COLEGIO DE POSTGRADUADOS CAMPUS TABASCO INSTITUTO PARA EL DESARROLLO DE SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DEL TROPICO HUMEDO DE TABASCO

MANEJO DE FERTILIZANTES Y ABONOS ORGANICOS

Sergio Salgado García, David J. Palma-López., Roberto. Núñez Escobar, Luz del C. Lagunes-Espinoza., Héctor Debernardi de la Vequia y Rodolfo. H. Mendoza Hernández.

Villahermosa, Tabasco, Noviembre de 2006 México

COLEGIO DE POSTGRADUADOS DIRECTORIO Dr. Benjamín Figueroa Sandoval Director General Dr. Félix V. González Cossio Secretario General Lic. Guillermo Díaz Landero Secretario Administrativo

CAMPUS TABASCO DIRECTORIO Dr. David J. Palma López Director Dr. Carlos F. Ortiz García Subdirector de Enseñanza Dr. Sergio Salgado García Subdirector de Investigación Dr. Lorenzo A. Aceves Navarro Subdirector de Vinculación

GOBIERNO DEL ESTADO DE TABASCO DIRECTORIO Lic. Manuel Andrade Díaz Gobernador Constitucional del Estado de Tabasco Ing. Jaime Lastra Escudero Secretario de Desarrollo Agropecuario, Forestal y Pesca

MVZ. Vladimir Bustamante Sastré Director General Instituto para el Desarrollo de Sistemas de Producción del Trópico Húmedo de Tabasco M.C. Raúl Castañeda Ceja Director de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico del ISPROTAB Ing. Fabián Sánchez Cruz Director de Planeación ISPROTAB Ing. Braulio Andrés Calderón Director de Capacitación, Transferencia y Adopción Tecnológica del ISPROTAB Sr. Alberto Moran Zentella Director Administrativo del ISPROTAB

PREFACIO A partir del establecimiento del programa de manejo de uso sustentable de los suelos del estado de Tabasco; el fortalecimiento del laboratorio de suelos, plantas y aguas del Campus Tabasco del Colegio de Postgraduados en 1996; surgió la inquietud de elaborar el libro sobre Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos. En dicho libro los autores sintetizan los conceptos actuales sobre el suelo y la nutrición de los cultivos, clasificación, características y criterios para la selección de los fertilizantes; métodos de aplicación de los fertilizantes; los fertilizantes y la fertirrigación, entre otros temas importantes. Con este libro, se abre una llueva era en la producción agrícola del estado, pues los técnicos, los productores y los estudiantes de agronomía podrán corregir las deficiencias nutrimentales de los diversos sistemas productivos, mejorar la producción y calidad de los frutos, a través del uso racional y eficiente de los fertilizantes. La reimpresión de este libro, es otro esfuerzo editorial que deriva de la coordinación de acciones entre el Gobierno del Estado, a través del Instituto para el Desarrollo de Sistemas de Producción del Trópico Húmedo y el Campus Tabasco del Colegio de Postgraduados; instituciones que manifiestan su beneplácito por la aceptación que esta obra a tenido en el sector agropecuario del estado y otras regiones de México. MVZ. Vladimir Bustamante Sastré Director General del ISPROTAB

PROLOGO El presente trabajo, es una guía práctica cuyo objetivo es introducir a productores, técnicos y estudiantes agrícolas en el manejo y uso de los fertilizantes y abonos orgánicos. Su elaboración está fuertemente influenciada por los conocimientos adquiridos durante el curso Tecnología y Uso de Fertilizantes, impartido por el profesor Dr. Roberto Núñez Escobar en el Centro de Edafología del Colegio de Postgraduados; parte de estas experiencias son enriquecidas con la elaboración de los trabajos precedentes. La convivencia con técnicos y productores de la región, incentivan la inquietud de elaborar esta obra, un libro sobre el manejo de fertilizantes y abonos orgánicos, en el que se sintetizan en forma simplificada los conceptos actuales sobre los fertilizantes e ilustrándolos con ejemplos de cultivos del trópico húmedo de México. La tarea de síntesis no ha sido fácil; se tomaron muy en cuenta las sugerencias y las críticas de los colegas y de los coautores de este trabajo, quienes cuentan con una amplia y reconocida experiencia en el área de fertilidad y clasificación de suelos, flujo de nitrógeno y diagnóstico nutrimental y riego. El Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco consciente de la necesidad de poner a la disposición de los técnicos, productores y estudiantes las herramientas más modernas para poder mejorar los sistemas de producción, presenta esta obra realizada en coordinación con el Gobierno de Estado a través del Instituto del Trópico Húmedo, esperando que sea de la mayor utilidad para el Agro Mexicano en su conjunto. Dr. Sergio Salgado García Profesor Investigador Asociado

DERECHOS RESERVADOS COLEGIO DE POSTGRADUADOS MONTECILLO MUNICIPIO DE TEXCOCO ESTADO DE MEXICO

REGISTRO NUM. 306 DE LA CAMARA NACIONAL DE LA INDUSTRIA EDITORIAL MEXICANA ISBN 968-839-281-2 PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN PARCIAL O TOTAL SIN PERMISO POR ESCRITO DEL COLEGIO DE POSTGRADUADOS Y DE LOS AUTORES IMPRESO EN MEXICO/ PRINTED IN MEXICO

Cita correcta: Salgado G., S., D. J. Palma-López., R. Núñez E., L. C. Lagunes-Espinoza., H. Debernardi de la V. y R. H. Mendoza H. 2006. Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos. Campus Tabasco, Colegio de Postgraduados-Instituto para el Desarrollo de Sistemas de Producción del Trópico Húmedo de Tabasco. Villahermosa, Tabasco. 211 p.

PRIMERA EDICIÓN: 2000 PRIMERA REEDICIÓN 2006.

DE LOS AUTORES Dr. Sergio Salgado García, realizó sus estudios profesionales en el Colegio Superior Agropecuario del Estado de Guerrero, recibiendo el titulo de Ingeniero Agrónomo en 1987. Inicia su desarrollo profesional como Auxiliar de Investigación en el Programa de Optimización y Uso del Suelo del Centro de Enseñanza Investigación y Capacitación Para el Desarrollo del Sureste (CEICADES hoy Campus Tabasco). En 1991 obtuvo el grado de maestría en ciencias en el Centro de Edafología del Colegio de Postgraduados. A partir de febrero de 1991, se incorpora al Campus Tabasco como Investigador Adjunto del Área de Recursos Naturales, donde estableció el Grupo Interdisciplinario de Trabajo de la Caña de Azúcar (GITCAÑA). Fundador del evento Día del Cañero, el cual coordinó durante 1992, 1993 y 1994 y 2001; durante 1994 fue Líder del GITCAÑA. De 1991-1994 fue Candidato a Investigador Nacional y a partir del 2002 es nivel I del Sistema Nacional de Investigadores. De 1996 a 1999, el Dr. Sergio Salgado García realizó sus estudios doctorales en el Programa de Edafología del Instituto de Recursos Naturales del CP. A partir de octubre de 1999, se incorpora al Campus Tabasco como Profesor Investigador Asociado del Área de Gerencia Ambiental. Sus líneas de investigación son manejo sustentable de los suelos tropicales y manejo integral de la caña de azúcar. Durante 1998 a la fecha ha participado como arbitro de las revistas TERRA, Fitotecnia Mexicana, Universidad y Ciencia, evaluador de proyectos del Sistema de Investigación de Hidalgo y SIGOLFO, es Investigador Estatal del CCYTET, recibe el premio de Investigador Destacado del Colegio de Postgraduados 2000 y 2001, distinción estatal por trayectoria profesional 2002. Tiene 14 artículos publicados en revistas, reuniones y congresos a nivel nacional e internacional, 2 manuales, 2 libros y 6 notas periodísticas en el Semanario Chontalpo. Cuenta con 62 ponencias presentadas en reuniones, congresos, simposium y talleres. Ha impartido los cursos: Manejo de la fertilidad de suelos tropicales, Nutrición y fisiología de cultivos tropicales y cultivos perennes de uso industrial, nivel de postgrado-Campus Tabasco. De 2001 a la fecha se desempeño como Subdirector de Investigación del Campus Tabasco.

Dr. Palma

Roberto Núñez

Dra. Luz del Carmen Lagunes Espinoza Realizó sus estudios profesionales en la Facultad de Ciencias Químicas dependiente de la Universidad Veracruzana, recibiendo el título de Químico Agrícola en 1983. Su desempeño profesional inicia como asistente de investigación en el Laboratorio de Suelos y Nutrición Vegetal del Centro Internacional para el Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) de 1985 a 1989. En 1990 ingresa al Colegio de Postgraduados para realizar estudios de maestría en el área de Fisiología Vegetal. A partir de septiembre de 1992 se incorpora al CEICADES, Centro Regional del Colegio de Postgraduados en Tabasco, como investigador del área de Optimización y Uso del Suelo. Dentro de éste programa realiza actividades de investigación relacionadas con el comportamiento varietal de caña de azúcar bajo condiciones de drenaje subterráneo y sobre nutrición de suelos y plantas en general y funge como coordinador del laboratorio de análisis de suelos, plantas y aguas del CEICADES hoy Campus Tabasco. De 1993 a 1995 fue candidata a investigador del SIN. En septiembre de 1996 inicia sus estudios doctorales en l’Ecole Nationale Superièure Agronomique de Rennes, Francia en el área de Mejoramiento genético de leguminosas de grano, obteniendo el grado en noviembre del 2000, con una mención honorífica. Actualmente es Profesor Investigador Asociado del área de Producción Vegetal en el Campus Tabasco. Sus proyectos de investigación están dentro de las líneas: Evaluación y manejo sustentable de la flora y la fauna de las regiones tropicales y Crecimiento y desarrollo de plantas tropicales. Actualmente pertenece al Sistema Nacional de Investigadores Nivel I. En el 2002 recibe una distinción estatal por sus trabajos realizados.

Hector debernardi

Rodolfo Mendoza

CONTENIDO 1.

Pág. IMPORTANCIA DE LOS FERTILIZANTES……………………………. 1

2.

EL SUELO Y LA NUTRICION DE LOS CULTIVOS………………….. 2.1. La necesidad para un manejo sustentable del suelo………………….. 2.1.1. El concepto de sostenibilidad………………………………….. 2.1.2. El suelo es un recurso finito…………………………………… 2.13. Alternativas para un manejo sustentable del suelo…………….. 2.2. Elementos esenciales para los cultivos………………………………. 2.3. Componentes del suelo……………………………………………….

5 5 6 9 10 17 19

3.

CLASIFICACIÓN DE LOS FERTILIZANTES…………………………. 3.1. Fertilizantes químicos………………………………………………… 3.2. Abonos orgánicos…………………………………………………….. 3.2.1. Estiércoles……………………………………………………… 3.2.2. Abonos verdes…………………………………………………. 3.2.3. Compostas………………………………………………………

35 38 39 42 49 56

4.

CARACTERÍSTICAS DE LOS FERTILIZANTES QUIMICOS……….. 4.1. Concentración………………………………………………………… 4.2. Tipo de reacción en el suelo………………………………………….. 4.3. Índice salino………………………………………………………….. 4.4. Higroscopicidad……………………………………………………… 4.5. Compatibilidad……………………………………………………….

62 62 63 64 65 65

5.

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE FERTILIZANTES…………... 5.1. Disponibilidad……………………………………………………….. 5.2. Manejabilidad………………………………………………………… 5.3. Costo por kilogramo de fertilizante………………………………….. 5.4. Eficiencia……………………………………………………………..

68 68 68 68 69

6.

MÉTODOS DE APLICACIÓN DE FERTILIZANTES………………….. 6.1. Aplicación edáfica……………………………………………………. 6.2. Al agua de riego (fertilizantes fluidos)…………………………….…. 6.3. Aplicación foliar……………………………………………………… 6.4. Al tronco del árbol…………………………………………………….

70 70 71 71 72

7.

FERTILIZANTES NITROGENADOS…………………………………… 7.1. Funciones del nitrógeno………………………………………………. 7.2. Deficiencias de nitrógeno…………………………………………….. 7.3. Tipos de fertilizantes nitrogenados……………………………………

75 75 76 76

7.3.1. Sulfato de amonio (NH4)2 SO4…………………………….…… 7.3.2. Nitrato de potasio (KNO3)............................................................ 7.3.3. Nitrato de amonio (NH4NO3)........................................................ 7.3.4. Urea (NH2)2CO............................................................................. 7.3.5. Nitrato de sodio (Na NO3)............................................................ 7.3.6. Amoniaco anhidro (NH3).............................................................

76 77 78 78 79 80

8.

FERTILIZANTES FOSFÓRICOS............................................................... 8.1. Funciones del fósforo............................................................................ 8.2. Deficiencias de fósforo.......................................................................... 8.3. Tipos de fertilizantes fosfóricos............................................................ 8.3.1. Roca fosfórica.............................................................................. 8.3.1.1. Sintésis del ácido ortofosfórico...................................... 8.3.1.2. Sintesis del ácido sulfurico............................................. 8.3.1.3. Sintesis del ácido nítrico................................................. 8.3.1.4. Sintises del ácido superfofórico..................................... 8.3.2. Superfosfato simple (SPS).......................................................... 8.3.3. Superfosfato triple (SPT)............................................................. 8.3.4. Fosfatos amónicos.......................................................................

82 82 82 83 83 83 84 85 85 85 86 86

9.

FERTILIZANTES POTÁSICOS................................................................. 9.1. Funciones del potasio............................................................................ 9.2. Deficiencias de potasio.......................................................................... 9.3. Origen del potasio.................................................................................. 9.4. Tipos d efertilizantes potásicos.............................................................. 9.4.1. Cloruro d epotasio (KCl)............................................................. 9.4.2. Sulfato de potasio........................................................................ 9.4.3. Fosfato potásico...........................................................................

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10.

FERTILIZANTES MEZCLADOS, COMPUESTOS Y COMPLEJOS....... 10.1. Fórmula……………………………………………………………… 10.2. Relación nutrimental………………………………………………… 10.3. Concentración total………………………………………………….. 10.4. Fertilizantes mezclados y compuestos más comunes……………….. 10.4.1. Líquidos……………………………….…………………….. 10.4.2. Sólidos……………………………………………………….

90 90 91 91 92 92 92

11.

FERTILIZANTES DE LIBERACIÓN LENTA………………………….. 11.1. Tecnología de liberación lenta de los fertilizantes………………….. 11.2. Tipos de fertilizantes de liberación lenta…………………………… 11.2.1. Fertilizantes de baja solubilidad…………………………….. 11.2.2. Fertilizantes recubiertos……………………………………..

94 95 96 99 100

12.

MICRONUTRIMENTOS………………………………………………… 12.1. Papel de los micronutrimentos……………………………………… 12.2. Deficiencia y toxicidad……………………………………………… 12.3. Fuentes de micronutrimentos……………………………………….. 12.4. Microelementos asimilables de los suelos………………………….. 12.4.1. Los diferentes estados de los Microelementos en el suelo….. 12.4.2. Factores que influyen en la asimilación de los microelementos……………………………….…………… 12.5. Manejo de los micronutrimentos en suelos tropicales……………… 12.5. Fertilización con micronutrimentos………………………………….

104 104 107 108 111 111

RECOMENDACIONES DE FERTILIZACIÓN…………………………. 13.1. Extrapolación de recomendaciones (ER)……………………………. 13.2. Los análisis químicos de suelos y plantas…………………………… 13.3. La recomendación media regional (RMR)………………………….. 13.4. La recomendación especifica por agrosistema (REA)………....…… 13.5. Las funciones generalizadas de producción (FGP)….……………… 13.6. El modelo conceptual (MC)………………………………………… 13.7. El método de estampilla (ME)..…………………………………….. 13.8. El sistema integrado para recomendar dosis de fertilizantes (SIRDF)……………………………………………………………………

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14.

LOS FERTILIZANTES Y LA FERTIRRIGACIÓN…………………….. 14.1. Los sistemas de riego y los fertilizantes…………………………….. 14.1.1. Riego localizado o por goteo……………………………….. 14.2. Calidad del agua…………………………………………………….. 14.3. Uniformidad de distribución de agua y fertilizantes………………… 14.4. Comportamiento de los nutrimentos en fertirrigación………………. 14.5. Fertilizantes para fertirrigación……………………………………… 14.5.1. Solubilidad………………………………………………….. 14.5.2. Fuentes………………………………………………………. 14.5.3. Interacción de fertilizantes con el agua de riego…………….. 14.6. Tipo de inyectores…………………………………………………… 14.6.1. Ventura……………………………………………………… 14.6.2. Tanque tipo tanda…………………………………………… 14.6.3. Bombas inyectoras………………………………………….. 14.6.4. Tanque flexible……………….……………………………. 14.7. Fertilizantes y necesidades de agua…………………………………. 14.8. Calculo de fertilizantes para fertirrigación…………………………..

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15.

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………….. 195

13.

113 119 131

150

1 IMPORTANCIA DE LOS FERTILIZANTES

La utilización de fertilizantes es requerida en todos los sistemas de producción agrícola, a largo plazo, con fines de mantener e incrementar los rendimientos de los cultivos, sobre todo cuando se extrae totalmente la planta del sistema de producción. El uso de los fertilizantes comenzó hace más de un siglo, y está basado en el concepto químico de la nutrición de las plantas; este uso ha influido ampliamente en el incremento de la producción agrícola y el mejoramiento de la calidad de los alimentos. Un efecto benéfico del uso de los fertilizantes ha sido su contribución en la estabilización de los rendimientos de los cultivos (Cuadro 1), induciendo resistencia a ciertas enfermedades, plagas o estrés climático. Además, las tasas de retorno del capital invertido a los sistemas de producción se han incrementado con base a una producción más eficaz (Fink, 1992; Estewart et al., 2005). Los propósitos del uso de los fertilizantes, especialmente para obtener incrementos de rendimiento, son similares tanto en climas tropicales como en climas templados, a saber: • • •

Suplementar los nutrientes naturales del suelo para satisfacer la demanda de los cultivos con alto potencial de rendimiento. Compensar los nutrientes perdidos por lixiviación o la remoción por la planta. Mantener buenas condiciones para el cultivo o mejorar condiciones desfavorables para el mismo.

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 1. Efecto en el rendimiento de diversos cultivos en Estados Unidos sin aplición de N como fertilizante. Cultivo Rendimiento estimado (t ha-1) Reducción a partir de no Con nitrógeno Sin nitrógeno aplicar el N (%) Maíz 7.65 4.52 41 Algodón 0.76 0.48 37 Arroz 6.16 4.48 27 Cebada 2.53 2.04 19 Sorgo 4.64 3.76 19 Trigo 2.15 1.81 16 Soya 2.28 2.28 0 Cacahuate 2.55 2.55 0 Adaptado de Stewart et al.(2005)

Los fertilizantes son entonces, las sustancias que suplementan nutrientes para las plantas o mejoran la fertilidad del suelo. Ellos son el medio más efectivo para incrementar los rendimientos de los cultivos y mejorar la calidad de los alimentos; con ello se pueden producir más alimentos que de otra manera, la planta no podría abastecer. En el mundo existen algunos experimentos de larga duración donde se ha evaluado la respuesta de los cultivos a la fertilización considerando tratamientos fertilizados y testigos. Los datos experimentales de la estación Magruder de la Universidad Estatal de Oklahoma (Figura 1), indica que la fertilización continua con N y P son resposables del 40% del rendimiento del trigo. En el campo Samborn de la Universidad de Missouri en el periodo de 1889 a 1999, se ha establecido que la fertilización con NPK en trigo es responsable de un incremento en el rendimiento de 62%. En el Campo Morrow de la Universidad de Illinois, durante el periodo de 1955 al 2000, con la aplicación de NPK más cal, se obtuvo un incremento en el rendimiento del máiz de 57%. El experimento de maíz y sorgo de la universidad de Arkansas, durante el periodo de 1961 al 2000 con aplicación de NP produjo un incremento en el rendimiento de 44% para maíz y 31% para sorgo. El experimento 2

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Broadbalk en Rothanstent Inglaterra, es la estación experimental más antigua, se establecio en 1843, en ella se evaluado la respuesta de trigo de invierno a la fertilización con NPK, los resultados obtenidos indican un incremento en el rendimiento de grano de 60 a 62%. En el tropico los resultados indican una tendencia similar, donde la aplicación de NPKSMg, cal y micronutrimentos han permitido mantener el rendimiento de 33 cosechas continuas de maiz, soya y arroz en un periodo de 15 años. Los datos suigieren que la cifra de 30 a 50% de incremento en los rendimientos debido a la fertilización es conservadora, ya que como se muestra en algunos casos puede ser mayor (Stewart et al., 2005).

60 50 40 30 20 10

M ed ia

0 19 30 -3 7 19 38 -4 7 19 48 -5 7 19 58 -6 7 19 68 -7 7 19 78 -8 7 19 88 -9 7 19 98 -0 0

Rendimiento atribuible a la fertilización con N y P (%)

En el Cuadro 2 se presenta la producción de fertilizantes en México, se observa una tendencia a reducir su producción, como una respuesta de la crisis que vivio el campo en esos años.

Años

Figura 1. Rendimiento de trigo debido a la fertilización con N y P a partir de 1933 al 2000 en la estación de la Universidad estatal de Oklahoma.

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Cuadro 2. Producción de fertilizantes en los ultimos años en México (FAL, 2000). Fertilizantes Producción ( t año-1) 1997 1998 1999 Urea 1 126 800 833 910 522 000 Sulfato de amonio 1 481 200 1 369 517 1 268 500 Nitrato de amonio 636 900 344 455 281 000 SPS 120 000 147 200 123 200 SPT 245 900 275 000 275 000 DAP 421 500 528 000 507 000 MAP 250 000 138 700 140 000 NPK´S 176 700 66 264 60 000 Amoniaco anhidro 230 000 230 000 230 000 UAN 124 400 100 000 100 000 Total 4 813 400 4 033 046 3 506 700 El objetivo de esta obra es mostrar en forma sistemática las características de los fertilizantes, los diferentes usos de los fertilizantes y abonos orgánicos, así como su manejo más adecuado.

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Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

2 EL SUELO Y LA NUTRICIÓN DE LOS CULTIVOS

La fertilidad de un suelo depende de las tasas relativas de adición y remoción de sustancias nutrimentales (Bidwell, 1990); por ello, para lograr un buen programa de fertilización es necesario conocer qué elementos y en qué cantidad se requieren para producir una cosecha rentable y sustentable de los cultivos en diferentes tipos de suelo. 2.1. La necesidad para un manejo sustentable del suelo Sin excepción, todos los recursos naturales de un país son importantes, algunos de ellos pueden ser estratégicos para el desarrollo económico y político de una región. El desarrollo de la agricultura debe enmarcarse dentro de un ambiente determinado en el que son determinantes los recursos naturales disponibles y las posibles innovaciones tecnológicas. La agricultura compromete a un gran número de productores, que trabajan en diversos tipos de suelos (Vertisoles, Gleysoles, Histosoles y Ultisoles), con climas distintos y con diversos factores económicos y sociales, estos elementos imponen limitaciones estrictas al desarrollo de la agricultura y por lo tanto a su planificación (Palma y Cisneros, 1996; Ruiz, 1995). Muchos proyectos han fracasado debido a la falta de información básica sobre los recursos existentes en una región, si se desea evitar fracasos y desastres ecológicos al planificar el uso de los recursos naturales, es 5

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esencial tener un enfoque integral que considere el equilibrio dinámico del medio ambiente natural. 2.1.1. El concepto de sostenibilidad En la década de 1960 se produjo el término de Revolución verde. La cual se caracterizaba por ser una agricultura con altos usos de insumos y empleo de variedades mejoradas. El enfoque de Sistemas de granjas se utilizó a partir de 1970, en el cual se planteó el uso integral de los recursos de la finca del agricultor. La década de 1980 a 1990 será recordada como la era de la agricultura sustentable (Lal y Pierce, 1990). El concepto de agricultura sustentable está basado en dos hechos: •

El primero se ubicó al inició de la década de 1980 con la generación de los conceptos de agricultura regenerativa (Rodale, 1983) y la articulación de agricultura sustentable (Jackson, 1980). Los conceptos iniciales han evolucionado a construir una agricultura basada en principios de interacciones ecológicas. Este concepto forma ahora las bases filosóficas para muchos grupos de agricultura.

•

El segundo hecho se refiere al incremento de uso del término sustentable a principios de 1987, para definir una agricultura estable en un sentido amplio, que involucra todas las facetas de la agricultura y sus interacciones con la sociedad.

En relación con la agricultura sustentable CGIAR/TAC (1992) la definen como la administración exitosa de los recursos para que la agricultura satisfaga las cambiantes necesidades humanas, sin dejar de mantener o mejorar la calidad del medio ambiente y conservar los recursos naturales. En realidad los objetivos de los programas de desarrollo de una agricultura sostenible o sustentable es apoyar la 6

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investigación científica necesaria para el desarrollo de una economía más viable, ambientalmente sensible, y socialmente justa. Un sistema de agricultura sostenible es entonces aquel que garantiza por largo tiempo (presente y futuro) una producción basada en la calidad del medio ambiente y en los recursos de los que depende la agricultura, deberá ser económicamente viable y socialmente aceptable, que involucra la calidad de vida de los productores y a la sociedad en general, naturalmente que la producción armónica de una agricultura sostenible depende de varios factores: físicos (suelo, clima, topografía), biológicos, socioeconómicos y políticos. El concepto de sostenibilidad de acuerdo con Ruiz (1995) es un invento de los países desarrollados que comienzan a tener serios problemas en la calidad y cantidad de la producción de alimentos, en relación con la población y calidad del medio ambiente, tal como lo explica la Figura 2. Por otra parte, las agencias donadoras han estado financiando proyectos bajo estas políticas y muchos científicos se han visto beneficiados con recursos para realizar investigaciones de interés para estas agencias.

Figura 2. El concepto de sostenibilidad (Ruiz, 1995).

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México fue uno de los países precursores de la Revolución Verde, ya que a partir de la década de 1960 con los trabajos de la Oficina de Estudios Especiales se incrementó el rendimiento de maíz y trigo. Tales incrementos se atribuyeron al uso de variedades mejoradas, fertilización, etc (Figura 3). Debido al éxito de este programa, muchos países asiáticos se vieron favorecidos (Hanson et al., 1982; Stacman et al., 1969). Sin embargo, este desarrollo únicamente benefició a la zona productora del Noroeste de México, donde se practica una agricultura de tipo intensivo, con tan buenos resultados que los productores de tomate de Florida, EE.UU han acusado a los productores de Sinaloa de domping (Chalita, 1999). El Sureste de México, con excepción de las plantaciones frutícolas, no alcanzó asimilar los beneficios de ese sistema. Actualmente, con las nuevas políticas impuestas a los países en vías desarrollo por el Banco Mundial, México se ha visto obligado a incursionar en la agricultura sustentable.

