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La importancia de la rotación de cultivos en la calidad del rastrojo

San Miguel Tlacamama, Oax.- La producción constante de un solo cultivo en un mismo terreno disminuye la capacidad productiva del suelo en el corto tiempo. De igual manera, en terrenos de ladera la capa fértil se pierde si no se implementan medidas de protección. ¿Qué medidas pueden ayudar a la conservación y la de fertilidad de los suelos en laderas para mantener una buena producción por mucho tiempo?

Hay algunas prácticas que aportan beneficios en la protección y fertilidad de los suelos. El rastrojo, por ejemplo, al dejarse sobre la superficie del suelo tiene la función de una capa protectora contra el efecto erosivo de la lluvia, conserva la humedad, brinda protección a los microorganismos y al descomponerse libera nutrimentos. Sin embargo, para lograr una buena salud del suelo —caracterizada por contener una gran diversidad de microorganismos, una buena estructura y producir buenos rendimientos—, es necesario conocer la cantidad y calidad adecuada del rastrojo.

La calidad del rastrojo está determinada en un primer momento por la relación carbono-nitrógeno (C:N), la cual puede tener un efecto significativo en la descomposición de los rastrojos, la cobertura del suelo y el ciclo de nutrimentos (predominantemente nitrógeno). 

¿Por qué es importante esta relación? Porque se trata de los dos elementos esenciales para la nutrición de cualquier organismo, pero su disponibilidad y proceso de degradación en el suelo es algo complejo. Si los residuos son ricos en carbono y pobres en nitrógeno, por ejemplo, la fermentación podría ser lenta y el carbono se podría perder en forma de CO2. O en el caso contrario, si las concentraciones de nitrógeno son altas este se podría transformar en amoníaco, afectando la adecuada actividad biológica.

Así, materiales como el rastrojo de maíz tienen una relación de carbono y nitrógeno (C:N) de 60 a 1 (60:1), en cambio, el follaje verde de leguminosas como el frijol mucuna tienen una relación de 15 a 1 (15:1). Esto significa que la descomposición de materiales ricos en carbono, como el rastrojo del maíz y otros cereales, será lenta, lo cual conlleva a una inmovilización del nitrógeno y para evitar que haya competencia por este elemento entre los microorganismos y la planta, será necesario la aportación de fertilizantes nitrogenados. 

Por el contrario, cuando se incorporan materiales ricos en nitrógeno, la descomposición será rápida, provocando la mineralización del nitrógeno. Lo ideal es lograr una relación de carbono y nitrógeno (C:N) de 30 a 1 (30:1), para que los microorganismos residentes puedan descomponer fácilmente los rastrojos y dejen nutrimentos para las plantas.

En terrenos de ladera, por la función múltiple del rastrojo, se requiere de materiales con una relación de carbono y nitrógeno (C:N) mayor de 30 a 1 (30:1), pues es esencial que esos rastrojos se descompongan para liberar los nutrimentos, formar la materia orgánica y mantener cubierto el suelo por alrededor de 60 días, mientras los cultivos establecidos producen cobertura viva.

En cuanto a la cantidad, es un factor que está en función del tipo de rastrojo (cultivo). Lo ideal es dejar el 100% de rastrojo para lograr la mayor cobertura del suelo; sin embargo, en muchas unidades de producción parte del rastrojo se destina para los animales. Para evitar competencia por los residuos entre el suelo y los animales, se puede optar por establecer cultivos forrajeros. 

Con los resultados de cuatro años de investigación en la plataforma de investigación San Miguel Tlacamama, en Oaxaca, se ha observado que no es suficiente dejar los residuos, sino también diversificar los cultivos. En la figura 1, por ejemplo, se muestra el comportamiento del rendimiento del maíz Tuxpeño amarillo, establecido en monocultivo continuo y en rotación con ajonjolí, calabaza y diferentes abonos verdes.  

Comparación del rendimiento de maíz
Figura 1. Comparación del rendimiento de maíz en grano en rotación vs monocultivo continuo, durante cuatro años de evaluación en La Catalina, San Miguel Tlacamama, Oax.

En los cuatro años de evaluación, el maíz en rotación supera el rendimiento del maíz en monocultivo, de igual manera se observa la disminución paulatina del rendimiento en el monocultivo. Se puede considerar que la rotación o el dejar rastrojos de diferentes cultivos favorecen la calidad del rastrojo, lo cual influye en el rendimiento. En síntesis, es importante poner atención a la calidad y cantidad de material dejado sobre el terreno, las asociaciones aportarán una cantidad mayor de biomasa y las rotaciones, calidad; sin olvidar que un ciclo del plan de rotación debe ser con una leguminosa.

Nota: esta texto forma parte de las ponencias impartidas durante el simposio Diálogos para una Agricultura Sustentable, desarrollado en noviembre de 2020 por el Hub Pacífico Sur del CIMMYT y que se puede ver completo aquí.



