Ciencia animal

 

Balance de nitrógeno en maíz forrajero con diferente fertilización y fase de rotación con praderas

 

Nitrogen balance in forage maize with different fertilization and phase of crop rotation with pastures

 

Ricardo Améndola–Massiotti^1*, Irack Cach–Gómez¹, Edna Álvarez–Sánchez¹, Irineo López–Cruz², Juan Burgueño–Ferreira³, Pedro Martínez–Hernández¹, David Cristóbal–Acevedo¹

 

¹ Posgrado en Producción Animal, PUIS Forrajes, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 carretera México–Texcoco. 56230. Texcoco, Estado de México.* Autor responsable: (r_amendola@yahoo.com).

² Posgrado de Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 carretera México–Texcoco. 56230. Texcoco, Estado de México.

³ Estadística, Campus Montecillo, Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México.

 

Recibido: Julio, 2010.
Aprobado: Diciembre, 2010.

 

Resumen

El objetivo del estudio fue evaluar el balance de nitrógeno (N) en el suelo durante un ciclo de cultivo de maíz forrajero (Zea mays L.), en diferentes fases de una rotación con praderas (UP) y con diferentes dosis de fertilización con N (FN). Se evaluaron nueve tratamientos producto de la combinación de dos factores con tres niveles cada uno: 1) FN: 0 (N₀), 100 (N₁₀₀) y 200 (N₂₀₀) kg N ha^–1; y 2) UP: tres y medio años de alfalfa (Medicago sativa L.) asociada con ovillo (Dactylis glomerata L.) (P); tres años de alfalfa asociada con ovillo y un ciclo de avena (Avena sativa L.) asociada con ballico (Lolium multiflorum Lam.) (PA); y dos y medio años de alfalfa asociada con ovillo, un ciclo de maíz y uno de avena asociada con ballico (PMA). El diseño experimental fue parcelas divididas en bloques al azar con tres repeticiones con UP como parcela grande y FN parcela chica. Se midió extracción de N por el cultivo, lixiviación de N y contenido de N en suelo. El UP no afectó (p>0.05) ninguna de las variables; FN tuvo efecto lineal (p≤0.05) sobre extracción de N (en N₀ 274±15 kg N ha^–1, 44.9 % menor que N₂₀₀) y lixiviación de N (98 ± 19 kg N ha^–1 en N₁₀₀, 73 % menor que N₂₀₀). Los niveles de efecto aparente de la fertilización y eficiencia de utilización del fertilizante fueron aceptables, pero la fertilización no fue económicamente recomendable. La fertilización aumentó la cantidad de N lixiviado, lo cual es ecológicamente desfavorable. Durante el ciclo de cultivo de maíz se redujo la cantidad de N en el suelo, lo que destaca la importancia de las praderas de leguminosas asociadas con gramíneas, para conservar altos niveles de productividad en esta rotación.

Palabras clave: Zea mays L., rotación de cultivos, balance de nitrógeno, maíz forrajero.

 

Abstract

The aim of this study ivas to evaluate the nitrogen (N) balance in soil during a crop cycle of forage maize (Zea mays L.), in different phases of a rotation with pastures (PU) and with different rates of N fertilization (NF). Nine treatments derived from the combination of two factors with three levels each were evaluated: 1) NF: 0 (N₀), 100 (N₁₀₀) and 200 (N₂₀₀) kg N ha^–1; and 2) PU: three and a half years of alfalfa (Medicago sativa L.) associated with orchardgrass (Dactylis glomerata L.) (P); three years of alfalfa associated with orchardgrass and a cycle of oats (Avena sativa L.) associated with ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) (PA); and two and a half years of alfalfa associated with orchardgrass, a cycle of maize and a cycle of oats associated with ryegrass (PMA). The experimental design was split–plots in a randomized block design with three repetitions with UP as a large plot and NF as a small plot. Measurements included N extraction by the crop, N leaching and soil content. PU did not affect (p>0.05) any of the variables; NF had a linear effect (p≤0.05) on the extraction of N (in N₀ 274± 15 kg N ha^–1, 44.9 % less than N₂₀₀) and leaching of N (98 ±19 kg N ha^–1 in N₁₀₀, 73 % less than N₂₀₀). The levels of apparent effect of fertilization and fertilizer use efficiency were acceptable, but fertilization was not economically advisable. Fertilization increased the amount of N leached, which is ecologically unfavorable. During the growing season of maize the amount of N in the soil was reduced, emphasizing the importance of legume pastures associated with grasses, to maintain high levels of productivity in this rotation.

