Contribución del Nitrógeno Inorgánico y de la FBN a la Nutrición nitrogenada de Soja en Argentina

Ings Agrs. Gustavo N. Ferraris y Gustavo González Anta

1. Desarrollo Rural INTA EEA Pergamino.
2. Rizobacter Argentina S.A.

El nitrógeno (N) es el elemento requerido en mayor cantidad por todos los cultivos. Deficiencias de este nutriente se manifiestan a través de una reducción de la superficie foliar y del crecimiento de la planta en general, y se manifiesta desde las primeras etapas del ciclo. La soja, un cultivo proteico por excelencia, necesita acumular grandes cantidades de N para su normal crecimiento. La bibliografía menciona requerimientos que oscilan entre 60 y 80 kg N por tonelada de grano (Andrade et al., 1996; EMBRAPA, 1993; Ferraris, 2001; García, 2000; González, 2000; Scheiner et al., 1999). Para cubrir tal demanda, además de la absorción del nutriente desde el suelo, esta y otras especies de la familia de las Leguminosas han desarrollado el mecanismo de la fijación biológica de N (FBN), a partir de la asociación con bacterias del suelo pertenecientes a la familia de las Rhizobiáceas (Racca, 2002), en el caso de la Soja Bradyrhizobium japonicum.
Además de la FBN, la soja absorbe nitrógeno inorgánico del suelo. La importancia relativa de ambas fuentes depende del estadío de desarrollo y de la abundancia de N inorgánico disponible en el suelo, mineralizado durante la estación de cultivo o suministrado por fertilización. El N mineral disponible en el suelo es la fuente más importante durante las primeras etapas del ciclo, ya que la FBN no se establece hasta alrededor de los 30 días desde la emergencia (Zapata et al., 1987). Sin embargo, el N proveniente de la FBN cubre la mayor parte de los requerimientos durante el período reproductivo, fase crítica para la definición de los rendimientos. Precisamente, las tasas máximas de absorción se dan durante esta fase, alcanzando valores de hasta 5,5 kg ha-1 dia-1 (González, 1994). En la mayor parte de los casos, las cantidades de N aportadas por los fertilizantes son despreciables con relación a la demanda total del nutriente (Figura 1)

Figura 1: Nitrógeno proveniente del suelo, los fertilizantes y por FBN. Nótese que a partir del periodo reproductivo la FBN cubre la mayor parte de los requerimientos del cultivo (Adaptado de Zapata et al., 1987).

La FBN es una adaptación de las plantas a una situación de carencia de N (Racca, 2002). A causa del elevado costo energético que demanda este proceso, que alcanza de 16 a 18 moles de ATP por molécula de N reducida, la Soja prioriza otras fuentes de suministro en caso de tenerlas disponibles. La abundancia de N en el suelo afecta drásticamente la FBN, disminuyéndola o anulándola (Racca y Collino, 2005). Por este motivo, la disponibilidad inicial de N inorgánico en el suelo y la capacidad para mineralizarlo durante la estación de crecimiento regulan la magnitud de la FBN. (Figura 2)

Figura 2: Relación entre el N proveniente de la FBN y la disponibilidad inicial de nitratos en suelo. (Herridge et al., 2001)