 

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Las prácticas de manejo del nitrógeno en el campo tienen repercusiones globales

La pequeña agricultora Sita Kumari con fertilizante en sus manos. (Foto: C. de Bode/CGIAR)
La pequeña agricultora Sita Kumari con fertilizante en sus manos. (Foto: C. de Bode/CGIAR)

Un equipo internacional de científicos ha fortalecido nuestra comprensión de cómo una mejor gestión de los fertilizantes podría ayudar a minimizar las emisiones de óxido nitroso (N2O) y, al mismo tiempo, lograr altos rendimientos de los cultivos en la nueva publicación: Metaestudio de rendimiento y resultados de óxido nitroso para la gestión del nitrógeno en la agricultura. Esta investigación se realizó mediante un metanálisis, donde se combinaron estadísticamente los resultados de múltiples estudios científicos.

Para satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos, los agricultores necesitan un suelo fértil. El nitrógeno, un elemento esencial en los fertilizantes para plantas, puede tener efectos extremadamente perjudiciales sobre el medio ambiente cuando no se maneja de manera efectiva. Numerosos estudios han confirmado que mejorar el uso de nitrógeno en la agricultura es clave para asegurar un futuro con seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental.

«La sociedad necesita estrategias matizadas basadas en enfoques de gestión de nutrientes personalizados que mantengan los balances de nitrógeno dentro de límites seguros», dijo Tai M Maaz, investigador de la Universidad de Hawái en Manoa y autor principal del estudio.

Cuando los agricultores aplican fertilizante nitrogenado a sus cultivos, normalmente solo el 30-40% es absorbido por la planta y el resto se pierde en el medio ambiente. Un subproducto es el óxido nitroso (N2O), uno de los gases de efecto invernadero más potentes de la atmósfera. La agricultura mundial es uno de los principales contribuyentes de las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente los derivados de las emisiones de óxido nitroso.

Aunque ahora se les dice a los agricultores que practiquen la reducción de la tasa de fertilizantes, o simplemente, que apliquen menos fertilizantes, hay casos en los que esa estrategia no es posible o no es aconsejable.

Predictores alternativos de emisiones

El estudio encontró que los indicadores de producción, como el balance de nitrógeno parcial (PNB), un indicador de la cantidad de nitrógeno propenso a la pérdida, y la productividad del factor parcial (PFP), una medida de la eficiencia del uso de insumos, predecían las emisiones de óxido nitroso y mejor que la tasa de aplicación sola. Esto significa que en algunos casos, donde la reducción de la tasa de nitrógeno no es posible, la emisión de óxido nitroso aún puede reducirse aumentando el rendimiento mediante la implementación de prácticas mejoradas de manejo de fertilizantes, como las «4R:» fuente, dosis, momento y lugar correctos.

Tek B Sapkota, científico del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y coautor del estudio, enfatizó que “la reducción de la tasa sigue siendo importante en los sistemas de cultivo donde el nivel actual de aplicación de nitrógeno es excesivamente alto. Pero, al comparar los sistemas con las mismas tasas de aplicación de nitrógeno, la emisión de óxido nitroso se puede reducir aumentando el rendimiento”.

“Las prácticas de gestión de nutrientes de las 4R deben adaptarse a regiones específicas para ayudar a cerrar las brechas de rendimiento y mantener la sostenibilidad ambiental: el escenario en el que todos ganan. El futuro requerirá que las instituciones públicas y privadas trabajen juntas para difundir dicha información de manejo de nutrientes para sistemas de cultivo específicos en geografías específicas”, dijo Sapkota, quien también es editor de revisión del sexto informe de evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC).

El artículo fue un esfuerzo de colaboración del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), la Universidad de Hawái, el Fondo de Defensa Ambiental, Nutrición Vegetal de Canadá y el Instituto Africano de Nutrición Vegetal. Fue financiado por el Programa de Investigación del CGIAR sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS).

Lea el estudio completo aquí.


 

PARA OBTENER MÁS INFORMACIÓN O PARA PROGRAMAR ENTREVISTAS, CONTACTE A:

Marcia MacNeil, Oficial de Comunicaciones, Gerente del Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT), CIMMYT. M.macneil@cgiar.org

Acerca del CIMMYT

El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo es el líder mundial en investigación de maíz, trigo y sistemas agrícolas asociados financiada con fondos públicos. Con sede cerca de la Ciudad de México, el CIMMYT trabaja con cientos de socios en todo el mundo en desarrollo para aumentar de manera sostenible la productividad de los sistemas de cultivo de maíz y trigo, mejorando así la seguridad alimentaria global y reduciendo la pobreza. El CIMMYT es miembro del Sistema CGIAR y dirige los Programas de Investigación de Maíz y Trigo del CGIAR y la Plataforma de Excelencia en Mejoramiento. El Centro cuenta con el apoyo de gobiernos nacionales, fundaciones, bancos de desarrollo y otros organismos públicos y privados.

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Sustituyen fertilizantes químicos con estiércol de bovino

San Pedro, Coah.- La Comarca Lagunera (Coahuila y Durango) es considerada la cuenca lechera más importante del norte de México, cuenta con alrededor de 450 mil cabezas de ganado bovino que demandan una alta cantidad de granos y forraje para su alimentación y que a su vez producen anualmente cerca de un millón de toneladas de estiércol. Con estas cifras, ¿cómo es posible hacer que en esta región la producción de forrajes sea sostenible?

