La necesidad de reconstruir la M.O. con sistemas de S.D.

Durante el periodo de la conquista, cuando se poblaron las tierras de la región pampeana por las colonias de inmigrantes y comenzó la agricultura, se dio inicio a un fenómeno de consumo de materia orgánica y nutrientes, y finalmente de degradación de los suelos. Este proceso - que duró un siglo - si bien fue corto considerando los períodos geológicos de la formación de los suelos, permitió el descenso de la materia orgánica desde 4 a 6% hasta 2 a 3% en promedio. Además de las extracciones por las cosechas - muy significativas cuando se considera la producción acumulada durante ese periodo - las pérdidas de nutrientes se dieron por varios mecanismos. Los cationes - calcio, magnesio, potasio - se perdieron por la lixiviación propia de las zonas húmedas, y que la agricultura acelera. Los nutrientes ligados a la materia orgánica - fósforo, azufre, nitrógeno – se oxidaron, haciéndose disponibles para las plantas y también a pérdidas de distinto tipo. Las pérdidas de fósforo ocurrieron principalmente debido a la erosión por partir del impacto de las gotas de lluvia y del viento, mientras que las pérdidas de nitrógeno y azufre incluyeron el pasaje a formas gaseosas y el lavado a través del perfil. 

Por definición, los Molisoles, orden al que pertenecen la mayor parte de los suelos pampeanos, son suelos de alta saturación de bases o cationes. Por esa razón, cien años de agricultura son insuficientes para causar un empobrecimiento que pueda detectarse en términos de mostrar respuestas a la fertilización con estos cationes, aun cuando las evidencias son importantes para el potasio en varias series agrícolas (Conti, 2000). La actividad agrícola mucho más antigua y extensa en los molisoles de las praderas de Hungría, Ucrania y Norteamérica ha hecho que ese mecanismo de pérdida y extracción actuara por más tiempo, por lo que hoy en día requieren de aplicaciones regulares de potasio para producir económicamente.

También por definición de Orden, los Molisoles poseen un horizonte rico en materia orgánica. Si bien mantienen todavía los valores de materia orgánica para entrar dentro de ese orden, las pérdidas aludidas impactaron fuertemente la productividad, al punto que hoy no puede concebirse producción económica de granos sin el agregado de nitrógeno, fósforo y azufre. En particular, en el norte de la región pampeana, donde las mayores temperaturas y la presencia del doble cultivo trigo-soja aceleraron el proceso destructivo de la materia orgánica. La mayor disponibilidad de las formas inorgánicas de nitrógeno y azufre durante las primeras ocho décadas del siglo, hizo posible una agricultura sin fertilizantes, pero con rendimientos sucesivamente inferiores. La aparición de respuestas económicas a los fertilizante nitrogenados primero, luego a los de fósforo y finalmente a los azufrados, fue indicando que la provisión de cada uno de estos nutrientes por parte de la materia orgánica se venía agotando.

Procesos de inmovilización – mineralización

Al comenzar a mediados de la década pasada la adopción de la siembra directa, en los lotes donde se practicaba de modo permanente comenzó a verificarse el proceso inverso - la acumulación de la materia orgánica - sobre todo en el estrato superficial del suelo. Dicha acumulación implica invertir las velocidades de los procesos habituales del ciclo de la materia orgánica, es decir el predominio de la inmovilización sobre la mineralización. Por lo tanto, los nutrientes contenidos en los residuos de cultivo no se liberan al suelo y en consecuencia bajan los niveles en el suelo de las formas oxidadas disponibles para las plantas.

Las mineralización del S orgánico se da por la utilización microbiana del esqueleto de carbono de la MO. Se ha estimado que el S mineralizado representa solo un 1 a 3 % del S total. Usando S³⁵ marcado y lisímetros Sakavedan (1993) cuantificó como mineralización neta entre 30 y 60 kg de S/ ha/año en sitios bajo praderas de baja y alta fertilidad respectivamente. En suelos arables en cambio, en un experimento con agricultura continua de 35 años de duración, se encontró que el S total disminuyó a razón de 2 a 6 kg/ha/año como resultado de la mineralización neta cuando no se aplicaron fertilizantes (Kirchman, 1996). Esto indicaría que la inmovilización y subsecuente mineralización son muy activas.

