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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 21 (1) 23­29, 2005
EMISIÓN DE N
2
O CON FERTILIZACIÓN NITROGENADA EN FERTIRRIEGO Y
FERTILIZACIÓN CONVENCIONAL
Sandra Grisell MORA RAVELO
1
, Manuel SANDOVAL VILLA
2
, Francisco GAVI REYES
2
y
Prometeo SÁNCHEZ GARCÍA
2
1
Estudiante de Doctorado del Colegio de Postgraduados
2
Profesores­Investigadores Adjuntos del Instituto de Recursos Naturales del Colegio de Postgraduados. Carre­
tera México Texcoco, km 36.5, Montecillo 56230 Edo. de México. Correo electrónico sgmora@colpos.mx
(Recibidoenero2004,aceptadonoviembre2004)
Palabras clave: óxido nitroso, denitrificación, nitrógeno, humedad
RESUMEN
El relacionar el uso de fertilizantes químicos u orgánicos nitrogenados con la contami­
nación ambiental, implica adoptar alternativas que reduzcan las pérdidas de nitrógeno
(N) del sueloque podría ser utilizadopor los cultivos. La fertirrigación es una técnica de
aplicación de agua y fertilizante que mejora la eficiencia en el uso de los fertilizantes
mediante el riego por goteo. No existen reportes sobre comola fertirrigación afecta a la
desnitrificación. El objetivodel presentetrabajoesestudiar cómoafectan la fertirrigación
yla fertilización convencional a la desnitrificación yverificar si, efectivamente, es posi­
ble reducir las emisiones de óxido nitroso(N
2
O) hacia la atmósfera. Se utilizó la captura
de N
2
O
insitu
por el método adaptadopor Grageda (1999) yVivanco (2000). Las mues­
tras de N
2
O se tomaron a las 2, 24, 48 y72 h después del riego. La temperatura del suelo
se midió con un termómetro aproximadamente a 10 cm de profundidad del suelo. La
humedad del suelo (0 ­12 cm) se determinócon la ayuda de un instrumentoDT Delta­ T
devices, tipo ML2 ThetaProbe. La cuantificación de N
2
O fue por cromatografía de
gases. Los cálculos y análisis estadístico se efectuaron con el paquete estadístico SAS
(SAS 1998). Los resultados obtenidos para la emisión de N
2
O manifiestan que el factor
que más influyóen el sistema de riego convencional fue la humedad ya que existió una
diferencia significativa a las 2, 24 y 48 h después del riego con respecto al fertirriego
(riego por goteo). A pesar de que estadísticamente no hubo diferencia significativa en
la emisión de N
2
O entre sistemas se obtuvo una concentración en riego por goteo de
0.69 y2.82
m
M menor que en el sistema convencional a las 48 y72 h. Las temperaturas
registradas a lo largodel desarrollo del cultivoestuvieron por debajo de las reportadas,
por lo que se asume que este factor influyó en la disminución de la producción de N
2
O.
Con respecto al pH del suelo se trabajó en un rango de 8.0 a 8.4, promedio superior al
reportado como pH óptimo para el crecimiento de brócoli por lo que probablemente
también influyó en la emisión de N
2
O en el sistema convencional yen el fertirriego.
Key words: nitrous oxide, denitrification, nitrogen, humidity
S.G. Mora Ravelo
etal.
24
ABSTRACT
The use of chemical and organic nitrogen fertilizers and its relationship toenvironmen­
tal contamination implies the necessity of implementing alternatives that may reduce
nitrogen losses from soil and hence increase nitrogen use efficiency by crops. Ferti­
irrigation is a technique of water and fertilizers application that improves fertilizers use
efficiency. There are no reports on fertirrigation effects on nitrous oxide (N
2
O) emis­
sions or denitrification. The objective of the present work was to study the effect of
fertirrigation and conventional fertilization on denitrification and verifyiffertirrigation
can reduce N
2
O emissions to the atmosphere. N
2
O was trapped
insitu
by the method
adaptedbyGrageda (1999) andVivanco (2000). The samples ofN
2
O were taken at 2, 24,
48, and 72 h after irrigation. Soil temperature was taken with a regular thermometer
approximatelyat 10 cm ofsoil depth. Soil water (0­12 cm) was monitored byusing a DT
Delta ­ T device, type ML2 ThetaProbe. N
2
O quantification was carried out by gas
chromatography. Statistical analysis and figures were developed using the SAS soft­
ware (SAS 1998). The figures and results obtained demonstrated that soil water strongly
affected N
2
O emission since there were significant differences at 2, 24, 48, and 72 h after
irrigation compared to conventional fertilization and irrigation. In spite of the fact that
differences between systems were not significant, N
2
O emission for fertirrigation was
0.69 and 2.82 for conventional fertilization at 48 and 72 h. The temperature registered
along crop growing season were lower than optimum temperature for denitrification,
and it is believed that lowtemperature decreasesdenitrification. Soil pH ranged from 8.0
to8.4, which is significantlyhigher than optimum for denitrificacion and this mayaffect
negatively N
2
O emissions in conventional and fertirrigation nitrogen fertilization.