La Agricultura de Conservación —sistema sustentable basado en el mínimo movimiento del suelo, la cobertura con rastrojo y la diversificación de cultivos— y el uso de residuos orgánicos (estiércol) como fuente de fertilización son una opción viable y mediata para implementarse en la Comarca Lagunera y lograr que producción de forrajes sea efectivamente sostenible. La aplicación de estiércol en tierras de cultivo proporciona un beneficio ecológico al depositar nutrientes como nitrógeno y fósforo en el suelo (el nitrógeno del estiércol se encuentra principalmente en forma de amoniaco y las plantas lo usan como nutriente).  

Para evaluar este sistema de labranza y compararlo con la labranza convencional de la región —basada en un continuo movimiento del suelo que favorece la erosión—, investigadores de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN) y del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) que colaboran en la plataforma de investigación San Pedro, Coahuila, establecieron un experimento con maíz forrajero antes de establecer el sistema de Agricultura de Conservación, evaluando dos sistemas de labranza (labranza reducida y labranza convencional) y dos fuentes de fertilización (inorgánica y estiércol) —el acondicionamiento en labranza reducida se preparo con rastreo doble y la labranza convencional se realizo subsuelo, barbecho y rastreo doble—.

En las parcelas con fertilización orgánica se aplicaron 90 toneladas por hectárea de estiércol bovino previo a la siembra de maíz (incorporándose al suelo con dos pasos de rastra). En las parcelas con fertilización química se aplicaron 300 kg de nitrógeno por hectárea (utilizando al sulfato de amonio como fuente). Luego de la cosecha, se evaluó el rendimiento de forraje.

Si bien la siembra de agricultura convencional y de labranza reducida con fertilización inorgánica dieron los mayores rendimientos de materia seca, los rendimientos con fertilización orgánica fueron aceptables para ambos sistemas. La literatura existente reporta que es posible aportar todo el requerimiento de nitrógeno para los cultivos con la aplicación de estiércol, lográndose rendimientos similares o mayores que con el uso de fertilizantes inorgánicos. Por lo que, en el caso del sistema de Agricultura de Conservación y fertilización con estiércol bovino, es necesario aplicaciones adicionales de fertilizantes inorgánicos durante los primeros tres años para ayudar a la liberación del nitrógeno contenido en los residuos de cosechas. 

La reducción de labranza es una necesidad para minimizar la erosión del suelo; sin embargo, se requiere la incorporación de materia orgánica para reducir la compactación. La aplicación de estiércol como fuente de nutrientes y como mejorador de suelo por la aportación de materia orgánica es una opción para el aprovechamiento de los residuos de la industria lechera en la Comarca Lagunera. Además, esto  ayuda a mitigar la contaminación por estos desechos. A pesar de que los rendimientos fueron menores que con las fuentes inorgánicas, la mineralización del estiércol es un proceso relativamente lento por lo que los mejores efectos se esperan a mediano y largo plazo.

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Un nuevo cultivo para Tlaxcala

La diversificación de cultivos es una práctica agrícola que además de tener beneficios agronómicos, permite encaminar a los productores a ingresar a nuevos mercados —como consecuencia de la obtención de nuevos productos—.

Bajo esta premisa, en el municipio de Tepetitla, Tlaxcala, el Hub de Valles Altos del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) ha fomentado entre pequeños productores la rotación de cultivos no tradicionales —para la zona—, como la lenteja (Lens culinaris), leguminosa que posee una gran cantidad de nutrientes, es una fuente de hierro  y aporta numerosos beneficios a la salud. 

Aparte de ser una fuente de valor nutritiva para el ser humano, la lenteja como leguminosa fija nitrógeno en el suelo a través de la simbiosis de unas bacterias (Rhizobium leguminosarum) que forman nódulos en las raíces de las plantas. Con el fin validar su adaptabilidad, desarrollo, susceptibilidad a enfermedades y, sobre todo, su rendimiento específico para Tepetitla, el equipo técnico del Hub Valles Altos entregó semilla de lenteja café al productor Isidro Hernández Mota, del comisariado ejidal del citado municipio.

La siembra de la lenteja se realizó en el área de extensión —espacio del productor donde implementa prácticas o tecnologías ya validadas, contanto con acompañamiento técnico— denominada “Zona de salitre”, donde se cuenta con buenos suelos agrícolas debido a la rotación de cultivos de maíz, frijol, hortalizas y cultivos perennes como la alfalfa.

Aunque aún falta por conocer los resultados de la validación de este nuevo cultivo para la zona, la experiencia con la diversificación de cultivos para facilitar  el acceso a nuevos mercados en otras zonas es alentadora. 

Actualmente, el productor en cuyos terrenos se sembró la lenteja recibe acompañamiento técnico para obtener una germinación homogénea y resolver problemas en el funcionamiento y desarrollo de la planta para evitar mermas en la producción, así como pérdidas económicas al productor.

Cabe mencionar que la buena ubicación geográfica de la parcela y el acceso fácil a ella, permitirán tener un mayor impacto en el municipio y zonas aledañas. Además, facilitará realizar la difusión de la innovación con eventos demostrativos dirigidos a centros de investigación, institutos de estudios agropecuarios y productores de la región. 