La inmovilización de sulfato a formas orgánicas es fuertemente influida por la disponibilidad de sustrato. Con el agregado de residuos carbonatados la incorporación de sulfato a formas orgánicas aumenta rápidamente. Dicha inmovilización se correlaciona positivamente con las relación C:S. As así que la incorporación de paja de cereales - de amplia relación C:S - aumenta la inmovilización del azufre, disminuyendo su disponibilidad a los cultivos en el corto plazo (Wu,… ) así como el potencial de pérdidas por lixiviación.

Un buen ejemplo de este proceso son mediciones realizadas por el Ing. Gudelj y su equipo (2000) en la zona de Marcos Juárez (SE Córdoba). Se comparó el efecto de varios niveles de azufre aplicados al cultivo de trigo previo sobre los niveles de sulfato en el suelo bajo sistemas de siembra directa y convencional con remoción. Como muestra la figura Nº1, los niveles de sulfato bajo siembra directa resultaron inferiores, en promedio, a los obtenidos bajo labranza convencional con remoción. 

Figura Nº1. Niveles de sulfato en el suelo bajo el cultivo de soja, en varios tratamientos que recibieron azufre aplicado al trigo previo. Gudelj et al (2000)

Con la disminución del laboreo y de la remoción del suelo, la cantidad de residuos acumulados en superficie aumenta, sin que exista mayor alteración del mismo hasta el momento de la siembra. Así disminuye la velocidad de mineralización de la materia orgánica del suelo. Debido a que ésta constituye la reserva más importante de azufre en el suelo, no es de extrañar que ante la ausencia de labranzas, o reducción del número de las mismas, se limite la cantidad de azufre disponible para las plantas en las etapas iniciales de crecimiento. Una disminución en la tasa de suministro de azufre por parte del suelo se traduce en una mayor respuesta a la adición de dicho nutriente en los programas de fertilización.

El azufre mineralizado puede ser estimado a partir del conocimiento de la mineralización del nitógeno. La ventaja de este procedimiento radica en que el conocimiento científico local generado sobre la dinámica del nitórgeno es bastante más abundante y, además, las técnicas analíticas de su determinación en laboratorio son más simples, rápidas y más baratas que para el azufre. Para efectuar esta estimación es fundamental conocer la relación N/S. Echeverría et. al. (1996), utilizando técnicas de incubación de muestras de suelo en laboratorio, encontraron que si bien en los primeros momentos de incubación la relación N/S se reduce, posteriormente se mantiene estabilizada en valores cercanos a 12. Esta constancia en la relación N/S es la que permite estimar el azufre mineralizado conociendo el nitrógeno mineralizado. Ventimiglia et al. (1999), en un ensayo realizado en el cultivo de maíz y en suelos Hapludoles Thapto Argicos de la provincia de Buenos Aires, mencionan valores de azufre mineralizados de 9 kg/ha, en el estrato de 0-20 cm. La estimación efectuada consistó en un cálculo indirecto, infiriendo el azufre mineralizado a partir de la diferencia entre la cantidad consumida y la cantidad presente en el suelo al comienzo de la experiencia en el tratamiento testigo. Esta metodología, si bien es práctica, asume que todo el azufre presente en el suelo es absorbido por el cultivo, es decir no considera pérdidas del nutriente fuera del sistema suelo-planta.

Un excelente y minucioso trabajo que corrobora la mayor respuesta al azufre en sistemas de siembra directa en relación a cultivos con labranzas fue realizado por el Dr. González Montaner en cultivos de maíz del área del Sur y Centro de Santa Fe. El material bajo estudio, 27 ensayos conducidos en campos de productores, se dividió en 10 bajo siembra directa y otros17 realizados con laboreo de suelo. Todos tenían dosis de azufre aplicadas como sulfato o sulfonitrato de amonio, además de cantidades adecuadas de nitrógeno y fósforo como fertilizantes.