Figura 3. Superficie promedio anual cultivada con trigo, rendimiento y producción en México, periodo de cinco años, 1946 a 1980 (Turrent, 1995).

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2.1.2. El suelo es un recurso finito Después de los recursos humanos de un país, el capital más importante es el suelo, éste es el material sobre el que se basa la producción vegetal y animal, por lo tanto la producción de alimentos para los seres humanos depende del mismo, sin él la vida del planeta estaría limitada. No obstante los avances biotecnológicos para la producción de alimentos, incluida la hidroponia, no logran reemplazarlo para tal noble fin, ni en calidad ni en cantidad ni en variedad de los productos que de él se deriven. El término de agricultura sustentable ha sido usado de manera exagerada por grupos ecologistas. No obstante, por el incremento desmedido de la población, el recurso suelo y agua puede verse afectado seriamente. La población del mundo se ha proyectado de 5.3 billones en 1990 a 8.5 billones en 2025 y 10 billones en 2050 (Bonhaarts, 1990). Gran parte de este incremento de la población puede ocurrir en regiones que cuentan con escasa tierra (Sureste Asiático) o regiones sensibles ecologícamente (Sub Sahara Africano). Dado que la demanda de alimentos se duplica, surgen las siguientes interrogantes que deben ser contestadas: 1. ¿Los suelos del mundo son adecuados para producir tal demanda de alimentos? 2. ¿Cuáles son las potencialidades y limitaciones de los suelos del mundo? 3. ¿La tecnología disponible puede ser aplicada a condiciones específicas del suelo para lograr un manejo sustentable de los recursos suelo y agua? 9

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4. ¿Qué estrategias e investigación aplicada es necesaria para alcanzar el conocimiento para lograr un manejo sustentable del recurso suelo y el agua? 5. ¿Cómo deben ser organizadas las actividades de investigación y transferencia de tecnología para reducir los costos y evitar la duplicación y redundancia? Estas preguntas son de gran importancia para los países del trópico y subtrópico, en vías de desarrollo donde el recurso suelo es pobre y se cuenta con productores de bajos ingresos que no pueden adquirir los insumos necesarios para lograr una alta productividad. En relación con los factores políticos y sociales, es la calidad del recurso suelo y su potencial lo que debe ser cuestionado (Lal y Stewart, 1995). En los Cuadros 3 al 5 se presentan algunas de las principales limitaciones de los suelos del Mundo, su ubicación y la estimación de la degradación química y física. Tabasco no es ajeno a este problema, de acuerdo con Salgado y Palma (2000) los principales factores limitativos de los suelos de Tabasco son: acidez, el exceso de humedad, suelos arcillosos, erosión y deficiencias nutrimentales (Cuadro 6). 2.1.3. Alternativas para un manejo sustentable del suelo El manejo de estas tierras degradas requiere de un profundo entendimiento de los principales procesos y la interacción de los factores socioeconómicos y políticos. Algunas alternativas que se plantean para reducir los efectos adversos de la degradación de los suelos son: A través del mejoramiento genético se deben generar variedades que se adapten a condiciones de manejo agronómico restrictivas (acidez, salinidad, etc.). 10

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Cuadro 3. Principales suelos del mundo limitaciones para un uso intensivo y sostenido. Orden Area Restricciones (10-6 km2) Alfisoles 17.1 Suelos pobres físicamente, elevados riesgos de erosión, suelos delgados, baja capacidad de suministro de nutrientes, baja a media capacidad de población. Oxisoles 11.9 Baja capacidad de suministrar nutrientes, severas restricciones químicas (fijación de P, toxicidad de Al y Mn), baja capacidad para retener agua para las plantas cultivadas. Baja capacidad para mantener población. Ultisoles 10.5 Baja capacidad de suministrar nutrientes, suelos delgados, severas restricciones químicas, baja capacidad para retener humedad, severas restricciones físicas, alta erodabilidad, baja a mediana capacidad de mantener población. Vertisoles 2.9 Suelos con pobres propiedades físicas, suelos con problemas de anegamiento, dificultad para la mecanización, severa erosión, severas restricciones químicas y desbalances nutrimentales, baja a media capacidad para mantener población. Adaptado de: Eswarant et al.(1993).

Cuadro 4. Degradación física y química estimada 11

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Región Africa Asia S. América C. América N. América Europa Oceanía Mundo

Degradación química 10-6 ha % del total 61 12 74 10 70 29 6 2 + + 26 12 1 1 240 12

Degradación física 10 ha % del total 19 4 12 2 8 3 5 8 1 1 36 17 2 2 83 4 -6

Adaptado de: Oldeman et al.(1990).

Cuadro 5. Degradación estimada del suelo en algunos países de Asía. País China India

Superficie arable cultivada (Km2) 96,976 (10)+

Suelos degradados (Km2) 280,000 (30)

168,990

(57)

148,100

(50)

Indonesia

21,221

(12)

43,000

(24)

Pakistán

20,760

(27)

15,500

(17)

Filipinas

7,930

(27)

5,000

(17)

Tailandia

24,050

(39)

17,200

(34)

Datos entre paréntesis indican el porcentaje de la superficie total. Lal y Stewart (1995).

Cuadro 6. Factores límitativos de los suelos de Tabasco. Factor Unidades de suelos

12

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limitativo Acidez

Histosoles, Gléysoles, Plíntosoles, Ferralsoles, Acrisoles, Luvisoles y Cambisoles.

El agua

Histosoles, Vertisoles, Gléysoles, Solonchacks y Cambisoles

Arcilla

Vertisoles, Gléysoles, Luvisoles y Cambisoles

Erosión

Leptozol, Arenosoles, Ferralsoles, Acrisoles y Fluvisoles

Deficiencias

N: todas las unidades de suelos P y K: Histosoles, Gléysoles, Plíntosoles, Ferralsoles, Acrisoles, Luvisoles y Cambisoles, en suelos ácidos; y vertisoles, Fluvisoles en ph alcalino. Cu, Mn y Zn: Gléysoles, Plíntosoles, Ferralsoles, Acrisoles, Luvisoles y Cambisoles

Fe y Zn: Leptozoles y Vertisoles Adaptado de Salgado y Palma (2000).

Los desbalances nutricionales puede ser aminorados con la adición de fertilizantes químicos (que es el tema central de este trabajo). No obstante los fertilizantes son ahora un insumo caro para los productores de bajos recursos y ellos no están disponibles en muchas regiones del mundo. El uso promedio de fertilizantes nitrogenados en Asia es 30 kg ha-1, 15 kgha-1 en América Latina y 4 kg ha-1 en Africa (Vlex, 1993). La agricultura de riego ha jugado un papel importante en incrementar la producción de alimentos en Asia y Norte de Africa. El área total irrigada es de 170 millones de ha en los países desarrollados. Existen 10 millones de ha que pueden ser potencialmente irrigadas especialmente en Asia, China, y Africa. En los últimos 50 años se han generado las bases para entender los principios de la ciencia del suelo incluyendo los ciclos de los nutrientes y el agua. Los requerimientos de nutrientes y agua para obtener los 13

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rendimientos máximos (Stewart et al., 1987). Debido a que la agricultura intensiva provoca serias perturbaciones al suelo, es necesario contar con registros de los cambios producidos, entre los factores que más ocasionan cambios son (Ruiz, 1995; Lal y Pierce, 1990; Lal y Stewart, 1995): 1. Reducción del periodo de descanso por el uso intensivo de los suelos 2. Reemplazo de la siembra manual por equipos de tracción y motorizados 3. Quemas frecuentes de los residuos de cosecha con fines de limpiar las áreas de cultivo para mecanizar los suelos, lo cual evita el reciclaje de nutrimentos (caña de azúcar, trigo, arroz, etc.). 4. Incremento en el uso de insumos químicos (fertilizantes y pesticidas). 5. Los cambios de agricultura de subsistencia a semicomercial y comercial. Muchos de los suelos del trópico tienen baja capacidad de amortiguamiento debido al bajo contenido de materia orgánica y por la predominancia de arcillas de baja actividad (1:1, como la Caolinita). Consecuentemente estos suelos tienen alta potencialidad para degradarse físicamente, sufrir compactación y baja infiltración. La degradación física se puede acentuar por el cambio de las labores culturales en forma manual por la mecanización. Las aplicaciones de fertilizantes químicos pueden contribuir a la acidificación, especialmente cuando se realizan aplicaciones de sulfato de amonio. Las aplicaciones excesivas de pesticidas tienen un efecto adverso sobre la fauna del suelo por ejemplo las lombrices de tierra y las termitas. La biodiversidad del suelo y la biomasa microbiana son drásticamente reducidas. En el Cuadro 7 se presentan algunos indicadores del suelo que deben registrar para 14

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evaluar sustentabilidad (Van Keulen, 1993; Lal y Stewart, 1995).Una importante estrategia para un manejo sustentable de estos suelos es mantener un balance ecológico entre suelo-clima-vegetación y la intensificación de la producción agrícola deseada. Mantener el balance ecológico es de primordial importancia en vista de la necesidad de mecanizar las labores agrícolas en la granja, mantener la fertilidad del suelo usando los esquilmos de la granja, adoptando monocultivos o sistemas simples de producción, y reducir el uso de pesticidas al mínimo. El papel de la sociedad en la conservación de este recurso es muy importante, por lo que le planteamos las siguientes reflexiones: 1. La población del mundo se está incrementando drásticamente y los mayores incrementos en la población se observan en países en desarrollo como Asia y Sahara Africa. Las necesidades de incrementar la producción de alimentos más rápido que la población debe ser una consideración importante en el desarrollo de técnicas y políticas para un manejo sustentable del suelo, aguas y los nutrientes. 2. El recurso suelo del mundo es finito, distribuido en diferentes regiones del mundo, no es renovable considerando la escala humana, es fragil, y está sujeto a procesos degradativos. La conservación y la manutención de alta productividad de los suelos es necesaria para satisfacer las necesidades básicas de la población humana.

Cuadro 7. Registro de los indicadores del suelo y frecuencia de muestreo Indicador Frecuencia de muestreo Propiedades físicas:

15

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Humedad Densidad y resistencia a la penetración Conductividad hidráulica Estructura Infiltración Capacidad de retención de humedad Textura

Cada semana Cada estación Año 1 a 2 años 1 a 2 años 3 a 5 años 3 a 5 años

Propiedades químicas: pH Nitrógeno total Nutrientes disponibles CIC

Cada estación 1 a 2 años 1 a 2 años 1 a 2 años

Indicadores biológicos: Lombrices Carbón Carbón orgánico en el suelo

Cada estación 1 a 2 años 1 a 2 años

Cultivo: Rendimiento Crecimiento de raíces Concentración nutrimental

Cada estación Cada estación 1 a 2 años

Microclima: Temperatura del suelo Temperatura del aire Evaporación Precipitación Intensidad de la lluvia Adaptado de: Lal (1994).

Diaria y en cada estación Diaria Diaria Cada estación Máxima 5 a 10 min

3. Los suelos poseen ciertas limitaciones para un manejo sustentable: a) suelos adecuados, b) su potencialidad y restricciones, c) disponibilidad de tecnologías apropiadas, d) conocimiento de los hechos, e) efectiva transferencia de tecnología. 16

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4. La degradación es un problema mundial, y los procesos degradativos están asociados con factores de tipo social, económicos y políticos. Escasos recursos, subsistencia, y una agricultura de bajos insumos son los factores que más contribuyen a la degradación del suelo. 5. Es necesario generar información a partir de experimentos de campo conducidos por largos períodos de años para establecer tendencias, simular los efectos de las actividades agrícolas en el cambio climático global. 2.2. Elementos minerales esenciales para los cultivos Justus von Liebig (1803-1873), fue el primero en buscar y sintetizar la información concerniente a la importancia de los elementos minerales en el crecimiento de las plantas y que la nutrición mineral fuera establecida como disciplina científica. El término de elemento mineral esencial o nutrimento esencial fue propuesto por Arnon y Stout (1939), estos autores concluyen que para que un elemento sea considerado esencial debe cumplir tres criterios: 1. La planta no puede completar su ciclo de vida en ausencia del elemento mineral. 2. La función de este elemento no puede ser reemplazado por otro elemento. 3. El elemento debe participar directamente sobre el metabolismo de la planta. Las plantas contienen prácticamente todos los elementos naturales, pero sólo 17 de ellos son considerados como elementos esenciales para la nutrición de las mismas. De acuerdo con esta estricta definición aquellos elementos minerales que bloquean los efectos tóxicos de otros elementos y los que reemplazan a otros en menores funciones especificas como reguladores 17

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de la presión osmótica, no son esenciales; pero pueden ser considerados como elementos benéficos (Marschner, 1995). Las plantas no poseen un sistema selectivo de absorción de nutrientes, por lo que pueden contener grandes cantidades de elementos que no son nutrientes, e incluso pueden ser tóxicos como aluminio (en suelos ácidos); selenio y flúor (en suelos donde se realizan deposiciones de residuos industriales); el cobalto es esencial para los microorganismos que fijan el nitrógeno del aire y que viven en las raíces de las leguminosas (Mengel y Kirkby, 2000; Guerrero, 1990). Los 17 elementos esenciales, son: Carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), que en su mayor parte son tomados del agua y el aire y por lo tanto no se considera como nutrientes minerales y no se relacionan con la industria de los fertilizantes (Núñez, 1990). Se ha establecido para las plantas superiores la esencialidad de 14 elementos minerales, aunque el conocimiento de los requerimientos del cloro y níquel es todavía restringido a un limitado número de especies de plantas. Nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K), identificados como macronutrimentos primarios, por ser absorbidos en altas cantidades por las plantas y frecuentemente se requiere su aplicación como fertilizante (NPFI, 1988). Calcio (Ca), magnesio (Mg) y azufre (S), llamados macronutrimentos secundarios porque aunque se requieren en cantidades relativamente altas por las plantas, sus deficiencias intrínsecas son poco frecuentes y su aplicación al suelo se debe a la necesidad de corregir problemas diferentes al de su posible deficiencia (Rodríguez, 1982). 18

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Boro (B), cloro (Cl), cobre (Cu), hierro (Fe), molibdeno (Mo), manganeso (Mn), zinc (Zn), y níquel (Ni); conocidos como micronutrimentos porque aunque son esenciales para la planta se requieren en menor proporción ( Sr>Ba>Ca > Mg >Rb >NH4 > K > Na>Li En la mayoría de los suelos neutros y alcalinos, los cationes más abundantes son calcio magnesio, potasio y sodio. Al proceso de intercambio de iones del complejo en la solución del suelo se le conoce como intercambio de bases. Por ejemplo, si abonamos un suelo con KCl, éste se disocia en Cl- y K+; el catión pasa a ser fijado por el complejo, desplazando a un catión Ca 2+ que pasa a la solución. Este mecanismo es el que explica la acción descalcificadora que los abonos tienen con el paso del tiempo (Guerrero, 1990). Sin embargo, descalcificación no quiere decir acidificación, porque los cationes calcio que se liberan pueden ser sustituidos por otros cationes metálicos. Ahora bien, es muy frecuente que esos cationes Ca2+ se vean reemplazados por iones H+ o Al 3+ en cuyo caso la descalcificación sí coincide con la acidificación. La capacidad de intercambio catiónico, es la cantidad máxima de cationes que un determinado peso de suelo es capaz de retener y se expresa frecuentemente en meliequivalentes (meq) por 100 g de suelo (Sánchez, 1981). Reacción del suelo o pH. Además de los cationes minerales, el complejo arcillo húmico tiene fijados iones H+ . La presencia en mayor o menor cantidad de iones H+ en relación a los iones básicos, determina la reacción o acidez del suelo que se expresa por el pH, cuyo valor varía teóricamente entre 0-14, y en la práctica de 4-9 (Sánchez, 1981; Tisdale y Nelson, 1982; Fassbender, 1984; Guerrero, 1990). Matemáticamente el pH se expresa como el logaritmo inverso de la concentración de los iones H+. Por ejemplo, si la solución de un suelo 25

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de la sabana tiene una concentración de iones hidrógeno de un micromol por litro (uMol/L), es decir 1 x 10-6, el logaritmo de 1 x 10-6, es -6 y, cambiado de signo, será 6 (Sánchez, 1981). En la Figura 6, se observa la disponibilidad de los nutrimentos en función del pH. La anchura de las bandas horizontales representa la solubilidad del nutrimento. La solubilidad está en relación directa con la disponibilidad del nutrimento para las plantas (Bidwell, 1990).

Figura 6. Diagrama de E. Truog adaptado de NPFI (1988).

Función del calcio en el suelo. El calcio es necesario como nutrimento para la planta, además es regulador de la estructura y de las propiedades físicas del suelo. En suelos arcillosos y pesados aumenta la 26

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permeabilidad del aire y del agua, disminuyendo la compactación de la tierra. Interviene en la actividad de los microorganismos que transforman el nitrógeno amoniacal (NH4+) en nítrico (NO3-), pues éstos son poco activos con un pH inferior a 6. Los encalados en suelos de pH ácido favorecen este proceso (Tisdale y Nelson, 1982). Encalado del suelo. Se recomienda cuando el suelo tiene un pH inferior a 5.0 y el cultivo que se desea establecer no es tolerante a la acidez (Figura 7). En una primera aplicación sólo se debe elevar media unidad, posteriormente a los dos años se puede elevar otra media unidad, hasta que el pH se encuentre dentro del rango 6 a 6.5 (Guerrero, 1990). Sin embargo, las experiencias locales demuestran que para suelos ácidos de las sabanas de Huimanguillo, Tabasco y Reforma, Chiapas, con una aplicación de 2-4 t/ha de cal dolomítica, se incrementó el pH en una unidad de 4.8 a 5.7 (Salgado, 1994). De acuerdo con Núñez (1985), se deben seguir los siguientes criterios para realizar un encalado: 1. La cal debe incorporarse a la profundidad requerida por el cultivo, para lo cual se distribuye superficialmente la cal en forma manual o mecánicamente, posteriormente se incorpora con la rastra. En la Figura 8, se presenta la aplicación manual de cal en suelos ácidos de Reforma, Chiapas. 2. La aplicación de la cal se puede realizar en cualquier época del año. Sin embargo el suelo debe guardar un mes como tiempo mínimo de reposo, antes de realizar la siembra, si se quieren obtener los beneficios del encalado en ese mismo cultivo.

27

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Figura 7. Adaptación de los cultivos al pH del suelo (Guerrero, 1990).

28

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Figura 8. Vista de la aplicación manual de cal en los suelos ácidos de Reforma Chiapas y desarrollo del cultivo de tomate después de la segunda ilada. 1994.

3. De preferencia se recomienda la aplicación de cal dolomítica, porque además del calcio se adiciona magnesio (CATSA, 1998). 29

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4. Para determinar la dosis de aplicación existen varios métodos, siendo los más comúnes: a) Curva de titulación. En el caso de una curva de titulación de un suelo el procedimiento consiste en tratar una serie de muestras iguales de suelo a las que se le agregan cantidades crecientes de 0-2.0 mmol KOH-/20 g de suelo; enseguida se mezcla y se agita por 24 horas, posteriormente se mide el pH en KCl 1N. Con los datos se realiza una gráfica. Con estos datos podemos conocer la cantidad de base que se requiere para elevar el PH hasta el valor seleccionado en 20 g de suelo (Aguilar et al., 1994). Para este ejemplo: se tiene un Plintic palehumult (USDA), serie Huapacal, Sabana de Huimanguillo, Tabasco. México; 9.3% Arcilla, pH (H2O)=5.4, 4.64 % MO. y CIC de 4.05 meq/100 g, reportado por (Aguilar et al., 1994). En la Figura 8 se presenta la curva de titulación para este suelo (PpH), para uno de la serie Rosario (PhR), y para un Feozen háplico (Fha) clasificación de FAO. Se observa que el pH en KCl 1N disminuye 0.8 unidades en comparación del determinado en agua. Con los datos de la Figura 9, se calcula la cantidad de base que se requiere para elevar el pH de 4.8 a 5.9. Si un 1mmol KOH- /20 g de suelo, es la cantidad de base que se requiere para obtener el pH deseado; para determinar la cantidad de cal se realizan los siguientes cálculos: Una capa de suelo en una hectárea pesa 2,400 000 kg a una profundidad de 20 cm y con una densidad aparente de 1.2 g/cm3. Sí 1 mmol KOH-/20 g suelo = 50 mg CaCO3/20 g suelo = 2.5 g CaCO3/kg suelo 2, 400 000 kg suelo/ ha * 0.0025 kg de CaCO3/ kg suelo= 6000 kg CaCO3/ha 30

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En este caso el productor tiene que aplicar una dosis de 6 t/ha de cal.

8 7

pH (KCl)

6

Fha PpH PpR

5 4 3 2 1 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Concentración (mmol OH -/20 g)

Figura 9. Curvas de titulación para tres tipos de suelos.

b) Incubación. Este método es él más preciso pero requiere de tiempo, por lo que se debe realizar con anticipación a la fecha de aplicación de la cal. Se toman muestras de 100 g de suelo finamente molido se les adiciona dosis crecientes de CaCO3 (0, 25, 50, 100, 200, 300 y 400 g), se mezclan cuidadosamente, se humedecen con agua destilada a capacidad de campo, se tapan los frascos y se dejan en incubación. A los 60 días el pH se estabiliza, pero se pueden realizar lecturas cada 15 días para conocer su evolución. Rodríguez (1993) realizó un ensayo de incubación en un suelo Ultisol (FAO) del Rancho Los Tres Garcías, ubicado a 6 km de la carretera Estación Chontalpa-Zanapa. Huimanguillo, Tabasco, México. 31

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En el Cuadro 9, se observa que la mejor dosis de cal es 4 t ha-1, ya que aumento el pH de 4.6 a 5.7; a este pH los cítricos pueden desarrollar sin ningún problema debido a que son de tolerancia intermedia a la acidez. El aluminio se redujo de 531 a 160 ppm. El calcio se incrementa conforme a la dosis de cal, mientras que la MO se mantiene en su nivel lo cual es favorable ya que con la cal, no se mineralizó de inmediato, evitando su pérdida. Resultados similares fueron reportados por Pastrana y Jiménez (1998) al aplicar dosis de cal de 1.5 t ha-1 en un suelo ácido de la sabana de Huimanguillo, Tabasco cultivado con sorgo para grano. Cuadro 9. Efecto de la aplicación de cal dolomítica sobre algunas propiedades del suelo durante la incubación.

Dosis de cal (t ha-1) 0 0.5 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0

pH 4.6 4.8 5.1 5.3 5.7 5.8 6.1

Al interc. (ppm) 531 345 230 201 180 145 138

Ca (meq/100 g) 0.28 0.53 2.0 3.1 5.5 8.0 8.7

MO (%) 9.2 7.3 8.3 7.0 9.0 9.5 9.2

c) Modelos matemáticos. Kamprath (1970) planteó que la dosis de cal que debía aplicarse a suelos ácidos en las regiones tropicales podían calcularse, tomando como base el Aluminio intercambiable extraído con KCl 1N. A través del siguiente modelo: CaCO3 (t/ha) = 1.65 *(meq Al interc. 100 g suelo) 5. Los criterios para seleccionar el material para el encalado son: 32

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•

Valor neutralizante. Define la calidad de un material para encalado y es la medida de la capacidad de un material para neutralizar ácidos, y esto se hace por comparación tomando como referencia la capacidad neutralizante del carbonato de calcio puro. En el laboratorio se hace reaccionar el CaCO3 con HCl de concentración conocida y el resultado se expresa en porcentaje. En el Cuadro 10, se presenta el valor neutralizante de diversos materiales. Por ejemplo, para el caso de CaO, que 100g de CaO tienen la misma capacidad neutralizante que 178 g de CaCO3 puro y 100 g de cal dolomitica pura tiene la misma capacidad neutralizante que 108 g. de CaCO3 puro.

•

Fineza. Está ligado a la velocidad de reacción de la cal con el suelo, por lo que es importante que la cal esté finamente dividida. Las partículas que pasan por un tamiz 100 son mucho más eficientes ya que las partículas grandes no modifican el pH del suelo sino hasta después de mucho tiempo. Por ello es necesario conocer la granulometría de la cal antes de comprarla.

•

Pureza. La cal agrícola normalmente contiene una proporción de silicatos y otras impurezas que no ejercen ningún efecto sobre la acidez del suelo y obviamente reducen su valor neutralizante

•

Contenido de magnesio. Es deseable que los materiales para encalar contengan Mg, ya que este nutriente en necesario en los suelos ácidos (Cuadro 10).

•

Costo. De acuerdo a los criterios señalados seleccionar el material que cumpla con todos ellos y de preferencia que sea el más barato.

Cuadro 10. Materiales para encalado y valor nutralizante Material Fórmula Valor neutralizante (equiv. % CaCO3) Calcita CaCO3 100

33

Contenido de Mg (%) -

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Cal viva CaO Cal hidratada Ca(OH)2 Carbonato de magnesio MgCO3 Cal dolomítica CaCO3-MgCO3 Roca fosfórica Ca10(PO4)F2 Adaptado de (Aguilar et al., 1994), CATSA, 1998.

178 134 119 108-95 7

27.0 13.1 -

De acuerdo con Jiménez y Pastrana (1999) cuando se aplican al suelo dosis de 1.5 t ha-1 de cal para cultivos como maíz y sorgo de grano, la fecha de aplicación pueden ser cada 2 años, ya que la cal presenta un efecto residual. Sin embargo, con un muestreo de pH del suelo se puede determinar con precisión cuándo aplicar cal nuevamente.