De la misma manera, la adición de fertilizantes nitrogenados ha demostrado ser antagónica con la FBN. Diversos ensayos de fertilización nitrogenada muestran una sustitución del N fijado por el aportado por el fertilizante, sin un aumento neto en la asimilación del nutriente (Deibert et al., 1979; Ghelfi et al., 1984). Esto significa que al aumentar la cantidad de N absorbido del fertilizante, paralelamente disminuye la cantidad de N fijado. En consecuencia, no se ha observado que la aplicación de N a la siembra incremente los rendimientos del cultivo (Touchon and Rickerl, 1986; Barbagelata et al., 2001; Mendes et al., 2003; Ferraris y Couretot, 2004 , Gutiérrez-Boem et al., 2002; 2004; Ventimiglia et al., 2004), a excepción de cultivos sin historia de cultivos de soja previos (Ventimiglia et al., 2001). Ferraris y Couretot (2004), evaluaron aplicaciones de N al suelo a partir de V2, cuando ya se había establecido la nodulación, observando solo leves incrementos no significativos en la intercepción de la radiación, la producción de biomasa y los rendimientos. Sin embargo, la eficiencia agronómica de uso del N (kg grano : kg N aplicado fue entre tres y cuatro veces inferior a la observada en los cereales.
La FBN cae durante el llenado de los granos (Zapata et al., 1987, Figura 1) por competencia por los asimilados entre los nódulos y los granos en crecimiento. Sin embargo, solo se han observado respuestas al agregado de N durante el periodo reproductivo bajo condiciones ambientales adversas que provocaron mortandad de nódulos (Echeverría et al., 2002) o en ambientes bajo riego de muy alta productividad (Wesley et al, 1998).
Resulta claro entonces que la FBN es la forma más económica de suministro de N a las leguminosas.
La cantidad de nitrógeno fijado a partir de la atmósfera oscilan en un amplio rango, entre 0 en cultivos no inoculados en suelos libres de Bradyrhizobium, hasta cerca del 90% en suelos con muy poco nitrógeno, como pueden ser suelos arenosos con muy bajos niveles de materia orgánica (Harper, 1999). Los valores más comunes son de alrededor de 175 kg N ha-1 para cultivos con rendimientos cercano al potencial y 100 kg N ha-1 para cultivos de rendimiento normal, representando un 50% del nitrógeno asimilado por el cultivo (Unkovich y Pate, 2000), aunque no es raro encontrar valores de FBN en una rango que represente un 30-80% del nitrógeno requerido por la planta. La textura, el contenido de MO de los suelos y su tasa de mineralización afectan la importancia relativa de la FBN. Así, para la región pampeana, se estima que en suelos Argiudoles del SE de la Pcia. de Bs As sólo alrededor del 30% del nitrógeno acumulado proviene de la FBN (González, 2000). Algo similar sucedería en nuevas áreas de cultivo del Norte de nuestro país, cuyas elevadas temperaturas provocarían altas tasas de mineralización del nutriente. Los más altos valores de FBN se registrarían en cambio, en suelos arenosos o con larga historia agrícola cuando son capaces de sostener elevados niveles de productividad.
Por último, existen factores de cultivo que determinan la magnitud de la FBN. Así por ejemplo, es importante la presencia de un suelo bien estructurado, que permita un adecuado intercambio gaseoso, particularmente de oxigeno (O). El O es necesario para el funcionamiento de la nitrogenasa, enzima encargada del desdoblamiento del triple enlace que liga al N atmosférico (N≡N). Esta enzima tiene como cofactores al cobalto (Co) y al Molibdeno (Mo), micronutrientes que son esenciales para el proceso (Marschner, 1995, Martínez Lalis, 1999). Como la FBN requiere de un gran gasto de energía por parte de la planta, se necesita de un cultivo creciendo vigorosamente, además de buena humedad y una adecuada disponibilidad de los restantes nutrientes (Racca, 2002), en especial Fósforo (Marschner, 1995). Trabajando en el norte de Buenos Aires, Ferraris et al, (2000; 2001) observaron incrementos en el peso y número de nódulos como consecuencia de la fertilización con Fósforo y Azufre (Figura 3).

Figura 3: Peso seco de nódulos en raíz principal + secundaria como resultado de la aplicación de dosis crecientes de fósforo y azufre (Ferraris et al.,2000; 2001).

Restricciones en el crecimiento y en la fotosíntesis, provocan reducciones en la FBN que a su vez restringen más el crecimiento, afectándose así el rendimiento de los cultivos (Figura 4). Por otra parte, la disponibilidad de agua afecta el establecimiento de los nódulos. Si la emergencia se retarda por escasez de humedad, la zona de infección se desplaza hacia los extremos de la raíz principal y las raíces laterales. Estos nódulos, al disponer de menor flujo de carbohidratos provenientes de la fotosíntesis, son poco eficientes en fijar N (Figura 5). Por último, períodos prolongados de sequía durante la etapa reproductiva pueden provocar un cese temporario o permanente de la actividad fijadora de los nódulos (Racca y Collino, 2005).