Key words: Zea mays L., crop rotation, nitrogen balance, forage maize.

 

INTRODUCCIÓN

En zonas templadas de México, el maíz (Zea mays L.) forrajero se cultiva en rotación con otras especies para producir una mayor cantidad de forraje en el año (Carpenter–Boggs et al., 2000); en el sistema de producción intensiva de leche en pastoreo, se le rota con praderas anuales de invierno y plurianuales (Améndola y Castro, 2004). Las praderas plurianuales se componen de alfalfa (Medicago sativa L.) asociada con ovillo (Dactylis glomerata L.); las anuales de invierno, de avena (Avena sativa L.) con ballico anual (Lolium multiflorum Lam.). La duración de las praderas plurianuales es de tres a cuatro años y la de los ciclos de praderas anuales con maíz es de dos años. Tomando en cuenta la variación en duración de las praderas perennes y la inclusión de dos años de cultivos anuales, el cultivo de maíz puede tener lugar en diferentes fases de la rotación, y por tanto estar antecedido por distintos usos previos (UP), con un posible aprovechamiento potencial de nitrógeno (N) disponible en el suelo por parte del cultivo. Las praderas anuales y el maíz reciben la fertilización nitrogenada (FN) necesaria para un alto rendimiento (Whitehead, 2000; Sainz et al., 2004), pero se requieren estrategias para optimizar la eficiencia de utilización de N (Devereux et al., 2008).

En las rotaciones de maíz con praderas anuales y plurianuales, el contenido de N en el suelo puede reducirse por efecto de la extracción por las plantas de maíz, lixiviación, desnitrificación y volatilización del N (Carpenter–Boggs et al., 2000). Así, se requiere cuantificar los procesos de ganancias y pérdidas de N en estas rotaciones para mejorar el manejo de los recursos forrajeros y la sostenibilidad del sistema de producción (Kumar y Goh, 2000; Domingo–Olivé et al., 2005).

El presente estudio se hizo con un sistema de rotación de praderas y cultivos donde las duraciones de ambas fases pueden variar, generando diferencias en el balance de N. Se inició con una misma pradera sometida a rotaciones con diferente duración e identificadas como usos previos de suelo (UP). El objetivo del estudio fue evaluar el balance de N en el suelo durante el período del cultivo de maíz forrajero, con distintas dosis de fertilización nitrogenada (FN) y UP, para identificar alternativas de manejo del cultivo que aumenten su rentabilidad y sostenibilidad. El sitio experimental fue sometido a manejo desde el otoño del 2002 al otoño del 2006 (cuatro años), pero la información de este artículo comprende el período más relevante para los objetivos (la fase cultivo de maíz 2006).

 

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento se realizó de mayo de 2005 a octubre de 2006 en la Universidad Autónoma Chapingo (UACh), Estado de México, México, a 19° 29' N, 98° 54' O y una altitud de 2250 m. El clima del área de estudio es templado subhúmedo, con lluvias en verano y niveles de precipitación y temperatura media anual de 636.5 mm y 15.2 °C (García, 1987). El suelo del sitio experimental se clasifica como Argiustol Vértico profundo (Cachón et al., 1974); y según las metodologías indicadas en la NOM–021–RECNAT–2000 (SEMARNAP, 2002), de 0 a 30 cm presenta textura migajón arcilloso (43.8 % arena, 28.4 % limo, 27.8 % arcilla), densidad aparente 1.3 g cm^–3, 30 % y 15 % de capacidad de campo y punto de marchitez permanente, pH 6.9 (en agua, relación 1:2), conductividad eléctrica 253 μS (relación 1:5), 2.49 % de materia orgánica (MO) por el método de Walkley y Black; en la profundidad de 30 a 60 cm el suelo es migajón arcilloso (42.2 % arena, 28.0 % limo, 29.8 % arcilla), con densidad aparente 1.2 g cm^–3, 14 y 29 % de capacidad de campo y punto de marchitez permanente, pH 7.1 (en agua, relación 1:2), conductividad eléctrica 241 μS (relación 1:5), y 1.58 % de MO (Walkley y Black).