34

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3 CLASIFICACIÓN DE LOS FERTILIZANTES

Por definición un fertilizante es cualquier material orgánico o inorgánico, natural o sintético, capaz de proporcionar a las plantas uno o más de los elementos químicos esenciales para su normal desarrollo (IFDC-UNIDO, 1998). Para que un material conteniendo alguno o algunos de los elementos esenciales, sea capaz de proporcionarlos a la planta a través de las raíces o del follaje y recibir así el calificativo de “Fertilizante”, se requiere que tales elementos se encuentren en una forma química susceptible de ser absorbida: es decir en forma asimilable o disponible. Las formas asimilables son desde luego las solubles en agua; pero también lo son las solubles en ciertas soluciones ácidas o alcalinas. Con fines de evaluación de la disponibilidad de nutrimentos en los fertilizantes, experimentalmente se ha correlacionado la absorción de ellos por la planta y la magnitud de su solubilidad en diferentes soluciones. En el caso de la mayoría de los fertilizantes nitrogenados y potásicos, su solubilidad en agua es un índice de su aprovechabilidad; sin embargo, en el caso de los abonos orgánicos es preferible considerar el nitrógeno total, ya que durante su mineralización en el suelo pasa a formas aprovechables. Existen también fertilizantes químicos nitrogenados de lenta solubilidad o con gránulos recubiertos de substancias semipermeables o temporalmente impermeables, que aunque la mayor parte de su nitrógeno no es inmediatamente soluble al agua, su disponibilidad es total durante un ciclo de cultivo y su eficiencia llega a 35

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superar a la de los fertilizantes de alta solubilidad, por reducir las pérdidas por lavado o volatilización. En estos casos, la solubilidad del fertilizante se mide en porcentaje a diferentes períodos de tiempo. En cuanto a los fertilizantes fosfatados, los hay desde aquellos totalmente hidrosolubles, como el fosfato monoamónico, hasta los considerados insolubles en agua, como las escorias básicas. Para evaluar su aprovechabilidad, además del fósforo soluble en agua, se mide el soluble en soluciones neutras o alcalinas de citrato de amonio, o bien en soluciones de ácido cítrico o fórmico, o aún el fósforo total, según el material considerado y las normas del país en que se emplea. En México y en los Estados Unidos el contenido garantizado del P2O5 asimilable en todos los fertilizantes, es el soluble en citrato de amonio neutro, incluyendo el hidrosoluble, aunque en nuestro país se ha observado, especialmente para suelos alcalinos, una mayor disponibilidad del fosfato hidrosoluble que el citrato soluble. Los porcentajes de disponibilidad de los macronutrimentos primarios en México y en la mayoría de los países se acostumbra reportarlos en forma de nitrógeno elemental (N), pentóxido de fósforo (P2O5) y óxido de potasio (K2O). Los nutrimentos secundarios y los micronutrimentos se reportan en forma elemental, aunque el calcio y magnesio algunas veces se reportan como óxidos (CaO, MgO). Recientemente la FAO ha cambiado hacia la expresión en forma elemental de todos los nutrimentos, concediendo un período transicional para usar también la forma de óxido para fósforo y potasio. Por su origen los fertilizantes se clasifican en químicos y orgánicos (Figura 10).

Estiércol

36

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Fertilizantes orgánicos

Naturales

Compostas Esquilmos Abonos verdes Desechos de plantas agroindustriales Aguas negras y derivados Efluentes de biodigestores Na NO3 y Na NO3-KNO3 naturales NH3 del carbón coque Roca Fosfórica KCl natural K2SO4•MgSO4 natural

Nitrogenados

NH3 Agua amoniacal (NH4)2 SO4 NH4NO3 Urea

Fosfatados

Superfosfato simple Superfosfato triple

Potásicos

K2SO4 sintético

Fertilizantes Químicos Sintéticos

Compuestos Mixtos

Complejos

Mezclados Figura 10. Clasificación de los fertilizantes (IFDC-UNIDO-1998).

3.1. Fertilizantes químicos 37

NH4H2PO4 (NH4)2HPO4 KNO3 15-15-15 17-17-17 10-8-4 8-8-8 12-6-6

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También llamado fertilizante inorgánico o fertilizante mineral, es el término utilizado para los fertilizantes naturales o sintéticos que no son de origen animal o vegetal. Por su estado físico se dividen en tres: Sólidos. Son generalmente los más utilizados, éstos pueden estar en forma de polvos, cristales y gránulos. Líquidos. Pueden ser simples como las soluciones nitrogenadas y el agua amoniacal, o compuestos como las soluciones o suspenciones con dos o más elementos esenciales. Gaseosos. Como tal sólo se utiliza el amoníaco anhidro. En su almacenaje se mantiene en forma líquida muy fuertemente comprimido, cuando se aplica al suelo se gasifica. Teniendo en consideración los elementos nutritivos principales que son el nitrógeno, el fósforo y el potasio los fertilizantes se clasifican en (Engelstad, 1985): Abonos simples. Sólo contienen cloruro de potasio, etc.

un elemento nutritivo: urea, SPT,

Abonos compuestos. Contienen más de uno de los elementos nutritivos (N, P y K), por ejemplo las formulaciones: 20-10-10, 17-1717, 18-46-0, nitrato de potasio, fosfato monoamónico, etc.

3.2. Abonos orgánicos 38

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También se les conoce como abono orgánico, es aquel producido con materiales de origen animal o vegetal (Cruz, 1986). Un gran número de materiales orgánicos puede ser utilizado como abono y suministros de nutrientes a las plantas. Algunos de ellos pueden ser considerados fuentes orgánicas de la misma granja. De esta forma muchos productos de desechos o subproductos de la granja se pueden utilizar como abonos, reciclando los nutrientes, esto sin lugar a dudas, es muy importante tanto desde el punto de vista económico como ecológico, por las siguientes razones (Boguslawski y Debruck, 1977; Núñez, 1981): 1. Aun en épocas de máxima producción de abonos químicos, el consumo mundial de N y P en abonos orgánicos ha superado al consumo de abonos químicos. 2. La creciente escasez y alto costo de los energéticos en el mundo restringirá la producción de abonos químicos, por lo tanto debe buscarse el aprovechamiento máximo de los orgánicos. 3. Los problemas de contaminación ambiental derivados de las plantas productoras de fertilizantes, así como del uso excesivo de abonos químicos u orgánicos, hacen necesario determinar las dosis óptimas económicas de nutrientes procedentes tanto de fuentes orgánicas como químicas. Los abonos orgánicos muestran las siguientes ventajas sobre los químicos: 1. Mayor efecto residual. 2. Aumento en la capacidad de retención de humedad del suelo a través de su efecto sobre la estructura (granulación y estabilidad de agregados), porosidad y la densidad aparente. 39

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3. Formación de complejos orgánicos con los nutrientes manteniendo a éstos en forma aprovechable para las plantas. 4. Reducción de la erosión de los suelos, al aumentar la resistencia de los agregados a la dispersión por el impacto de las gotas de lluvia y al reducir el escurrimiento superficial. 5. Incrementa la capacidad de intercambio catiónico del suelo, protegiendo los nutrientes de la lixiviación. 6. Liberación de CO2 que propicia la solubilización de nutrientes. 7. Abastecimiento de carbono orgánico como fuente de energía a la flora microbiana y heterótrofa. Sin embargo, es necesario guardar ciertos criterios de calidad para escoger los abonos orgánicos, ya que pueden acarrear problemas de enfermedades, toxicidad de elementos metálicos como Cu o As de abono de cerdo o pollo (Alloway, 1990) o inclusive desbalance de iones en el suelo (Pastrana, 1999). Por ello es necesario que estos abonos sufran un tratamiento previo de: secado, amoldado, mezclado, liberado de agentes patogénicos, neutralizado y enriquecido con nutrientes particulares. En el Cuadro 11 se presentan los residuos orgánicos más comunes en México y sus contenidos nutrimentales, los cuales tienen un gran potencial para utilizarse como abonos orgánicos.

Cuadro 11. Contenido de nutrimentos mayores en subproductos orgánicos en base húmeda (70 % H2O en promedio). Subproductos Nutrimentos (%) N P2O5 K2O 40

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Estiércol de bovino E. de equino E. de porcino E. de caprino E. de ovinos E. de aves Bagazo de caña de azúcar Cachaza Pulpa de café Fracción orgánica de basuras Aguas negras Adaptado de Cruz (1986).

0.50 0.46 0.70 0.67 0.56 0.87 0.46 0.88 0.40 0.50 0.001

0.36 0.28 0.71 0.21 0.32 1.84 0.14 1.11 0.19 0.25 0.0005

0.73 0.67 0.61 0.63 0.86 0.81 0.18 0.18 0.15 0.22 0.001

Algunos componentes importantes que hay que determinar en los abonos orgánicos son: • • • • •

Contenido de materia seca. Humus total y lábil. Relación C/N. Contenidos totales de nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, calcio, etc. Contenido de sustancias que disminuyan el crecimiento de los cultivos (Sales y metales pesados, NOM-021-RECNAT, 2000).

Los abonos orgánicos se clasifican en:

41

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3.2.1. Estiércoles. El estiércol son las deyecciones de los animales de granja. En el Cuadro 12 se presenta la producción anual de estiércol por diversos animales domésticos. El efecto benéfico de estos materiales era reconocido desde la antigüedad tal como lo señalaron Tisdale y Nelson (1982): Homero (990 ó 700 A de C) en su poema épico de la Iliada menciona el uso de estiércoles en el abonado de los viñedos y la colección sistemática de estos montones por los agricultores. Teofrasto (372-287 A de C) clasificó los estiércoles en el siguiente orden decreciente del valor fertilizante: humano, porcino, caprino, ovino, bovino y equino. Varron (116-27 A de C) uno de los principales escritores romanos le agregó a la lista anterior la gallinaza, valorándola como superior al humano. En Tabasco el presbítero Manuel Gil y Záenz en 1884 en su obra El Caporal: el trabajo empírico en el campo de Tabasco presenta una de las primeras descripciones de los abonos orgánicos. Cuadro 12. Producción anual de estiércol. Especie Conejos de cebo Caballos Gallinas ponedoras Ovejas Cerdos de cebo Toros adultos Vacas de leche Becerros

Peso vivo (kg) Deyección (kgaño- Humus (kg año1 1 ) ) 2 37 22 700 6900 4100 2 33 20 60 690 414 100 920 552 650 8280 4968 600 8280 4968 300 2990 1794

Si consideramos que el estado de Tabasco cuenta 1.6 millones de cabezas de ganado vacuno y que éstas en promedio producen 8.8 t año-1 de estiércol (Cuadro 12), es de esperarse una producción anual de 140 800 000 t de estiércol. De acuerdo con los datos del Cuadro 11 el 42

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estiércol de bovinos contiene 0.56 % de N, 0.32 de P y 0.86 % de K. Si consideramos tan sólo el contenido de estos tres nutrimentos en el estiércol, encontramos un total anual de 59 136 toneladas de N, 73 920 t de P2O5 y 116 160 t K2O. Las cifras anteriores dan idea de la importancia que los abonos orgánicos pueden tener como abastecedores de nutrimentos a los cultivos. Desde luego no todo el ganado está estabulado, ya que la ganadería de Tabasco se considera extensiva y por lo tanto no es factible un control sobre el estiércol, ya que el ganado realiza sus deyecciones en los potreros contribuyendo de esta manera a reciclar parte de los nutrimentos al suelo. En la actualidad los estiércoles son los de mayor uso en la agricultura. El estiércol se incorpora al momento de la arada 1 o 2 meses antes de la siembra y debe ser distribuido uniformemente y desmenuzado. Los estiércoles son necesarios en todos los sistemas de producción agrícola. Tal como lo señalan los resultados de Rodríguez (1967) quien reportó que en el Valle de México, los suelos dedicados al monocultivo de maíz de temporal logran estabilizarse con un contenido de materia orgánica de alrededor de 1%; sin embargo, los suelos de granjas lecheras llegan a contener hasta 8 % de materia orgánica con la rotación alfalfa–maíz forrajero, agregando hasta 100 t de estiércol húmedo por hectárea cada 4 ó 5 años. Uno de los efectos más importantes de los estiércoles en el suelo es el suministro de N aprovechable para las plantas. Sin embargo la liberación de este nutrimento sólo ocurre mediante una relación estrecha carbono/nitrógeno (C/N) del material utilizado. De acuerdo con Tisdale y Nelson (1982) puede decirse que: 1. Si la relación C/N es mayor de 30, no hay liberación inmediata de N aprovechable, sino más bien una fijación de las formas nítricas y amoniacales, reduciendo la aprovechabilidad del nitrógeno en el suelo. 43

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2. Si la relación C/N es menor de 20, algo de N se mineraliza quedando disponible para las plantas. Tal como ocurre con el nitrógeno, la aprovechabilidad del fósforo y del azufre contenidos en los abonos orgánicos se halla en cierta forma regulada por la relación de concentración de carbono y de aquellos elementos en el material orgánico. Si la relación C/P es igual o menor de 200, ocurre mineralización del fósforo orgánico durante la descomposición de la materia orgánica. Si por el contrario dicha relación es igual o mayor que 300, ocurrirá una inmovilización del fósforo aprovechable durante el mismo proceso. La relación crítica C/S en la fracción orgánica del suelo es aproximadamente de 100, pudiendo ocurrir fijación o liberación de azufre bajo relaciones más amplias o más estrechas, respectivamente, en el material orgánico incorporado. Las adiciones constantes de estiércol al suelo se traducen en una creciente cantidad de N mineralizado año tras año, con riesgo de reducir su eficiencia o de contaminar acuíferos si las dosis son elevadas (Pratt et al., 1973; Nuñez, 1981). Si anualmente se desea una disponibilidad constante de N, debe empezarse usando una cantidad elevada de materia orgánica e ir reduciendo la dosis en los años subsiguientes según la serie de descomposición del material usado (la serie indica el porcentaje de N que será mineralizado). Si la dosis inicial fuera tan alta que resultara incosteable o creara problemas de salinidad, puede reducirse y complementarse con N químico durante los primeros años. En el Cuadro 13 se muestran las series de descomposición para materiales orgánicos de diferente naturaleza y distinto contenido de N.

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Cuadro 13. Relación aplicación/mineralización anual de varios materiales orgánicos para seis series de descomposición y varios años después de la aplicación inicial. Tiempo en años Serie de descomposición

Material típico

1

2

3

4

5

10

15

20

Relación N aplicado/ N mineralizado

0.9, 0.1, 0.05

Gallinaza

1.11

1.1

1.09

1.09

1.08

1.06

1.05

1.04

0.75, 0.15, 0.10, 0.05

Estiércol vacuno fresco, % de N.

1.33

1.27

1.23

1.22

1.2

1.15

1.11

1.06

0.4, 0.25, 0.06

Estiércol seco de corral, 2.5% de 2.5 N. Estiércol seco de corral, 2.86 1.5 % de N. Estiércol seco de corral, 5.0 1.0 % de N. Desechos liquidos de establo, 2.86 2.5 % de N

1.56

1.74

1.58

1.64

1.29

1.16

1.09

2.06

1.83

0.83

1.72

1.4

1.23

1.13

3.0

2.9

2.44

2.17

1.38

1.13

1.04

2.33

2.19

2.03

1.9

1.45

1.22

1.11

0.35, 0.15, 0.1, 0.05 0.2, 0.1, 0.05 0.35, 0.1, 0.05

Adaptado de Pratt et al. (1973).

A continuación se desarrolla un ejemplo para indicar el uso de estas series para calcular la cantidad de N que se aporta cuando se aplica al suelo un abono orgánico. Se recomienda mantener 120 kg ha-1 de N aprovechable para el maíz a base de porqueraza en un suelo Vertisol. La porqueraza tiene 20 % de humedad, 3% de N en base seca y una serie de descomposición de 0.6, 0.25 y 0.05 por año después de su aplicación. Calcule la cantidad de porqueraza que tiene que aplicar al primer año, segundo año y tercer año para mantener anualmente los 120 kg ha-1 de N disponible (Santos, 1990). Primer año: 120 kg de N dosis / 0.60 que se mineraliza = 200 kg de N orgánico 200 kg de N orgánico / (3 % de N en porqueraza / 100 kg ) = 6666.6 kg de porqueraza seca. Se corrige el peso de la porqueraza por humedad (20 % de H): 45

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(6666.6 kg porqueraza seca * 100) / 80 peso seco = 8333.2 k porqueraza con 20% de humedad. 200 kg de N orgánico-120 kg de N dosis = 80 kg de N orgánico residual en el suelo. 80 kg de N residual * 0.25 = 20 kg de N mineraliza al segundo año 80-20 = 60 kg de N residual para el tercer año 60 kg de N residual *0.05 = 3 kg de N que se mineralizan para el tercer año •

Segundo año:

120 kg de N dosis – 20 kg de N del efecto residual = 100 kg de N faltantes 100 kg de N dosis / 0.60 que se mineraliza = 166.6 kg de N orgánico 166.6 kg de N orgánico / (3 % de N en porqueraza / 100 kg ) = 5553.3 kg de porqueraza seca. Se corrige el peso de la porqueraza por humedad (20 % de H): (5553.3 kg porqueraza seca * 100) / 80 peso seco = porqueraza con 20% de humedad.

6941.6 kg

166.6 kg de N orgánico-100 kg de N dosis = 66.6 kg de N orgánico residual en el suelo. 66.6 kg de N residual * 0.25 = 16.5 kg de N mineraliza al segundo año. 46

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

•

Tercer año:

3 kg de N mineralizado del estiércol del primer año + 16.5 N mineralizado en el estiércol del segundo año = 19.5 kg de N disponible al tercer año. 120 kg de N dosis-19.5 kg de N mineralizado = 100.5 kg de N que se deben adicionar. 100.5 kg de N dosis / 0.60 que se mineraliza = 167.5 kg de N orgánico 167.5 kg de N orgánico / (3 % de N en porqueraza / 100 kg ) = 5583.3 kg de porqueraza seca. Se corrige el peso de la porqueraza por humedad (20 % de H): (5583.3 kg porqueraza seca * 100) / 80 peso seco = porqueraza con 20% de humedad.

6979.6 kg

De acuerdo con estos cálculos para mantener una dosis constante de 120 kg ha-1 de N se tiene que adicionar: 8333.3 kg de porqueraza al primer año 6941.6 kg de porqueraza al segundo año 6968.7 kg de porqueraza al tercer año Otra forma más simple para calcular la aportación de nutrientes y materia orgánica de los estiércoles es la que utiliza la siguiente información: 1. La materia orgánica (MO) contiene 58 % de carbono (C). 2. El 35 % del C de la MO se fija como humus 47

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3. El humus contiene una relación Carbono/ Nitrógeno (C/N) de 10:1. Ejemplo: Calcular la aportación de nitrógeno si a un suelo agrícola se incorporan 12 t de estiércol seco de bovino (con 2.09 % de N). •

C en estiércol: 12000 * 0.58 = 6960 kg

•

C como humus: 6960 * 0.35= 2463 kg

•

N como humus: 2463 * 0.1 = 243.6 kg

•

N incorporado en el estiércol: 12000 * (2.09 / 100) = 250.8 kg

•

N disponible para el cultivo: 250.8 – 243.6 = 7.2 kg ha-1

En las 12 t de estiércol se mineralizan 7.2 kg ha-1 de N, el cual estará disponible para la planta. La calidad del estiércol está determinado por la especie animal, edad, alimentación, tipo de cama y manejo del material. El mal manejo del estiércol conduce a fuertes pérdidas de N por volatilización, y de éste y otros nutrimentos, por lavado. Las pérdidas aumentan por el desecamiento, el viento, el pH alcalino y las altas temperaturas, por lo tanto un buen almacenamiento deberá considerar la compactación del material, circulación de la fracción líquida y protección contra el sol, el viento, la lluvia y el escurrimiento (Nuñez, 1981; Simpson, 1986). La tarea más difícil para utilizar los estiércoles como abonos orgánicos será implementar un programa de recolección, lo que a la larga no resulta tan económico.

3.2.2. Abonos verdes 48

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Son las plantas verdes preferentemente en estado de floración que se entierran al suelo para mejorar su fertilidad. Las más utilizadas son las leguminosas. Los beneficios de los abonos verdes, también era reconocido desde la antiguedad: Teofrasto (372-287 A de C) señala que al cosecharse el grano de haba, éste dejaba al suelo fértil para el siguiente cultivo, por su parte Caton (234-149 A de C) y Virgilio (70-19 A de C) citan a la veza y lupino como buenos abonos verdes. Columela, en las mismas fechas, señalo además de las plantas anteriores a la lenteja, garbanzo, trébol y alfalfa como buenos mejoradores del suelo (Tisdale y Nelson, 1982). En años pasados, cuando los fertilizantes químicos eran menos populares y la presión por la tenencia de la tierra menos intensa, los abonos verdes jugaban un papel muy importante en la empresa agrícola. En la actualidad, su uso en México sólo es factible en circunstancias especiales, como las siguientes (Nuñez, 1988): 1. Cuando la humedad disponible no es una fuerte limitación de la producción; es decir, cuando se dispone de abundante agua de lluvia o de riego. En caso contrario se prefiere dedicar el agua disponible a un cultivo de cosecha. 2. Cuando el cultivo no mantiene ocupado el terreno durante un tiempo largo, permitiendo levantar la cosecha de valor económico inmediato. Ha resultado práctico sembrar trébol hubam ó veza de invierno en la segunda escarda de maíz, e incorporar la leguminosa unos 30 ó 40 días después de la cosecha de maíz. 3. Cuando el terreno no puede usarse en un cultivo de cosecha económica inmediata. Tal es el caso de los terrenos ensalitrados en las partes bajas de los distritos de riego del Noroeste de nuestro país, que al inundarse para lavar las sales, se les siembra sesbania, la cual 49

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progresa en el terreno inundado. Este material verde se incorpora al suelo después de drenarlo. 4. Cuando la leguminosa tiene un valor económico inmediato adicional a su acción de enriquecer el suelo. Tal es el caso de la alfalfa en la rotación alfalfa-maíz en el valle de México. En el Cuadro 14 se presentan la capacidad de algunas leguminosas para fijar el N atmosférico y la producción de materia seca por hectárea. Cuadro 14. Leguminosas para abono verde Cultivo N fijado (kg ha-1) Trébol rojo 120 Alfalfa 140 Chicharo forrajero 288 Chícharo 153 Garbanzo 31 Haba común (chica) 320 Lupino blanco 108 Cacahuate 109 Soya 88 Frijol 49 Nescafé 145 Adaptado de (Ortiz et al.,1998; Serrato,1996). Las características de un abono verde son: 1. Son plantas de rápido crecimiento y desarrollo. 2. Producen grandes cantidades de materia seca. 3. Tienen más hojas que tallos. 50

Materia seca (t ha-1) 4.9 4.8 12.2 7.1 3.9 19.9 6.7 3.0 3.5 3.0 3.6

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4. Son tolerantes a diferentes tipos de suelo. 5. Utilizan pocos nutrientes del suelo (a excepción de P, que las leguminosas lo requieren en grandes cantidades). En Tabasco en la región de Tamulte de la Sabanas, los campesinos han establecido la rotación Nescafe-maíz en suelos de aluvión, con excelentes resultados, ya que aseguran que el nescafé (Mucuna pruriens spp. utilis) reduce la presencia de malezas, abona al suelo y el rendimiento de maíz puede ser de 2 a 2.5 t ha-1 (Ortiz y Osorio, 1997); los campesinos tienen dos ciclos de maíz al año: temporal (noviembre a febrero) y tonalmil (mayo a junio). El sistema consiste en establecer el nescafé de enero a febrero plantando a 3x3 m y una segunda fecha de siembra es de mayo a junio plantando a 2x2 m, esto cuando ya ha sido cosechado el maíz. La densidad de siembra varía de 5 a 7 kg ha-1 (Saldaña et al., 1999). En la Figura 11 se muestra una parcela de nescafé para su incorporación como abono verde. Ortiz et al. (1998) proponen dos modelos de regresión para calcular la tasa de liberación de N: TN=24.9-0.0124*T HN=19.5-0.0104*T, donde T= días Los modelos indican que a los 60 días de incorporado el nescafé se libera la mayor parte de su nitrógeno, lo cual explica los buenos rendimientos observados con el cultivo de maíz en Tamulte de las Sabanas. Con un período de 5.5 meses el nescafé puede realizar una aportación total de 145 kg ha-1 de N. Gerónimo et al. (2002), encontraron que la liberación de nitrógeno de la Mucuna se aumenta con el tiempo como producto de la descomposición de los componentes de la Mucuna por los microorganismos del suelo 51

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(Cuadro 15). Así mismo se puede observar que la hoja de Mucuna es la que mayor liberación de nitrógeno presenta en comparación de los tallos. Estos resultados confirman que la incorporación de la hoja no influye en la liberación del nitrógeno, caso contrario para el tallo, donde la práctica de incorporar los residuos facilita una mayor descomposición y por lo tanto mayor liberación de nitrógeno que cuando se deja superficialmente en el suelo. Cuadro 15. Liberación de nitrógeno de la Mucuna (kg ha-1) Mucuna Épocas de muestreo (días) Medias Mucuna 35 77 102 130 150 171 191 TS 3.2 3.9 7.4 8.9 10.2 9.8 9.1 7.5 b TE 5.9 7.0 8.9 10.5 12.6 13.2 14.8 10.4 b HE 16.0 18.8 20.4 25.4 39.7 44.5 50.9 30.8 a HS 10.2 12.3 25.6 28.7 42.6 48.2 34.7 28.9 a Medias 8.8 c† 10.5 c 15.6 cb 18.4 b 26.3 a 28.94 a 27.4 a 19.4 Fechas C.V. 29.0 DSH (M): 4.6 DSH (F) 7.1 Fechas (F) 0.0001** Mucuna (M) 0.0001** F*M 0.0001** TS: Tallo superficial, TE: tallo enterrado, HS: Hoja superficial, HE: Hoja enterrada † Medias con la misma literal dentro de la misma columna son iguales estadísticamente Tukey (P≤ 0.05). ** Efecto altamente significativo.

Otro cultivo de cobertera es el cacahuatillo (Arachis pintoi), establecido en la Sabana de Huimanguillo, Tabasco con la finalidad de proteger al suelo de la erosión, controlar malezas y mejorar la fertilidad de estos suelos (Palma y Cisneros, 1977). En la Figura 12 se observa una vista panorámica de una parcela experimental. De acuerdo con los resultados reportados por Ordaz (1999) se dice que el Arachis reduce las perdidas de erosión en 40 t ha-1 de suelo por año. En suelos acidos de la Sabana de Huimanguillo, Tabasco los resultados de la fijación biológica de nitrogeno por lleguminosas indican que M. 52

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deerengiana produjo 33,621 kg ha-1 de abono verde e incorpora 124 kg ha-1 de nitrógeno fijado biológicamente, la cual es superada por Canavalia ensiformis que produjo 28, 217 kg ha-1 de abono verde y fijó 134 kg ha-1 de N atmosférico (Sánchez et al., 2006). Ejemplo: Se incorpora un abono verde de trébol rojo con una producción de 4.9 t ha-1 de materia seca y un contenido de N del 3 %. Calcular la aportación de N que será mineralizada. •

C en abono verde: 4900 *0.58 = 2842 kg

•

C como humus: 2842 * 0.35 = 994.7 kg

•

N como humus: 994.7 * 0.1 = 99.4 kg

•

N incorporado en el trébol dulce: 4900 * (3/100) = 147 kg

•

N disponible: 147 - 99.4 = 47.6 kg

47.6 kg ha-1 de N serán mineralizados y estarán disponibles para el futuro ciclo de cultivo.

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Canavalia ensiformis

Cajanus cajan

Mucuna spp en Tamulte de las Sabanas

Canavalia asociada al cultivo de maíz

Figura 11. Algunas leguminosas con potencial de fijación biológica de N para los suelos ácidos del estado de Tabasco.

