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Contaminación por nitratos en las aguas subterráneas parte 4 - Monografía



 
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14.    LA ACTIVIDAD AGRÍCOLA Y LA LIXIVIACIÓN DEL NITRATO.



Conviene tener en cuenta que el aporte excesivo de nitrógeno además de contaminar el agua, tiene otros factores negativos sobre la vegetación:
El retraso en la maduración: la planta demasiado bien alimentada en nitrógeno continua desarrollándose, y tarda en madurar, lo que generalmente es un inconveniente ( riesgo de asurado en los cereales, menor riqueza de azúcar en la fruta  y en la remolacha ).
Aumenta la sensibilidad a las enfermedades: los tejidos permanecen verdes y vulnerables mas tiempo.
La tendencia de los cereales a encamarse: las cañas son menos rígidas, el gran desarrollo foliar impide que la luz ilumine y fortalezca el pie de las plantas, por lo que los tallos tiende a tumbarse.
En cuanto a la equivalencia entre nitrato y nitrógeno, debemos destacar que el nitrato ( NO3- ) es un compuesto químico que tiene un 23 % de nitrógeno.
También debemos de considera que cuando nos referimos al termino ” kg N ” nos referimos a lo que se denomina unidades fertilizantes  ( U.F. ), no a los kg de abono nitrogenado, ya que la proporción de nitrógeno variara, de un tipo a otro de abono.
Veamos a continuación las practicas agrícolas que tienen relación con las perdidas de nitrato y en que medida. ( Gros 1992 )

14.1    CURVA DE RESPUESTA DE LAS PLANTAS AL ABONADO



A medida que aumenta la dosis de fertilizante incorporado al suelo va disminuyendo el incremento de cosecha conseguido por cada unidad de fertilizante aportada, hasta que llega un momento en que un aumento de la dosis no se traduce en un aumento de la producción.
Para calcular la dosis de abonado mas conveniente es preciso conocer previamente el nivel de fertilidad del suelo, que se logra mediante los oportunos análisis y se complementa con las experiencias de abonado en el campo. Analizando los resultados obtenidos en estas experiencias se pueden determinar unas dosis de abonado, a las cuales hay que ajustarse en la practica.
Para analizar los resultados obtenidos en las experiencias se llevan al eje de abscisas la diferentes dosis de abonado, y las producciones obtenidas, al eje de ordenadas; uniendo los puntos que se corresponden se obtiene una curva que se denomina curva de respuesta de la planta al abonado.
Supongamos que en una experiencia de campo tenemos cinco parcelas sembradas de una determinada variedad de trigo. A todas las parcelas se aporta la misma cantidad de fósforo y potasio, variando la dosis de nitrógeno aportado desde cero hasta 160 kilogramos por hectárea. Supongamos que las dosis de abonado y las producciones obtenidas en las parcelas objeto de la experiencia son las indicadas en el cuadro siguiente:

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Para las diferentes dosis y producciones se obtienen los puntos A, B, C, D, y E. Uniendo estos puntos se obtiene la curva de respuesta (fig. 1).
El punto mas alto de la curva, el punto M, es el de máxima producción ( limite técnico ), y corresponde a una dosis de nitrógeno comprendida entre 120 y 160 kg/ha. A partir del limite técnico la curva empieza a decrecer, lo que indica que la producción disminuye cuando se incrementa la dosis de abonado.

Hasta el punto M, el nitrógeno es aprovechado por la planta en su mayoría, y el nitrógeno mineral en el suelo después de la cosecha ( lo que se denomina  “nitrógeno residual”, creció poco, pero a partir de ese punto se incremento notablemente. Así pues, las perdidas de nitrato por lixiviación aumentan considerablemente cuando las dosis de abonado sobrepasan unos ciertos valores críticos; estos valores suelen ser algo inferiores a los que producen las cosechas máximas.
Por lo tanto debemos de ser conscientes, de que para obtener unos buenos rendimientos debemos de conocer aproximadamente las dosis de abonado de los distintos cultivos, con el fin de obtener beneficios y contaminar lo menos posible. ( Fuentes 1994 ).