Tratamientos y diseño experimental

Los tratamientos resultaron de la combinación de: 1) FN: 0 (Nq), 100 (N₁₀₀) y 200 (N₂₀₀) kg N ha^–1 como urea (46 % N); 2) UP: tres y medio años de alfalfa asociada con ovillo (P), tres años de alfalfa asociada con ovillo y un ciclo de avena asociada con ballico (PA), y dos y medio años de alfalfa asociada con ovillo, un ciclo de maíz y uno de avena asociada con ballico (PMA). El diseño experimental fue parcelas divididas en bloques al azar con UP como parcela grande y FN como parcela chica, con tres repeticiones, con unidades experimentales de 54 m².

El experimento se efectuó en un potrero de 0.39 ha con una pradera de alfalfa asociada con ovillo, sembrada en el otoño de 2002. Para implementar los tratamientos de UP como fases en una rotación de praderas y cultivos forrajeros, en 2005, en las parcelas con PMA se sembró maíz en la primavera y en el otoño, avena asociada con ballico; en las parcelas con PA se sembró avena asociada con ballico en el otoño del mismo año; donde el UP fue P, la pradera de alfalfa con ovillo se conservó hasta la primavera de 2006. Una vez realizados los manejos previos que permitieron establecer los UP como fases de la rotación, se sembró manualmente el maíz híbrido precoz San Josecito, el 11 de junio de 2006 con una densidad de 100 000 semillas ha^–1 y fertilizado acorde a las dosis de FN citadas; la mitad de FN se aplicó al sembrar y el resto cuando las plantas alcanzaron una altura promedio de 0.5 m. El terreno se preparó con barbecho, rastreo cruzado y surcado, con distancia entre líneas de 0.8 m. Se cosechó a los 130 d después de la siembra, en estado del grano entre 1/3 y 1/2 de línea de leche.

Se usaron los datos de temperatura diaria media y de evaporación de la Estación Meteorológica de la UACh (a 800 m del sitio experimental) y la precipitación se midió en el sitio experimental.

 

Variables evaluadas

Nitrógeno en el suelo

La concentración de N total (Nt) y N inorgánico (Ni) en el suelo previo a la siembra, se midió en dos muestras compuestas de suelo por unidad experimental (0 a 30 cm y 30 a 60 cm de profundidad) usando Kjeldahl para Nt, y extracción con KC1 2N para Ni (SEMARNAP, 2002). Al finalizar la cosecha del maíz, se tomaron muestras de suelo compuestas de cada unidad experimental, en las cuales se efectuaron los mismos análisis. Los cambios de concentración de y Nt en el suelo, se calcularon como las diferencias entre las concentraciones al inicio y final del ciclo, considerando el volumen del suelo y su densidad aparente.

Nitrógeno en el suelo en función de UP

Los UP se consideraron como fuente de variación en el contenido de N en el suelo. Para evaluar la contribución de la vegetación residual de praderas y cultivos (UP) al N del suelo, en cada parcela de estos UP se cuantificó la materia seca (MS) de la masa radical y los residuos aéreos aportados al final del ciclo mediante la extracción de monolitos de 0.5 m de ancho, 0.5 m de largo y 0.3 m de profundidad. El contenido de Nt (incluyendo nitratos) en ese material vegetal se determinó por la técnica semimicro–Kjeldahl modificada (Bremmer y Mulvaney, 1982). El producto de la biomasa por el contenido de N se consideró como el aporte de la vegetación residual al contenido de N en el suelo.

Lixiviación de N

Para evaluar la lixiviación de N, en cada unidad experimental se usaron cuatro lisímetros (12.5 cm diámetro; 60 cm largo) con un recipiente en su base para captar el agua percolada y se llenaron con suelo, reduciendo al mínimo la perturbación del mismo. La lámina drenada se recolectó una vez cosechado el maíz, se midió su volumen y se determinó la concentración de Ni (SEMARNAP, 2002). La cantidad de N lixiviado se calculó como el producto del volumen drenado por la concentración de Ni en los lixiviados.