INTRODUCCIÓN
La agricultura es fuente de varios gases de tipo in­
vernadero a los que se atribuye parcialmente el ca­
lentamiento global. Este se debe al incremento de la
temperatura en la atmósfera por la concentración de
gases como los N
x
O que absorben la radiación
infrarroja (Intergovernmental Panel on Climate
Change1990). El empleo defertilizantes nitrogenados
es el principal responsable de las emisiones de ori­
gen antrópico de N
x
O hacia la atmósfera. Se ha cal­
culado que estos gases contribuyen con 37.5 % de
estas emisiones (Rochette
etal
. 2000). Los N
x
O
contribuyen en 7 % a la intensificación del efecto
invernadero (Ludevid 1997). La emisión de N
2
O se
incrementa al aumentar la cantidad disponible de N
debido a la mayor actividad microbiana.
La desnitrificación se considera como el meca­
nismo más importante de volatilización de N y N
2
O,
NO en el ciclo del N en los agro ecosistemas (Aulakh
etal.
1998). Esta se define como la reducción
microbiana de los NO
3
­
y NO
2
­
a N gaseoso. Los
microbiólogos del suelo consideran a la desnitri­
ficación como un proceso metabólico específico que
es llevado a cabo por un número limitado de géneros
bacterianos (Hutchinson y Livington 1993). Hay
preocupación creciente sobre los efectos que el N
2
O
ocasiona en el ambiente, como los movimientos que
se dan a nivel de la estratosfera, ya que este gas
participa en una serie de reacciones catalizadoras
que producen la destrucción del ozono (O
3
). Una
revisión excelente de las reacciones estratosféricas
del N
2
O son descritas por Crutzen (1981).
Eichner (1990) resumió los datos de 104 experi­
mentos de campo a nivel mundial en cuanto a las
emisiones de N
2
O de suelos fertilizados. Ella con­
cluyó que existe una correlación entre las emisiones
de N
2
O y la cantidad de fertilizante aplicado. Ade­
más estimó que para el año 2000 por cada 100 Tg en
el consumo de fertilizantes nitrogenados la descarga
global anual de emisiones por fertilizante será de 3
Tg N
2
O­N. Las políticas así como las tendencias
entre los tipos de fertilizantes usados y los procesos
naturales, afectarán las proporciones de la emisión
real.
Hay variación considerable acerca de los fertili­
zantes nitrogenados que se pierden de los suelos ha­
cia la atmósfera por la desnitrificación, esta varia­
ción ha sido reportada de 0 a 70 % del N aplicado y
depende de la concentración de nitratos (NO
3
­
) en
los suelos, porosidad, tensión de agua, pH, tempera­
tura, contenido y mineralización de la materia orgá­
nica (MO). La adición de abono verde de legumino­
sas o residuos a los suelos bajos en C, refuerza la
actividad de desnitrificación (Rechcigl 1995).
Ryden (1981) menciona que el consumo y la pro­
EMISIÓN DE N
2
O Y FERTILIZACIÓN NITROGENADA
25
ducción de N
2
O en la desnitrificación es regulado
por el agua del suelo y la cantidad de NO
3
­
presente.
Conrad
etal
. (1983), mostraron que la aplicación de
fertilizantes con NH
4
+
aumenta la emisión de N
2
O.
Los estudios realizados por Mosier (1994) demos­
traron que la cantidad de N
2
O fue más afectada por
las propiedades del suelo que por el tipo de fertilizan­
tes, especialmente aquellos que contienen NH
4
+
. Fi­
nalmente, Bergstrom
etal
. (2001), determinaron que
la desnitrificación es la fuente principal de emisión
de N
2
O a la atmósfera. Además señalan que los es­
tudios realizados en la Universidad deGuelph Ontario,
Canadá, fueron influídas por el bajo nivel de NO
3
­
que aportaron los suelos donde se realizaron los ex­
perimentos.