Los resultados de la tabla Nº1 muestran como los lotes bajo SD presentaron una respuesta promedio 10% mayor a la respuesta promedio obtenida en los sitios con labranzas. El laboreo del suelo alteró la respuesta a la fertilización. En los sitios con poca remoción fueron mayores tanto la magnitud como la frecuencia de respuesta a nitrógeno y azufre. La respuesta a nitrógeno ocurrió en el 33% de los ensayos, promediando 1408 kg/ha. El incremento de rendimiento en el grupo de respuesta conjunta a nitrógeno y al azufre ocurrió en el 60% de los sitios y fue de 2155 kg/ha, contra 1,945 kg/ha en los sitios con labranza. La restricción en la oferta de nutrientes causada por el menor laboreo también es evidente a partir de falta de ensayos sin respuesta, a diferencia del grupo con labranza, donde la mitad de los sitios no acusaron respuesta al agregado de nitrógeno o azufre.

Tabla Nº1. Rendimiento del maíz en tratamientos testigo, y respuestas a N, S, N+S y frecuencia de respuestas (n) para los distintos grupos de respuesta en los sistemas con labranza o con remoción (CR) y sin remoción o siembra directa (SD).

Procesos de Lixiviación ó lavado

Se reconoce al proceso de lavado como el principal mecanismo de perdida de S de los sistemas agrícolas (McGrath et al, 1996) además de la extracción por las cosechas. Por esa razón, todas las características de los suelos que afectan el transporte de agua en el suelo, tales como textura, capacidad de retención de agua, macroporosidad y presencia de B textural, afectan las pérdidas de azufre como sulfato. También el volumen de agua que pasa por el suelo y no es absorbido, como el balance precipitación - evapotranspiración, el tipo y estadio del cultivo, y su tasa de extracción de nutrientes, influyen significativamente en la magnitud de la pérdida de sulfatos por lixiviación.

El conocimiento local acerca de la lixiviación de sulfatos es escasa en la Argentina. Los ensayos de lixiviación son escasos, aún para el caso del N. Por lo tanto y hasta que se desarrollen es nuestro país este tipo de ensayos, muchas veces complejos y costosos, debemos de considerar la información existente en la literatura internacional.

En experimentos conducidos en lisímetros sin cultivo cuando se aplicaron cantidades iguales de S y de Cl como sales de potasio, los resultados mostraron que el lixiviado de los dos aniones ocurre rápidamente y casi simultáneamente en los primeros meses, (otoño e invierno). Luego en el verano el cloruro se perdió a mayor velocidad que el sulfato. Un año después 53 y 65 % del S y Cl aplicado respectivamente se perdieron del perfil del suelo. (McGrath et al, 1996). Estos resultados muestran que los fertilizantes azufrados no usados por el cultivo son altamente susceptible de perderse; debiendo evitarse por lo tanto, aplicaciones en períodos lluviosos y sin cultivo.

La llamada pampa arenosa, que comprende un gran triángulo como se muestra en el mapa, se caracteriza por texturas más arenosas en los horizontes superficiales y sobre todo por la ausencia de un horizonte arcilloso textural es decir, Hapludoles. Estas condiciones facilitan la penetración radicular profunda pero a la vez, la lixiviación.

