphorus and greenhouse gas emissions, landuse,
water eutrophication and biodiversity. Environmental Research Letters, 10(11), 115004.
Naz, M. Y., Sulaiman, S. A. Slow release coating remedy for nitrogen loss from conventional urea: a review.
Journal of Controlled Release, v.225, p.109-120. 2016. Norton, J. M., Ouyang, Y. Controls
and adaptive management of nitrification in agricultural soils. Frontiers in microbiology, v.10, p 1-18. 2019. Robertson, G. P., Bruulsema, T. W., Gehl, R. J., Kanter, D., Mauzerall, D. L., Rotz, C. A., et al. Nitrogen– climate interactions in US agriculture. Biogeochemistry, v.114, p.41–70. 2013. Sawyer, J., Nafziger, E., Randall, G.,
Bundy, L., Rehm, G., and Joern, B. Concepts and Rationale for Regional Nitrogen Rate Guidelines for Corn. Ames, IA: Iowa State University- University Extension. 2006.
Valles de la Mora, B., & Cadisch, G. (2010). Determinación de la fijación biológica de N2 usando la técnica de abundancia natural del N15 en tres ecotipos de cacahuate forrajero.
Revista mexicana de ciencias pecuarias, 1(2), 99-114. Vieira, R.F. Ciclo do nitrogênio em
sistemas agrícolas. Embrapa Meio Ambiente-Livro científico (ALICE), In: Moreira, F. M. S.; Siqueira, J. O. Microbiologia e bioquímica do solo. 2. ed. Lavras: Universidade Federal de Lavras, 2006. 729 p. 2017.
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