14.2    FORMA QUÍMICA



Como hemos visto el complejo de cambio del suelo tiene carga ( - ), arcillas, materia orgánica, siendo esta la razón por la que el nitrato NO3-, al tener carga negativa, no se absorbe en el suelo y es fácilmente arrastrado por el agua.
El ion amonio NH4+, puede ser retenido por el complejo, siempre que este posea una capacidad de intercambio cationico adecuada. El NH4+ de cambio podrá ser canjeado por otros cationes, pasando a la solución y pudiendo ser absorbido por los distintos organismos vivos que lo precisan.
Sin embargo existe la posibilidad de que el amonio sea fijado por los minerales de la arcilla ( principalmente por vermiculita, illita y esmectitas ) en una forma no directamente utilizable por los organismos vivos. Así por ejemplo en  las illitas se llegan a fijar del orden de 40 mg de nitrógeno por 100 gramos, y en  los suelos puede haber entre 5 y 80 mg de N2 / 100 gr. lo que viene a representar varias Toneladas por ha.
El NH4+ ocupa el mismo lugar que el K+ en la red cristalina de los silicatos debido a que sus radios ionicos son muy parecidos. Todos los minerales y suelos capaces de fijar potasio, fijan también el amonio. La proporción de ambos cationes fijados guarda relación con su proporción en la disolución del suelo. Así si se aumenta el contenido en potasio en la solución del suelo aumenta el amonio fijado en la red de los silicatos. El amonio fijado puede ser reemplazado por cationes capaces de expandir las arcillas ( Ca2+, Mg2+, Na+, H+ ) pero no por los que no lo son ( principalmente K+ ). ( Carbonero 1985 ).
Los suelos ricos en materia orgánica también pueden fijar amonio, siendo la cantidad fijada proporcional a la cantidad de carbono de la misma.
El amonio puede que al fijarse se quede en los primeros centímetros, pero si se trata de suelos arenosos con poca capacidad de retención, puede ser arrastrado por el agua a profundidades mayores.
La urea, por el contrario no tiene carga eléctrica, y mientras no se transforma en amonio es transportada fácilmente por el agua debido a sus alta solubilidad y poca absorción al suelo.
Los abonos amonicales o amonicos ( con el N en forma de amonio ) y la urea se transforman en nitrato con cierta rapidez si la temperatura y la humedad del suelo son adecuadas. Por ejemplo, en un suelo con humedad media y con una temperatura superior a los 20ºC, mas del 50% del amonio añadido con un fertilizante se puede haber transformado en nitrato en unas dos semanas, y este puede lixiviarse si hay un exceso de lluvia o riegos. ( Ramos 1992 ).

14.3    ÉPOCA DE APLICACIÓN



Existen tres factores a tener en cuenta para definir la época de aplicación del fertilizante: la distribución temporal de las necesidades de la planta, el riesgo de perdida de nitrógeno en cada época de aplicación y el coste económico que supone para el agricultor. ( Ramos 1992 ).
Las plantas aprovechan solamente un porcentaje relativamente reducido de los fertilizantes sintéticos añadidos al suelo. Este porcentaje es del 50-60 % para los nitrogenados, del 20-30 % para los fosfatados y del 40-70 % para los potasicos.
La compensación de estas perdidas se hace normalmente añadiendo mas cantidad, pero esta no es la solución correcta, ya que en muchas ocasiones se produce un consumo excesivo de nutrientes por parte de la planta, sin que ello repercuta en un incremento apreciable de la producción.
( Fuentes 1994 )
En las zonas húmedas la percolacion máxima de agua suele ser en invierno y, por tanto, las aplicaciones de nitrógeno en el otoño e invierno están expuestas a un riesgo elevado de lixiviación. Este tipo de aplicación solo se realiza en cultivos que se siembran en estas épocas, como los cereales o la colza; sin embargo la mayor parte del abonado incluso en estos cultivos, se realiza en primavera, cuando el riesgo de lixiviación es mucho menor.
La demanda de nitrógeno en los cultivos es baja en la primera fase de crecimiento, aumenta mucho en la fase de desarrollo rápido y disminuye al llegar a la madurez.
Se ha estimado que en años con una pluviosidad invernal normal, en las zonas cerealistas de la España húmeda, hasta un 50 % del N aplicado en sementera se  podría perder por lixiviación durante el invierno; por tanto, esta aplicación esta siendo eliminada en varios países europeos. Aunque las aportaciones nitrogenadas en esta época suelen ser bajas ( entre 30 y 60 kg de N/ha ), si consideramos la superficie total dedicada a este cultivo, las perdidas totales de N pueden ser importantes.
La mayoría de las plantas necesitan grandes cantidades de nitrógeno en la época de expansión, fructificación, ahijamiento en los cereales. Pudiendo en la época de la nascencia aprovechar las reservas del suelo, sin aportes adicionales de nitrógeno.
Por lo tanto la aplicación de abonos nitrogenados, será conveniente realizarla en la época adecuada, y fraccionadamente, pero esto aumentara el coste de la aplicación. Otra solución es la aportación de urea, o fertilizantes de liberación lenta, no estando estos muy desarrollados todavía, o siendo demasiado caros. ( Ramos 1992 ).