Rendimiento de forraje

El rendimiento de forraje MS de maíz a la cosecha se calculó con la densidad de plantas (plantas ha^–1 ) y el peso de plantas cortadas a 20 cm de altura (kg planta^–1) en cuatro muestras de 1 m lineal de surco por unidad experimental. De cada muestra se escogió una planta para conformar una muestra compuesta de cada unidad experimental, en la cual se determinó la concentración de Nt. Para evaluar la biomasa de raíz se extrajo un prisma de suelo de 80 cm de longitud (distancia entre surcos), 12 cm de anchura (distancia entre plantas) y 30 cm de profundidad (Sainju et al., 1998). Las raíces se recuperaron por lavado, se determinó su MS y concentración de Nt. La cantidad de N extraído se calculó como el producto de la masa de forraje y raíz por su concentración de Nt.

Eficiencia de utilización del fertilizante (EUF)

Para evaluar la EUF se usó la EUF = (P_F–P₀)/ N_F (Greenwood y Draycott, 1988); donde, P_F y P₀ son la cantidad de N extraído (kg N ha^–1) en la parcela fertilizada y sin fertilizar, y N_F es la cantidad de N aplicado (kg N ha^–1). El efecto aparente de la fertilización nitrogenada (EAFN, kg MS adicionales kg^–1 N aplicado con fertilizante) se calculó con la ecuación de Deenen y Lantinga (1993): EAFN = (RF_F2 –RF₁)/(NF₂ – NF₁); donde, RF_F2 es el rendimiento (kg MS ha^–1) obtenido con el nivel F2 de FN; RF₁ es el rendimiento (kg MS ha^–1) obtenido con el nivel de F1de FN (menor a F2); NF₁ y NF₂ son los kg N ha^–1 aplicados con F1 y F2.

Balance de nitrógeno (BN)

El BN durante el ciclo del cultivo de maíz forrajero se calculó por los cambios en Nt en suelo, considerando como entradas el N aportado por la fertilización, por los residuos del cultivo anterior y la precipitación pluvial, y como salidas el N removido al cosechar el cultivo (parte aérea y raíces) y el N perdido por lixiviación (Meisinger, 1984). El BN fue la diferencia entre las entradas y las salidas de N.

Análisis estadístico

Para el análisis de varianza, el modelo estadístico incluyó efectos de UP, bloque, error experimental en parcelas grandes, FN, interacción entre UP y FN, y error experimental en parcelas chicas:

donde, Y_ijk, el valor observado con el i–ésimo UP, j–ésimo bloque y k–ésimo FN; μ, el efecto de la media general; α, el efecto de i–ésimo UP; ρ_j, el efecto de j–ésimo bloque; γ_ij, el efecto del error experimental en parcela mayor (Error a); β_k, el efecto de k–ésimo FN; (αβ)_ik, el efecto de la interacción en el i–ésimo UP y el k–ésimo FN; ε_ijk, el efecto del error experimental en parcela menor (Error b); i = 1, 2 y 3 (número de UP); j = 1, 2, 3 y 4 (número de bloques); k = 1, 2 y 3 (número de FN).

El procedimiento MIXED (SAS, 2004) se usó para el análisis de varianza de los datos y las medias se compararon mediante contrastes ortogonales y pruebas de t (p≤0.05).

Análisis económico

El análisis económico se realizó según la metodología de análisis marginal (CIMMYT, 1988), considerando sólo las diferencias originadas por las distintas tecnologías. Dado que UP no genera diferencias en costos, se tomaron en cuenta sólo los originados por FN (costo del fertilizante y su aplicación) y como beneficio bruto el producto de la venta de maíz picado verde a precios regionales. El nivel de FN₀ se consideró como la tecnología base para comparar la FN. Para efectos de ajuste a condiciones de rendimientos comerciales, se usó el valor de 90 % del rendimiento experimental. Una vez determinado el beneficio neto y el costo de FN, se calculó la tasa marginal de retorno (TMR), se aplicó un análisis de dominancia y se identificaron los niveles de fertilización dominados. El criterio para definir recomendaciones sobre niveles de FN fue la comparación con la tasa de retorno mínima aceptable.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Temperatura y humedad durante la estación de crecimiento

La estación de crecimiento fue relativamente cálida, la temperatura media mensual entre junio y octubre de 2006 fue 19–1 °C, 2.9 °C más alta que el promedio de 51 años calculado con los valores reportados por García (1987). La precipitación entre junio y agosto de 2006 (271 mm) fue 23 % menor que el promedio de 53 años calculado con los valores reportados por García (1987), pero la de septiembre y octubre fue similar a ese promedio. Con esta evolución de la precipitación no se esperarían grandes diferencias en rendimiento entre 2006 y un año promedio; pero la menor precipitación entre junio y agosto de 2006 pudo ocasionar que la cantidad de agua percolada, y por consecuencia la de N lixiviado, hayan sido menores que en un año promedio. La evaporación mensual promedio (junio a octubre de 2006) fue 115±20 mm, similar a la de un año promedio.