MATERIALES Y MÉTODOS
El suelo donde se ubicó el experimento se clasifi­
ca como Fluventic Haplustoll. Es un suelo de
textura arcillosa, con reacción moderadamente
alcalina (pH = 8.4), de fertilidad natural baja (CIC =
31.8 cmol/100 g), sin limitaciones para la agricultura
por la salinidad (0.63 dS m
­1
) (Villareal 1997).
Captura de N
2
O
insitu
El método fue adaptado por Grageda (1999) y
Vivanco (2000) y se basa en colocar frascos sella­
dos con septos de hule conectados a la línea de aire
en el suelo (manguera) a una profundidad de 30 cm
(Fig. 1). Los frascos se incubaron durante todo el
experimento con ventilación previa de aproximada­
mente 20 min antes de cada muestreo.
Las muestras de N
2
O se tomaron cada semana
durante 3 meses a las 2, 24, 48 y 72 h después del
riego. El período demuestreo fuede30 minutos, tiem­
po suficiente para no alterar las condiciones ambien­
tales en el interior de la cámara. La colecta del N
2
O
(Fig. 1) se hizo en tubos “vacutainer” de vidrio de 5
mL de capacidad previamente practicado el vacío
con agujas de doble punta para “vacutainer” (Pérez­
Batallón
etal
. 1998).
La temperatura del suelo se tomó con un termó­
metro aproximadamente a 10 cm de profundidad a
la par de las muestras de N
2
O durante el mismo pe­
ríodo de estudio. La humedad del suelo (0 ­12 cm)
sedeterminó con la ayuda deun instrumento
D
T Delta
­T devices, tipo ML2 ThetaProbe que mide el conte­
nido de humedad volumétrica del suelo que respon­
de a los cambios de la constante dieléctrica. Estos
cambios se registran dentro del voltaje que propor­
ciona virtualmente el contenido de humedad en el
suelo en rangos establecidos de acuerdo con su tex­
tura (Pérez­Batallón
etal
. 1998).
Cuantificación de N
2
O por cromatografía de
gases
El N
2
O fue determinado al inyectar 1 mL de la
muestra en el cromatógrafo de gases Chromopack
437A con un detector de captura electrónica
63
Ni y
una columna de acero inoxidable de 4.88 m de largo
y 3.175 mm de diámetro bajo las siguientes condicio­
nes: temperatura del inyector a 90 °C, temperatura
del horno a 90 °C y temperatura del detector a 300
°C. La tasa de flujo de gas acarreador fue de 28 mL
min
–1
(Grageda 1999).
Los cálculos y el análisis estadístico se efectua­
ron con el paquete estadístico SAS (SAS 1998).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la figura 2 se observa que hay efecto signifi­
cativo de la dosis de N en los sistemas de fertiliza­
ción convencional y fertirriego con respecto a la con­
centración de N
2
O en todos los muestreos.
Los resultados del cuadro I indican que sólo existe
un efecto significativo de la humedad en el sistema
de fertilización convencional a las 2, 24 y 48 h y un
efecto muy significativo (p = 0.001) en la temperatu­
ra a las 24 h después del riego. Mientras que en
fertirriego hay un efecto significativo en la
temperatura (p = 0.07) a las 2 h posteriores al riego.
Los resultados obtenidos para la emisión de N
2
O
manifiestan que el factor que más influyó entre los
sistemas de fertirriego y fertilización convencional
fue la humedad, de acuerdo con el análisis estadísti­
co por contrastes ortogonales (Cuadro II), ya que
existió una diferencia muy significativa a las 48 y 72
Fig. 1. Captura de N
2
O
insitu
S.G. Mora Ravelo
etal.
26
h y un efecto significativo a las 2 y 24 h después del
riego, teniendo respuesta en las concentraciones de
N
2
O obtenidas (Fig. 3). Esto puede ser porque la
lámina de riego en la fertilización convencional es
pesada, propiciando que la humedad sea constante a
lo largo del muestreo generando condiciones de
anaerobiosis que favorecen la desnitrificación y por
lo tanto una mayor emisión de N
2
O (Fig. 3). Por
otro lado, en fertirriego la emisión de este gas fue
menor (Fig. 3) conforme disminuyó la humedad (Fig.