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Figura 12. Parcela experimental del cacahuatillo (Arachis pintoi) en la Sabana de Huimanguillo, Tabasco.

a) Superficie del suelo

b) En fosas

Figura 13. Compostera superficial y en fosas, realizadas por alumnos del ITA 28 para fertilizar al cultivo de cacao en Huimanguillo, Tabasco.

55

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3.2.3. Compostas Es materia orgánica mineralizada por microorganismos que pueden ser inoculados, requiere de un ambiente cálido y húmedo que favorezca un medio aeróbico para la acción microbiana. Los materiales que se requieren para elaborar una composta son: residuos orgánicos, agua, suelo, estiércol, pala, plástico y cal. Los residuos orgánicos pueden ser: domésticos, de jardín, de cosechas, de ganado, de la silvicultura, fluviales (lirio acuático) y marinos (algas marinas), desechos urbanos y agroindustriales (aguas residuales, cachaza, etc.). Existen dos procesos para elaborar compostas: a) Sobre la superficie del suelo 1. Se afloja el suelo donde se establecerá la compostera. 2. Se coloca una empalizada sobre el suelo removido. 3. Se coloca el material en capas de 10 cm de grosor como sigue: • • • • •

Se colocan los residuos vegetales bien triturados. Se coloca el estiércol. Se agrega una delgada capa de cal. Se agrega la tierra. La capa formada se humedece con agua.

4. El procedimiento anterior se repite hasta alcanzar una altura entre 1.3 y 1.5 m. 5. Se cubre con plástico para protección. 56

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6. Las dimensiones de la compotera deben ser de 1 m de anchura por 2 m de longitud como mínimo. Con esto se pueden producir 1200 kg de abono orgánico (Figura 13a). 7. Manejo de la compostera: • El lugar de la compostera debe estar protegido del sol y viento, cerca de una fuente de agua y el largo debe ser paralelo a la dirección del viento. • Si a los 15 días al abrir la compostera está caliente al tacto y sale gas, se agrega agua y desechos orgánicos, ya que es mucha la actividad microbiana y hace falta sustrato. • Por el contrario si está fría se debe añadir estiércol, ya que la actividad microbiana ha sido disminuida. • Una temperatura media es la ideal. • La compostera debe ser removida a los 28 días y después cada 15 días en cuatro ocasiones. Procurando que las capas queden invertidas. • Dependiendo del material la composta está lista después de 3 a 5 meses. b) Composta en fosas 1. Se excavan 2 fosas de 2x1x1 m como se indica en la Figura 13b. 2. En medio de las composteras se colocan postes de 1.5 m de altura por 15 cm de diámetro, esto con el fin de evitar altas temperaturas y mejorar la aireación. 3. Para el llenado de la fosa se sigue el procedimiento descrito para la compostera superficial. 4. Una vez llena se cubre con plástico, paja o tierra para protejerla. 57

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5. A los 30 días de realizada la compostera se remueve el material de una fosa a la otra, procurando que las capas queden invertidas. 6. El mismo procedimiento se realiza cada mes. 7. A los 4 meses de realizada la compostera se obtienen 1200 kg de abono orgánico listos para aplicarse al cultivo. Dosis de aplicación de las compostas: •

Hortalizas.se utilizan 40 kg de composta en 10 m2

•

En cereales se utilizan de 10 a 15 kg de composta en 10 m2

La aplicación puede ser al voleo o sobre el surco de siembra. En Tabasco recientemente se ha iniciado el composteo y el lombricomposteo de subproductos y residuos para producir abono orgánico el cual es utilizado para los cultivos de caña de azúcar y cacao (Figura 14a). Para el cultivo de cacao, se utiliza el Bocashi. En cada lugar varia la forma de preparación y los ingredientes a usarse, resultado del ensayo y error, y del conocimiento tradicional de los productores. Para preparar 65 costales de Bocashi, se requiere: 20 costales de estiércol (pollinaza o estiércol). 20 costales de cascarilla de arroz, rastrojo picado o cascarilla de cacao. 20 costales de tierra. 6 costales de carbón quebrado o ceniza de fogón. 1 costal de pulido de arroz, salvado de trigo o concentrado para vacas. 1bulto de carbonato de cal o cal agrícola. 0.9 kg de levadura de pan. 2 kg de piloncillo o 4 L de melaza. 58

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1000 L de agua. Modo de prepararse: Se coloca por capa los ingredientes en el siguiente orden cascarilla de arroz, tierra, estiércol, carbón, pulido de arroz y la cal. El piloncillo se disuelve en el agua tibia, posteriormente se diluye en el agua que se va utilizando para humedecer la mezcla. Se recomienda la prueba del puño para checar la humedad de la mezcla, el punto óptimo es cuando se toma un puño de mezcla se aprieta formando un churrito que fácilmente se desmorona y deja la mano humedecida. Por el contrario si se desmorona le falta agua y si escurre se paso de humedo, por lo que se debe agregar más materiales. La mezcla se revuelve tre veces Se extiende en el piso formando una cama de 50 cm Se cubre con costales o naylón negro, durante los primeros 3 días de fermentación la temperatura puede ser de 80ºC, lo cual no se recomienda, una temperatura de 50ºC es lo deseable, para obtenerla se recomienda dar dos vueltas a la mezcla los primeros 4 días. Una práctica para disminuir la temperatura consiste en rebajar la altura de la cama a partir del tercer día alcanzando una altura de cama de 20 cm al octavo día. Entre los 12 a 15 días la composta se ha logrado, por lo que su temperatura debe ser igual a la del ambiente. La composta tomara un color gris claro, queda seca con aspecto de polvo arenoso y consistencia suelta. En la Figura 14b, se presenta el Bocashi composteado y con lombrices. 59

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a).Composteado de la cachaza a cielo abierto, composteando, utilización de composta para producir plántulas de caña de azúcar y aplicación manual de compost. Ingenio Pujiltic. San Francisco Pujiltic, Chiapas. 2005.

b) Bocashi con lombrices producido en canteros y Bocashi composteado supericial. Proyecto Génesis. Figura 14. Procesos de composteo adicionales que se realizan en México.

60

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Con respecto a la cachaza, un subproducto de la Agroindustria azucarera, se ha composteado para mejorar la composición química y reducir el volumen de aplicación. Los resultados experimentales de Arreola et al. (2004) señalan que la adición de 0.5% de N como urea puede facilitar su descomposición e indican que una dosis de 15 tha-1 este compost produjo el mismo rendimiento que la dosis de fertilización 120-60-60 en el cultivo de la caña de azúcar. Con la proporción 75:25 de cachaza y bagazo, es posible producir un compost de buena calidad (Cuadro 16), con la ventaja de aprovechar el bagazo, otro subproducto de la agroindustria azucarera, logrando con ello su reincorporación al suelo (Pérez et al., 2006). Cuadro 16. Medias de parámetros físicos y químicos en los compost de cachaza y bagazo Mezclas cachaza:bagazo

Nt

MO

CE dSm-1

pH

NO3-

NH4+

(mg kg-1)

(%)

Relación NO3-/NH4+

100:0

1.1

28.7

3.3

5.7

3579.2

19.0

0.00

75:25

1.2

38.7

3.3

5.3

4318.1

75.4

0.00

50:50

1.1

49.7

3.0

5.0

2145.3

324.8

0.15

25:75

1.0

61.4

2.5

4.7

317.3

406.3

1.35

Media con N

1.1a

44.6a

3.0a

5.1b

2589.9a

206.4a

0.4a

100:0

0.9

25.4

0.8

7.4

813.5

16.7

0.00

75:25

0.9

35.5

0.5

7.4

103.1

21.8

0.33

50:50

0.9

45.7

0.5

7.3

70.2

11.3

0.25

25:75

0.6

51.0

0.5

7.2

161.9

24.6

0.43

Media sin N

0.8b

39.4b

0.5b

7.3a

287.1b

18.6b

0.3a

Medias con la misma literal son iguales estadísticamente Tukey (PP. R. Stout Cloro 1954 T.C. Broyer et al. Niquel 1987 P.H. Brown et al. Fuente: Marschner (1995).

105

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 21. Elementos esenciales y su papel en la planta Nutrimentos Nitrógeno

Papel en la planta Macronutrimentos Constituyente de todas las proteínas, la clorofila, encontrándose en las coenzimas y los ácidos nucleicos.

Fósforo

Importante en la transmisión de energía como parte del adenosín trifosfato. Constituyente de muchas proteínas, coenzimas, ácidos nucleicos y substratos metabólicos.

Potasio

Funciona en mecanismos de regulación como la fotosíntesis, translocación de carbohidratos, síntesis de proteínas.

Calcio

Componente de la pared celular, desempeña un papel en la estructura y permeabilidad de las membranas.

Magnesio

Constituyente de la clorofila y activador de enzimas.

Azufre

Constituyente importante de las proteínas vegetales.

Boro

Micronutrimentos Algo incierto pero se cree que es importante en la transferencia de azúcares y en el metabolismo de carbohidratos.

Hierro

En la síntesis de clorofila y en las enzimas para la transferencia de electrones.

Manganeso

Controla varios sistemas de oxidación-reducción, en la formación de O2 en la fotosíntesis.

Cobre

Catalizador para la respiración, constituyente enzimático.

Zinc

Participa en sistemas metabólicas.

Molibdeno

En la nitrogenasa es necesaria para la fijación de nitrógeno y su transformación en aminoácidos y proteínas.

Cobalto

Esencial para la fijación simbiótica de nitrógeno.

Cloro

Activa la producción de O2 en la fotosíntesis.

Níquel

Activador de procesos enzimáticos

enzimáticos que regulan diversas actividades

Adaptado de Foth (1992).

106

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12.2. Deficiencia y toxicidad Una característica común de todos los micronutrimentos es que son requeridos en cantidades muy pequeñas (Cuadro 19). Un exceso de ellos en sus formas asimilables puede producir efectos nocivos para las plantas; Por ejemplo, el anaranjamiento de las raíces de arroz por excesos de fierro en suelos de Palizada, Campeche. En el Cuadro 22, se presenta una guía para identificar las deficiencias en cereales. La característica más importante de este diagnóstico es el lugar de la planta en que aparece la primera deficiencia (Finck, 1985). De acuerdo a la movilidad de los nutrimentos dentro de la planta se clasifican en: 1. Elementos móviles, aquellos nutrimento al momento de presentarse una deficiencia en las hojas jóvenes se trasladan rápidamente de las hojas viejas para satisfacer las necesidades de la planta, por lo que su deficiencia es fácilmente observada en las hojas viejas. 2. Elementos poco móviles, las deficiencias se presentan en las hojas jóvenes. Por ejemplo si el técnico observa los síntomas en: Hojas viejas. Significa que a la planta le falta un elemento móvil: N, P, K, Mg y S. Hojas jóvenes. A la planta le falta un elemento poco móvil: Ca, S, Na, Mn, Fe, Zn, Cu y B. Esta diferenciación sólo es posible en el estado inicial, pues más tarde, y con el agravamiento de la deficiencia, en la mayor parte de los casos, ésta alcanza a todas las hojas (los daños se enmascaran con enfermedades secundarias de naturaleza parasitaria). 107

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

La diferenciación entre clorosis y necrosis tiene también gran importancia. Las clorosis. Son decoloraciones amarillentas. La formación de clorofila se encuentra alterada pero los daños son reversibles, es decir, pueden corregirse por medio del abonado. Las clorosis persistentes son típicas de deficiencias de N, Mg, S y Fe, se convierten en necrosis al agravarse la deficiencia. Las necrosis. Son decoloraciones pardas que indican la muerte del tejido. Estos daños son irreversibles. Por medio del abonado es posible activar la formación de hojas nuevas, siempre que la planta no haya muerto totalmente. Las necrosis que aparecen como fase subsiguiente a una clorosis son típicas en las deficiencias de K, Mn y Cu. 12.3. Fuentes de micronutrientes La cantidad de microelementos presentes en el suelo depende, en principio, de la naturaleza del material parental. A medida que el suelo evoluciona y actúan la lixiviación y el reciclado de nutrientes a través de las plantas, algunos elementos tienden a concentrarse en determinados horizontes del suelo, mientras otros irán perdiéndose progresivamente en el agua de drenaje. Al mismo tiempo, algunos elementos se incorporan a partir de la contaminación atmosférica, de aportes naturales (emisiones volcánicas o la deposición de polvo) y por las aguas de escorrentía procedentes de suelos situados en cota más elevada (Wild, 1992). El conocimiento de la roca madre es el primer paso para interpretar la diferente composición de los distintos suelos (Cuadro 23). La incorporación de los micronutrientes a los cristales de silicatos está regulada, fundamentalmente por su valencia y el radio iónico.

108

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 22. Clave simplificada para identificar las deficiencias en cereales. Síntomas

Carencia Hojas viejas

1. Decoloración rojiza de las hojas y peciolos: las hojas tienen primero un color verde oscuro, luego se vuelven pardas.

P

2. Clorosis en las puntas y necrosis: las hojas van adquiriendo, a partir de las puntas, un color amarillento-pardo, las hojas mas viejas se tornan pardas.

N

3. Necrosis en el borde: las hojas se vuelven amarillas o pardas en los bordes; quedan flácidas y caen hacia abajo (aspecto de marchitez).

K

4. Clorosis en bandas: aparecen bandas cloróticas entre las nervaduras, los restos de tejido verde adoptan una forma de collar.

Mg

5. Clorosis en manchas: aparecen manchas en bandas blancas o grises, sobre todo en la mitad superior de la hoja.

Mn

Hojas jóvenes 1. Hojas totalmente amarillentas con la nervadura de un color amarillo claro.

S

2. Hojas amarillas de color amarillo claro, con nervaduras verdes.

Fe

3. Puntas blancas: las puntas de las hojas se vuelven blanquecinas y se enrollan en forma de filamento.

Cu

4. Hojas amarillas y punto vegetativo muerto. a). Se combina frecuentemente con los daños por acidez.

Ca

b). Raramente aparecen en los cereales, cuando se presenta aparecen bandas cloróticas entre las nervaduras de las hojas.

B

Adaptado de Finck (1985).

109

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Un ion puede sustituirse por otro si el radio del mayor no difiere del más pequeño en más de 15% y sus cargas iónicas no varían en más de una unidad. Por ejemplo los radios iónicos del Mg 2+ y del Fe 2+ son 66 pm (pm=10-12 m) y 74 pm, respectivamente, y pueden ser reemplazados por Co 2+ (72 pm), Cr 3+ (63 pm), Ni 12+ (69 pm), y en algunas ocasiones por Cu 2+ (72 pm). En consecuencia, los suelos formados a partir de rocas básicas están, en general bien provistos de micronutrimentos y es raro que los cultivos presentes en ellos carencias primarias. Pueden aparecer problemas por toxicidad cuando los suelos están formados sobre rocas ultrabásicas, como la serpentina, debido a su elevado contenido de Ni y Cr. Por el contrario, las rocas ígneas ácidas son, generalmente, pobres en algunos micronutrientes, por lo que son frecuentes las deficiencias de Co, en suelos graníticos. La situación puede complicarse cuando se liberan sulfuros pues en estos casos muchos de los micronutrientes se combinan preferentemente con el azufre y aparecen enriqueciendo inesperadamente algunas rocas (Cuadro 24). Agrícolamente, las rocas sedimentarias son mucho más importantes que las eruptivas; aunque solamente representan el 15 % del volumen de la corteza terrestre, aparecen distribuidas sobre las rocas eruptivas subyacentes y pueden representar hasta el 75 % de la superficie terrestre. En las rocas sedimentarias la sustitución en la red cristalina de los minerales primarios es menos importante que la liberación de los elementos que se produce durante las primeras etapas de meteorización. Como los minerales primarios se descomponen durante la meteorización, los metales alcalinos y alcalinotérreos tienden a permanecer en la solución, y algunos de los micronutrientes metálicos pasan a formar parte de los minerales secundarios o minerales arcillosos. Otros quedarán absorbidos sobre el complejo de cambio, incorporados a la materia orgánica humificada o aislados por 110

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

precipitación siguiendo los cambios producidos en el potencial redox del suelo. La concentración de oligoelementos en las areniscas es, generalmente, baja ya que en estas rocas predomina el cuarzo, si bien la matriz puede estar formada por otros minerales más resistentes y en la matriz están los microelementos que finalmente quedan disponibles para las plantas. En consecuencia los estados carenciales se suelen producir cuando los suelos se han desarrollado sobre sedimentos arenosos u otros materiales parentales como de textura ligera, como arenas eólicas, arenas fluvioglaciales, areniscas, etc. 12.4. Microelementos asimilables de los suelos 12.4.1. Los diferentes estados de los microelementos en el suelo Los microelementos se encuentran en los suelos bajo diferentes estados más o menos definidos. En general se han adoptado cinco fracciones (Viets, 1962): 1. La fracción soluble en agua (solución del suelo). 2. La fracción cambiable (iones atraídos por las por las cargas eléctricas de las partículas del suelo). 3. La fracción absorbida, quelatada o ligada (la mayor parte de los micronutrimentos son metales pesados capaces de formar complejos con componentes de la MO o con residuos biológicos del suelo). 4. La fracción de los minerales secundarios, arcillosos y los óxidos metálicos insolubles. 5. La fracción de los minerales primarios En la solución del suelo se encuentran cantidades muy pequeñas de microelementos. Cuadro 23. Abundancia de los elementos micronutrientes (mg kg-1).

111

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos Elemento

Corteza

Fe Mn Co Zn Mo B

55000 950 55 70 1.5 10

Rocas ígneas Granito Basalto 27000 86000 400 1500 10 100 40 100 2 1 15 5

Rocas sedimentarias Caliza Arena Esquisto 3800 9900 47000 1100 10-100 850 4 30 45 20 16 95 0.4 0.2 2.6 20 35 100

Suelos 10000-100000 20-3000 10-80 10-300 0.2-10 7-80

Mortvetd et al. (1983).

Cuadro 24. Minerales comunes que contienen a los micronutrientes. Elemento

Formas más corrientes en la naturaleza

Contenido del suelo (mg kg-1)

Fe Mn Co Zn Mo B

Oxidos, sulfuros y silicatos Oxidos, silicatos y sulfuros Sulfuros, óxidos, y silicatos Sulfuros, hidroxi-carbonatos Boro-silicatos, boratos Sulfuros, molibdatos Cloruros

25000 2500 100 50 50 2 50

Buckman y Brady (1991).

En forma cambiable se encuentran cantidades muy importantes de Fe, Zn, Mn y Cu, en forma de catiónes. Estas cantidades constituyen la fracción asimilable por las plantas, comparable al potasio asimilable. Sin embargo, los microelementos son retenidos más energéticamente y relativamente menos asimilables que el potasio. Cantidades importantes de estos micronutrimentos se encuentran ligadas a la MO teniendo una asimilabilidad variable. Las primeras tres fracciones se hallan en equilibrio de tal manera que un cambio en una de ellas supone cambios en las otras dos. Representan cantidades pequeñas para cada microelemento en relación a las cantidades totales, pero estas son las que aseguran el suministro de microelementos a las plantas. Los análisis de suelos deberán por lo tanto extraer la totalidad o parte de estas tres fracciones (Lové, 1988). 112

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

12.4.2. Factores que influyen en la asimilación de los microelementos La asimilabilidad de los micronutrimentos se mide por las cantidades extraídas por los diferentes soluciones extractoras de los análisis de suelos en paralelo con las cantidades absorbidas por las plantas. Los factores que determinan la asimilabilidad han sido revisados por (Hodgson, 1963; Lucas y Knezek, 1972). Su importancia es variable según los microelementos y las condiciones del medio. A partir de cultivos sobre arenas, fertilizadas con microelementos, Cottiene et al. (1968) han encontrado que: 1. La absorción de Fe y Cu eran menos variables. 2. Las de B y Mo eran las más correlacionadas con los contenidos del medio, y 3. Las de Mn y Zn eran las más dependientes de otros factores del medio. Los principales factores de los suelos que afectan la asimilabilidad de los microelementos son: pH, la MO, la textura, la actividad microbiana, el régimen hídrico y el drenaje, y las condiciones de oxidorreducción. El pH. El aumento del pH reduce la solubilidad y absorción de Al, Co, Cu, Fe, Zn y más particularmente Mn, aumentando la del Mo. En la Figura 6, se observa la disponibilidad de los nutrimentos en función del pH. La anchura de las bandas horizontales representa la solubilidad del nutrimento. La solubilidad está en relación directa con la disponibilidad del nutrimento para las plantas Troug (1948). A medida que el pH va ahumentando las formas ionicas de los cationes son cambiables a hidróxidos u óxidos. Un ejemplo puede ser el siguiente, usando el ion ferroso. Fe 2+ + 2 OH-

Fe (OH)2 113

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

(soluble)

(Insoluble)

La materia organica (MO). La MO del suelo que contiene una fuerte proporción de microelementos asimilables, juega un papel muy importante en la nutrición de los cultivos. Los suelos pobres en MO tienen una tendencia a ser igualmente pobres en microelementos. Sin embargo, los suelos con altos contenidos de MO pueden tener problemas de asimilabilidad particularmente del Cu, dado que los complejos órgano-metálicos pueden ser tan estables que los iones metálicos, no estén disponibles suficientemente para la planta. Las relaciones entre la MO y los microelementos han sido estudiadas por Sillanpää (1972). En la Figura 19, se observa una representación esquemática. Recordemos que las plantas absorben las sustancias minerales bajo forma de iones ya estén disueltos en la solución del suelo, ya estén absorbidos, por los coloides del suelo y susceptibles de pasar a la solución de intercambio, pudiendo estar estos cationes cambiables incluso incorporados en los complejos orgánicos y en particular quelatados mediante agentes quelatantes. Esta última forma reviste una gran importancia para los microelementos metálicos. Los agentes quelatantes producidos por los microorganismos y excretados por la raíces de las plantas, se comportan como transportadores de microelementos hacia las raíces (Figura 19). La MO juega un cierto papel en la descomposición de los minerales con la liberación de microelementos.

114

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

M.Q Complejos insolubles con la MO

Superficies de Adsorción (iones cambiables)

Rocas madres y minerales primarios

Q Descomposición

Extracción por las plantas

M2+, M quelatado Ión libre complejo en solución Incorporación a los microorganismos

Figura 19. Esquema de participación de la MO del suelo en el estado de los microelementos metálicos (M).

La MO tiene la propiedad de formar complejos con los cationes. Puede formar combinaciones muy estables con los iones metálicos. Los quelatos son complejos órgano-metálicos muy estables donde el metal está insertado en una molécula quelatante recubierto, como una pinza en griego chele=pinza (Holler, 1977). Los compuestos orgánicos de los suelos que tienen poder quelatante son muy numerosos: sustancias bioquímicas procedentes de organismos vivos (ácidos orgánicos, polifenoles, aminoácidos, proteínas, polisacáridos) así como complejos polímeros (ácidos humicos y fúlvicos). Los complejos insolubles entre los metales y la MO del suelo corresponden sobre todo a las combinaciones con los ácidos humicos. 115

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Los metales asociados a complejos solubles corresponden sobre todo a combinaciones bioquímicas, como los ácidos orgánicos. Los complejos formados con los ácidos fúlvicos están igualmente dotados de una fuerte solubilidad en agua. La constante de estabilidad K, es una medida de la afinidad del metal por el agente quelatante, e indica la solubilidad y la movilidad de los microelementos metálicos en los suelos. K= (MRx) / (M) (R)x donde: MRx=complejo órganico-metálico M= ion metálico R=Sustancia orgánica x= cantidad de la sustancia orgánica Schitzer y Skinner (1966) determinaron constantes de solubilidad para los metales divalentes con el ácido fúlvico obteniendo el siguiente orden de valores log K en sentido decreciente: Cu (5.78) > Fe (5.06) >Co (2.2) > Zn (1.73) >Mn (1.47) a pH 3.5 El gran interés de los fenómenos de quelación en el campo de los microelementos se debe a que los microelementos metálicos pueden mantenerse en solución (Figura 19), mientras que, en condiciones de pH normales del suelo, formarían precipitados insolubles. Los iones M son retenidos en la molécula del quelato mediante enlaces que les protegen en gran parte de las reacciones en las que intervendrían en el caso de hallarse libres en el suelo en forma de sales simples.