Por otra parte, bajo siembra directa hay un mejor movimiento del agua que da como resultado una mejor infiltración y aprovechamiento del agua de lluvia. Esto se debe a que la ausencia de remoción permite la reconstitución por acción microbiana y radicular de la macroestructura del suelo, dando lugar a una mayor abundancia relativa de macroporos. Al ser los poros mayores el canal preferencial de movimiento del agua gravitacional, es en condiciones de barbecho, sin raíces activas, que se dan las mayores pérdidas de azufre. Aparentemente, el azufre como sulfato proveniente de fertilizaciones recientes, es el menos propenso a perderse por lixiviación (Sakavedan, 1993?). Además del sulfato, una cantidad considerable de azufre orgánico es también soluble en agua y posible de perderse por lixiviación. Informes recientes de pasturas de Nueva Zelandia indican pérdidas anuales entre 5 a 40 kg de azufre por año. Más del 65 % del azufre aplicado anualmente como superfosfato simple no fue retenido en el sistema suelo-planta-animal sobre un periodo de 35 años, pérdida que fue atribuida al lixiviado, escorrentía y transferencia de excretas animales al corral (Nguyen y Goh, 1992). Sin embargo hay algunas informes contradictorios. En el experimento citado de Sakavedan la mayoría del azufre perdido por lixiviación provenía del azufre mineralizado y no del azufre aplicado recientemente como fertilizante; por el contrario, en el trabajo de Kirchman (1996), la mayor parte del sulfato aplicado durante el ciclo agrícola fue lixiviado del horizonte arable sin pasar por el proceso de inmovilización - mineralización.

Figura Nº2. Ciclo del Azufre. Más del 90% de las reservas de azufre en el suelo se encuentran asociadas a la materia orgánica.

Un factor de suelo que afecta la velocidad de lixiviado de los sulfatos, además de las características hídricas del perfil, es la competencia con el fósforo (Eugene Kamprath, Com. Personal). El fósforo mineral en el suelo se encuentra como aniones (H₂PO₄^- y HPO₄⁼) adsorbidos a los sitios reactivos de los coloides del suelo, dependiendo la presencia relativa de cada especie del pH del suelo. El ion sulfato (SO₄⁼) compite con los iones fosfato por los sitios reactivos, que son limitados a un pH determinado. Estos sitios son mas específicos para los iones fosfato que para el ion sulfato. Otros aniones, como el nitrato o el cloruro, se mueven libremente sin ser adsorbidos. Por lo tanto, el agregado de fósforo como fertilizante acentúa la competencia aniónica, desplazando el ion sulfato desde los sitios de adsorción hacia la solución de suelo, donde queda predispuesto a moverse con el agua gravitacional, ante un evento de lluvia o riego.

Balance C:S

Al igual que con otros sistemas, bajo siembra directa se pretende maximizar la productividad de los suelos, y en particular, suelos con una mayor acumulación de residuos de cultivo sobre la superficie. En este sentido, es importante tener en cuenta la rapidez con que se convierten estos residuos a formas de materia orgánica más estables. Cuando los valores relativos de carbono superan largamente a los de nitrógeno, la inmovilización predomina y se retira nitrógeno inorgánico del sistema suelo. Con el azufre el mecanismo es similar. Los valores de la tabla Nº2 son promedios obtenidos del análisis de materia orgánica en el estado de Iowa, Estados Unidos. En el pasado, se enfatizaba exclusivamente la importancia de la relación carbono:nitrógeno (C:N). Hoy en día se reconoce además la importancia fundamental de las relaciones carbono:fósforo (C:P) y carbono:azufre (C:S).

Al comparar las primeras dos columnas de la tabla, se ve que las cantidades relativas de N, P, y S en los residuos de maíz son muy bajas para una conversión eficiente de los residuos a materia orgánica. La tercera columna demuestra como la adición de N, P y S al suelo ajusta las relaciones de carbono a valores más favorables.

Tabla Nº2. Relaciones del Carbono con Nitrógeno y Fósforo para la Conversión de Residuos a M.O.

Comparando una vez más con el nitrógeno, no hay un fertilizante de azufre especial para siembra directa, sino un manejo especial de los fertilizantes en siembra directa. En particular, el manejo del nitrógeno es mucho más sensible, como se relata en el capitulo correspondiente, debido a posibilidad de perder eficiencia – kg de grano por kg de nutriente aplicado – con la aplicación de fertilizantes a base de urea, suceptibles a pérdidas por volatilización en forma de gas amoníaco. En este sentido el sulfato de amonio es una fuente de nitrógeno menos suceptible a pérdidas que aporta además azufre.