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Sensores ópticos, aliados del medioambiente y del bolsillo

Sinaloa es el principal productor de maíz a nivel nacional; sin embargo, bajo condiciones intensivas, la agricultura del estado demanda una gran cantidad de insumos agrícolas (agroquímicos), predominantemente fertilizantes nitrogenados que contribuyen a la degradación ambiental por su uso excesivo, aumentan los costos de producción y ocasionan una disminución significativa de la rentabilidad. 

Las pérdidas de nutrientes de las plantas hacia el ambiente son preocupantes. Estas se originan a través de la lixiviación —proceso por el cual los nutrientes y minerales son arrastrados por el agua— hacia aguas subterráneas y las emisiones a la atmósfera. Además, los nutrientes aplicados a los cultivos y no utilizados constituyen una pérdida financiera para el agricultor y una considerable pérdida económica en el ámbito nacional.

Una de las alternativas para hacer más eficientes las adiciones de nitrógeno es el uso de sensores ópticos. Con ellos, se puede calcular el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés) —que es una estimación del “verdor” de las plantas, es decir, de su actividad fotosintética y su estado de nutrición— y así determinar el requerimiento de fertilizante nitrogenado más adecuado.

Si bien esta tecnología ya se trabaja en algunas zonas de Sinaloa, no hay referencia de la calibración de sensores específicamente para el Valle de Culiacán, de tal manera que mediante la colaboración de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS) y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en la plataforma de investigación de Culiacán —ubicada en los terrenos de la Facultad de Agronomía de la UAS— se trabaja para lograr este propósito. 

Recientemente en parcelas con distintas dosis de nitrógeno —de 0 hasta 350 kg por hectárea— e híbridos de maíz amarillo (DK 1050 y P3201) y blanco (DK 4050 y P 3289) —ocho tratamientos con tres repeticiones cada uno—, se tomaron lecturas con el sensor GreenSeeker® en distintas etapas de crecimiento de las plantas —desde V4 hasta la etapa reproductiva VT, o espigamiento—, se observó su población y su rendimiento.

El objetivo de este estudio es analizar todos los datos que surjan y elaborar un modelo matemático que permita generar recomendaciones de fertilización nitrogenada adecuadas y específicas para los agricultores del Valle de Culiacán. Aunque actualmente se plantea continuar con los ensayos para acumular más datos y desarrollar una mejor calibración del sensor óptico, el estudio ha arrojado datos de utilidad para los productores de la zona. 

Estadísticamente las dosis que oscilan entre los 250, 300 y 350 kilogramos de  nitrógeno por hectárea (kg N/ha) no presentaron diferencias significativas en el rendimiento de grano, aunque el tratamiento con 300 kg N/ha registró el mayor rendimiento en general para los cuatro híbridos evaluados —para el resto de los tratamientos se observaron diferencias significativas conforme disminuyó la dosis de nitrógeno—. 

Con relación al rendimiento de grano se observó que el maíz amarillo DK 1050 obtuvo el mayor rendimiento. Su comportanmiento fue estadísticamente significativo en la mayoría de los tratamientos con diferentes niveles de nitrógeno —incluso en los tratamientos con 0 y 50 Kg N/ha su rendimiento fue aceptable y superior al resto de los materiales (figura 1)—. No obstante, en términos generales, los híbridos amarillos y blancos presentaron comportamientos muy similares, esto significa que se pueden usar los sensores ópticos para lograr una mejor eficiencia en el uso del nitrógeno en ambos maíces sin necesidad de realizar un modelo matemático específico para cada uno.

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Figura 1. Rendimiento de grano obtenido en los diferentes tratamientos e híbridos evaluados

 

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Nutrient Expert reduce las emisiones, mejora el rendimiento de los cultivos y aumenta las ganancias de los agricultores

Un agricultor del distrito de Ara, en Bihar, India, aplica fertilizante NPK, compuesto principalmente de nitrógeno, fósforo y potasio. (Foto: Dakshinamurthy Vedachalam/CIMMYT)

Un equipo internacional de científicos, dirigido por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), ha demostrado cómo una mejor gestión de nutrientes mediante herramientas digitales, como la herramienta de apoyo a la toma de decisiones Nutrient Expert, puede impulsar la productividad del arroz y el trigo y aumentar los ingresos de los agricultores mientras reduce el uso de fertilizantes químicos y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los resultados, que se publicaron hoy en Nature Scientific Reports, muestran cómo la herramienta digital de gestión de nutrientes puede desempeñar un papel clave en la lucha contra el cambio climático al tiempo que cierra la brecha de rendimiento y aumenta las ganancias de los agricultores.

Los investigadores probaron la herramienta Nutrient Expert contra las prácticas típicas de fertilización de los agricultores utilizando aproximadamente 1600 ensayos comparativos en paralelo en campos de arroz y trigo en las llanuras indogangéticas de la India.