4). A capacidad de campo se reduce el transporte
de oxígeno en las zonas de alta actividad microbiana
y al ser limitante la humedad, la disponibilidad de oxí­
geno es mayor y por tanto no hay condiciones de
anaerobiosis para que ocurra la pérdida de N
2
O en
2.00
7.00
12.00
17.00
0
80
160
240
320
Dosis de N (kg ha
­1
)
N
2
O(uM)
2 h
24 h
48 h
72 h
2
7
12
17
0
80
160
240
320
Dosis de N (kg ha
­1
)
N
2
O(uM)
2 h
24 h
48 h
72 h
Fig. 2. Efecto de la dosis de N aplicado en la concentración de N
2
O a las 2, 24, 48 y 72 h después del riego a. fertilización convencional
y b. fertirriego
Horas después
Emisión de
Significancia estadística
Temperatura
del riego
N/NxO
(Pr > F)
Riego
Riego
Riego
Riego
Riego
Riego
convencional
por goteo
convencional
por goteo
convencional
por goteo
2
NS
NS
0.003
NS
NS
0.07
24
NS
NS
0.003
NS
0.001
NS
48
NS
NS
0.07
NS
NS
NS
72
NS
NS
NS
NS
NS
NS
CUADRO I.
EFECTO DE LA HUMEDAD Y TEMPERATURA SOBRE LA EMISIÓN DE N
2
O EN EL
SISTEMA DE FERTILIZACIÓN CONVENCIONAL Y FERTIRRIEGO
NS = no significativo
a
b
Horas después
Media
Significancia
del riego
estadística
(Pr > F)
Riego
Riego
convencional
por goteo
2
42.86
42.07
0.0005
24
45.30
38.72
0.02
48
39.93
29.96
0.0001
72
38.72
26.08
0.0001
CUADRO II. ANÁLISIS ESTADÍSTICO POR CONTRAS­
TES ORTOGONALES ENTRE SISTEMAS
DE ACUERDO CON LAVARIABLE DE HU­
MEDAD
EMISIÓN DE N
2
O Y FERTILIZACIÓN NITROGENADA
27
el fertirriego (Ambus 1998, Aulakh
etal
. 1998,
Brumme 1995).
Por otra parte, las condiciones dehumedecimiento/
secado continuo en que se desarrolló este experi­
mento en fertirriego, posiblemente provocaron que
la relación N
2
/N
2
O fuera baja como señala Fillery
(1993). Lo que implica que la tasa de desnitrificación
y la cantidad de N
2
O emitido sea variable y en gran
medida dependiente de las condiciones del suelo. No
obstante, también debe considerarse que la baja
emisión de N
2
O por desnitrificación pudo ser conse­
cuencia de las reacciones metabólicas del N por
nitrificación y la reducción de NO
3
­
a NH
4
+
, ya que
estas originan gases nitrogenados como N
2
O, NO ó
ambos, posiblemente por la vía de reducción de NO
2
­
(Bryan 1981).
Para la fertilizaciónconvencionalla humedadno fue
factor determinante en la pérdida de N
2
O (Cuadro
III). Al parecer los factores que en combinación in­
tervinieron en la baja producción de este gas fueron
la temperatura y el pH. Ambus (1998), señala que la
temperatura óptima para queocurra la desnitrificación
por procesos microbiológicos es de 25 °C, mientras
que para Teira­Esmatges
etal
. (1998), la tempera­
tura óptima está por arriba de los 30 °C. Al compa­
rar estos resultados con lo registrado en el experi­
mento se observó que las temperaturas a lo largo del
desarrollo del cultivo estuvieron por debajo de las
reportadas (Cuadro IV), por lo que se asume que
este factor influyó en la disminución de la produc­
ción de N
2
O.
Con respecto al pH del suelo, se trabajó en un
rango de 8.0 a 8.4. Teira­Esmatges
etal
. (1998) re­
portan que el pH óptimo para el proceso es de 7.0 a
8.0, por su efecto en los microorganismos del suelo,
ya que este factor tieneuna relación sobre las enzimas
que reducen el NO
3
­
a N
2
. Ambus (1998) indica que
por arriba de 7.0, el principal producto del NO
3
­
8
10
12
14
2
24
48
72
Horas después del riego
N
2
O(uM)
Riego convencional
Fertirriego
Fig. 3. Emisión de N
2
O en la fertilización convencional y fertirriego
0
10
20
30
40
50
60
2
24
48
72
Horas después del riego
Humedad(MPa)
Riego convencional
Fertirriego
Fig. 4. Humedad en la fertilización convencional y fertirriego
S.G. Mora Ravelo
etal.
28
desnitrificado es el N
2
debido a que las enzimas
involucradas no sufren alteración. No obstante, la
actividad desnitrificante no depende de la cantidad
de enzimas pero sí de la disponibilidad de sustratos y
de factores ambientales.