Rendimiento de forraje y extracción de nitrógeno

La densidad de plantas fue 89 453 ±5074 plantas ha^–1, sin diferencias (p>0.05) entre tratamientos. El promedio de rendimientos alcanzados en los tratamientos con FN (Cuadro 1) fue similar al promedio de resultados experimentales en México (Núñez et al., 2003) en dos años con diferentes híbridos, una densidad de 80 000 plantas ha^–1 y FN de 180 kg N ha^–1. Además, fue superior al promedio alcanzado en dos años distintos (Cueto et al., 2006), con densidades de 90 000 a 210 000 plantas ha^–1 y FN de 125 a 250 kg N ha^–1; y fue similar al promedio de datos en México (Améndola et al., 2005). Esto indica que las prácticas de agronómicas y condiciones de crecimiento fueron adecuadas y permitieron alcanzar el potencial de rendimiento del genotipo utilizado en la región.

El UP no afectó el rendimiento (p>0.05) y sólo el efecto lineal de FN fue significativo (p≤0.05) (Cuadro 1). No se detectó un efecto cuadrático (p>0.05) de FN en producción de MS, pero sí se alcanzó el máximo potencial de rendimiento del cultivo para la densidad de población ensayada. Soto et al. (2002) y Domingo et al. (2005) reportan efectos cuadráticos en la respuesta en rendimiento de forraje de maíz a la fertilización nitrogenada; entonces, la ausencia de ese efecto en el presente experimento, aunada a los altos rendimientos alcanzados, implicaría que los demás factores de crecimiento (Soto et al., 2002; Domingo et al., 2005) no fueron limitantes.

La probabilidad de interacción entre UP y FN fue p = 0.07, lo cual implica que la respuesta a la fertilización en PMA fue mayor, a pesar que en cada FN no hubo diferencias entre UP En cada UP la fertilización mostró una respuesta lineal; los coeficientes de regresión de rendimiento sobre N para P y PA (18 y 14 kg MS kg^–1 N) fueron similares (p>0.05), en tanto que para PMA (29 kg MS kg^–1 N) fue mayor que para P (p≤0.05). Estos resultados se relacionan con un EAFN promedio de 20.3±ll kg MS kg^–1 N, no influido por FN (p>0.05); en concordancia con la ausencia de efecto cuadrático de FN, tampoco fue afectado por UP (p>0.05) debido a que en todos los UP los niveles de N inorgánico en el suelo fueron elevados. Este EAFN coincidió con el observado por Núñez et al. (2003) en el intervalo de 100 a 200 kg N ha^–1 y fue 92 % mayor que el EAFN promedio reportado por Cueto et al. (2006). Los altos valores de rendimiento y EAFN confirman que no hubo limitaciones de otros factores de crecimiento.

En el Cuadro 1 se observa que la extracción de N por el cultivo (parte aérea+raíces) no fue afectada por UP (p>0.05), pero FN provocó un efecto lineal significativo (p≤0.05). La extracción del cultivo en N₀ fue 44.9 % menor que en N₂₀₀, diferencia debida a una mayor producción de MS (Cuadro 1) y mayor concentración de N en el cultivo en los niveles más altos de fertilización. Respuestas similares fueron observadas por Ma et al. (1999) y Sainz et al. (2004), aunque con extracciones menores para los mismos niveles de fertilización usados en el presente estudio. La EUF (promedio 0.6±0.2) no fue afectada por FN (p>0.05) ni por UP (p>0.05) y está dentro del intervalo de valores hallados por Kumar y Goh (2000) y Urquiaga (2000). El resultado de EUF se debió al buen manejo agronómico y respondió a las condiciones de bajo riesgo de pérdidas de N (Kumar y Goh, 2000; Urquiaga, 2000) de este experimento. Valores mayores de EUF se pueden alcanzar sólo al usar fertirrigación.