El estudio encontró que las recomendaciones basadas en la herramienta Nutrient Expert redujeron el potencial de calentamiento global en un 12-20% en el trigo y alrededor de un 2.5% en el arroz, en comparación con las prácticas de fertilización de los agricultores convencionales. Más del 80% de los agricultores también pudieron aumentar el rendimiento y los ingresos de sus cultivos con la herramienta.

La agricultura es el segundo mayor contribuyente de emisiones de gases de efecto invernadero en la India. Para hacer frente a estas emisiones, los científicos de cultivos han estado trabajando en nuevas formas de hacer que la agricultura sea más eficiente en nutrientes y energía. De las muchas tecnologías disponibles, mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes a través de la aplicación equilibrada de fertilizantes, que a su vez reduce la aplicación excesiva de fertilizantes, es clave para garantizar la seguridad alimentaria y, al mismo tiempo, contribuir a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU sobre el cambio climático.

El trabajo fue realizado por el CIMMYT en colaboración con agricultores y financiado por el Programa de Investigación del CGIAR en Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS), el Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT) y el Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR). Científicos del Instituto Borlaug de Asia del Sur (BISA), el Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI), la Alianza de Bioversity International y CIAT, y el Instituto Internacional de Nutrición Vegetal (IPNI) también contribuyeron a este estudio.

Los investigadores probaron la herramienta Nutrient Expert contra las prácticas de fertilización típicas de los agricultores utilizando aproximadamente 1600 pruebas comparativas en paralelo en campos de arroz y trigo en las llanuras indogangéticas de la India. (Gráficas: CIMMYT)

Recomendaciones precisas

Nutrient Expert, que se lanzó en 2013, trabaja analizando las condiciones de cultivo, los nutrientes naturales en el suelo e incluso los nutrientes sobrantes de cultivos anteriores para proporcionar recomendaciones de fertilizantes personalizadas directamente a los teléfonos de los agricultores. La herramienta también complementa las tarjetas de salud del suelo del Gobierno de la India para recomendaciones nutricionales equilibradas y precisas en los campos de los pequeños agricultores.

El campo de cada agricultor es diferente, por lo que las recomendaciones generales de fertilizantes no siempre son efectivas para producir mejores rendimientos. Mediante el uso de herramientas de gestión de nutrientes como Nutrient Expert, los agricultores pueden obtener recomendaciones de fertilizantes específicas para las condiciones de su campo, así como sus recursos económicos, y así evitar fertilizar en exceso o insuficientemente sus campos.

“Si bien la gestión eficiente de los nutrientes en las tierras de cultivo está ampliamente reconocida como una de las soluciones para hacer frente al desafío global de apoyar la seguridad alimentaria en una población mundial creciente, salvaguardando al mismo tiempo la salud planetaria, Nutrient Expert podría ser una herramienta importante para implementar dicha gestión eficiente de los nutrientes de forma digital en los sistemas de producción de los pequeños agricultores”, dijo Tek Sapkota, científico del CIMMYT y autor principal del estudio.

Sapkota también argumenta que la adopción de la herramienta Nutrient Expert en los sistemas de arroz-trigo de la India por sí sola podría proporcionar casi 14 millones de toneladas (Mt) de grano extra con 1.4 Mt menos de uso de fertilizantes nitrogenados, y una reducción de 5.3 Mt de emisiones de carbono (CO2) al año respecto a las prácticas actuales.

Sin embargo, la innovación tecnológica por sí sola no logrará estos resultados positivos.

“Dada la magnitud de las posibles implicaciones en términos de aumento del rendimiento, reducción del consumo de fertilizantes y emisiones de gases de efecto invernadero, los gobiernos deben ampliar la gestión de fertilizantes basada en expertos en nutrientes a través de políticas y acuerdos institucionales adecuados, especialmente para hacer un uso eficiente de los casi 200 millones de tarjetas de salud del suelo que se emitieron a los agricultores como parte de la misión de salud del suelo del Gobierno de la India”, dijo ML Jat, científico principal del CIMMYT y coautor del estudio.

Lea el estudio:
El manejo de nutrientes de cultivos con Nutrient Expert mejora el rendimiento, aumenta los ingresos de los agricultores y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero.

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El nitrógeno en la agricultura

El nitrógeno es el nutriente más importante en la producción de cultivos, pero también uno de los más difíciles de manejar. El compuesto es fundamental para la producción agrícola mundial —en particular para los principales cereales— pero si bien muchas partes del mundo no tienen suficientes recursos para lograr la seguridad alimentaria y nutricional, el exceso de nitrógeno de los fertilizantes se filtra al medio ambiente con consecuencias dañinas.

¿Qué es el nitrógeno?

Alrededor del 78% de la atmósfera de la Tierra está formada por nitrógeno gaseoso o N2 — una molécula formada por dos átomos de nitrógeno unidos por un enlace triple estable.

Aunque constituye una gran parte del aire que respiramos, la mayoría de los organismos vivos no pueden acceder a él de esta forma. El nitrógeno atmosférico debe pasar por un proceso natural llamado fijación de nitrógeno para transformarse antes de que pueda usarse para la nutrición de las plantas.

¿Por qué las plantas necesitan nitrógeno?