14.4    EL ESTIÉRCOL



El estiércol es la mezcla de la cama de los animales y sus deyecciones -sólidas y líquidas-, que han sufrido fermentaciones mas o menos avanzadas en establo y después en el estercolero.
Básicamente esta formado por materiales hidrocarbonados, compuestos nitrogenados y una gran población microbiana.
Con respecto a la composición mineral del estiércol, y con carácter orientativo, cabe destacar que se trata de un abono compuesto de naturaleza organo-mineral, y con contenido en elementos minerales bajo, como puede observarse en la tabla 1. Su nitrógeno se encuentra casi en forma orgánica y requiere la mineralizacion previa para ser asimilado por los cultivos; el fósforo y el potasio se encuentran aproximadamente al 50% de forma orgánica y mineral. Contiene además gran numero de oligoelementos y sustancias fisiológicamente activas, como hormomas, vitaminas y antibióticos, entre una enorme población microbiana.
La composición del estiércol  no es homogénea y variara entre limites muy amplios, dependiendo de la raza, edad, alimentación, naturaleza de la cama, elaboración y manejo del mismo.

14.4.1.    PERDIDAS DE NUTRIENTES EN EL ESTIÉRCOL ALMACENADO.



El estiércol desde que se produce hasta que es utilizado, puede sufrir una serie de perdidas en el contenido de nutrientes vegetales, que se pueden clasificar en tres tipos:

1/ Perdidas gaseosas.

El estiércol contiene elementos que pueden volatilizarse y que si no se almacena de una forma adecuada se pierden. Estas perdidas pueden suponer un 10% del nitrógeno.

2/ Perdidas por lavado.

El estiércol suele almacenarse al aire libre y, por lo tanto, al llover, el agua puede arrastrar los componentes nutritivos. Por esta vía se puede perder un 20% del nitrógeno, un 5% del fósforo y mas del 35% del potasio.

3/ Perdidas por filtración.

Estas perdidas se producen cuando los líquidos del interior de la pila de estiércol pasan al suelo.
La contaminación del estiércol almacenado, puede considerarse como de tipo puntual, y es fácil que llegue a aguas superficiales y subterráneas, bien directamente o por filtraciones.

14.4.2    .    EFICIENCIA DE UTILIZACIÓN



Cuando se aplica el estiércol al terreno no todos los nutrientes son asimilables inmediatamente por las plantas. El P y el K se encuentran retenidos y solo tras su liberación pueden ser asimilados. Para el caso del nitrógeno el proceso es mas complejo.
Como sabemos las plantas solo usan el nitrógeno en forma mineral, y dado que el estiércol contiene nitrógeno tanto en forma mineral como orgánica, no podrá ser utilizado por los cultivos en su totalidad inmediatamente, sino que habrá que esperar a que se mineralice la fracción orgánica para que las plantas puedan asimilarlo.
Debemos entonces tener en cuenta, que como la mineralizacion es un proceso continuo que se produce durante todo el año y como los cultivos solo utilizan el nitrógeno mineral en las épocas de producción, aquel nitrógeno que se mineralice fuera de los periodos en los que puede ser aprovechado por las plantas sufrirá perdidas. Además de no ser igual la demanda de nitrógeno, durante el ciclo vegetativo de la planta.
Así pues, la eficiencia de utilización del nitrógeno del estiércol no es de un 100 %, sino que se ve reducida, siendo varios los factores que afectan, entre los que cabe destacar: la forma, las condiciones, la época de aplicación y el tipo de cultivo.