Las tasas de desnitrificación y la cantidad de N
2
O
emitido suelen ser variables y en gran medida de­
penden de las características del suelo y las condi­
ciones climatológicas, ya que éstas también influyen
en la fracción molar de N
2
/N
2
O(Tiedje
etal
. 1982).
A pesar de que estadísticamente no hay diferen­
cia significativa, la emisión de N
2
O en fertirriego es
0.69 y 2.82
m
M menor que en la fertilización con­
vencional a las 48 y 72 h. Sin embargo, debe consi­
derarse que estas cantidades de N
2
O representan
5.07 kg y 4.15 kg de N
2
O emitido por fertirriego,
mientras que en el sistema de fertilización conven­
cional la concentración de este gas es casi el doble
(8.40 kg) a las 48 y 72 h, respectivamente. Lo que
significa que el sistema de fertirriego minimiza la
emisión de N
2
O a la atmósfera evitando un mayor
impacto ambiental. Esto es mayor a lo reportado por
Bouwman (1990) quien ha demostrado que, a pocas
semanas de la aplicación de fertilizantes a base de
NO
3
­
, al agregar 100 kg de N aplicado en tierras
cultivables, 1.25 kg de N se emiten a la atmósfera
como N
2
O.
La baja cantidad de N
2
O capturado durante el
experimento en los sistemas de fertilización conven­
cional y el fertirriego no permitió concluir en forma
contundente acerca del efecto que tuvieron las dosis
de N aplicadas en ambos sistemas ya que los resul­
tados obtenidos no fueron consistentes durante los
muestreos. Por lo que la hipótesis de que la desnitrifi­
cación sería menor en la fertilización nitrogenada vía
fertirriego queen la fertilización convencional no pudo
demostrarse para los primeros intervalos de tiempo
pero se aprecia esa tendencia a las 72 h.
Goldbach (2002, comunicación personal) señala
que la textura del suelo juega también un papel im­
portante en la emisión de N
2
O sobre todo en suelos
arcillosos. En el presente trabajo el suelo donde se
desarrolló el experimento es de textura arcillosa y
con pH alcalino, provocando que los sitios de inter­
cambio se incrementen (Rechcigl 1995). Sin embar­
go, al no estar los espacios porosos ocupados por
agua, permitieron que el aire circulara en mayor pro­
porción dentro del perfil del suelo generando condi­
ciones limitantes para la desnitrificación y por lo tan­
to que la emisión de N
2
O por la difusión del oxígeno
ocurra por nitrificación.
Goldbach (2002) menciona que en ensayos reali­
zados en el Instituto de Nutrición Vegetal en la Uni­
versidad de Bonn han encontrado que después de 14
días de ser capturado el N
2
O del suelo existen pérdi­
das de este gas en los tubos “vacutainer”. Además
señala que es importante el material plástico con que
se captura, es decir el empaque que cubre el tubo
capturador.
CONCLUSIONES
El factor que influyó en la emisión de N
2
O entre
los sistemas de fertirriego y fertilización convencio­
nal fue la humedad.
Para la fertilización convencional los factores que
repercutieron en la emisión de N
2
O fueron el pH y la
temperatura.
Horas después
Emisión de
MediaHumedad
Temperatura° C
del riego
N/NxOµM
MPa
Riego
Riego
Riego
Riego
Riego
Riego
convencional
por goteo
convencional
por goteo
convencional
por goteo
2
12.26
12.61
48.27
48.85
22.94
22.01
24
11.13
12.18
44.66
39.75
19.50
20.75
48
12.12
11.43
39.93
29.80
20.01
21.29
72
12.19
9.37
38.71
24.63
20.55
21.60
CUADRO III.VALORES PROMEDIO DE ÓXIDO NITROSO POR EFECTO DE LA HUMEDAD Y
TEMPERATURA EN EL SISTEMA CONVENCIONAL Y FERTIRRIEGO
Horas después
del riego
2 h
24 h
48 h
72 h
Sistema
° C
Riego convencional
22.28
21.06
19.90
21.04
Riego por goteo
21.65
20.52
22.00
23.17
CUADRO IV.
TEMPERATURA PROMEDIO DEL SUELO
DURANTE EL EXPERIMENTO 2001­2002
EMISIÓN DE N
2
O Y FERTILIZACIÓN NITROGENADA
29
El sistema de riego y la dosis de N, bajo las con­
diciones en que se desarrolló este experimento, no
influyen en la pérdida de N
2
O por desnitrificación.
La emisión de N
2
O vía fertirriego es menor que
la pérdida de este gas por fertilización convencional.
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