Tanto en las plantas como en los seres humanos, el nitrógeno se usa para producir aminoácidos, que producen las proteínas que construyen las células, y es uno de los componentes básicos del ADN. También es esencial para el crecimiento de las plantas porque es un componente importante de la clorofila, el compuesto por el cual las plantas usan la energía de la luz solar para producir azúcares a partir del agua y dióxido de carbono (fotosíntesis).

El ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es el proceso a través del cual el nitrógeno se mueve de la atmósfera a la tierra, a través de los suelos y se libera de nuevo a la atmósfera — convirtiéndose en sus formas orgánicas e inorgánicas.

Comienza con la fijación biológica del nitrógeno, que ocurre cuando las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en los nódulos de las raíces de las leguminosas convierten la materia orgánica en amonio y posteriormente en nitrato. Las plantas pueden absorber el nitrato del suelo y descomponerlo en el nitrógeno que necesitan, mientras que las bacterias desnitrificantes convierten el exceso de nitrato nuevamente en nitrógeno inorgánico que se libera a la atmósfera.

El proceso también puede comenzar con un rayo —el calor por el cual se rompen los triples enlaces del nitrógeno atmosférico— liberando sus átomos para que se combinen con el oxígeno y generen gas de óxido nitroso, que se disuelve en la lluvia como ácido nítrico y es absorbido por el suelo.

El exceso de nitrato o el que se pierde por lixiviación — en el que los nutrientes clave se disuelven debido a la lluvia o el riego, puede filtrarse y contaminar las corrientes de agua subterránea.

Un diagrama muestra el proceso a través del cual el nitrógeno se mueve de la atmósfera a la tierra, a través del suelo y se libera nuevamente a la atmósfera. (Gráfico: Nancy Valtierra/CIMMYT)

¿Qué pasa con los fertilizantes nitrogenados?

Durante miles de años, los seres humanos no tuvieron que preocuparse por el nitrógeno, pero a principios del siglo XX era evidente que la agricultura intensiva estaba agotando el nitrato en el suelo, lo que generó preocupaciones sobre el aumento de la población mundial y una posible crisis alimentaria.

En 1908, un químico alemán llamado Fritz Haber ideó un proceso para combinar nitrógeno atmosférico e hidrógeno bajo calor extremo y presión para crear amoníaco líquido — un fertilizante de nitrógeno sintético. Más tarde trabajó con el químico e ingeniero Carl Bosch para industrializar este proceso y hacerlo comercialmente disponible para los agricultores.

Una vez que se industrializó la producción, los fertilizantes nitrogenados sintéticos —utilizados en combinación con nuevas variedades de semillas de alto rendimiento— ayudaron a impulsar la Revolución Verde e impulsar significativamente la producción agrícola mundial desde finales de la década de 1960 en adelante. Durante este tiempo, México se volvió autosuficiente en la producción de trigo, al igual que India y Pakistán, que estaban al borde de la hambruna.

En los sistemas agrícolas intensivos actuales, los fertilizantes nitrogenados sintéticos se han vuelto cada vez más importantes. En todo el mundo, las empresas producen actualmente más de 100 millones de toneladas métricas de este producto cada año, y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura predice que la demanda seguirá aumentando de manera constante, especialmente en África y el sur de Asia.

¿Es sostenible?

A medida que la demanda continúa aumentando en todo el mundo, el desafío de la gestión del nitrógeno es proporcionar suficiente para satisfacer las necesidades de seguridad alimentaria mundial y, al mismo tiempo, minimizar el flujo de nitrógeno no utilizado, que es 300 veces más contaminante que el dióxido de carbono, al medio ambiente.

Si bien en muchas regiones hay escasez de nitrógeno disponible para lograr la seguridad alimentaria y nutricional, en otras casi la mitad del nitrógeno fertilizante aplicado en la agricultura se filtra al medio ambiente, con consecuencias negativas que incluyen un aumento de los peligros ambientales, la degradación irreparable de la tierra y la contaminación de los recursos acuáticos.

Este desafío se puede abordar mejorando la eficiencia del uso del nitrógeno, un cálculo complejo que a menudo implica una comparación entre la biomasa de los cultivos (principalmente rendimiento económico) o el contenido/absorción de nitrógeno (rendimiento) y el nitrógeno aplicado (insumo) a través de cualquier abono o fertilizante sintético. Mejorar esta proporción no solo mejora la productividad de los cultivos, sino que también minimiza las pérdidas ambientales a través de un manejo agronómico cuidadoso y ayuda a mejorar la calidad del suelo con el tiempo.

En la actualidad, la eficiencia media global en el uso de nitrógeno no supera el 50%, lo que no llega al 67% estimado necesario para satisfacer la demanda mundial de alimentos en 2050 y, al mismo tiempo, mantener el exceso de nitrógeno dentro de los límites para mantener la calidad aceptable del aire y el agua.

Se vislumbran opciones tecnológicas de vanguardia para el manejo del nitrógeno, aunque a corto plazo la eficiencia en el uso del nitrógeno puede mejorarse para los agricultores, mediante la aplicación de fertilizantes, el uso de fertilizantes de nitrógeno de liberación lenta, el uso de herramientas de precisión para la aplicación de nitrógeno (como el Green Seeker) o la fertirrigación mediante el microriego.