El nitrógeno presente en el estiércol se puede dividir en tres fracciones:

- Nitrógeno mineral ( N ).

Es el nitrógeno que se encuentra en la forma mineral y que, por tanto, es directamente asimilable por las plantas; su eficacia seria del 100 % pero puede sufrir perdidas en la aplicación del estiércol al terreno.

- Nitrógeno orgánico mineralizable el primer año ( N01 ).

Es la parte de nitrógeno orgánico que durante el primer año va a pasar a forma mineral y sobre el que se van a sufrir perdidas durante los periodos en que los cultivos no están en producción.

- Nitrógeno orgánico mineralizable en años sucesivos ( N05 ).



Es aquel nitrógeno orgánico que en condiciones de equilibrio se va a ir mineralizando lentamente y que también puede sufrir perdidas en los periodos en los que los cultivos no están en producción.
En la siguiente tabla se refleja el porcentaje que representa cada una de estas fracciones para los distintos tipos de estiércol : ( Iglesias 1994 )

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( Tabla 1 )                        Fuente C.E.

14.4.3.    PERDIDAS EN SU APLICACIÓN AL SUELO.



Son de varios tipos y estas están influenciadas por diversos factores, las perdidas pueden ser:

- Perdidas en la aplicación sobre el terreno.

Aproximadamente un 20% del nitrógeno presente en forma mineral puede perderse principalmente por vocalización. Estas perdidas dependen principalmente de la temperatura y de la forma en que se aplica, pudiendo reducirse notablemente si en lugar de esparcirlo se inyecta dentro de el.

- Perdidas por lixiviación.

tanto el nitrógeno mineral como el mineralizado pueden sufrir perdidas por arrastres con el agua de lluvia, especialmente en épocas en que los cultivos no lo utilizan.

- Desnitrificacion.

pasando de forma mineral a gaseosa a causa de diversos microorganismos.

Debemos tener especial cuidado en las aplicaciones en otoño, ya que tanto el nitrógeno mineral, como el que se mineralice durante un periodo en que las plantas no crecen ( otoño-invierno ), puede sufrir grandes perdidas por los factores anteriores.
Por lo tanto la eficacia de la aplicación es muy variable, lo cual se puede ver en la tabla 2. ( Iglesias 1994 )

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( Tabla 2 )                    Fuente C.E.

15    OTRAS FUENTES DE NITRÓGENO.



Además de los aportes nitrogenados que aportamos a los cultivos, hay que tener en cuenta otras fuentes de nitrógeno, de las que el agricultor en la mayoría de los casos no es consciente.

15.1.    LOS RESIDUOS VEGETALES



Los residuos vegetales que quedan en el campo después de una cosecha ( raíces, tallos, restos de frutos, y hojas ) pueden ser una fuente importante de N para el cultivo siguiente. En muchos cultivos hortícolas en los que la recolección se realiza cuando el contenido de N en las hojas aun es alto ( como ocurre, por ejemplo en el cultivo de la patata temprana y otros cultivos hortícolas ), los restos de tallos y hojas tienen un alto contenido de N que se puede mineralizar fácilmente en el suelo. Por ejemplo, en Inglaterra se ha observado que el residuo que queda en el campo después de la recolección de la coliflor, en verano, puede producir hasta 100 kg/ha de nitrato ( equivalente a unos 23 kg de N/ha ) en las dos semanas siguientes a su enterrado.

Cuando los residuos tienen poco N, en comparación con el carbono( C ), como en las pajas de los cereales ( C/N mayor que 30 ), su incorporación al suelo puede inmovilizar parte del N mineral del mismo, ya que entonces los microbios que descomponen la paja, al tener una fuente de energía fácilmente disponible  ( el carbono de la paja ) se multiplican mucho y absorben parte del nitrógeno mineral del suelo. En algunos ensayos de campo se ha observado que el enterrado de la paja puede reducir la lixiviación de nitrato entre un 30 y un 40 %. ( Ramos 1992 ).
Es recomendable “enterrar” la paja a principios de otoño para que estos residuos absorban humedad durante la estación húmeda. Las condiciones de humedad y temperatura ambiental son muy importantes; temperaturas mas bajas retardan el proceso de descomposición de la paja; un exceso de humedad es tan peligroso como su falta.
Debemos tener en cuenta que la quema de los rastrojos, traerá consigo una disminución del nivel de materia orgánica en el suelo, así como la reducción de los aportes de nitrógeno.