Otros factores: 116

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La textura del suelo. Este es una propiedad que ha sido a menudo asociado a las cantidades de microelementos asimilables. Sillanpää (1972), constato una disminución significativa de las cantidades de Co, Cu, Mn solubles en función de un contenido creciente de elementos gruesos (pero no en el caso del Zn). Los microorganismos. La actividad microbiana, por otra parte muy dependiente de numerosos factores del suelo (pH, MO, etc.), influye sobre la asimilabilidad de los microelementos (Lové, 1988): 1. Liberación de iones durante la descomposición de la MO. 2. Inmovilización de los iones por su incorporación en los tejidos microbianos. 3. Oxidación de un elemento en forma menos asimilable (Mn 2+ a MnO2). 4. Reducción de la forma oxidada, en medio reductor. 5. Transformaciones indirectas debido a los efectos sobre el pH. Los efectos de la naturaleza microbiana más importantes y con mucho los más estudiados en relación con la asimilabilidad de los microelementos son los que se relacionan con los problemas de oxidación y reducción de Fe y Mn. La actividad microbiana controla en parte el estado de oxidación de Mn por intermedio de su efecto sobre el potencial de oxidación. El efecto de los microorganismos sobre los demás microelementos resultaría de la descomposición de las formas orgánicas o de una competencia directa en la absorción. Es así como la deficiencia de Zn en árboles frutales se podría ver agravada por el efecto de la competencia de ciertos microorganismos. Las condiciones de oxidorreducción. Las condiciones de oxidación y reducción intervienen sobre todo en la asimilabilidad de Fe y Mn. La 117

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

escasa asimilabilidad de Fe y Mn en las condiciones del medio favorables a la oxidación debe fundamentalmente a la menor solubilidad de las formas trivalentes en relación a la de las formas divalentes reducidas. Las condiciones reductoras generadas por una cantidad de agua elevada del suelo o por la sumersión pueden también aumentar la asimilabilidad de Cu, Zn, Mo y Co (Grable, 1966). El mal drenaje crea condiciones reductoras susceptibles de afectar la asimilabilidad de ciertos micronutrimentos, pero las raíces de las plantas se ven afectadas y por lo tanto las posibilidades de captación de microelementos se ven reducidas. Tres de los cationes de elementos trazas son hallados en suelos en estados de más de una valencia. Estos son Fe, Mn y Cu. Los estados de baja valencia vienen favorecidos por condiciones de baja reserva de oxígeno y nivel relativamente alto de humedad. Ellos son los responsables de los colores del subsuelo, grises y azules, en contrastes con los rojos brillantes, marrones y amarillos de los suelos minerales bién drenados. Los cambios de un estado de valencia a otro son producidos por microorganismos y MO (Buckman y Brady, 1991). Las condiciones climatológicas. El contenido de las plantas en microelementos registra importantes variaciones estacionales que pueden ser debidas en parte a los efectos de asimilabilidad de los microelementos. El clima interfiere sobre la actividad microbiana, la cual, está muy influenciada por la temperatura y por lo tanto puede modificar la asimilabilidad en función de las condiciones de oxidorreducción, de los microorganismos, y del contenido de MO. En principio las temperaturas elevadas del suelo se ven acompañadas de una absorción más intensa de microelementos pero en general van seguidas de una insuficiencia de agua en el suelo. La sequía conduce a menudo a una baja asimilabilidad (Boro en particular). Es comun 118

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

observar las deficiencias de Boro en palma de aceite en la época de secas (Salgado et al., 2003). Mn es el elemento que parece presentar las variaciones estacionales de asimilabilidad más intensas debidas a las condiciones de oxidorreducción inducidas por la variabilidad en la actividad microbiana (Hodgson, 1963). La interacción entre elementos nutritivos. Las interacciones entre los elementos nutritivos y los microelementos pueden traducirse en deficiencias inducidas de microelementos o absorción incrementada. Se sitúan a menudo a nivel de absorción de un microelemento más que en relación con la asimilabilidad. En el Cuadro 26 se resumen las principales interacciones en relación con la nutrición de Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, y B; debidas a los aportes de macroelementos o de microelementos o cantidades elevadas en los suelos de estos elementos (Lové, 1988). De los tres elementos principales N, P y K de la fertilización, es el fósforo, el que presenta interacciones más importantes con los microelementos (Binham, 1963). Una fertilización fosfatada muy elevada o un medio muy rico en ácido fosfórico asimilable puede producir reducciones de la asimilabilidad de Fe, Cu, y sobre todo de Zn y más bién aumentos en relación con B y Mo. 12.5. Manejo de los micronutrimentos en suelos tropicales En los trópicos las deficiencias o toxicidades de los micronutrimentos han sido poco estudiadas, concentrándose la mayor atención a estudiar las necesidades de N, P y K; y el encalado en suelos ácidos. Sin embargo, por la naturaleza de los suelos, se sabe que existen, deficiencias de: 119

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1. Zn detectadas en suelos ácidos en el cultivo de cítricos (Etchevers y Toledo, 1988). 2. Boro en suelos de aluvión cultivados con papaya. 3. Boro en piña cultivada en suelos ácidos. 4. Fe suelos alcalinos cultivados con soya. 5. Toxicidades de Fe, en suelos de sabana de Balancán cultivados con arroz. 6. B, Mn, y Zn en palma de aceite (Salgado et al., 2003; Lara et al., 2006). 7. Zn en la caña de azúcar cultivada en suelos alcalinos (Salgado et al., 2005). Cuadro 26. Principales interacciones entre los elementos nutritivos. Elementos Hierro Manganeso Zinc Cobre Boro Molibdeno

Efectos de los elementos principales Efectos de otros microelementos P negativo, K es variable (más bien Mn, Cu, Zn, Mo más bién un poco positivo) negativos, en el orden decreciente Fe muy negativo P muy negativo, N variable (efecto Interrelación con Fe en la planta dilución negativo, efecto forma N). N y P negativos Zn un poco negativo N negativo, P positivo, K variable, Poco importantes, Mn ligeramente Ca negativo positivo, deficiente Cu efecto negativo sobre B. P positivo, S negativo Fe totalmente negativo, Mn y sobre todo Cu negativos.

En los Cuadros 27 y 28 se presentan los estándares propuestos por Etchevers (1988) y adoptados en la NOM-021 (2000) para clasificar los contenidos de estos micronutrimentos en el suelo. Cuadro 27. Micronutrimentos Zn, Fe, Cu y Mn extractados con DTPA. (Viets y Linsay, 1973; NOM, 2000). Clase Fe Cu Zn ------------(mg kg-1)-----------

120

Mn

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Deficiente

< 2.5

< 0.2

< 0.5

Marginal

2.5-4.5

0.2-2.0

0.5-1.0

Adecuado

> 4.5

> 2.0

> 1.0

< 1.0 > 1.0

Cuadro 28. Clasificación para Boro (B) extactable en agua caliente (Reisenawer et al. 1973). Clase B (mg kg-1) Bajo Adecuado Excesivo (tóxico)

2.5 >2.2 -

N P K Ca Mg S

1.50-1.90 0.15-0.17 0.90-1.00 0.10-0.19 0.08-0.09 1.80 0.20-0-50 >0.50 0.10-0-35 >0.35 >0.14 (ppm) 4-30 >30 5-15 >15 40-250 >250 25-400 >400 0.05-4.0 >4 20-100 >100

B 2-3 Cu 3-4 Fe 20-39 Mn 20-24 Mo 100 5-15 16-24 50-200 >200 30-500 501-1000 0.05-1.0 >1.0 30-150 151-300

B Cu Fe Mn Mo Zn

Medio (%) 1.80-1.99 2.0-2.5 0.13-0.18 >0.18 1.00-1.29 1.3-2.2 0.30-0.49 >0.40 0.20-0.49 >0.45 (ppm) 12-24 25-70 4-7 8-12 50-59 60-200 22-49 50-300 70 >12 >200 >300 >2.5 >100

Cultivo: Banano o plátano Número: 15 hojas Parte vegetativa: 7.5 cm de parte central Tiempo: de las hojas viejas (6-9 meses) Elemento: Bajo N P K Ca Mg S

2.50-3.49 0.15-0.19 3.00-3.79 0.50-0.79 0.18-0.24 0.18-0.24

B Cu Fe Mn Zn

7-9 4-5 50-75 75-99 15-19

Adaptado de Jones et al. 1991.

123

Medio Alto (%) 3.50-4.5 >4.5 0.20-0.4 >.04 3.80-5.0 >5.0 0.80-1.5 >1.5 0.25-0.8 >0.8 0.25-0.8 >0.8 (ppm) 10-50 51-80 6-25 >25 76-300 >300 100-1000 >1000 20-200 >200

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Continuación..... Cultivo: Café Número: 100 hojas Parte vegetativa: Ramas de fructificación Tiempo: inicio de floración-madurez

Cultivo: Naranja Valencia Número: 30 hojas Parte vegetativa: ramas de fructificación Tiempo: hojas de 5-7 meses

Elemento: Bajo

Elemento: Bajo

N P K Ca Mg S

0.2

B 75 Cu 25 Fe 125 Mn 200 Mo 0.5 Zn 30 Cultivo: Mango Número: 15 hojas completas Parte vegetativa: hojas maduras de renuevos Tiempo: posterior a la floración

2.00-2.19 0.10-0.11 0.90-1.19 0.90-1.09 0.20-0.29

B Cu Fe Mn Zn

20-24 4-5 40-59 22-24 22-24

Alto >3.5 >0.5 >3.1 >4.0 >0.55 >100 >100 >150 >200 >200

Cultivo: Papaya Número: 15 hojas Parte vegetativa: Pecíolos Tiempo: hojas maduras jóvenes

Elemento: Bajo

Elemento: Bajo

N P K Ca Mg

N P K Ca Mg

B Cu Fe Mn Zn

Medio Alto (%) 0.70-0.99 1.00-1.50 >1.50 0.05-0.07 0.08-0.25 >0.25 0.25-0.39 0.40-0.90 >0.90 1.00-1.99 2.00-5.00 >5.00 0.15-0.19 0.20-0.50 >0.50 (ppm) 20-24 25-150 >150 5-6 7-50 >50 25-49 50-250 >250 25-49 50-250 >250 15-18 20-200 >200

N P K Ca Mg

Medio (%) 2.20-3.5 0.12-0.5 1.20-3.0 1.10-4.0 0.30-0.5 (ppm) 25-100 6-100 60-150 25-200 25-200

B Cu Fe Mn Zn

Adaptado de Jones et al. 1991.

124

Medio (%) 0.80-1.00 1.01-2.5 0.18-0.21 0.22-0.4 2.8-3.2 3.30-5.5 3.0 >1.2 >30 >10 >100 >150 >40

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Continuación...... Cultivo: Piña Número: 20 Parte vegetativa: Primera hoja abierta Tiempo: Inflorescencia sobresaliente Elemento: Bajo

Medio Alto (%) N 1.7 P 0.1 K 3.0 Ca 1.2 Mg 0.3 (ppm) B 30 Cu 10 Fe 200 Mn 200 Zn 20 Cultivo: Limón mexicano Número: 30 hojas Parte vegetativa: Fuera de frutificación Tiempo: 5-7 meses Elemento: Bajo Medio Alto (%) N 1.9-2.19 2.2-2.7 >2.7 P 0.08-0.09 0.1-0.3 >0.3 K 0.7-0.99 1.0-2.0 >2.0 Ca 1.0-1.49 1.5-4.0 >4.0 Mg 0.15-0.19 0.2-0.5 >0.5 B Cu Fe Mn Mo Zn

18-19 3-4 50-59 15-19 0.03-0.29 15-19

(ppm) 20-200 5-100 60-100 20-200 0.3-3.0 20-50

>200 >100 >100 >200 >3.0 >50

Cultivo: Limón Persa Número: 30 hojas Parte vegetativa: Renuevos Tiempo: Renuevos de temporada Elemento: Bajo Medio (%) N 2.1-2.3 2.3-3.0 P 0.12-0.14 0.15-0.5 K 1.25-1.5 1.6-2.5 Ca 3.0 >0.5 >2.5 >5.0 >1.0 >0.5 >100 >100 >200 >200 >200

Alto >3.0 >0.5 2.3-4.5 >5.5 >0.75 >0.5 101-150 >100 >200 >200 >100

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 30. Rangos críticos para cereales y hortalizas Cultivo: Sorgo Número: 25 hojas Parte vegetativa: hoja más joven Tiempo: 37-56 días de la siembra

Cultivo: Maíz Número: 15 hojas Parte vegetativa: follaje completo Tiempo: 30 cm de altura

Elemento: Bajo

Elemento: Bajo

N P K Ca Mg B Cu Fe Mn Zn

Medio (%) 40

N P K Ca Mg S

0.5

Cultivo: Fríjol Número: 10 hojas Parte vegetativa: renuevos desarrollados Tiempo: primeras hojas trifoliadas

B 25 Cu 20 Fe < 50.0 >250 Mn < 20.0 >300 Mo 10 Zn 60 Cultivo: Arroz Número: 25 hojas Parte vegetativa: hoja más joven Tiempo: iniciación de la panícula

Elemento: Bajo

Alto

Elemento: Bajo

Alto

>6.0 >0.75 >4.0 >2.5 >1.0

N P K Ca Mg

>3.20 >0.18 >2.20 >0.40 >0.30

>75 >30 >300 >300 >200

B Cu Fe Mn Mo

N P K Ca Mg

4.24-4.99 0.25-0.34 2.00-2.24 1.00-1.49 0.25-0.29

B Cu Fe Mn Zn

15-19 4-6 40-49 15-49 18-19

Medio (%) 5.00-6.0 0.35-0.75 2.25-4.0 1.50-2.5 0.30-1.0 (ppm) 20-75 7-30 50-300 50-300 20-200

Adaptado de Jones et al. 1991.

126

Medio (%) 2.40-2.50 2.60-3.20 0.07-0.08 0.09-0.18 0.80-0.90 1.00-2.20 25.0 >150.0 >800.0 >50.0

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Continuación...... Cultivo: Tomate Número: 15 hojas compuestas Parte vegetativa: adyacentes a la floración Tiempo: a media floración

Cultivo: Melón Número: 12 hojas Parte vegetativa: quinta hoja de las guías Tiempo: floración-amarre de frutos

Elemento: Bajo

Medio Alto (%) 4.0-6.0 >6.0 0.25-0.75 >0.75 2.9-5.0 >5.0 1.0-3.0 >3.0 0.4-0.6 >0.6 0.4-1.2 >1.2 (ppm) 25-60 >60 5-20 >20 40-200 >200 40-250 >250 20-50 >50

Elemento: Bajo

B 20-24 Cu 3-4 Fe 30-39 Mn 30-39 Zn 18-19 Cultivo: Chile Número: 25 hojas sueltas Parte vegetativa: hojas de renuevos Tiempo: primera floración

B 22-24 >60 Cu 4-6 >30 Fe 40-49 >300 Mn 40-49 251-500 Zn 18-19 >200 Cultivo: Sandía Número: 12 hojas Parte vegetativa: quinta hoja de la guía Tiempo: floración-amarre de frutos

Elemento: Bajo

Medio Alto (%) 4.00-6.0 >6.0 0.35-1.0 >1.0 4.00-6.0 >6.0 1.00-2.5 >2.5 0.30-1.0 >1.0 (ppm) 25-75 >75 6-25 >25 60-300 >300 50-250 >250 20-200 >200

Elemento: Bajo

N P K Ca Mg S

N P K Ca Mg B Cu Fe Mn Zn

2.50-3.99 0.20-0.24 1.05-2.89 0.80-0.99 0.25-0.39 0.25-0.39

3.50-3.99 0.23-0.34 3.60- 3.99 0.80-0.99 0.26-0.29 23-24 4-5 50-59 40-49 18-19

N P K Ca Mg S

3.50-4.49 0.25-0.29 3.20-3.99 1.20-2.29 0.25-0.34 0.20-0.24

N P K Ca Mg

3.50-3.99 0.25-0.29 3.50-3.99 1.00-1.69 0.30-0.49

B Cu Fe Mn Zn

20-24 4-5 40-49 5.0 >3.0 >0.8 >1.4

Alto >5.5 >0.8 >5.0 >3.0 >0.8 >60 >20 >300 >250 >50

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Continuación...... Cultivo: Soya Número: 25 Parte vegetativa: renuevos desarrollados Tiempo: antes del llenado de las vainas

Cultivo: Calabaza Número: 12 Parte vegetativa: 5ª hoja a partir de la guia Tiempo: Floración y pequeños frutos

Elemento: Bajo

Elemento:

Bajo

N P K Ca Mg S

3.8-4.49 0.28-0.34 3.2-3.89 0.90-1.39 0.22-0.29 0.25-0.39

N P K Ca Mg S

3.10-4.00 0.16-0.25 1.26-1.70 0.21-0.35 0.11-0.25 0.16-0.20

Medio (%) 4.01-5.5 0.26-0.50 1.71-2.50 0.36-2.00 0.26-1.00 0.21-0.40 (ppm) 21-55 10-30 51-350 21-100 1.0-5.0 21-50

Alto 5.51-.00 0.51-0.80 2.51-2.75 2.01-3.00 1.01-1.50 >0.40

B 10-20 56-80 Cu 5-9 31-50 Fe 31-50 350-500 Mn 15-20 101-250 Mo 0.4-0.9 5.1-10 Zn 10-20 51-75 Cultivo: Yuca Número: 25 Parte vegetativa: Hoja joven completamente desarrollada Tiempo: Vegetativa Elemento: Bajo Medio Alto N P K Ca Mg S

4.5-4.99 0.2-0.29 1.0-1.19 0.5-0.59 0.2-0.24 1.5 >0.5 >0.4 >20 >15 >20 >300 >3.0 >50

Medio (%) 4.5-6.0 0.34-1.25 3.9-5.0 1.4-3.5 0.3-1.0 0.4-0.7 (ppm) 25-60 7-20 50-300 50-300 0.8-3.3 25-100

Alto >6 >1.25 >5.0 >3.5 >1.0 >0.7

B 22-24 61-200 Cu 4-6 >20 Fe 30-49 >300 Mn 20-49 3001-500 Mo 0.4-0.7 >3.3 Zn 15-24 >100 Cultivo: Tabaco Número: 15 Parte vegetativa: Hoja joven completamente desarrollada Tiempo: 45-60 días Elemento: Rango promedio (%) N 5.2-6.4 P 0.17-1.0 K 2.2-4.1 Ca 1.7-2.0 Mg 0.57-0.76 B Cu Fe Mn Zn

128

(ppm) 18-24 17-34 122-530 34-351 34-60

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 31. Rangos críticos para pastos, árboles forestales y frutales Cultivo: Pasto Bahía (P. notatum) Número: 50 hojas Parte vegetativa: Hojas abiertas Tiempo: No especificado

Cultivo: Pasto Bermuda (C. dactylon) Número: Necesarias Parte vegetativa: hojas parte alta Tiempo: Forraje de 4-5 meses

Elemento:

Rango exploratorio (%) N 1.0-1.40 2.80 P >0.12 0.40 K 0.55-1.0 1.80 Ca 0.52 Mg >0.15 0.32 S 0.40 (ppm) B >5 9 Cu >3 11 Fe >30 100 Mn 105 Mo 0.8 Zn 31 Cultivo: Pasto Pangola (D. decumbens) Número: 25 Parte vegetativa: parte alta del follaje Tiempo: etapa vegetativa

Elemento: Bajo

Elemento:

Alto

Elemento:

>2.50 >0.28 >2.20 >0.30

N P

N P K S

Bajo

Bajo 1.00-1.69 0.10-0.15 1.10-1.59 0.12-0.19

Medio (%) 1.70-2.5 0.16-028 1.60-2.20 0.20-0.30

N P K Ca Mg S

1.80-2.19 0.20-0.24 1.40-1.79 0.5 >31 >25 >350 >300 >50

Cultivo: Eucalipto (E. grandis) Número: Parte vegetativa: Follaje Tiempo: 3 años de plantado

Adaptado de Jones et al., 1991.

129

Rango experimental (%) 1.05-1.49 0.14-0.30

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Continuación...... Cultivo: Coco Cultivo: Pinus radiata Número: 3 foliolos de ambos lados de la parte central Número: 20 hojas de la hoja Parte vegetativa: La segunda rama de crecimiento Parte vegetativa: hojas 4, 9 y 14 libre Tiempo: Plantas de 4, 7 y mayores de 7 años, Tiempo: 12 años de plantado respectivamente Elemento: Rangos exploratorios Elemento: Rangos exploratorios (%) N 1.75-1.96 (%) N 1.70 P 0.11-0.21 P 0.10 K 0.71-1.29 K 0.45 Ca 1.18-1.28 Mg 0.06-0.15 Cultivo: Hule Número: Necesarias Parte vegetativa: hojas del tercio superior de la copa Tiempo: Elemento:

Rangos exploratorios (%) N 3.0 P 0.20 K 1.0 Cultivo: Palma de aceite Número: 3 foliolos de ambos lados de la parte central de la hoja Parte vegetativa: hoja 9 o 17 para árboles Tiempo: jóvenes y adultos

Cultivo: Eucalipto (E. globulus) Número: hojas de la parte baja de la copa Parte vegetativa: de árboles maduros Tiempo: época de secas Elemento:

Elemento: Medio

Alto N K Ca Mg

(%) N P K Ca Mg

2.80-3.00 0.19-0.21 1.50-1.80 0.30-0.50 0.30-0.35

2.7-2.8 0.18-0.19 >1.3 >0.50 (ppm) B 10-20 Cu 5-8 Mn 150-200 Mo 0.5-1.0 Zn 15-20 Adaptado de Jones et al. 1991.

Cu Fe Mn Zn Na

130

Rangos exploratorios (%) 1.15-1.21 0.54-0.72 1.90-2.30 0.25-0.29 (ppm) 8.8-10.2 88-110 855-1041 16-18 1300-1500

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

12.6. Fertilización con micronutrimentos Los fertilizantes que se obtienen a partir de materias primas que se encuentran en la naturaleza, a veces contienen cantidades apreciables de micronutrimentos (Cuadro 32). El superfosfato triple contiene cantidades apreciables de Cu, Zn, Co, que tal vez estuvieron presentes en la roca fosfórica usada, o más probablemente en el ácido sulfúrico. Otro ejemplo es el nitrato de amonio, que contiene cantidades Mn, Cu y Zn. Por el contrario los fertilizantes sintéticos contienen cantidades muy pequeñas de los micronutrimentos (Cooke, 1992). Cuadro 32. Cantidades de algunos micronutrimentos presentes en algunos fertilizantes y estiércoles de granja (mg kg-1, en base seca). Fertilizantes Nitro-Chalk Nitrato de sodio Sulfato de amonio Superfosfato Cloruro de potasio Sulfato de potasio Estiércol de granja

B 6 11 14 4 20

Mn 24 8 6 11 8 6 410

Cu 22 3 2 44 3 4 62

Zn 15 1 0 150 3 2 120

Co 0 0 0 4 1 0 6

Ni 2 0 0 13 0 0 10

En el Cuadro 33, se presentan las dosis de aplicación más comunes que se han utilizado para corregir las deficiencias de los micronutrimentos, la forma como son asimilados y los principales tipos de fertilizantes para suministrarlos.

131

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 33. Dosis de fertilización y tipos de fertilizantes de los principales micronutrientes. Micronutriente Forma asimilable Hierro

Fe 2+

Dosis (kg ha-1) 17-56

Tipos de fertilizantes

Sulfato de hierro, EDDHA-Fe, EDTA-Fe, Fetrilon Manganeso Mn 2+ 17-34 Sulfato de manganeso, EDTA-Mn, Quelato MnO Zinc Zn 2+ 5-56 Sulfato de Zn, EDTA-Zn, ZnO Cobre Cu 2+ 2-56 Sulfato de Cu, EDTA-Cu, CuO, Meneltra-Cu Cloro Cl Boro H2BO3 - HBO4 25-56 Bórax, ácido bórico, Molibdeno MoO420.7-2 Molibdato de sodio y amonio, Adaptado de (Finck, 1985; Buckman y Brady, 1991).

A continuación se describen algunos trabajos realizados en México, los cuales han sido presentados en los tres últimos Congresos Nacionales de la Sociedad Mexicana de la Ciencia del Suelo (1995, 1996 y 1997). Como se podrá observar muchos de los trabajos consideran al Fe, Zn, Cu como elementos pesados, estudiándolos desde el punto de vista de contaminación. Solís et al. (1995), evaluaron cuatro métodos para extraer micronutrientes en 12 tipos de suelos del valle de Cocula, Guerrero: EDTA 0.1 y 0.5 M, DTPA 0.05 M y Carolina del Norte. De los métodos evaluados, el EDTA 0.05M, presentó las concentraciones más altas de los microelementos, siguiendo en orden descendente el EDTA 0.01M, DTPA 0.05 M y Carolina del Norte. Lo anterior demuestra que los agentes quelatantes son los mejores estractantes para predecir la disponibilidad de los micronutrientes para las plantas (Cuadro 34). Las diferencias observadas entre los métodos se deben a que no extrajeron algunas de las formas presentes como lo es la fracción soluble, intercambiable, quelatada de minerales secundarios, arcillosos y óxidos metálicos insolubles, y la fracción mineral. Cuadro 34. Extracción de microelementos por dos métodos (mg kg-1). 132

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Sitios 1 2 3 4 5

Métodos analíticos EDTA 0.05M Carolina del Norte Fe Cu Mn Zn Fe Cu Mn Zn 102.8 2.9 87.8 0.6 0.2 0.1 10.0 t 7.5 1.9 10.3 0.4 t 0.1 0.2 t 12.5 2.4 19.4 0.4 t 0.1 0.0 0.7 36.0 5.5 148.8 0.5 0.3 0.1 8.7 0.1 39.3 4.2 178.0 0.7 0.2 0.1 10.6 0.1

Rivera et al. (1995) encontró que en suelos calcáreos, la adición tanto de fósforo y fierro son más disponibles para el sorgo cuando se aplican en mezclas con el estiércol que cuando se aplican solos (Cuadro 35). Cuadro 35. Rendimiento, P y Fe en la planta de acuerdo a la aplicación de estiércol y estos elementos en el suelo. Tratamientos Contenido Nutrimento M.S nutrimental Extraído (g maceta -1) Estiércol Dosis (%) (Mg maceta-1) (g, en 100 g (mg kg-1) Suelo) 0 0.195 43.4 22.1 0 200 P 0.289 80.3 31.2 0 0 0.231 66.8 28.8 1.5 200 0.331 100.3 29.0 1.5

0 0 1.5 1.5

0 50 Fe 0 50

186 178 184 250

3.95 4.16 4.75 6.09

22.1 22.6 28.8 24.3

Rodríguez y Méndez (1995) encontraron cantidades considerables de metales pesados en los suelos del ejido Flores Magón del valle de Atlixco, Puebla, los cuales, son regados con aguas residuales (Cuadro 36). Además, observaron que la disponibilidad de estos metales en el suelo presentan una relación directa con la acumulación de estos en los 133

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

cultivos de alfalfa, cebolla, maíz y tomate; concentraciones reportadas para estos cultivos.

superando

las

Cuadro 36. Concentraciones medias de metales pesados extractables. Elemento Contenidos medios (mg kg-1) Suelo Planta Fe 61.4 120.3 Mn 85.9 49.0 Zn 10.5 25.5 Pb 4.3 8.3 Cd 0.31 0.32 Cr 0.01 0.99 González y Gutiérrez (1996), evaluaron la aplicación de dos fertilizantes foliares y dos estimulantes en la producción de trigo en el Valle del Yaqui, Sinaloa. De los resultados obtenidos se concluye que los fertilizantes foliares no tuvieron un efecto significativo sobre las variables de estudio, ni en los contenidos de Fe y Zn en la planta (Cuadro 37). Sin embargo, por los incrementos en el peso de los granos, es factible aplicar Poliquel Fe y Zn y Grofol 20-30.

Cuadro 37. Efecto de la aplicación de fertilizantes y estimulantes foliares en trigo.

134

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Tratamientos Producto Dosis (ha) Testigo Poligel fe-Zn 3.0 L Grofol 20-30 3.0 Kg Byozine 0.5 L Poltron plus 3.0 L

Peso grano (g m-2) 272 a 294 b 307 b 233 a 252 a

Longitud de espiga (cm) 7.6 a 7.7 a 6.3 a 6.0 a 5.9 a

Concentración en planta (mg) Fe Zn 38.3 23.8 43.0 21.8 36.2 23.8 32.2 22.1 39.6 22.2

Amado et al. (1997) evaluaron seis fertilizantes foliares sobre el rendimiento del maíz de riego en San José Babicora, Chihuahua (Cuadro 38). Los resultados obtenidos indican que el Bayfolán y el Cosmocel son los mejores fertilizantes foliares; el número de aplicaciones foliares es de 4; y la dosis debe ser de 2 L ha-1. Lo anterior permitirá al productor obtener rendimiento de maíz en grano superiores a las 3.5 t ha-1. Cuadro 38. Efecto de la fertilización foliar en el rendimiento de maíz azul Fetilizante foliar Productos Complesad fluid (11-8-5) Nutriplant plus (11-8-6) Bayfolan forte Cosmocel (20-30-10)

Rto. -1 (t ha ) 3.2 3.2 3.7 3.5

Aplicaciones N. Rto. -1 aplic. (t ha ) 1 2.9 2 3.1 3 3.6 4 3.9

Dosis Dosis Rto -1 (ha) (t ha ) 0 3.2 2 3.6 4 3.2 6 3.6

Reyes (1997) evaluó la mezcla de ácidos humicos con sulfato de fierro sobre el rendimiento y la calidad del tomate en suelos calcáreos (Cuadro 39). La mezcla de ácidos humicos con sulfato de fierro fue estadísticamente igual que el de Secuestrene 330. Se sugiere que el ácido humico incrementa la absorción del sulfato de fierro.