A woman in India uses a precision spreader to apply fertilizer on her farm. (Photo: Wasim Iftikar)
Una mujer en India usa un esparcidor de precisión para aplicar fertilizante en su granja. (Foto: Wasim Iftikar)

Tecnología ideal

Se ha avanzado mucho en el desarrollo de tecnologías para un manejo eficiente del nitrógeno, que junto con una buena agronomía ha demostrado mejorar la cosecha de los cultivos y la eficiencia del uso de nitrógeno con un menor excedente del mismo.

Los científicos están investigando los méritos de la inhibición biológica de la nitrificación, un proceso mediante el cual una planta excreta material que influye en el ciclo del nitrógeno en el suelo. Cuando este proceso ocurre naturalmente, en algunos pastos y parientes silvestres del trigo, ayuda a reducir significativamente las emisiones de nitrógeno.

En 2007, los científicos descubrieron rasgos biológicos de nitrificación en un pariente del trigo y en 2018 lograron transferirlos a una variedad china de trigo de primavera. El resultado inicial mostró una baja productividad y permanece en las primeras etapas de desarrollo, pero los investigadores están ansiosos por evaluar si este proceso puede aplicarse a las variedades comerciales de trigo en el futuro. Si es así, esta tecnología podría cambiar las reglas del juego para alcanzar los objetivos globales de eficiencia en el uso del nitrógeno.

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Inoculación de semilla para obtener mejores cosechas

La inoculación es una práctica que busca que bacterias fijadoras de nitrógeno se adhieran a la superficie de las semillas, a fin de que las plantas desarrollen un sistema de raíces más eficiente, capaz de fijar el nitrógeno que requieren. Esta práctica permite incluso lograr un incremento de los rendimientos, pero por diversas circunstancias no es una práctica generalizada entre los productores.

El pasado 15 de junio se realizó la siembra de dos áreas de extensión en el municipio de Zautla, Puebla (en las localidades de Tlamanca y Contla). En ambas parcelas se desarrollaron acciones de fertilización integral mediante la inoculación de semilla de maíz con microorganismos benéficos (Trichoderma asperellum) y el fraccionamiento de la fertilización edáfica (que se hace mediante aplicaciones al suelo).

Normalmente, los productores de la localidad solo realizan una fertilización durante la primera labor, por lo que una fertilización de fondo (es decir, al momento de la siembra) es una innovación a la que no están acostumbrados. No obstante, Eliel Martínez González y Jacinto Hernández Martínez decidieron probar esta nueva práctica de la mano del equipo técnico del Hub Valles Altos, del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT).

En ambos casos, la siembra se realizó con una sembradora de tiro animal. Debido a que este implemento solo posee un contenedor para la semilla, una persona fue depositando el fertilizante granulado al fondo del surco. Los fertilizantes que se utilizaron fueron DAP (fosfato diamónico) y cloruro de potasio, la inoculación de la semilla de maíz se hizo con micorrizas y se realizó fertilización fragmentada durante la siembra (también se hará durante el desarrollo del cultivo, sobre todo para el caso de los macronutrientes, como nitrógeno [N], fósforo [P] y potasio [K]).

Cabe mencionar que al realizar la siembra asistieron otros productores. No hubo un gran número de personas debido a las restricciones sanitarias, pero quienes asistieron para ver cómo se inocula la semilla y de qué forma se realizó la fertilización de fondo sin la utilización de maquinaria lo hicieron siguiendo las medidas correspondientes. Los productores que acudieron a la actividad de las siembras comentaron que nunca habían utilizado microrganismos benéficos para inocular la semilla y que tampoco fertilizan a la siembra; sin embargo, dado que cuentan con insumos como fertilizantes, micorrizas, foliares y herbicidas, entre otros, implementarán en sus parcelas las innovaciones que presenciaron. Con esto, los insumos de apoyo que reciben los productores serán utilizados de una manera más eficaz.

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La importancia del nitrógeno en los cultivos y cómo optimizar su aplicación

La producción agrícola del Valle de Yaqui se ve afectada cada vez más por los altos costos de producción. Algunos pequeños productores —en su mayoría ejidatarios— optan por rentar sus tierras, ya que para ellos no es viable sembrar solos. En el caso del trigo, en esa región particular los costos de producción en la actualidad pueden llegar hasta los $23,000, lo que es muy elevado si se consideran los factores de rendimiento y precios del grano en el mercado.

Uno de los aspectos que contribuye al aumento de los costos de producción es la poca eficiencia en el uso de ciertos fertilizantes, como el nitrógeno, nutriente esencial para las plantas que solo es asimilable por ellas a partir de un complejo ciclo (la mayor parte del nitrógeno disponible en la Tierra está en la atmósfera), por lo que la fertilización nitrogenada es fundamental. Sin embargo, una importante cantidad de este nutriente se pierde por escurrimientos, erosión o volatilización (se estima que en México y otros países en desarrollo las pérdidas promedio de nitrógeno por volatilización son de 18%).