Lixiviación de nitrógeno

La concentración de Ni en los lixiviados y la lixiviación de N durante el ciclo del cultivo de maíz se presentan en el Cuadro 2. El UP y la FN no afectaron (p>0.05) el volumen promedio de agua percolada (1103 m³ ha^–1 ), comportamiento similar al reportado por Zhu y Fox (2003). Este resultado era esperable, ya que al estar las parcelas en condiciones similares de precipitación, escorrentía y evapotranspiración (debido a relativamente bajas diferencias en biomasa entre tratamientos), no deberían generarse diferencias en el volumen de agua percolada. El UP no afectó (p>0.05) la concentración de Ni en los lixiviados; en cambio, la FN causó un aumento (p≤0.05) de 57 %, al pasar de N₁₀₀ a N₂₀₀ (no se midió lixiviación en los tratamientos con N₀), lo cual se debió a que las principales diferencias en concentraciones de Ni se asociaron a FN y no a UP (Cuadro 2). Las concentraciones de Ni en los lixiviados fueron de 92 a 144 mg L^–1, para N₁₀₀ y N₂₀₀, mayores que las cuantificadas por Owens (1990) y Nyamangara et al. (2003), y además excedieron el limite máximo permisible de nitratos en el agua de percolación que es 50 mg L^–1 (De Clercq et al., 2001). Estos resultados indican que el conjunto de medidas de manejo agronómico del maíz forrajero condujeron a niveles excesivamente elevados de Ni en el suelo, situación que se debe a la inclusión de praderas con leguminosas manejadas en pastoreo (retorno de N con orina y heces) y el uso de altos niveles de fertilización química (Whitehead, 2000).

La cantidad de Ni lixiviado no fue afectada por UP (p>0.05), pero aumentó 73 % entre N₁₀₀ y N₂₀₀ FN (p≤0.05), en correspondencia con diferencias en las concentraciones de Ni. Las pérdidas de N por lixiviación fueron mayores que las encontradas por Zhu y Fox (2003) de 11, 41 y 135 kg N ha^–1 para niveles de fertilización de 0, 100 y 200 kg N ha^–1 (resultado que indica pérdidas por lixiviación con el uso de leguminosas), y por Nyamangara et al. (2003), quienes reportan 56 kg N ha^–1 con una dosis de 120 kg N ha^–1. Las altas pérdidas por lixiviación en este estudio pueden deberse a los altos niveles de fertilidad inicial y a la elevada cantidad de agua percolada.

Nitrógeno en el suelo

Nitrógeno inorgánico

Antes de la siembra de maíz, la cantidad de Ni en el estrato 0 a 30 cm (172±l4 kg N ha^–1) fue mayor (p≤0.05) que la encontrada en el estrato 30 a 60 cm (120±l4 kg N ha^–1), y en ambos no hubo efecto (p>0.05) de UP La mayor cantidad de Ni en el estrato superior se debió a las mayores cantidades de materia orgánica y aportes de residuos de cosecha, por lo que aún sin fertilización se acumuló Ni en el suelo. En ambos casos el contenido de Ni fue muy alto (SEMARNAP, 2002).

Las cantidades de Ni al final del ciclo de maíz no fueron afectadas por UP, pero hubo un efecto lineal (p≤0.05) de FN para los estratos estudiados (Cuadro 3). Al comparar N₀ con N₂₀₀ la cantidad de Ni en el suelo aumentó en 0.41 y 0.42 kg de Ni ha^–1 por cada kg de N ha^–1 aplicado como fertilizante en los estratos superior e inferior. Las mayores concentraciones de Ni con niveles más altos de fertilización, efecto similar al reportado por Ma et al. (1999) y Carpenter–Boggs et al. (2000), se debieron a la mineralización del N orgánico (Cabrera et al., 2005), ya que la fertilización disminuye la relación C:N de los residuos y de la MO, favoreciendo su mineralización. Además, la mayor cantidad de Ni en el estrato 30 a 60 cm se originó en la menor absorción por el cultivo y la lixiviación de Ni desde de la capa superior (Sainju et al.,1998).

Nitrógeno total

La cantidad de Nt en la profundidad 0 a 30 cm antes de la siembra de maíz fue mayor (p≤0.05) que la encontrada en el estrato 30 a 60 cm (Cuadro 4), debido a mayores cantidades de materia orgánica (2.49 % y 1.58 % de 0 a 30 y 30 a 60 cm) y aporte de residuos. La cantidad de Nt antes de la siembra en PMA fue menor (p≤0.05) en 637 kg Nt ha^–1 que el promedio de P y PA (no diferentes entre sí). Esta diferencia se debió a que durante el verano previo en PMA se sembró maíz, cultivo altamente demandante de N (Sainz et al., 2004). En la profundidad 30 a 60 cm no hubo diferencias (p>0.05) entre UP, y el promedio fue 3654 kg Nt ha^–1.