Figura 4: Esquema simplificado que muestra los efectos directos e indirectos de déficit hídricos o nutricionales sobre la Fijación Biológica de Nitrógeno.

Figura 5: Número de nódulos en función del tiempo transcurrido entre siembra y emergencia (Adaptado de Smith and Ellis, 1980).

La práctica más recomendable para lograr que la fijación de nitrógeno sea una fuente importante de N para el cultivo es la inoculación de la semilla con cepas de Bradyrhizobium japonicum incorporadas por medio de inoculantes de alta calidad. La respuesta a la inoculación es mayor cuando los lotes no cuentan con antecedentes de Soja. No obstante, también se ha observado respuesta a la reinoculación en lotes con historia sojera previa (Figura 6, Diaz Zorita et al., 2004). En coincidencia con estos resultados, Ferraris y Couretot (Figura 7, inédito) observaron incrementos de rendimiento por reinoculación de entre 0 y 252 kg ha-1.

Figura 6: Respuesta a la reinoculación en lotes con y sin antecedentes de Soja (Díaz Zorita et al., 2004).

Figura 7: Respuesta a la reinoculación en tres ensayos del norte de Buenos Aires (Ferraris y Couretot, Campaña 2004/05, inédito)

Frente al panorama descripto, resulta de sumo interés cuantificar el aporte de la FBN y del N inorgánico en las condiciones de la región pampeana. El objetivo de este trabajo es realizar una estimación de la magnitud del aporte de diferentes fuentes de N (N inorgánico inicial, N inorgánico aportado por mineralización de MO y residuos y N proveniente de la MO del suelo, para diferentes regiones y niveles de productividad de la región sojera argentina.

Materiales y métodos:

Se realizó una revisión de la contribución efectuada por el N inorgánico disponible a la siembra del cultivo, el N inorgánico proveniente de la mineralización de la MO del suelo y de los residuos de cosecha y de la FBN a la acumulación total de este elemento por parte de la soja, para diferentes regiones sojeras argentinas. Las regiones consideradas se detallan a continuación
1. Noroeste argentino (Salta-Tucumán)
2. Norte argentino (Oeste de Chaco-Este de Santiago del Estero)
3. Centro-Norte de Córdoba
4. Centro-Norte de Santa Fe
5. Entre Ríos
6. Sudeste de Córdoba
7. Oeste de Buenos Aires y Este de La Pampa
8. Norte de Buenos Aires y Sur de Santa Fe
9. Sudeste y Sudoeste de la provincia de Buenos Aires.

Dentro de cada región a su vez, se consideraron distintas subregiones en base a características de suelo, historia de uso y nivel de productividad.
El N inorgánico disponible a la siembra en forma de N-nitratos para cada subregión fue estimado a partir de datos de análisis de suelo tomados de diferentes redes de ensayos conducidas por INTA, AACREA, Universidades nacionales y AAPRESID, así como también de laboratorios comerciales. De la misma manera se relevaron valores de MO para diferentes subregiones. El contenido de MO fue transformado a stock de MO asumiendo valores de densidad aparente reportados por carta de suelo para las Series de suelo típicas de cada lugar, y se estimo que el pool de N orgánico corresponde a 0,05 del stock de MO. Los coeficientes de mineralización se derivaron de trabajos locales o publicados en la literatura internacional para ambientes similares a los que se quería representar (Hada et al., 1986; Echeverría y Bergonzi, 1995; Alvarez et al, 1995; 1998; Kolberg et al., 1999; 2002; González, 2000; Villar y Quaino, 2001; Di Ciocco et al., 2004; Bono, INTA Anguil comunicación personal; De Batista, INTA Concepción del Uruguay comunicación personal; Salvagiotti, INTA Oliveros comunicación personal; Santos, INTA Paraná comunicación personal; Vivas, INTA Rafaela comunicación personal). A su vez, se consideró que la eficiencia de absorción era de 0,50 para el N disponible a la siembra y de 0,75 para el proveniente de la mineralización del N orgánico, de acuerdo a lo sugerido por Meisseiger (1984).
Como ya se mencionara, los requerimientos de N de la soja varían en un amplio rango, de entre 60 y 80 kg N por tonelada de grano producido (Andrade et al., 1996; EMBRAPA, 1993; Ferraris, 2001; García, 2000; González, 2000; Scheiner et al., 1999). En términos medios parece razonable asumir un valor de 75, que fue el considerado en este trabajo. Para estimar la demanda total del cultivo, se consideraron para cada subregión analizada dos niveles de productividad: 1. Rendimientos altos con relación a la media zonal y 2.Rendimientos ligeramente por debajo de la media zonal.