La figura a continuación ilustra resultados promedio de tres años de un ensayo conducido en maíz bajo siembra directa, en un suelo franco arcilloso de un campo experimental de la Universidad de Maryland (Mulford, Com. Personal inéditos). Se evaluaron durante tres años (1996-98) distintos métodos de aplicación de nitrógeno. La dosis uniforme de nitrógeno fue 134 kg/ha y la mitad de los tratamientos recibieron también azufre a una dosis de 26 kg/ha. Los tratamientos consistieron en UAN (solución urea–nitrato de amonio 50:50) inyectado (UAN iny.) o chorreado sin incorporación. A su vez, el UAN chorreado se aplicó solo (UAN ch.), junto con una solución de sulfato de amonio en agua (UAN + SA ch.) o junto con tiosulfato de amonio (UAN + TSA ch).

La comparación entre las formas de aplicación del UAN solo permite calcular por diferencia el efecto de las pérdidas de nitrógeno por volatilización. La aplicación inyectada tuvo un rinde superior a la aplicación chorreada, expuesta a pérdida por volatilización. Por otra parte la mezcla de UAN más sulfato de amonio tuvo un rinde aun mayor, ya que a una mayor eficiencia del nitrógeno aplicado se sumó el efecto del azufre como sulfato, inmediatamente disponible para la planta. En el caso del tiosulfato de amonio, una reducción en el número de plantas en el primer año afectó negativamente el rendimiento. Si se promediasen el segundo y tercer año únicamente, el rendimiento sería muy similar que el del UAN chorreado solo, probablemente debido a que no se logró aportar suficiente sulfato a tiempo, en este caso de alta respuesta al azufre.

Figura Nº4. Respuesta al azufre en maíz bajo siembra directa con distintos métodos de aplicación de N y S (a 134 kg/ha y 26 kg /ha respectivamente).

Un aspecto particular de los manejos de los fertilizantes en siembra directa es su ubicación con referencia a la semilla. Si bien es un capitulo de especial importancia para el nitrógeno, ya que no todo puede aplicarse a la siembra, algunos tipos de fertilizantes a base de sulfatos aplicados en la línea de siembra pueden producir daños en la germinación principalmente por el efecto salino. No debe superarse una dosis prudente (15 kg/ha de S-SO4) en caso de no disponerse de máquinas que ubiquen el fertilizante al costado y debajo de la línea de siembra, y en especial en fertilizantes que además contengan N, ya que se agrega el problema potencial de emisión de amoníaco. El azufre de otras fuentes, de baja solubilidad, como el yeso o el azufre elemental no poseen ese problema.

El Dr. George Rehm de la Universidad de Minnesota acaba de evaluar el segundo año de un estudio sobre la aplicación de azufre en banda al maíz en sistemas de reducida remoción de residuos año (Progress Reports, Rehm 1999 y Rehm 2000). Los dos años de experiencia acumulados indican que el azufre en forma de sulfato puede aplicarse junto a la semilla sin perjudicar la emergencia y crecimento, cuando se utilizan las dosis necesarias para proveer rendimientos óptimos del cultivo. Si las dosis fuesen extremadamente altas, la situación sería distinta. Cuando la fuente de azufre es tiosulfato de amonio, sin embargo, su aplicación junto a la semilla no es recomendable, mismo a dosis de azufre reducidas. La presencia de amoníaco libre en dicha fuente puede dañar las semillas y plántulas, lo cual se manifestó en una disminución en la densidad de plantas logradas y reducción consecuente de los rendimientos. Debido a la gran influencia que ejerció la humedad del suelo en el efecto del tiosulfato de amonio sobre las semillas, los resultados se ilustran por separado para cada año. Las figuras N°5 y 6 corresponden a resultados en sitios franco arenosos y son un promedio de tres dosis de azufre (7, 13 y 19 kg/ha).