135

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos

Cuadro 39. Efecto de los ácidos humicos y sulfato de fierro sobre el crecimiento del tomate. Tratamientos Productos Testigo Secuestrene 330 Acido humico* Acido humico* Acido humico* Acido humico*

Dosis (ppm) 500 300 600 1200 1800

Altura (cm)

Rendimiento (9 plantas)

No. de frutos (9 plantas)

47.3 a 52.6 b 52.1 b 50.5 b 51.3 b 49.9 b

10.7 a 13.6 b 12.4 b 12.7 b 13.6 b 12.6 b

85 a 118 b 101 b 103 b 102 b 106 b

*Tratamientos (Humitron GBM), mezclados con 500 ppm de sulfato de fierro.

136

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13 RECOMENDACIONES DE FERTILIZACIÓN

Las metodologías que se han utilizado para generar recomendaciones de fertilización en los cultivos anuales y plantaciones han sido ligadas al desarrollo de los conocimientos, de suelos, clima, estadísticos, de computo y la conceptualización de la relación suelo-planta (Etchevers y Volke, 1991). Invirtiendo en este proceso más de 70 años de investigación agrícola. Las metodologías son: 13.1. Extrapolación de recomendaciones (ER) La ER es la metodología más general y, por consiguiente la menos precisa. Consiste en hacer un análisis de la información generada para circunstancias similares, en otros lugares y seleccionar aquellas recomendaciones que la práctica agronómica y el sentido común juzguen con mayor posibilidad de éxito en la zona donde se desea aplicar. La ER tiene su justificación cuando existe urgencia de hacer recomendaciones y no se cuenta con ninguna información local o ésta es escasa. Dichas recomendaciones deben ser empleadas con reserva, carácter crítico y ajustadas a las condiciones que prevalecen en la zona y su vigencia es temporal, mientras que se genere la información local. 13.2. Los análisis químicos de suelos y plantas Análisis quimicos de suelos. En otros paises del mundo se ha utilizado el análisis de suelo para recomendar dosis de fertilización en forma exitosa, ya que los estudios de correlación y de calibración de los 137

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métodos de análisis quimicos de suelos se realizaron en forma sistematica para cada cultivo. A continuación se muestra un ejemplo para recomendar dosis de P y K en suelos cañeros de Autralia (Willcox, 1991): Recomendación de fertilización P 45 mg kg-1 de P, aplicar 20 kg ha-1 de P2O5 en plantilla y para socas no se requiere. Recomendación de fertilización K, considerando los contenidos de potasio intercambiable en el suelo y al ciclo del cultivo. Así, a la caña plantilla en suelos con menos de 0.29 cmol (+) kg-1 suelo se le debe aplicar una dosis de 100 kg ha-1 de K2O, pero si los suelos contienen más de 0.29 cmol (+) kg-1 suelo se le deben aplicar 80 kg ha-1 de K2O. A las socas en suelos con menos de 0.24 cmol (+) kg-1 suelo se le requiere aplicar después de la cosecha 120 kg ha-1 de K2O y a suelos con más de 0.24 cmol (+) kg-1 suelo, 100 kg ha-1 de K2O. Asimismo, recomienda tomar en cuenta el contenido de potasio en las aguas de riego para ajustar las dosis. Sin embargo en nuestro pais debido a que se carece de esta información, unicamente podemos utilizar los resultados del analisis quimicos del suelo para conocer como se encuentran los contenidos nutrimentales en el suelo. 138

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Por lo tanto, para determinar los contenidos nutricionales del suelo es necesario realizar un análisis de suelo antes de establecer o cambiar el cultivo anterior (cada cuatro años por lo menos), pues a través del análisis de suelo se podrá detectar cualquier desbalance que presente y/o complementar la dosis de fertilización recomendada (Cuadro 40) y /o aplicaciones de cal para corregir pH. Las muestras deben ser compuestas (a partir de varias submuestras tomadas con cierta distribución en el terreno) una por cada 4 o 5 ha, para el muestreo se recomienda seguir las indicaciones de Salgado et al. (2006). Análisis de plantas. Si el cultivo presenta síntomas de deficiencias (clorosis, achaparramiento, menor crecimiento, etc.), lo más conveniente será realizar un análisis foliar para determinar la causa de los trastornos fisiológicos del cultivo. En los Cuadros 29 al 31 se indica la parte del cultivo, el tiempo a que se debe muestrear y los niveles críticos que debe tener un cultivo para su óptimo desarrollo. En la Figura 20 se muestra la relación que existe entre la concentración de un nutrimento en un órgano específico, colectado en un momento también específico de su desarrollo y el rendimiento del cultivo (Halliday y Trenkel, 1992). De esta división se derivan los criterios para interpretar el análisis químico vegetal. Los principales criterios para la interpretación de los análisis de tejidos vegetales son el nivel crítico de deficiencia y toxicidad, y los rangos de concentración (Etchevers, 1996). El nivel crítico de deficiencia. Se define como la concentración de un nutriente en particular, determinado bajo condiciones experimentales, donde todos los factores de crecimiento se encuentran en un nivel óptimo, que se asocia con un valor predeterminado del rendimiento (o calidad) máximo. Generalmente, este valor predeterminado corresponde a 90 o 95% del rendimiento máximo. Este valor está comprendido dentro del rango bajo o marginal. La concentración nutrimental de un cultivo siempre debería mantenerse ligeramente arriba del nivel crítico. 139

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Los rangos de concentración, se han dividido en deficiente, bajo o marginal, adecuado o suficiente, alto y tóxico o excesivo. A continuación se define cada uno de ellos. •

Deficiente. Es el rango de concentración, en la parte especificada, que se asocia con síntomas visibles de deficiencia en plantas y con una severa reducción del crecimiento y la producción. Cada vez que se encuentren valores en este rango se deben aplicar medidas correctivas.

•

Bajo o marginal. Es el rango de concentraciones, en la parte especificada que se asocia con una reducción del crecimiento o producción; pero la planta no muestra síntomas visibles de deficiencias, se dice que la planta presenta hambre oculta. Cuando se observen niveles de este tipo es preciso efectuar algunos cambios en el programa de fertilización.

•

Adecuado o suficiente. Dentro de este rango de concentración, en la parte especificada, los cambios que ocurren no provocan aumentos o disminución del crecimiento o producción. Si los valores de un análisis de planta caen en esta clase, es indicativo de que el programa de fertilización es adecuado a las condiciones del cultivo.

•

Alto. Esta clase representa el rango de concentración de la parte especificada comprendido entre los rangos adecuado y tóxico o excesivo. En algunos cultivos esta clase puede definirse objetivamente por su asociación con una tendencia hacia la producción de calidad y vigor indeseables. El uso de fertilizantes en las plantas que muestren concentraciones nutrimentales en este rango deben suspenderse hasta que se ubiquen en el rango de adecuado.

140

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Cuadro 40. Recomendaciones de fertilización N-P-K para los principales cultivos (kg ha-1). Dosis de Temporal Cultivos Dosis de riego Maíz 90-40-0 120-40-0 Sorgo 80-40-0 Arroz 130-40-0 160-40-0 Frijol 40-40-0 50-60-0 Caña de azúcar 120-60-60 200-80-80 160-80-80 Coco 800-800-800* Cítricos 90-60-30 150-60-100 Café 115-77-40 700-600-400* Papaya 250-250-250 Plátano 135-85-85 180-120-120 Cacao 70-70-70 Mango 120-40-40 Piña 300-100-200 Tomate 80-40-0 263-54-100 Sandía 100-50-50 274-216-0 100-60-60 Melón 120-40-40 200-250-100 Chile 80-50-0 Pastos 160-40-0 213-75-75 *g/árbol/año. Fuente: Fertimex (1987), Salgado (1991) Salgado et al (1994); Salgado (1999).

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Figura 20. Relación entre el crecimiento y el suministro de nutrientes de suelos y plantas

13.3. La recomendación media regional (RMR) La RMR se obtiene a partir del promedio de cierto número de experimentos realizados en la región. Esta recomendación es rápida y económica de obtener, aspectos que son importantes cuando se necesita dar una recomendación inmediata y cuando los recursos para la investigación son escasos. Sin embargo ella no considera las diferencias de los factores de clima, suelo y manejo presente en una región, que dan lugar a variaciones en las respuestas de cultivo a los factores controlables de la producción. De acuerdo con esto, las recomendaciones generales no pueden ser precisas y lo serán menos cuanto mayor sea la variación de dichos factores. Este sentido la RMR puede ser más apropiada para las zonas de riego, donde el efecto de la 142

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variación del clima, suelo y manejo sobre la producción de la caña es menor. 13.4. La recomendación especifica por agrosistema (REA) Las recomendaciones específicas para agrosistemas (REA), parten del reconocimiento de la variación de los factores de suelo, clima y manejo que existe normalmente en una región cañera (un ingenio por ejemplo), que modifican la respuesta del cultivo a los factores controlables, y de que esta variación se puede disminuir con base en la estratificación de ellos. Aunque dentro de los agrosistemas se permite cierta variación de los factores suelo, clima y manejo, esta variación es, desde luego, menor que la que se observa en la región. Por este motivo, esta metodología resulta más precisa que la de la media regional. La generación de la REA se hace a partir de cierto número de experimentos que se realizan en ellos. Debido a que para generar las recomendaciones para los agrosistemas se requiere realizar un número mayor de experimentos, los costos de investigación son mayores que para generar una RMR, los que no siempre serán factibles de cubrir en los países en vías de desarrollo. Por otra parte, la metodología de agosistemas considera la aplicabilidad inmediata de las recomendaciones. Sin embargo, esto implica que en los primeros años, cuando aún no se cuenta con información suficiente, las recomendaciones serán de menor precisión, la que se irá incrementando a medida que la información aumente, hasta llegar a las recomendaciones finales para los agrosistemas. Un aspecto adicional que conviene señalar para la REA es que la investigación desarrollada, cuando es lo suficientemente completa, se puede utilizar para obtener funciones generalizadas de producción (FGP). Los estudios agrologicos detallados de suelos, son la base para definir estos agrosistemas. 143

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Generalmente los centros de investigación (Colegio de Postgraduados, INIFAP, Universidades, ITAS, etc.), cuentan con una gran experiencia en la generación de recomendaciones de fertilización a través de ensayos de campo para recomendar dosis de fertilización a nivel regional y/o por agrosistemas. Como se observa en el Cuadro 40, las dosis de fertilización son muy variables dependiendo del clima, cultivo, ciclo y el tipo de suelo (Fertimex, 1987). Como una primera alternativa se pueden utilizar estas dosis apoyándose en los análisis de suelos y plantas (Salgado et al., 1999). 13.5. Las funciones generalizadas de producción (FGP) Las RFP se pueden obtener a nivel de parcela individual, a partir de la función de producción previamente determinada para la región. Esta se genera como en el caso anterior, mediante exhaustiva experimentación de campo. Posteriormente, con información de suelo, clima y manejo de parcelas, se determina la tecnología a recomendar (Thompson, 1970). La función de producción por lo general incluye variables que estiman la disponibilidad de nutrientes en el suelo mediante el análisis químico. Si bien la recomendación que se genera con una función de producción es la más deseable desde el punto de vista de la presición de la tecnología, se requiere de infraestructura de laboratorios de servicios para los agricultores e institucional adecuadas, la cual no siempre se posee o funciona propiamente en los países en vías de desarrollo. Por otra parte, para alcanzar una elevada precisión en las recomendaciones, se requiere, además de mayor tiempo de investigación, y ello resulta, obviamente de mayor costo. Tiempo y costo son los factores que comunmente se confabulan en contra de los programas de gobierno para la generación de tecnología. 12.6. El modelo conceptual (MC) 144

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El modelo conceptual para estimar la dosis de fertilización en los cultivos, cuyas bases se encuentran en el balance entre la demanda del nutrimento por el cultivo (DEM) y el suministro que hace de este el suelo (SUM), de tal manera que si la demanda es mayor que el suministro se producirá un déficit del nutrimento, que es necesario suplir con fertilización. Cuando la demanda es menor que el sumistro se aplicará una dosis de manutención para mantener la fertilidad del suelo y los rendimientos del cultivo, con base a criterios agronómicos y experiencia regional. En estos términos, la dosis de fertilización (DF) estará definida por dicha demanda y suministro, y por la eficiencia de aprovechamiento del fertilizante por el cultivo (EF), ya que como se discutió anteriormente solo parte del nutrimento aplicado es aprovechado, finalmente se tiene un modelo para calcular la dosis de fertilización, que se esquematiza en la siguiente ecuación (Rodríguez, 1990; Rodríguez, 1993; Obrador, 1991; Guerrero, 1993; Palma-López, 1994). DF = (DEM-SUM)/EF 13.7. El método de la estampilla (ME) el cual consiste en establecer en el campo una parcela para evaluar la respuesta a la fertilización del elemento de interés, la cual se divide en nueve subparcelas cada una de 3x6 m, en las cuales se establece cuatro tratamientos sin fertilizante (testigos) y cinco tratamientos con dosis crecientes de fertilización (Raun et al., 2005). En la Figura 21, se presenta un ejemplo de una estampilla para evaluar la respuesta del cultivo de la caña de azúcar al nitrógeno, tomando como base la dosis de fertilización 160-80-80.

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Testigo

200-80-80

Testigo

80-80-80

240-80-80

120-80-80

Testigo

160-80-80

Testigo

4. Figura 21. Método de la estampilla para evaluar la respuesta al N en caña de azúcar

Este método permite verificar el efecto del año sobre la respuesta del cultivo a la fertilización. Si la fertilización se realizara a los dos meses de edad del rebrote, al cuarto mes se puede verificar el estado nutricional del cultivo de caña a través del muestreo foliar en la hoja 4. De esta forma se podría corregir cualquier deficiencia. Al finalizar el ciclo de la caña se efectúa la comparación del rendimiento para determinar si la dosis de N recomendada se mantiene o se debe cambiar.

12.8. El Sistema integrado para recomendar dosis de fertilizantes (SIRDF). En las últimas décadas la generación de metodologías para la recomendación de dosis de fertilización ha llamado la atención de especialistas en fertilidad de suelos y de economistas, debido a la 146

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creciente necesidad de utilizar más eficientemente los fertilizantes, al incremento de sus precios y racionar su uso con la finalidad de conservar el ambiente. Ahora, se definen las etapas del SIRDF, metodología utilizada para generar las dosis de fertilización de acuerdo a los diferentes tipos de suelos (Salgado et al., 2005): 1. Estudio agrológico, para definir las principales unidades de suelo en el área de influencia del ingenio (FAO-ISRICS-SICS, 1999). 2. Muestreo de suelos, para caracterizar la fertilidad de cada una de las unidades de suelos, y con este poder calcular el suministro de nutrientes N, P y K del suelo (Salgado et al., 2006). 3. Caracterización climática para definir áreas con la misma precipitación o temperatura de acuerdo a los polígonos de Thiessen (Tabios y Salas, 1985). 4. Estimación del rendimiento potencial en cada una de las unidades de suelos, y con este determinar la demanda de nutrimentos para un rendimiento esperado. 5. Determinar las dosis de fertilización utilizando el modelo conceptual, cuyas bases se encuentran en el balance entre la demanda del nutrimento por el cultivo (DEM) y el suministro que hace de éste el suelo (SUM). De manera tal, que si la demanda es mayor que el suministro se producirá un déficit del nutrimento, que es necesario suplir con fertilización. Cuando la demanda es menor que el suministro se aplicará una dosis de manutención para conservar la fertilidad del suelo y los rendimientos del cultivo, con base a criterios agronómicos y experiencia regional. En estos términos, la dosis de fertilización (DF) estará definida por dicha demanda y suministro, y por la eficiencia de aprovechamiento del fertilizante por el cultivo (EF), ya que como se discutió anteriormente solo parte del nutrimento aplicado es aprovechado. Finalmente se tiene un modelo para calcular la dosis de fertilización, 147

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esquematizado en la siguiente ecuación: DF = (DEM-SUM)/EF (Rodríguez, 1993). Demanda (DEM). La demanda del cultivo es equivalente a la extracción del nutrimento, lo que corresponde a su concentración en las diferentes partes de la planta por la producción de cada una de ellas. En la práctica, esta demanda es expresada para un nivel de rendimiento esperado, en base a materia seca (MS). En el Cuadro 41 se presentan los valores promedios de extracción de los nutrimentos (N, P y K) por tonelada de producto para diferentes cultivos. Suministro (SUM). El suministro del suelo depende de los diversos factores que intervienen en la dinámica de los nutrimentos, sean estos factores del suelo, del clima y manejo. Este suministro corresponde a la cantidad del nutrimento que el cultivo puede extraer del suelo y su estimación se realiza mediante el análisis químico del suelo, calibrado con base a dicha extracción. En el suministro del suelo se deben considerar los aportes a través de los residuos del cultivo que quedan después de la cosecha. Eficiencia (EF). Es la cantidad de nutrimento del fertilizante aprovechado por la planta y depende de factores como el tipo de cultivo, la fuente de fertilizante, la época y forma de aplicación. 6. Generar las recomendaciones de manejo de fertilizantes tomando en consideración, el tipo de suelo, pH, y las fuentes más idóneas. 7. Establecer parcelas de validación en cada unidad de suelo para verificar las recomendaciones.

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Cuadro 41. Demanda de nutrimentos por una tonelada de producto en los diferentes cultivos. Cultivos N P2O5 K20 (kg t-1) Maíz 30.0 15.0 25.0 Sorgo 26.0 13.0 21.0 Arroz 21.0 11.0 18.0 14.0 11.0 11.0 Frijol 50.0 20.0 32.0 Caña de azúcar 1.3 1.0 3.5 Coco 16.2 5.0 36.0 Cítricos 3.5 0.7 4.5 Café 25.4 4.6 24.0 Plátano 1.7 0.5 6.0 Cacao 31.0 11.0 64.0 Piña 1.0 0.3 2.8 Tomate 3.1 0.9 5.6 3.0 0.6 3.7 Sandía 1.7 1.3 2.7 3.2 1.2 5.8 Melón 3.4 0.9 5.0 3.0 1.1 5.7 Chile 4.5 1.3 5.6 Pastos 21.5 5.8 8.3 Adaptado de Guerrero (1990); Salgado (1991); Halliday y Trenkel (1992); Palma et al. (1995); Salgado (1999).

En el Cuadro 42 se observa el índice de eficiencia del cultivo (Ec), el cual indica que por una parte por millón (ppm) de P-Olsen, el cultivo absorbe cierta cantidad de fósforo del suelo. La eficiencia de absorción de potasio (CK) indica las ppm de K intercambiable que el cultivo absorbe según el tipo de suelo (Cuadro 43). En los Cuadros 44 y 45 se 149

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presentan las eficiencias relativas para el fósforo y potasio obtenidas en diferentes tipos de suelo y por grupos de cultivos. -1

Cuadro 42. Indice de eficiencia del cultivo con respecto a fósforo Ec (mg kg ). Grupo de cultivos

Densidad radicular 4a5 2a3 1

Cereales Leguminosas y Oleaginosas. Tubérculos y bulbos Rodríguez (1990).

Indice de eficiencia (Ec). 1.7 1..3 1.0

Cuadro 43. Indice de eficiencia del cultivo con respecto al potasio CK (mg kg-1). Grupo de cultivos Cereales Leg. y oleaginosas Tubérculos y Bulbos Rodríguez (1990).

Suelo arenoso 1.5 1.3 0.9

Suelo franco 1.4 1.2 0.8

Suelo arcilloso 1.3 1.1 0.8

Cuadro 44. Eficiencia relativa del fósforo ERP (%). Cultivos Cereales Leg. y oleaginosas Tub. y bulbos Rodríguez (1990).

Suelo arenoso 0.21 0.19 0.10

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Suelo Franco 0.18 0.16 0.09

Suelo arcilloso 0.14 0.13 0.08

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Cuadro 45. Eficiencia relativa del potasio ERK (%). Cultivos Cereales Leguminosas. y oleaginosas Tub. y bulbos Rodríguez (1990).

Suelo arenoso 0.60 0.50 0.40

Suelo Franco 0.50 0.40 0.30

Suelo arcilloso 0.35 0.25 0.20

A continuación se presenta un ejemplo de la utilización del modelo conceptual para determinar la dosis de fertilización del cultivo de caña de azúcar, para un rendimiento esperado de 120 t ha-1 de caña. •

Datos: Variedad: Méx 68-P-23 Ciclo de cultivo: resoca zafra 94/95. Rendimiento de caña de azúcar: 94 t ha-1 Materia seca de tallos: 34.16 t ha-1 Materia seca de hojas: 14.64 t ha-1 Rendimiento de biomasa aérea: 48. t ha-1 MSR=(48.8 * 0.09) + 14.64= 19.0 t ha-1 Dosis de fertilización anterior: 120-60-60 Tipo de suelo: Vertisol de textura arcillosa y mediana fertilidad Contenidos de P-Olsen=12.47 mg kg-1; K Interc.=0.29 cmol(+) kg de suelo= 113 mg kg-1. Contenidos nutrimentales en planta y paja (%): N=0.19; P=0.09 y K= 0.66

• Demanda: DEM (kg/ha) = M.S.(t ha-1) (% Nutrimento planta*10)

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Para estimar la demanda de nitrógeno, fósforo y potasio la materia seca incluye la biomasa aérea (hojas + tallos). DEM (N)=48.8 * 0.19* 10=92.7 kg ha-1 de N DEM (P)=48.8 * 0.09 * 10= 43.9 kg ha-1 de P= 100.5 kg ha-1 de P2O5 DEM (K)=48.8 * 0.66 * 10= 322.0 kg ha-1 de K = 386.5 kg ha-1 de K2O •

Suministro:

Para el cálculo del suministro de nitrógeno se considera que únicamente 4% de la demanda de nitrógeno se incorpora al suelo a través de la desintegración de las hojas y las raíces; el resto se pierde en el campo con la quema de residuos y el transporte de los tallos al molino. SUM-N = (DEM-N*0.04) + NDS donde: NDS: nitrógeno derivado del suelo, estimado en 50 kg ha-1, de acuerdo a los rendimientos de caña de azúcar obtenidos sin fertilización (Salgado et al., 1994). SUM-N=(92.7 * 0.04) + 50 = 53.7 kg ha-1 de N Para el cálculo del suministro del fósforo y potasio, la M.S.R. incluye 9% de la biomasa aérea más la M.S de hojas (19.0 t ha-1), ya que se considera que estos nutrimentos se incorporan al suelo con la quema. SUM-P = [P suelo (mg kg-1)*Ec]+[(M.S.R)(%P foliar*10)] donde: El índice de eficiencia del cultivo (Ec) indica que por un mg kg-1 de POlsen, el cultivo absorbe 1.7 kg de P del suelo, para el caso de la caña de 152

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azúcar sus valores se presentan en el Cuadro 42 y se calcula con la siguiente ecuación: Ec= (kg de P absorbido por el cultivo / mg kg-1 de fósforo Olsen en el suelo). SUM-P= (12.47 * 1.7) + (19.0 * 0.09* 10)= 21.2 + 17.1 = 38.3 kg ha-1 de P = 87.7 kg ha-1 de P2O5 SUM-K = [K suelo (mg kg-1)*CK]+[(M.S.R)(%K foliar)] donde: La eficiencia de absorción de potasio (CK) indica los mg de K intercambiable que el cultivo absorbe según el tipo de suelo, sus valores se presentan en el Cuadro 43 y se calcula con la ecuación: CK=(kg de K absorbidos por el cultivo/ mg kg-1 de K intercambiable) SUM-K= (113* 1.3) + (19.0 *0.66 *10)= 146.9 + 125.4 = 272.3 kg ha-1 de K = 326.7 kg ha-1 de K2O. •

El balance:

Se calcula con la relación B=(DEM-SUM), en el Cuadro 46 se observa que para todos los nutrimentos la demanda superó al suministro; por lo que las dosis se calculan con el modelo conceptual, considerando las eficiencias relativas indicadas en los Cuadros 44 y 45 para el caso de P y K, respectivamente. Para nitrógeno se supone una eficiencia del 50%.