Las cantidades de Nt, al final del ciclo de maíz en el verano de 2006, no fueron afectadas (p>0.05) por UP y FN (Cuadro 4). La cantidad de Nt después de la cosecha en el estrato 0 a 30 cm (en promedio 4989±131 kg N ha^–1), fue mayor (p≤0.05) queen el estrato 30 a 60 cm (en promedio 3293 ±131 kg N ha^–1), esta diferencia coincidió con la encontrada antes de la siembra y en el promedio del experimento (5080±87 y 3437±87 kg N ha^–1). Este comportamiento se esperaba, ya que los estratos superiores reciben el mayor aporte de residuos vegetales y biomasa radical, principales fuentes del N del suelo (White–head, 2000). Conforme a los promedios de Nt a la siembra y cosecha en el estrato 0 a 30, el Nt se redujo en 391 kg N ha^–1 por cada aumento en número de ciclos de cultivos anuales en el UP; en cambio, la cantidad de Nt en el estrato 30 a 60 no fue afectada por UP Las diferencias en el estrato superior se debieron primordialmente al mayor número de eventos de labranza que promovieron la oxidación de la materia orgánica fresca (Kumar y Goh, 2000). Además, las praderas plurianuales con leguminosas aportan residuos más ricos en N que las praderas anuales y los cultivos forrajeros (Whitehead, 2000). Cada ciclo de cultivo anual implicó una reducción de aproximadamente seis meses en la duración de las praderas de alfalfa+ovillo, con la consiguiente reducción del aporte de N de la leguminosa.

Considerando ambos estratos (0 a 30 y 30 a 60 cm), se encontró una disminución (p≤0.05) de 774 kg Nt ha^–1 entre siembra y cosecha (de 8904 ± 165 a 8130±157 kg Nt ha^–1), la cual no fue influenciada (p>0.05) por UP ni FN. La ausencia de diferencias entre tratamientos en los cambios en Nt, se debió a la alta variabilidad en el suelo inherente a esta propiedad (Whitehead, 2000). La disminución de Nt durante el crecimiento del cultivo de maíz fue consecuencia de la mineralización de la materia orgánica fresca derivada de residuos incorporados durante y al término de cada ciclo de cultivo (Cabrera et al., 2005), ya que el Ni es susceptible a pérdidas por lixiviación, desnitrificación y volatilización (Brye et al., 2001). De acuerdo con Ma et al. (1999) y Sainz et al. (2004), la extracción de N por el cultivo, que salió del sistema al realizar la cosecha, también contribuyó a esta diferencia. Aunque la FN favoreció la acumulación de Ni en el suelo y probablemente causó mayores tasas de mineralización, esto no influyó en cambios significativos en el Nt entre tratamientos, debido a que las cantidades de Nt en el suelo son mucho mayores que las de Ni (Cuadro 3; Cuadro 4).

Componentes del balance de nitrógeno

El ingreso de N al sistema con agua de lluvia en el período evaluado fue 9.8 kg N ha^–1 (con 3.12 mg Ni L^–1 ), y considerando las diferencias en volumen de precipitación, esta cantidad está dentro del intervalo reportado para esta región por Fenn et al. (2002). La incorporación de material vegetal del cultivo antecesor fue de 293 kg N ha^–1 para P y 84 kg N ha^–1 para PA y PMA. La cantidad de N incorporado en P (similar a la reportada por Carpenter–Boggs et al., 2000) fue mayor que en PMA y PA y se debió a que la pradera de alfalfa con pasto ovillo aportó masa vegetal con mayor concentración de N (2.2 %) que la pradera de avena y ballico (1.9 % N). Con este resultado se enfatiza la importante función de la inclusión de leguminosas en las praderas, como una forma de aumentar el N disponible para los cultivos siguientes. En conjunto, las entradas de N al sistema fueron 194 y 294 kg N ha^–1para PA y PMA con N₁₀₀ y N₂₀₀; y 403 y 503 kg N ha^–1 para P con N₁₀₀ y N₂₀₀.