Ya que sin nitrógeno las plantas crecen poco, las hojas palidecen e incluso pueden morir (pues es esencial para que realicen la fotosíntesis), es importante investigar y difundir prácticas que permitan optimizar la fertilización nitrogenada. A partir de diversos estudios desarrollados con la colaboración de productores del Valle de Yaqui, se ha observado que mediante el uso de sensores ópticos —que son una herramienta de diagnóstico de fertilización nitrogenada— es posible bajar la dosis de nitrógeno sin afectar el rendimiento potencial del cultivo de trigo.

El estudio se realizó en un predio de 90 hectáreas en la localidad de Vícam, donde se sembró trigo en el ciclo otoño-invierno 2018-19. Ahí se establecieron cinco franjas ricas en nitrógeno (secciones de tierra suficientemente fertilizadas que sirvieron como punto de referencia) distribuidas estratégicamente.

En la etapa de inicio de encañe se realizó el diagnóstico con los sensores GreenSeeker® y Sequoia (este último montado en un dron). Una vez tomadas las lecturas del Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés) —que es una estimación del “verdor” de las plantas, es decir, de su actividad fotosintética y su estado de nutrición—, se determinó el requerimiento de fertilizante nitrogenado más adecuado (mediante el algoritmo matemático que se utiliza para el Valle del Yaqui).

Al final del ciclo, se tomaron muestras de grano para determinar el rendimiento en las diferentes áreas de la parcela. Después de realizar los análisis correspondientes, fue posible observar que siguiendo las recomendaciones de los sensores ópticos el productor redujo la aplicación de nitrógeno, ahorrando un poco más de $2,000 por hectárea. Esta reducción en la cantidad de fertilizante (con una diferencia de 138 kilogramos de nitrógeno) no afectó el rendimiento.

El hecho de que el rendimiento del área del sensor y de la franja rica hayan sido muy similares indica que no es necesario sobrefertilizar para obtener mayor producción: lo importante es incrementar la eficiencia en el uso de nitrógeno para evitar pérdidas y permitir que este sea mejor aprovechado. Los sensores ópticos son una de las tecnologías que se promueven mediante el movimiento #AgriculturaConCiencia para impulsar una agricultura regional eficiente, responsable y climáticamente inteligente. ¡Súmate tú también!

Por: colaborador del Hub Pacífico Norte.

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La dosis correcta: MasAgro Guanajuato y su estrategia de fertilización

Guanajuato.- La estrategia de manejo integral en la fertilización de cultivos que impulsa MasAgro Guanajuato con el soporte científico del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) —y que tiene como propósito ayudar a optimizar el uso de fertilizantes— escaló ya a tres municipios del estado: Purísima del Rincón, Valle de Santiago y Coroneo, donde gracias a esta estrategia, los productores ya hacen uso de las mezclas adecuadas generadas para cada región.

Con el apoyo de los Gobiernos municipales que se suman a esta estrategia, MasAgro Guanajuato ofrece alternativas para solucionar dos de los principales problemas que aquejan a los productores guanajuatenses: los altos costos de preparación de los suelos y diversas situaciones relacionadas con la aplicación de los fertilizantes y su eficacia en el suelo.

Ya que los diferentes tipos de suelo tienen características y necesidades diversas, en 2018 —con la colaboración de Productores Unidos Puricam SPR de RL— se realizó un muestreo sistemático de suelos utilizando técnicas de análisis bioestadístico para generar mapas de fertilidad, los cuales sirven para identificar los nutrientes que se requieren, las cantidades necesarias de estos para satisfacer las metas de producción y las fuentes de fertilización adecuadas.

Los estudios en Valle de Santiago revelaron que en 43% de las parcelas de ese municipio se sobrefertiliza, en 40% se subfertiliza y solo en 17% se fertiliza adecuadamente con fósforo. En consecuencia, los suelos agrícolas de dicho municipio presentan deficiencias de zinc (65%), manganeso (62%) y hierro (34%), así como una saturación de sodio y boro, lo que en conjunto perjudica sus propiedades físicas y químicas, limitando que alcancen una productividad óptima.

Con estos y otros estudios complementarios, se desarrollaron guías de fertilización y se sentaron las bases de la estrategia de fertilización integral de MasAgro Guanajuato, con la cual se busca que los productores de las sociedades de producción rural que cultivan maíz y granos pequeños optimicen el uso de fertilizantes, y así reduzcan sus costos de producción y minimicen el impacto ambiental.

Como parte de las primeras acciones de la estrategia, en el módulo de riego local se pusieron a disposición de los productores las mezclas físicas de fertilizantes acordes a la región (las cuales pudieron ser elaboradas gracias al estudio realizado). También se han brindado capacitaciones a fin de que los productores y técnicos de la zona adopten prácticas sustentables que les permitan hacer un uso adecuado y eficiente del fertilizante, el cual es uno de los insumos más caros dentro de los costos de producción (se estima que cerca de 40% de los costos para maíz y trigo se destina a fertilizantes).

De igual manera, en el municipio de Coroneo, en el marco de la entrega de fertilizantes a productores por parte del Gobierno municipal, el equipo técnico de MasAgro Guanajuato brindó una capacitación y presentó esta innovadora estrategia que busca hacer una distribución georreferenciada de nutrientes adecuados para los suelos de la región.