Figura Nº5. Rendimientos de maíz en respuesta a la aplicación de dos fuentes de fertilizante azufrado aplicado junto a la semilla en un año húmedo

Figura Nº6. Rendimientos de maíz en respuesta a la aplicación de dos fuentes de fertilizante azufrado aplicado junto a la semilla en un año seco

En la tabla Nº3 se muestra un resumen de los resultados de una serie de muchos ensayos en distintas localidades y años, donde se compararon diferentes fuentes de azufre: en forma de sulfatos y en forma elemental micronizado y granulado (SF95) (Melgar et al, 2000). Las respuestas observadas promedio de todos los sitios, medida según la diferencia entre el testigo y una dosis de 20 kg de S/ha, indican que hubo diferencias a favor de las fuentes de sulfato para las respuestas directas, pero no para los efectos residuales según se observa en la tabla. En los efectos directos, tanto los cultivos de trigo como de soja fueron con labranza convencional, mientras que para evaluar los efectos residuales, los cultivos de soja tanto de primera como de segunda fueron en siembra directa.

Es posible que la mayor predominancia de procesos de inmovilización en sistemas de SD, resulte en una menor eficiencia de las fuentes de azufre elemental relativa a las de sulfatos ya que la velocidad de mineralización es mucho más lenta en SD (Grant Thomas, Com. Personal). En tal caso si los cultivos de trigo y de soja hubieran estado bajo SD, las diferencias hubieran sido mayores a favor de las fuentes de sulfato; y para lograr el mismo efecto directo hubieran sido necesarias cantidades mucho mayores de S elemental. En cambio, el tipo de fuente es indistinto bajo SD cuando se trata de aprovechar el efecto residual de fertilizantes azufrados.

Por otra parte, si bien las diferencias no son significativas, en algunos sitios se observó una tendencia a una mejor respuesta residual del azufre elemental cuando se comparaba con la de una fuente como el sulfato de amonio. Se cree que esto sería el resultado de menores pérdidas por lixiviación que afectarían una alta cantidad de azufre soluble en ausencia de un sistema radicular que lo utilice, mientras que un fertilizante a base de azufre elemental mineraliza sulfatos a medida que se dan las mismas condiciones de humedad y temperatura que afectan el crecimiento de las plantas, sincronizando su disponibilidad con las mayores necesidades del cultivo, y disminuyendo así las pérdidas por lixiviación.

Tabla Nº 4. Promedio de diferencias de rendimiento de trigo y de soja como resultado del efecto directo y residual de 20 kg de S /ha aplicados como fuentes de S-SO₄ y de S elemental micronizado y granulado (SF95).

¿Qué Fertilizantes Azufrados podemos Utilizar?

Diagnóstico de la fertilidad azufrada

El diagnóstico de la fertilidad azufrada en la Argentina está en proceso continuo de optimización debido al reducido tiempo que lleva el estudio de la dinámica de este nutriente en el sistema suelo-planta. A pesar de que el análisis de sulfatos en el suelo no es tan confiable como los análisis de fósforo o potasio en al predicción de respuesta de los cultivos, su utilización como herramienta de diagnóstico suele ser de utilidad. Si bien el tema excede los propósitos de esta revisión, en la tabla siguiente se presentan recomendaciones de fertilización, según niveles de azufre como sulfatos, M.O en el suelo y rendimientos esperados, elementos que contribuyen a una mejor interpretación de los niveles de azufre disponible en el suelo:

Referencias y lectura recomendada

• Conti, M.E.. 2000. Dinámica de la liberación y fijación de potasio en el suelo. Informaciones Agronómicas Nº 8. Diciembre 2000.

• Echeverría, H.E., San Martín, N.G., Bergonzi, R. 1996. Mineralización de azufre y su relación con con la de nitrógeno en suelos agrícolas. Ciencia del suelo 14: 107-109

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• González Montaner, J, M. Di Napoli, y E. Tec. 2000. Respuestas y diagnóstico de respuestas a nitrógeno y azufre en el cultivo de maíz en el sur de la Pcia. de Santa Fe bajo distintos sistemas de remoción del suelo. XVII Congreso Argentino de la ciencia del Suelo. 11 al 14 de abril .Mar del Plata.

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Agradecimientos:

Los autores queremos agradecer muy especialmente a las siguientes personas por sus sugerencias y revisiones del manuscrito. Donald Messick, Granth Thomas, Martín Díaz Zorita y Martín Torres Duggan