En los tratamientos sin FN, el N extraído con la cosecha ascendió a 233 kg ha^–1 y esa cantidad aumentó linealmente (p≤0.05) con 0.615 kg N por cada kg N aplicado con FN. El UP no afectó (p>0.05) el N extraído con la cosecha. Las salidas de N, considerando el N extraído con la cosecha y el lixiviado (no se midió en N₀), no fueron afectadas por UP (p>0.05) y aumentaron con FN de 388 a 528 kg N ha^–1, al pasar de 100 a 200 kg N ha^–1. El Nt en el suelo (0–60 cm) se redujo 774 ±700 kg N ha^–1 sin efecto de UP ni FN (p>0.05), pero de esta reducción se debe descontar el N conservado en las raíces y los residuos aéreos del maíz. Los valores del BN negativos (Cuadro 5), indican que en esta fase de la rotación hubo una reducción de las reservas del N orgánico fresco del suelo (o de la materia orgánica fresca), debido a un proceso natural de mineralización (Kumar y Goh, 2000; Cabrera et al., 2005). Este proceso se deriva de los aportes acumulados de los residuos vegetales propios de la sucesión de cultivos según el UP que, en conjunto con las prácticas de labranza, promueven un mayor o menor movimiento del suelo y con ello la desprotección de la materia orgánica fresca (y por tanto del N orgánico). Esto permite un mayor acceso al ataque de los microorganismos degradadores (Carpenter–Boggs et al., 2000; Cabrera et al., 2005) y facilita las pérdidas por desnitrificación, volatilización y lixiviación. En el BN negativo también influyó la salida del N del sistema por la extracción del cultivo de maíz, altamente demandante de N.

Evaluación económica

El análisis marginal, derivado de los tratamientos ensayados (Cuadro 6), aplicando la metodología de CIMMYT (1998), mostró que el incremento del nivel de fertilización aumentó los costos totales y al comparar los beneficios netos (análisis de dominancia), N₁₀₀ y N₂₀₀ fueron dominados por N₀ en cada UP. El valor del costo adicional por fertilizar con N mostró que al pasar de N₀ a N₁₀₀, en PMA, hubo un costo adicional de $1349, con pérdida en los beneficios netos (diferencia de beneficios entre N₁₀₀ y N₀) de $339. A pesar que N₁₀₀ produjo mayores rendimientos y beneficios brutos más altos que N₀, los costos asociados con la práctica de fertilizar fueron lo suficientemente altos para no garantizar la viabilidad económica de esta práctica; considerando la tasa de retorno mínima (TMR), se perdería 25 % de cada peso invertido. En todos los casos las TMR para N₁₀₀ y N₂₀₀ fueron negativas y no superaron la tasa de retorno mínima aceptable de 50 %. De acuerdo a CIMMYT (1998), 50 % es el nivel de TMR aceptable que debe escogerse para ajustes a prácticas agrícolas comunes (fertilización), ya que la mayoría de productores no tienen acceso a crédito institucional.

Con base en el análisis marginal, no hubo beneficio económico al fertilizar los tres UP; debido al alto costo del fertilizante, los beneficios netos decrecieron a medida que aumentó la FN. Según Kyveryga et al. (2007), las TMR altas ocurren cuando el N disponible en el suelo es bajo, pero en el presente experimento la concentración de Ni en el suelo fue alta, lo que resultó en TMR negativas.

 

CONCLUSIONES

El nivel inicial de nitrógeno inorgánico en el suelo disponible para el cultivo de maíz, fue alto en todas las fases de la rotación (usos previos) evaluadas. La fertilización nitrogenada aumentó el rendimiento de maíz; el efecto aparente de la fertilización y la eficiencia de utilización del fertilizante tuvieron niveles aceptables. Sin embargo, debido a los altos niveles iniciales de nitrógeno en suelo y al alto costo del fertilizante, la tasa marginal de retorno de la fertilización fue baja, por lo que no es económicamente recomendable. La fertilización aumentó la cantidad de nitrógeno lixiviado y por tanto fue ecológicamente desfavorable. Durante el ciclo de cultivo de maíz se redujo la cantidad de nitrógeno en el suelo, lo cual destaca la importancia de las praderas de leguminosas asociadas con gramíneas para conservar altos niveles de productividad en esta rotación.

 

LITERATURA CITADA

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