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Cuadro 46. Dosis de fertilización para el cultivo de la caña de azúcar en el ingenio Tenosique, Tabasco. Dosis de fertilización Nutrimentos

Nitrógeno (N) Fósforo (P2O5) Potasio (K2O)

•

Demanda

Suministro (kg ha-1)

92.7 100.5 386.5

Balance

53.7 87.7 326.5

39.0 12.8 59.8

Modelo conceptual 78.0 91.4 170.0

Recomendada 120 tha-1 de caña 120 80 80

Recomendación

Las dosis de fertilización recomendada se ajusta para un rendimiento de 120 t ha-1 de caña de azúcar, tomando en consideración las experiencias obtenidas en varios años con ensayos de fertilización en suelos similares (Mendoza, 1983; Sanchez, 1986; Carrillo, 1989; Salgado et al 1994; Salgado, 1999); estas experiencias indican que la caña de azúcar produce rendimientos superiores a los 150 t ha-1, con niveles de 160 a 180 kg ha-1 de N, para el caso del fósforo y potasio los niveles fluctúan de 60 a 80 kg ha-1 de P2O5 y K2O, respectivamente. En este caso en particular, el modelo funcionó bien; pero es necesario adecuar algunos parámetros para precisar mejor las recomendaciones. Para complementar esta fórmula 120-80-80 el productor puede mezclar al momento de la aplicación 87 kg de urea y 470 kg de triple 17 por hectarea. 87 kg *0.46 % N = 470.5 kg Triple 17* 0.17%=

40 kg N en la urea 80-80-80 160-80-80

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14 LOS FERTILIZANTES Y LA FERTIRRIGACION

Si por fertirrigación entendemos la aplicación de nutrientes, exclusivamente, a través del agua de riego a las tierras agrícolas, entonces en México, esta práctica se inicio en la última década del siglo XIX, cuando las aguas residuales de la Ciudad de México fueron usadas para regar los campos agrícolas del Valle de Tula. En la actualidad, cerca de 100 mil ha de cultivos forrajeros son regados con estas aguas en las tierras semiaridas del noroeste de la Ciudad de México. Si la definición de fertirrigación se restringe únicamente a la adición de algunos nutrientes a través del agua de riego para nutrir a las plantas, entonces esta práctica se inició en México durante los sesentas, cuando el amoniaco anhidro y el fosfato monoamónico (8-24-0) fueron inyectados en los canales de riego en los estados de Sonora, Sinaloa y Baja California, principalmente para los cultivos de trigo y algodón. Los sistemas de riego por goteo y microaspersión fueron usados en México desde mediados los 1970s, siendo nuestro país uno de los pioneros en el riego por goteo (Deustsch, 1989, citado por Núñez, 1996). El uso del riego presurizado en México decayó después de 1983, debido al mal funcionamiento de algunos equipos como resultado de inapropiadas prácticas de manejo, deficiente capacitación en los operadores o falta de servicio y refacciones. Actualmente muchas de estas limitaciones han sido superadas (Núñez, 1996), y el área fertirrigada con riego presurizado es de 60, 947 ha en cultivos de hortalizas y frutales (Cuadro 47). 155

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De acuerdo con Bar-Josef (1979) el riego y la fertilización son los factores más importantes, a través de los cuales, los productores pueden controlar el desarrollo de la planta, los rendimientos y la calidad de los frutos. Además el uso simultaneo del riego de precisión y la fertilización ofrecen nuevas posibilidades para controlar el suministro de agua y nutrientes a los cultivos, manteniendo una humedad apropiada en el suelo y una concentración idónea de iones (Goldenberg et al., 1976; Dasberg y Bresler, 1985). Así la aplicación de los fertilizantes a través del agua dio origen a la fertirrigación. El desarrollo de las áreas con microirrigación presentan una expansión lineal en relación con el tiempo (Figura 22). El riego localizado presenta numerosas ventajas respecto al sistema de riego tradicional en relación a la utilización de aguas salinas y al ahorro de agua. Sin embargo, en los últimos años se ha demostrado que las mayores posibilidades de este sistema de riego se centran en su utilización como vehículo de una dosificación racional de fertilizantes. Es decir, que ofrece la posibilidad de realizar una fertilización día a día “fertilización a la carta” en función del proceso fotosintético y exactamente a la medida de un cultivo, un sustrato, y un agua de riego determinada y para unas condiciones ambientales definidas. (Cadahia, 2000). La fertirrigación puede hacerse con cualquiera de los sistemas de riego; sin embargo, el sistema de riego por goteo es el más racional para realizar una fertilización optimimizada y respetando al medio ambiente dentro de la denominada agricultura sostenible. En el Sureste la fertirrigación se inicio a principios de 1990, en la Figura 23 se presenta un sistema de fertirrigación para el cultivo de tomate, el cual se establecio en primavera de 1994 en Reforma, Chiapas. En la misma Figura se presenta la producción de tomate en invernadero.

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Cuadro 47. Cultivos que reciben riego localizado (Goteo, microjet y microaspersión) en México durante 1994. Cultivo Superficie (ha) Tomate Melón Calabacita Cebolla cambray Pimienta grande Jugo Papa Brócoli Fresas Pimienta chica Ajo Sandía Cebolla Naranja Plátano Uva Aguacate Guayaba Manzana Nogal Limón Mango Baya Flores Caña de azúcar Superficie total

13,564 3,400 1,500 1,200 800 700 650 600 400 400 300 200 150 10,400 10,000 6,000 4,000 2,500 2,300 700 310 200 200 240 200 60,974

Adaptado de Núñez (1996).

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Figura 22. Expansión del área mundial con fertirrigación, regiones del mundo y algunos países desarrollados (Bucks, 1995). Ventajas y desventajas de la fertirrigación •

Ventajas de la fertirrigación. a) Incremento en la eficiencia de aplicación de los fertilizantes, dosificación y control del fertilizante de acuerdo a las etapas de desarrollo del cultivo. b) Control de la profundidad de mojado y momento de aplicación del fertilizante. c) El follaje del cultivo se mantiene seco lo que reduce el ataque de patógenos. d) Ahorro de trabajo y comodidad en la operación de los equipos de riego y fertilización. e) Posibilidad de usar fertilizantes líquidos, elimina el trabajo de dispersar el fertilizante. 158

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f) Conservación de la calidad de las aguas subterráneas (en sistemas cerrados) g) Usos adicionales del equipo de riego para aplicación de HCl, bromuro de metilo, herbicidas y pesticidas. h) Posibilidad de usar aguas de riego de baja calidad. •

Desventajas de la fertirrigación. a) Elevada inversión inicial de capital. b) Corrosión y formación de precipitados en los equipos de riego, dependencia de una correcta operación por los riesgos de taponamiento de los goteros. c) La operación de los equipos y dosificación de fertilizantes debe hacerse por un técnico calificado.

14.1. Los sistemas de riego y los fertilizantes Desde el punto de vista técnico no existe ninguna restricción respecto a la aplicación de fertilizantes a las plantas vía cualquiera de los tipos de riego existentes (riego por gravedad o rodado, aspersión, microaspersión y goteo), sin embargo si de lo que se trata es de aplicar de manera óptima la fertilización, el riego localizado o por goteo presenta numerosas ventajas respecto a los otros sistemas de riego tradicionales, en los últimos años se ha demostrado que las mayores posibilidades de este sistema de riego se encuentran en su utilización como vehículo de una dosificación racional de fertilizantes. Es decir, que ofrece la posibilidad de realizar una fertilización día a día, en función del proceso fotosintético y exactamente a la medida de un cultivo, en un sustrato y en un agua de riego determinados para unas condiciones ambientales definidas. Por lo que en el presente apartado nos enfocaremos a describir el sistema de localizado o goteo.

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a) Ubicación de las hileras de tomate

b) Detalle de los emisores

Figura 23. Sistema de fertirrigación para el cultivo de tomate en invernadero en Cardenas, Tabasco y en un suelo acido de Reforma Chiapas. 160

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14.1.1. Riego localizado o por goteo Los sistemas de riego de bajo volumen y alta frecuencia son aquellos que han sido diseñados para proporcionar agua al cultivo, para que este cuente con el agua cuando la necesite, es decir se trata de proporcionar agua a la planta de acuerdo a sus necesidades hídricas diarias, lo que permitiría una mayor producción del cultivo y ahorro de agua y energía. A continuación se describe el proceso de la fertirrigación. En primer lugar, se tiene que conocer y analizar el sustrato del que se nutrirá la planta para que la aplicación de fertilizantes vía riego tenga una eficiencia máxima. El proceso que significa llevar los nutrientes desde los tanques de la solución madre hasta que la planta los tenga a su alcance se muestra en la Figura 24. El cabezal de riego consta de diferentes módulos, distribuidos según una secuencia lógica de mezcla de fertilizantes y agua de riego. En primer lugar están los tanques de fertilizantes y de lavado, de los que se extraen, mediante un inyector, las disoluciones concentradas de fertilizantes y la de ácido nítrico para operaciones de lavado y de adecuación del pH. En cada caso hay que establecer un programa de tiempos y disolución con el agua de riego mediante las cuales se controlan el pH y la CE. Así se obtiene la disolución fertilizante que después de filtrada llega a la red de goteros. Esta disolución reacciona con el sustrato y da lugar a la definitiva disolución nutriente de la que se alimenta la planta Los problemas más importantes de un sistema riego por goteo donde se usa fertilizante son emisores tapados, debido a los orificios pequeños de los emisores usados, así como a la acción biológica y a la formación de precipitados químicos por el empleo de agua de mala calidad que requieren de agua lo más limpia posible, por lo que se han diseñado varios dispositivos para lograr este objetivo. 161

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Figura. 24. Esquema de una instalación de fertirrigación, con todos sus accesorios para inyección de fertilizantes, así como filtrado de sólidos (Cadahia, 1997).

Usualmente el agua es filtrada a través de tamices para remover impurezas o través de un tanque de sedimentación (FUSADES, 1989; RAIN BIRD, 1990). 14.2. Calidad del agua La calidad de agua usada para irrigación es determinante para la producción y calidad en la agricultura, mantenimiento de la productividad del suelo de manera sostenible y protección del medio ambiente. Por ejemplo, las propiedades físico- químicas del suelo, (estructura del suelo, estabilidad de los agregados) y permeabilidad son características del suelo muy susceptibles al tipo de iones intercambiables que provengan del agua de riego. El agua para riego puede provenir de diferentes fuentes de abastecimiento como: ríos, lagos, manantiales, almacenamientos 162

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artificiales superficiales, aguas de drenaje urbano y acuíferos. Dependiendo de la fuente de abastecimiento de agua, será la calidad de ésta, así como el tipo de sólidos en suspensión que se encuentran en ella, la cantidad y tipo de sales en solución, la acidez o la alcalinidad del agua, la presencia de algas y bacterias, los contenidos de materia orgánica y la presencia de residuos vegetales, animales y basura en general, serán consecuencia de los orígenes del agua utilizada. La calidad del agua de riego puede ser determinada mediante análisis de laboratorio. Los factores mas importantes a tener en cuenta para determinar la validez del agua usada para los fines agrícolas específicos son los que se muestran en el Cuadro 48. Las aguas para riego se clasifican de acuerdo con su composición química, las condiciones del suelo y el tipo de cultivos que se pretende regar. Al aplicar el agua a los cultivos se aplican sales en solución al suelo, éstas pueden generar tres efectos principales: a) Las sales solubles aumentan la presión osmótica en la solución del suelo y pueden reducir los niveles de producción de los cultivos. b) El contenido de sodio del agua, al acumularse en el suelo puede alterar la estructura del suelo y cambiar las condiciones de aireación y permeabilidad. c) La concentración alta de iones como boro y cloro pueden intoxicar a las plantas reduciendo el potencial de producción (Palacios y Aceves, 1994; Richards, 1994). El sodio y el cloro son normalmente absorbidos por la raíz. La absorción a través de las hojas produce una mayor acumulación de estos elementos en las plantas. Una absorción directa normalmente ocurre a través de los sistemas hidratantes de rociado a altas temperaturas y baja humedad relativa. 163

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La concentración adecuada de estos aniones depende del tipo de cultivo, del estado de crecimiento, de la concentración de los iones tóxicos y de la combinación de los mismos, clima y condiciones particulares del tipo de suelo. Cuadro 48. Determinaciones químicas para evaluar la calidad del agua de riego (FUSADES, 1990). Parámetro

Símbolo ó abreviatura

Salinidad Conductividad eléctrica CE Sólidos disueltos totales SDT Cationes y aniones: Calcio Ca2+ Magnesio Mg2+ Sodio Na+ Carbonatos CO32Bicarbonatos HCO3Cloro Cl Sulfato SO42Nutrientes Nitrato-N NO3-N Amonio-N NH4-N Fosfatos-P PO4-P Potasio K+ Misceláneos Boro B Acidez/basicidad pH Relación de absorción sodio RAS Adaptado de Ayers y Wescot (1985)

Rangos usuales en el agua

Unidades

0-3 0-200

dS/m mg/L

0-20 0-5 0-40 0-0.1 0-10 0-30 0.20

meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L meq/L

0-10 0-5 0-2 0-2

mg/L mg/L mg/l mg/L

0-2 1-14 0-15

mg/L meq/L

Valores mayores de 5 ppm de N (suma de nitrato y amonio) puede estimular el crecimiento de algas en los tanques. Valores mayores de 30 ppm pueden retardar la madurez y disminuir el azúcar en plantas sensibles. Para plantas no sensibles, el contenido alto de N es benéfico, 164

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pero debe ser considerado en el programa de fertirrigación (Ruiz, s/f; Martínez, 1993). Cuando se adicionan soluciones de fosfato de amonio a sistemas que riegan con agua dura, se presentan problemas de depósitos de precipitados de ortofosfatos de Ca y Mg. Los polifosfatos usualmente secuestran o disuelven mayores cantidades de Ca y Mg que los ortofosfatos, y por lo tanto a cierto grado de dureza del agua es más conveniente usar polifosfatos en lugar de los ortofosfatos. Otro problema común en el agua de riego es la concentración de bicarbonatos que por una parte confiere el pH alcalino al agua y por la otra es la causa principal de la precipitación de carbonato de calcio. En estos casos la alternativa es acidificar el agua. En los sistemas de riego de baja presión, de 20 a 50 ppm de ácido sulfúrico es suficiente para evitar los problemas por precipitación (Martínez, 1993). El pH del agua de riego es un parámetro adecuado para medir el riesgo de precipitación química: Valores de pH entre 7.4 y 8.5, son indicadores de alta concentración de carbonatos y riesgo de precipitación química. pH de 6.5, no corroe tuberías metálicas o diques de concreto y reduce el riesgo de precipitación. pH < 4.0, controlan las ferrobacterias y a pH 2.0, se usa para limpiar las salidas de los emisores taponados (Ruíz, s/f; RAIN BIRD, 1990). En el Cuadro 49 se presentan los limites fitotoxicos de ciertos elementos traza. Cuadro 49. Limites fitotoxicos de ciertos elementos traza Elemento A largo plazo A corto plazo 165

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Aluminio Arsénico Cadmio Cromo Cobalto Cobre Fluor Hierro Plomo Manganeso Níquel Selenio

1000 1000 0.005 5.000 0.200 0.200 1.000 5.000 5.000 2.000 0.500 0.050

20.00 10.00 0.05 20.00 10.00 5.00 15.00 20.00 10.00 20.00 2.00 0.05

Ejemplo de la calidad del agua: En el Cuadro 50 se presentan los datos químicos de tres fuentes de agua en el estado de Tabasco. De acuerdo con López y Pastrana (1999). Estas aguas pueden ser utilizadas en sistemas de microirrigación, aunque el agua del río San Pedro su restricción de uso (ligera a moderada) no implica que no sea adecuada, debido a que estas sales (Ca ) se transportan por el riego y se depositan en el suelo, donde se acumulan a medida que el agua se evapora o es consumida por los cultivos. No existe problema de sodicidad. Se recomienda tratar la cal del agua del rió San Pedro, acidificando el agua para abatir el pH por debajo de 7.0 o manejar fertilizantes a través de los sistemas de riego (fertirrigación ) ya que los sólidos suspendidos dentro del sistema pueden tapar los orificios de los emisores y causar problemas durante la aplicación de fertilizantes. Cuadro 50. Análisis químico de las aguas usadas para microirrigación en Tabasco. Datos pH CE* TSD Río San 7.6 1.4 896 Pedro Arroyo 6.8 0.4 275 Misicab

Ca 10.5

Cationes (meq L-1) Aniones (meq L-1) 2+ + + -2 Mg Na K Total SO4 Cl HCO3 CO3-2 Total 2.33 0.29 0.02 13.15 5.33 1.26 4.03 0.0 10.63

1.72

0.92

Fuente

2+

1.14 0.26 4.04

166

0.44 1.34 1.69

0.72

4.19

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos Embalse 7.0 0.15 113 0.74 0.22 LaVeleta *Conductividad electrica (dSm) Adaptado de López y Pastrana (1999).

0.17 0.51 1.64

0.09 0.80 0.60

0.0

1.49

4.3. Uniformidad de distribución de agua y fertilizantes Cuando los fertilizantes se aplican a través del agua de riego, su distribución en el terreno depende de las características del flujo de agua en el sistema, de la uniformidad de aplicación del agua por los goteros, así como de las características hidrodinámicas del suelo. La mayoría de los sistemas de riego están diseñados para que la velocidad de flujo de agua y químicos en el sistema sea la adecuada para asegurar una distribución uniforme de los químicos a través de las líneas de distribución. Generalmente, los nutrientes deben ser inyectados de 15 minutos a media hora después de que el sistema de distribución de agua se haya activado y ésta se debe suspender de 15 minutos a media hora antes de que termine el tiempo de riego (Martínez, 1993). Un problema importante en los sistemas de riego por goteo, que afecta directamente a la aplicación del los fertilizantes, es la variabilidad en el gasto aportado por los goteros y está determinado por la calidad industrial de los goteros. Existe una variación estándar del 1 al 16% en la descarga media de varias clases de goteros operados a diferentes presiones. Sin embargo este problema puede sensiblemente disminuido si se usan goteros autocompensantes. Para los sistemas de riego por goteo la variación en la descarga no debe ser mayor de 5% (AMIAD, s/f; Nathan, 1994). 14.4. Comportamiento de los nutrimentos en fertirrigación La ventaja más importante de la fertirrigación, es la posibilidad de realizar el aporte de los nutrientes de manera racionada a lo largo del ciclo vegetativo, especialmente aquellos nutrientes que tienen más movilidad, como el nitrógeno y el potasio (Domínguez, 1993). 167

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Nitrógeno. El nitrógeno en forma amoniacal es fijado por el complejo adsorbente del suelo cuando se aplica en dosis pequeñas, pero se mueve muy fácilmente en dosis altas al saturar la capacidad de cambio o de fijación del suelo. Por otro lado, la forma ureica no es adsorbida o retenida por el suelo, ya que carece de carga eléctrica por lo que se mueve fácilmente al igual que el nitrato. Su transformación a la forma nítrica es un poco más lenta, pues debe realizarse un proceso previo, que es el de la hidrólisis a la forma amoniacal, mediante la acción de la enzima ureasa, presente en el suelo (Kissel y Cabrera, 1988). Con el riego localizado se obtiene una mayor concentración de nitrato en la zona de raíces, pues la movilidad de esta forma es determinada por el movimiento del agua. En el Cuadro 51 se presenta los resultados del análisis de suelo con riego por goteo superficial, en bell pepper rojo en el valle de Culiacán, Sinaloa., a los 90 días después del trasplante. Debido al fraccionamiento de la dosis de fertilización se observa una mayor eficiencia de utilización del N (Cuadro 52), para el cultivo de tomate. La eficiencia de absorción aumenta considerablemente con el riego localizado, hasta el punto de citarse incrementos del orden de 100% en la eficiencia del N aplicado (Domínguez, 1993).

Cuadro 51. Movilidad de los nutrimentos en suelo con riego por goteo superficial. Culiacán, Sinaloa.

Profundidad PH CE NO3 cm dS/m 0-15 7.2 1.3 96 15-30 7.5 1.0 97 30-45 7.7 1.0 88 Adaptado de Burgueño (1994). 168

PO4 97 36 38

K ppm 130 125 115

Ca

Mg

5040 6880 6240

580 660 640

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Cuadro 52. Nutrimentos recuperados por semana en el cultivo de tomate (kg/ha). Nutriente Aplicado Recuperado N P K Ca Mg

87 35 122 61 14

85 19 190 43 11

Adaptado de Hagin y Lowengart (1996).

Fósforo. Con el riego localizado elementos menos móviles como el P y K se mueven con mayor facilidad en el suelo siguiendo el flujo del agua, a través de los poros y el proceso de difusión que se crea por la absorción activa de las raíces. La diferencia de concentración que esta absorción crea favorece este movimiento, que no es impedido por la capacidad de retención del suelo en estas zonas, al ser insignificante en relación con el flujo que pasa por las mismas. Así, el fósforo que no ha sido utilizado tradicionalmente en los sistemas de riego, a causa de su escasa movilidad y por tanto, por su baja penetración en profundidad, es mucho más móvil en el bulbo formado en la fertirrigación (Cuadro 51), que en condiciones de fertilización tradicional. Los resultados experimentales demuestran que el fósforo puede llegar hasta 50 cm de profundidad, siendo normales movimientos de 20 o 30 cm, tanto en sentido vertical como horizontal, lo que hace que este elemento esté fácilmente asimilable para el cultivo durante un tiempo relativamente más largo. Las pérdidas por lavado de este nutrimento son insignificantes (Domínguez, 1993). En el Cuadro 52, se observa que la cantidad de fósforo recuperado fue menor que el aplicado, lo cual se atribuye a precipitaciones al reaccionar con el Ca, en general para fósforo se supone una eficiencia de 50%. 169

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Potasio. Aunque no es tan móvil como el nitrógeno; el potasio penetra y se encuentra fácilmente disponible en el bulbo. También es desplazado hacia los bordes del bulbo (Cuadro 52) y puede ser lavado, teniendo en cualquier caso mayor persistencia que el nitrógeno, la cual dependerá de la textura del suelo. En huertos de 4-5 años de fertirrigación se ha observado una reducción significativa en el contenido de potasio en la zona regada, lo cual es debido a la gran demanda de este elemento por la planta y en riego localizado se tiende a suministrar al cultivo prácticamente la totalidad de las demandas (extracción más las pérdidas), Cuadro 52. Por otra parte, el empobrecimiento que sufre la zona del bulbo en potasio, así como la necesaria adaptación a la demanda del cultivo, se recomienda fraccionar su suministro a lo largo del ciclo vegetativo, como en el caso de nitrógeno. En relación al Ca y Mg se observan valores más bajos en la capa superficial (Cuadro 51), originados por la liberación de estos nutrientes por medio de la aplicación de ácidos en la solución nutritiva. Micronutientes. El boro (B) y el molibdeno (Mo), son necesarios en cantidades aún menores que los micronutrientes metálicos, son más solubles, siendo dependientes de su contenido en el agua de riego su presencia en otros materiales aportados, como los orgánicos. El rango de normalidad para estos nutrientes es muy estrecho, por lo que tan peligroso el olvidar su importancia en la nutrición como aportarlos en exceso. Cloro. Es un micronutriente atípico, ya que, a pesar de ser requerido en bajas cantidades suele estar presente tanto sustratos como aguas y fertilizantes, por lo que su problemática seria su contenido en exceso y no su deficiencia.

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Hierro. En cuanto a las sales solubles, estas lo son en agua, pero, sin embargo, pueden reaccionar con la disolución nutritiva o con los materiales del suelo y precipitar, por lo que su uso normalmente es poco eficaz, sobre todo para la corrección de carencia de hierro y manganeso. Fe2+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 1eLa ecuación anterior explica como cualquier cantidad de Fe (II) que se adicione en forma inorgánica tenderá a precipitar en la misma forma ya existente en el suelo. En la práctica se sabe que antes de tres día la casi totalidad del Fe que se haya adicionado disuelto como Fe (II) habrá precipitado y no estará disponible para la planta. Aún peor, la precipitación puede comenzar en las líneas de riego, sobre todo si existe elevado contenido de fósforo, por lo que la mayoría del fertilizante quedaría retenido en los filtros, con algo de fertilizante fosfórico, o iría a obturar los goteros. El hierro que llegara al suelo o sustrato precipitaría, incrementando el ya abundante nivel de Fe inmóvil en los suelos. En un kilogramo de suelo existe, por término medio, 58 g de Fe, pero las raíces de las plantas que exploran ese suelo únicamente necesitarían cuando mucho 0.01 g de Fe. No es necesario, por tanto, aumentar el nivel de hierro inorgánico del suelo (lo que además sería inútil, ya que las cantidades de hierro aplicadas son relativamente bajas comparadas con las presentes en los suelos y en otros sustratos) sino que se requiere un aumento del Fe soluble que pueda ser transportado hacia la planta. Es por esto que en la actualidad se recomienda únicamente el uso de quelatos solubles o en disolución para la aplicación de micronutrientes metálicos. Dentro de los principales agentes quelatantes están los siguientes: EDTA: Ácido Etilén Diamino-Tetraacético DTPA: Ácido Dietilén Triamino-Pentaacético HEDTA o HEEDTA: Ácido-Hidroxi-Etilén-Diamino-Triacético EDDHA: Ácido-Etilén-Diamino-Di-orto-Hidroxi-fenil-ácetico. 171

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Boro. Es un nutriente para el que las plantas pueden pasar de un estado de carencia a uno de toxicidad en un estrecho margen, por lo que su dosificación ha de ser realizada con extremo cuidado. Además las aguas de riego pueden contener cantidades muy variables de B, que es preciso conocer y considerar a la hora de diseñar las pautas de fertilización. Incluso, puede ocurrir que el agua contenga niveles superiores a los aceptables. En cuanto a las formulaciones tanto el ácido bórico como el borax son lo suficientemente solubles como para ser utilizados en fertirrigación. Una vez en el sustrato no es muy reactivo y se podrá perder fácilmente por lixiviación. Los minerales orgánicos y algunas arcillas lo pueden retener mejor. Molibdeno. Al ser requerido en pequeñas cantidades por los cultivos, normalmente no presenta problemas nutricionales, pero sí existe deficiencia seria necesario aplicarlo, sobre todo en ornamentales y cucurbitaceas y algunos árboles frutales. En fertirrigación pueden ser utilizados los molibdatos amónicos y sódicos. Para su aplicación hay que tener en cuenta que no precipiten los molibdatos, por lo que no deben ser adicionados en tanques ácidos. Además, otros factores que afectan el proceso de fertirrigación condicionan la necesidad de aplicación de micronutrientes, como son: a) Disminución de estos elementos en los fertilizantes de macronutrientes para fertirrigación, ya que se suelen fabricar bastante puros (para su mejor solubilidad) y con un contenido de micronutrientes inferior al de los fertilizantes tradicionales. b) Una nutrición racional y adecuada en macronutrientes, de llegarse a dar, hace que estos no fueran los factores limitantes de la producción, recayendo esta responsabilidad en los micronutrientes. 172

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c) El uso de sustratos y aguas de riego calizas o alcalinas disminuye la solubilidad y disponibilidad de los metales, por lo que, aunque estén presentes en cantidades suficientes no lo están en formas asimilables para los cultivos. d) Un elevado contenido en sustancias húmicas favorece la disponibilidad de macronutrientes, así como su movilización hacia las raíces. Muchos sustratos y suelos utilizados en fertirrigación carecen de materia orgánica por lo que este efecto se ve seriamente limitado. e) Uso de cultivos más productivos o resistentes a plagas, pero que en muchos casos presentan baja eficiencia en la extracción de micronutrientes. 14.5. Fertilizantes para fertirrigación Los fertilizantes para uso en fertirriego aparecen en dos formas: sólidos solubles y soluciones líquidas. Los fertilizantes líquidos. Son soluciones verdaderas, preparadas para su uso inmediato mediante el fertirriego. Estas soluciones pueden ser simples o compuestas. Las simples son aquellas que están formadas por un solo compuesto químico, como por ejemplo, el ácido fosfórico, aunque a veces pueden incluir más de un nutriente. Las compuestas son aquellas que están formadas por más de un compuesto químico, aunque existen soluciones compuestas que incluyen un solo nutriente, en este caso presente en más de una forma química, como por ejemplo, el nitrato de amonio líquido, en el cual el nitrógeno aparece en forma de amonio y de nitrato. La única desventaja que tienen los fertilizantes en forma líquida, es su relativa baja concentración, a comparación de los sólidos, lo que trae aparejado un incremento en los costos de transporte y almacenamiento. Sin embargo su manejo en los sistemas de fertirriego es más fácil con relación a los fertilizantes sólidos. 173

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Fertilizantes sólidos. Pueden ser simples o compuestos. Los simples son aquellos que aportan un solo macronutriente y están constituidos por un solo compuesto químico, como la urea, o por más de uno, como el sulfato de amonio. Los fertilizantes compuestos pueden estar constituidos por un solo nutriente, pero este aparece en más de una forma química, como el 20-20-20, en el que el nitrógeno aparece en tres formas químicas: nitrato, amonio y amida; el fósforo proviene del fosfato monoamónico, y el potasio, del nitrato de potasio. Los requisitos que deben tomarse en cuenta para el uso de estos fertilizantes fueron mencionados en el Capitulo 4. No obstante, en el Cuadro 53 y el Cuadro 54 se presentan algunas características de importancia en los principales fertilizantes y acidos utilizados en fertirrigación.