Resultados y discusión:

A continuación se detalla la magnitud de los pooles de N que contribuyen a la nutrición de la soja, para las diferentes regiones estudiadas

Los resultados observados indican aportes por mineralización de MO y residuos en un rango de 39,4 y 140,6 kg N ha-1, del N disponible en el suelo a la siembra del orden de 16,9 a 54,7 kg N ha-1 y de la FBN de entre 0,5 y 184,5 kg N ha-1. En términos relativos la contribución de la FBN alcanzó entre el 0,3 y el 69 % del total. La magnitud de la FBN fue máxima en suelos con larga secuencia agrícola que por el uso de tecnología logran sostener elevados niveles de productividad. Esta situación representa un gran número de lotes del norte de Buenos Aires, sur y centro de Santa Fe y sudeste de Córdoba. También alcanzó niveles muy elevados, sobre todo en términos relativos, en suelos arenosos con baja MO como los del E de La Pampa. Los valores más bajos se presentan en regiones nuevas de cultivo, situación que se presenta en el norte y litoral de nuestro país. En estos casos, la FBN realizaría aportes de significancia sólo cuando se alcanzan rendimientos elevados. De lo contrario, el N inorgánico proveniente del suelo sería suficiente para abastecer la demanda del cultivo.

Figura 8: Relación entre el N aportado por Fijación biológica (FBN) y la demanda del cultivo (8.a) o el N inorgánico proveniente del suelo (inicial más mineralizado)

La magnitud de la FBN estuvo en relación directa con la demanda de N por parte del cultivo, la cual esta determinada por los rendimientos (Figura 8.a). También se observó una relación inversa entre FBN y N mineral proveniente del suelo, aunque esta relación alcanzó un bajo ajuste (Figura 8.b). Esto confirma el concepto representado en la Figura 4, acerca de que los cultivos que más crecen y por ende alcanzan mayores niveles de productividad, son los que fijan más N. Esto se explica por la mayor cantidad de carbohidratos que suministran a los nódulos y porque la planta en sí, regula la FBN en función de su demanda, y no fija mas N que el necesario para satisfacerla.

Conclusiones:

El cultivo de Soja requiere acumular grandes cantidades de N, que son satisfechas a partir del N inorgánico disponible a la siembra, el mineralizado durante el ciclo del cultivo y el aportado por la FBN. La importancia relativa de estos componentes varía entre las diferentes regiones productivas. La contribución de la FBN es máxima en suelos arenosos o con larga historia agrícola y que, por este motivo, han reducido su capacidad para mineralizar N pero que aún así logran alcanzar rendimientos elevados. Desde el punto de vista económico y ambiental la FBN es un proceso fundamental, ya que resultaría muy costoso y probablemente agresivo para el ambiente incorporar como fertilizantes químicos los niveles de N que no puede suministrar el suelo. Es importante entonces adoptar prácticas de manejo que favorezcan este mecanismo, como el adecuado manejo del agua, la nutrición y la inoculación con productos de calidad.

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