Cuadro 53. Características de los fertilizantes comerciales usados en fertirrigación. Producto

Concentración (%) N P2O5 K2O S CaO MgO

174

Estado físico

Presentación

Solubilidad (g/L)

Salgado et al., 2006: Manejo de fertilizantes y abonos orgánicos Agua amonia 19.0 Amoniaco anhidro 82.0 Urea 46.0 Nitrato de amonio 33.5 Nitrato de potasio 13.5 - 44.0 Nitrato de calcio 15.5 Sulfato de amonio 21.5 24 Fosfato diamónico 18.0 46.0 Fosfato monoamónico 8.0 46.0 Cloruro de potasio - 60.0 Sulfato de potasio - 54.0 17 Fosfato de potasio - 52.0 33.0 Sulfato de magnésio - 13 Nitrato de magnésio 11 Adaptado de Nathan, 1994; Haman, 1996.

26.6 16 9.5

Líquido Gaseoso Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Sólido Solido

Líquida Líquido Aperdigonada Cristales Cristales Cristales Granulado Granulado Cristales Cristales Cristales Cristales Cristales Cristales

97 380 1190 1950 135 1200 850 575 282 347 110 200 700 500

Cuadro 54. Acidos fertilizantes. Concentración ( % en peso) Densidad HNO3 H3PO4 1.20 33 34 1.30 48 46 — 1.33 54 1.40 65 56 — 1.60 75 Adaptado de: Catálogo Fertiberia 1996

14.5.1. Solubilidad La característica más importante en los fertilizantes usados en fertirriego es la solubilidad con el fin de obtener en disolución los elementos contenidos por los mismos. Por tanto, los fertilizantes sólidos para fertirrigación deben de llevar especificado en sus etiquetas las denominaciones “cristalino soluble” o “soluble para fertirrigación”. Su solubilidad en agua evitará obstrucción a lo largo de las tuberías o goteros. Por ello, quedan descartados aquellos fertilizantes que contengan aditivos para mejorar su conservación o para hacer más lenta 175

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su liberación. También se debe de tener en cuenta la compatibilidad con otros fertilizantes y con el agua de riego. Una prueba práctica para determinar la compatibilidad agua-fertilizante, puede hacerse llenando un recipiente de volumen conocido (1, 2, o 5 L) con agua de riego a la misma temperatura en que ésta será mezclada con el fertilizante. Entonces se adiciona suficiente fertilizante para alcanzar la concentración de la solución base (solución fertilizante preparada para satisfacer los requerimientos del cultivo según su etapa de crecimiento y tamaño del área a ser fertilizada, ver Cuadro 57), se deja reposar durante la noche y se observa si hay precipitación o sedimentación; si no ocurre el agua es adecuada (Ruiz, s/f). Se debe de tener en cuenta que los fertilizantes son sales que elevan la concentración salina inicial del agua de riego, por lo que no se deben utilizar cantidades excesivas que superen los valores críticos de salinidad de cada cultivo. Los fertilizantes, al mezclarse con el agua de riego, modifican el pH de la disolución resultante, con las consecuencias que ello representa. Así, si el fertilizante aumenta el pH habrá riesgos de precipitaciones de Ca pues en este caso el catión tiene menor solubilidad. Si el fertilizante disuelto baja el pH se evitaran obstrucciones en los goteros y servirá para limpiar las tuberías, mangueras y goteros. No obstante debe comprobarse que esta acidez va a permitir que en la solución de riego (solución concentrada diluida con agua de riego) se obtenga un pH entre 5.5 y 6.0. Los fertilizantes ácidos deben ser manejados siguiendo escrupulosamente las normas de seguridad que se indiquen en la etiqueta de cada producto, esto debe tenerse en cuenta, sobre todo, para fertilizantes ácidos que se suelen utilizar para prevenir problemas de obturación de goteros y ajustar el pH de las soluciones fertilizantes. 176

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14.5.2. Fuentes En fertirrigación se pueden utilizar tanto sólidos como líquidos. Los fertilizantes sólidos, suelen ser sales puras cristalinas de solubilidad muy elevada. El principal inconveniente del empleo de fertilizantes sólidos es la necesidad de una dilución previa en agua, que debe ser total para asegurarnos que la concentración añadida sea la que se requiere. Dentro de los sólidos se encuentran los simples cristalinos y complejos. Los fertilizantes simples son aquellas sales binarias que aportan uno o dos elementos nutritivos. Los fertilizantes complejos contienen dos o más elementos fertilizantes y proceden de reacciones químicas. Por esto, todas y cada una de las partículas tienen la misma composición. Los fertilizantes líquidos pueden ser también simples (solución N-32, ácidos nítrico y fosfórico concentrados), binarios, NPK ácidos y NPK neutros. Pueden adquirirse con el equilibrio adecuado para el cultivo o bien pueden prepararse a partir de fertilizantes sólidos solubles con unos equilibrios definidos. El líquido resultante, que se denomina “solución madre”, es el que se inyecta a la red de tuberías donde se mezcla con el agua de riego. Para la preparación de las soluciones de fertilizantes es imprescindible saber calcular las cantidades de cada uno de los distintos fertilizantes necesarios para conseguir la concentración adecuada de cada uno de ellos. Así mismo, se deben de tener en cuenta las posibles incompatibilidades entre los fertilizantes añadidos entre si (ver Figura 15) y con los elementos presentes en el agua de riego, e incluso las reacciones que va a sufrir el producto cuando se ponga en contacto con el sustrato de cultivo. La incompatibilidad más importante se produce cuando los fertilizantes mezclados dan lugar a precipitados. Así, por ejemplo sales que aportan Ca+2 son incompatibles con las que aportan SO4-2 o H2PO4- . 177

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A pesar de la solubilidad de los fertilizantes en agua, el uso de amoniaco anhidro, fertilizantes que contienen fósforo, o agua amonia no son recomendables. El fósforo debido a su inmovilidad en el suelo y afinidad para formar precipitados es mejor agregarlo por otros medios o usar ácido fosfórico. La filtración apropiada en la línea de riego antes y después del punto de inyección del fertilizante también es esencial (AMIAD, s/f; Nathan, 1994, Martínez, 1993). 14.5.3. Interacción de fertilizantes con el agua de riego Los fertilizantes son sales que reaccionan con las disueltas en el agua de riego, por ejemplo, en condiciones de agua alcalina, el fósforo (polifosfato de amonio) precipita con el Ca y Mg, que están en altas concentraciones, produciendo taponamientos en los goteros. En el Cuadro 55 se presenta el pH y la CE de diversos fertilizantes en solución. El sulfato de amonio puede producir precipitados de yeso en agua rica en calcio La disolución de urea en agua rica en Ca y bicarbonatos, puede causar precipitados de carbonato de calcio, debido al incremento del pH. Los fertilizantes contribuyen a incrementar la conductividad eléctrica de la solución. Existe una relación directa entre las sales disueltas, en unidades de meq/L y la CE de la solución, por ejemplo, cada 10 meq de sales /L producen una CE de 1 dS/m. Con base en esto, es posible controlar la fertilización por medio de la CE. En el Cuadro 56 se presentan los principales iones y su peso equivalente. Cuadro 55. CE de una solución fertilizante (g/L de agua destilada y pH) Fertilizante

pH

178

CE (ds/m)

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Cloruro de potasio Sulfato de amonio Urea Nitrato de amonio Polion 11-37-0 Shefer 7-3-7 Nitrato de potasio Adaptado de Nathan, (1994).

6.5 5.4 8.0 6.6 7.4 5.0 8.5

1.67 1.06 .001 0.87 0.89 0.62 1.0

Cuadro 56. Principales iones y su peso equivalente, p.e (g). Cationes

p.e (g)

Aniones

p.e (g)

Ca 2+ Mg 2+ Na+ K+ NH4+

20.04 12.16 23.00 39.10 18.00

ClSO4 2HCO3NO3H2PO4-

35.46 48.03 61.00 62.00 97.00

A continuación se presentan algunos conceptos de utilidad El peso equivalente (p.e). Es el peso en gramos de una sustancia que se combina o reemplaza un gramo de hidrógeno. Es igual al peso atómico del ion, dividido entre su valencia. Por ejemplo, Ca su peso atómico es de 40.08, valencia=2. P.e= 40.08/ 2= 20.04 g Miliequivalente (meq/L). Es la milésima parte de un equivalente (p.e). 1 meq de KNO3= 101.1 mg 1 meq de KCl=74.56 mg Partes por millón (ppm). Una parte por millón equivale a un mg/kg o bien a mg/L o g/m3. 179

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Factores de conversión: • • • • • • • •

De P2O5 a P: se multiplica por 0.437 De P a P2O5 : se multiplica por 2.29 De K2O a K: se multiplica por 0.833 De K a K2O: se multiplica por 1.20 De NO3 a N: se multiplica por 0.226 De N a NO3: se multiplica por 4.43 De NH4 a N: se multiplica por 0.778 De N a NH4: se multiplica por 1.28

14.6. Tipos de inyectores Uno de los aspectos más importantes en fertirrigación es la forma de introducir el fertilizante a la línea de riego. A continuación se describe cada uno de estos inyectores (Ruiz, s/f; Nathan, 1994; Martínez, 1993; AMIAD, s/f; FUSADES, 1990). 14.6.1. Venturi El inyector venturi opera por medio de una presión diferencial inducida por un estrechamiento de la línea de conducción en el sitio de inyección. Por esta razón hay una pérdida de carga considerable que es necesario reponer para asegurar el desempeño apropiado de los emisores, actualmente los sistemas difásicos pierden sólo 10% de presión. El diámetro varía de 3/8" a 2", el caudal de solución que pueden succionar es de 2 a 2000 L/h. En general los inyectores de tipo Venturi son relativamente pequeños, portátiles, baratos y fáciles de usar. La uniformidad de aplicación no es afectada por las variaciones en la tasa de inyección. 14.6.2. Tanque tipo tanda 180

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Una válvula de estrangulamiento ubicada en el sistema de riego produce una constricción parcial, causando un gradiente de presión pequeño (1 a 2 m), el que obliga a parte del agua atravesar el tanque. El agua penetra al tanque por un tubo de 1/2" a 3/8" de diámetro que llega al fondo del mismo. En el tanque que está cerrado herméticamente, se encuentra la solución fertilizante preparada de antemano, o un fertilizante sólido soluble. Del tanque sale otro tubo, el que se une al sistema de riego después de la válvula de estrangulamiento. Como consecuencia de este gradiente, parte del agua de riego pasará por el tanque, se diluirá con la solución fertilizante o disolverá el fertilizante soluble. La solución formada es inyectada en el sistema; cuanto más cerrada la válvula de estrangulamiento, el ritmo de inyección del fertilizante será más rapido. La duración de la fertilización depende del volumen del tanque y de su descarga, siendo calculada con la fórmula: T= 4V/Q

donde:

T= tiempo de duración del fertilizante V= volumen del tanque, que varía de 60 a 220 L Q= descarga del tanque (L/h). La que indica que para completar la fertilización, se requiere cuatro veces el volumen del tanque. Por ejemplo, si el volumen del tanque es de 120 L, es necesario que pasen 480 L de agua por el sistema para que 95% del fertilizante sea inyectado en el sistema de riego. El tanque consta de un manómetro y una pequeña válvula volumétrica que permite calibrar el caudal del tanque y adecuar el gradiente de presión necesario para que este se vacíe en el tiempo deseado. El sistema de tanque es simple de construir, de fácil operación, precio cómodo, aprovecha la energía del agua, es móvil y permite una amplia relación de dilución. Sin embargo, la aplicación del fertilizante no es uniforme, no se adapta a trabajar con automatización y sufre corrosión con el uso de fertilizantes líquidos. 181

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14.6.3. Bombas inyectoras Las bombas inyectoras son muy comunes, apareciendo en diversos modelos, formas, medidas, fuentes de energía e inyección. El principio de operación consiste en succión de la solución fertilizante de un tanque abierto, ascenso de la presión de la solución por encima de la existente en el sistema de riego, y la inyección al mismo. Las bombas están construidas de materiales resistentes a la corrosión, al igual que todas las partes que entran en contacto con la solución fertilizante. La bomba opera por medio de un motor hidráulico o eléctrico. El control sobre el ritmo de inyección, dosis y momento de inyección, se puede llevar a cabo en forma manual, por medio de distintos accesorios, o en forma automática. El tanque donde se encuentra la solución fertilizante, debe estar hecho de materiales resistentes a las sustancias en fertirriego. El volumen de los tanques varía y puede llegar a 10 m3. El uso de las bombas permite controlar todo el proceso en forma automatizada, no hay pérdidas de presión. Sin embargo, su costo es alto, su operación puede ser complicada y en bombas eléctricas se requiere una fuente de energía exterior. 14.6.4. Tanque flexible El inyector de tanque flexible consiste de un forro interior que separa la solución base del agua de riego. Conforme la bolsa es oprimida por la presión de la línea de conducción, la solución base es obligada a salir de la bolsa y a inyectarse dentro del sistema. La ventaja de este sistema en relación al tanque tipo tanda es que la tasa de inyección puede programarse. En la Figuras 25 y 26 se presentan los sistemas más usuales de inyección de fertilizantes. 182

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Independientemente del tipo de inyector usado, debe considerarse un mecanismo para prevenir el retroflujo, es decir, dispositivos que prevengan que el agua de riego conteniendo fertilizantes drene o sifonee de regreso a la fuente de agua contaminándola. Las válvulas check o válvulas de alivio localizadas entre la bomba de riego y el inyector de fertilizante cumplen satisfactoriamente con dicha función (FUSADES, 1989; AMIAD, s/f). En la actualidad con el desarrollo de los sistemas de cómputo y de sensores eléctricos para registrar los cambios de pH, C.E. y necesidades de riego. Los sistemas de fertirrigación se han automizado para evitar los errores (Cadahia, 1997). En la Figura 23 se presenta un sistema computarizado de fertirrigación con tres tanques de fertilizantes, los cuales se inyectan al sistema en forma simultánea y evitan que haya precipitaciones por incompatibilidad de lso nutrimentos. 14.7. Fertilizantes y necesidades de agua Para definir el cuánto y el cuándo inyectar el fertilizante, se requiere evaluar las necesidades de agua y fertilizante en cada situación específica. La tasa y frecuencia de aplicación varía con el cultivo, edad, rendimiento, fertilidad del suelo, extensión de la zona de raíz humedecida, preferencia del agricultor y la estación del año. En el Cuadro 57 se muestran los requerimientos, de algunos cultivos de acuerdo con las etapas de desarrollo (cuánto), estos valores son de carácter ilustrativo, para nuestro país se debe generar esta información.

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Figura 25. Esquema de los sistemas de inyección tanque tipo tanda y venturi.

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Figura 26. Esquema de los sistemas de inyección con bomba inyectora y tanque flexible.

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Cuando se considera la cuestión de cuándo aplicar, es fundamental tomar en consideración la capacidad de almacenamiento del suelo, ya que cuando se humedece por abajo de la zona de raíz no hay beneficio para la planta y se pierde agua y fertilizante. En el Cuadro 58 se presenta la capacidad de almacenamiento de agua de tres suelos. La cantidad de agua que debe reponerse toma como base la evaporación diaria de un tanque afectado por un coeficiente de tanque de 0.7-0.8. El punto importante en fertirrigación es estimar cuánto suelo dentro de la zona de raíces debe ser humedecido y aplicar sólo el agua y nutrimentos que permanezcan disponibles para la planta. En la Figura 27 se expone la influencia del tipo de suelo en la forma que adopta el bulbo de mojado en el suelo. Se pueden observar las características de los bulbos que se forman en los suelos arcillosos o pesados, francos o medios y arenosos o ligeros. Cuanto más fina es la textura del suelo mayor es el movimiento lateral por lo tanto más ancho el bulbo. Por el contrario, en suelos arenosos, el bulbo se alarga en profundidad. Fuera de estos casos más frecuentes pueden darse variantes que se producen como consecuencia de características especiales del suelo, tales como capas impermeables, zonas de lata permeabilidad, etc.

Figura 27. Forma del bulbo de mojado en función de la textura del suelo.

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Cuadro 57. Requerimientos semanales de nitrógeno para diferentes cultivos en California Cultivos Brócoli

Etapa de crecimiento Plántula

Etapa media de crecimiento Calabacita

Lechuga Melón

Pimienta

Toronja Tomate

Formación Desarrollo de cabeza Crecimiento vegetativo Inicio de floración/amarre de frutos Llenado de frutos Primer corte Plántula Formación Llenado de cabeza Crecimiento vegetativo Inicio de floración/amarre de frutos Llenado de frutos Primer corte Crecimiento vegetativo Inicio de floración/amarre de frutos Llenado de frutos Primer corte Crecimiento vegetativo Inicio de floración Primer corte Crecimiento vegetativo Inicio de floración/amarre de frutos Llenado de frutos Primer corte

Requerimientos de N (kg/ha/semana) 6-18 12-24 18-36 12-24 6-18 12-24 18-24 6-18 6-12 12-24 18-36 6-18 12-24 18-24 6-18 6-12 18-36 18-24 6-12 6-12 12-24 6-12 6-12 18-24 12-18 6-12

Los cultivos anuales cuando están en sus primeras etapas de desarrollo consumen menos agua que en las etapas de mediados de ciclo, debido a que el follaje no se ha desarrollado completamente, También en la etapa final, decrece la actividad y se consume menor cantidad de agua, de modo que en cierta época del ciclo vegetativo se presenta la máxima demanda de agua por el cultivo. Los sistemas de riego deben diseñarse 187

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con la capacidad suficiente para satisfacer las máximas demandas de los cultivos y operarse de acuerdo con las demandas por etapas de desarrollo. El intervalo de valores representa las necesidades de fertirrigación en suelos con bajos contenidos de N residual y/o condiciones de altas temperaturas (etapa de crecimiento). Los valores altos son para suelos con bajo N residual o etapa de rápido crecimiento bajo condiciones ambientales favorables (Hartz et al., 1994, citados por Haman, 1996). Cuadro 58. Capacidad de almacenamiento de agua (CA) Textura

CA (cm de agua/30.5 cm de profundidad) Suelo arenoso 2.54 Suelo franco 5.00 Suelo arcilloso 6.46 Adaptado de Ruiz (s/f).

14.8. Calculo de fertilizantes para fertirrigación El objetivo de este apartado es proporcionar un método para calcular la cantidad de fertilizante que se debe utilizar para llevar a cabo una buena fertirrigación. Para ello es necesario conocer el primer lugar las disoluciones nutritivas de referencia u optimizadas disoluciones ideales en función del agua de riego, el suelo o sustrato que se maneje y de las condiciones ambientales existentes. La composición de macronutrientes de las disoluciones nutritivas optimizadas viene representada normalmente en milimoles/litro o en miliequivalentes/litro, que son dos formas de expresar la concentración. La expresión milieqivalentes/litro (meL) es la que normalmente se utiliza. 188

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Para la disolución de micronutrientes la forma de expresión más común es la de mg L o lo que es lo mismo ppm. Para calcular la composición de la disolución, será necesario definir en primer lugar los moles y equivalentes. El número de moles se calcula dividiendo el número de gramos por el peso molecular. El peso molecular es la suma de los pesos atómicos (en gramos) de todos los átomos de la formula química de una sustancia. El número de equivalentes, se obtiene dividiendo el peso de la sustancia en gramos por su peso equivalente. El peso equivalente se calcula a su vez dividiendo el peso molecular por la valencia. Finalmente el número de miliequivalentes, será la unidad de concentración utilizada en las disoluciones de macronutrientes. El agricultor recibe recomendaciones de cómo y cuánto fertilizar sus cultivos, en diversas formas: tablas, resultados de laboratorio de análisis de suelos, plantas y aguas, o por asesoramiento directo en el campo. Los datos son suministrados en una de las siguientes formas: peso o volumen del fertilizante, etc. Para implementar las recomendaciones recibidas, es necesario convertirlas en prácticas operativas, según el equipo de fertilización en la finca. La experiencia de campo demuestra que es necesario llevar a cabo revisiones periódicas, tanto en lo que a los cálculos se refiere, como en el funcionamiento del equipo (Nathan, 1994; Ruiz, s/f). Datos: Sistema de riego de 12 secciones organizadas en 3 sets de riego Sección de riego de 90 m de anchura y 120 m de longitud Superficie de 1.08 ha Superficie total 12.96 ha Caudal total 26 L/s Diseñado para operar 4 secciones simultáneamente de 4.32 ha 189

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El productor requiere determinar su programa de fertilización para el cultivo de tomate. La dosis recomendada es: Nitrógeno 250 kg/ha Fósforo 100 kg de P2O5/ha Potasio 350 kg de K2O Se seleccionaron las siguientes fuentes. Urea (46-0-0), fosfato monoamónico (MAP, 12-49-0), y nitrato de potasio (13.5-0-44). Como el ciclo vegetativo es de 80 días, se considera dosificar la fertilización en ocho semanas. Por lo que se procedió a seleccionar los compuestos para inyectar uno por día dejando cuatro días para aplicar otros agroquímicos y conservadores del sistema. Día Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

Fertilizante MAP KNO3 Urea -

Como todo el nitrógeno proviene de las tres fuentes, se requiere calcular la cantidad necesaria de cada uno de dichos compuestos. Cantidad necesaria de MAP Fósforo necesario por semana= 100/ 8= 12.5 kg de P2O5/semana Peso del fertilizante comercial P= 100 * F/ C, donde: F= nutriente (kg/ha). C= concentración de nutriente en el fertilizante P= 100 * 12.5/ 49= 25.51 kg de MAP 190

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Se requieren 25.51. Kg de MAP/semana y como sólo se usa un día por semana se aplicará el total cada lunes. Al mismo tiempo que se aplica el fósforo, se aplica nitrógeno, por lo que se debe calcular cuanto N aportan 25.51 kg de MAP, como la fórmula contiene 12 %N entonces: F= P * C/ 100;

F= 21.51 * 12/ 100 = 2.58 kg de N/semana

Cantidad necesaria de KNO3 Potasio necesario por semana = 350/ 8= 43.75 kg de K2O/semana P= 100 * 43.75/ 44 = 99.43 kg de KNO3, y se aplicará el miércoles. Se necesitan 99.43 kg de nitrato de potasio para satisfacer los requerimientos de potasio; pero con el K también se aplica N(13.5%), por lo tanto: F= 99.43 * 13.5/ 100 = 13.42 kg de N/semana Cantidad necesaria de urea (U) La cantidad requerida de urea se obtiene por la diferencia entre el requerimiento total de N/semana y los aportes de N de las otras fuentes de fertilizante. N necesario por semana= 250/ 8= 31.25 kg N/semana

Aportes de N de otras fuentes 191

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Día Lunes Miércoles

Fertilizante MAP Nitrato de potasio

kg N/semana 3.06 13.42 16.48

Cantidad de N para aplicar en forma de urea N complementario=31.25-16.48 = 14.77 kg Se requieren 14.77 kg de N para completar la dosis de N/semanal. La cantidad de urea requerida es: P=100 * 14.77/ 46 = 32.11 kg de urea/semana, que se aplicará el viernes. Programa semanal de fertilización Resumiendo los resultados de los cálculos anteriores, se obtiene el programa semanal de fertilización. Día Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

Fertilizante

Cantidad (kg/semana)

MAP KNO3 Urea -

25.51 99.43 32.11 -

Método de inyección con Venturi 192

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Una vez que se conoce cuándo y cuánto fertilizar, lo que falta es definir el cómo fertilizar. En este apartado se desarrolla un ejemplo para explicar el procedimiento de inyección de fertilizante en el sistema de riego empleando un dispositivo hidráulico llamado Venturi. Las bombas fertilizadoras y los Venturis se suministran con las especificaciones de inyección, relativas a las presiones de trabajo y caudales que deben inyectar, por lo que debe verificarse, antes de operarlas en campo. El venturi es de 5.08 cm ( 2") de diámetro en la conexión de entrada y salida del agua con succión de 3.18 cm (1 1/4") de diámetro. Para aplicar el fertilizante fosfórico (MAP), de acuerdo con los cálculos anteriores se deben tomar en cuenta las características del sistema de riego. Por ejemplo, la superficie que se riega simultáneamente es de 4.32 ha, de manera que la dosis por hectárea se multiplica por la superficie. Cantidad de fertilizante=25.51 * 4.32=110.203 kg de MAP Para la preparación de la solución, se necesita una pileta o tanque, con capacidad para disolver los fertilizantes de acuerdo con el caudal que se inyectará. Si se trabaja el inyector de 30 L/min y se quiere aplicar el fertilizante en una hora, por lo tanto la pileta o el tanque de almacenamiento debe tener una capacidad de 1800 L, para vaciarla en una hora. Así se puede fertilizar en una hora y usar el tiempo necesario para lavar el fertilizante de las tuberías. Se colocan los 110.203 kg de MAP en la pileta, se llena hasta alcanzar los 1800 L se revuelve bien y se deja reposar. Luego se introduce la tubería de succión y se abren las válvulas del principal para obligar a pasar el flujo por el fertilizador y se observan los manómetros hasta dejar una diferencia de presiones de 18 m(25.6 psi) para que el caudal succionado sea de 30 L/min. 193

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Para aplicar el fertilizante restante se procede de la misma manera.

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CREDITOS EDITORIALES COMITÉ EDITORIAL Dr. Dr. Dr.

DISEÑO EDITORIAL Edición Dr. Sergio Salgado García

Portada Santiago Humberto Sánchez Cervantes Dibujos MC. Joaquín A. Rincón Ramirez

Esta obra se terminó de imprimir en el mes de Septiembre de 2006, en los talleres de Formas Continuas de Villahermosa, S. A de C. V., en Villahermosa, Tabasco. El tiraje fue de 1000 ejemplares, más sobrantes de reposición.

Este libro se realizo con las más estrictas normas de redacción; sin embargo, es un sistema perfectible, por lo que los autores mucho agradecerán cualquier sugerencia o comentario que contribuya a mejorarlo, por favor enviar sus comentarios a: [email protected]

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El Campus Tabasco del Colegio de Postgraduados agradece Al Gobierno del Estado de Tabasco por el financiamiento para publicar este libro, a través del Instituto para el Desarrollo de Sistemas de Producción del Trópico Húmedo de Tabasco.