15.2    EL AGUA DE RIEGO



El agua de riego puede aportar una cantidad importante de N si proviene de pozos con alto contenido de nitrato.
Podemos ver un ejemplo de como estimar estos aportes, supongamos que un agua de riego tiene 50 mg/l de nitrato y que aplicamos una dosis de 600 metros cúbicos/ ha en un riego; para calcular la cantidad de nitrato aportado en el riego se multiplica la concentración por el volumen, teniendo en cuenta que hay que emplear las unidades correctas:

-  Concentración de nitrato:

50 mg/l ( equivalente a 50 g/ metro cubico).

-  Cantidad de nitrato:

50 g/metro cubico x 600 metros cúbicos/ha. = 30.000 g/ha = 30 kg/ha.
y si queremos expresar este aporte de nitrato en unidades de nitrógeno basta recordar que 1 kg de N equivale a 4,4 kg de nitrato; así pues, el N aportado en el riego seria:

-  Cantidad en nitrógeno:

( 30 kg de nitrato/ha )/ 4,4 = 6,6 kg N/ ha.
Si por ejemplo en el cultivo del maíz gastamos aproximadamente 3500 metros cúbicos de agua de riego por hectárea, en su ciclo vegetativo la cantidad total seria:

-  Cantidad total de nitrógeno:

  39.77 kg N/ha. ( Ramos 1992 ).


15.2    FIJACIÓN DEL NITRÓGENO ATMOSFÉRICO POR LEGUMINOSAS



La fijación de nitrógeno atmosférico puede ser natural o artificial. La primera puede ser biotica o no-biotica. La fijación biotica de nitrógeno atmosférico, es la mayor fuente natural de nitrógeno fijado la realizan microorganismos en simbiosis con vegetales o que viven libres en el suelo.
La fijación simbiótica de nitrógeno ha sido importantisima en la agricultura tradicional. Las bacterias del genero Rhizobium viven en simbiosis con las plantas leguminosas, simbiosis que se manifiesta por la aparición de nódulos en las raíces donde se alberga la bacteria. Se conocen numerosas especies bacterianas, del genero Rhizobium, y cada una infecta un determinado tipo de planta huespez, y viceversa, cada especie de leguminosas necesita ciertas especies o cepa de Rhizobium, la planta huésped y las condiciones ambientales en que se desarrollan.
El aporte de nitrógeno al suelo por el cultivo de leguminosas es muy variable y del orden de 100-200 kg. de N por hectárea, en Nueva Zelanda  se han llegado a fijar 400 kg. de nitrógeno por hectárea en praderas de trébol. Las leguminosas tienen por tanto un gran interés para la cosecha siguiente; de ahí su importancia en la rotación de los cultivos. ( Carbonero 1985 )
La fijación es máxima cuando no se añaden al suelo fertilizantes nitrogenados . Sin embargo, en la practica agrícola, a veces se abona ligeramente con nitrógeno en el momento de la siembra para facilitar la germinación y la vida de la leguminosa en sus primeros momentos hasta que la nodulacion de las raíces tenga lugar.
Tiene una gran importancia ecológica la fijación de nitrógeno por leguminosas arbóreas en zonas selváticas tropicales y subtropicales. También se dan relaciones simbióticas de este tipo con plantas no leguminosas que tienen nódulos en sus raíces capaces de fijar nitrógeno, por ejemplo en ciertos miembros de las familias de la Betulaceas, Miriaceas, Ramnaceas, etc.
En la siguiente tabla se muestran los valores medios para la fijación de nitrógeno por ciertas especies de leguminosas.

Fijación de nitrógeno por leguminosas:

Leguminosa        Especie de Rhizobium    Nitrógeno fijado (Kg./Ha)
Alfalfa                  R. meliloti                             180
Meliloto                R. meliloti                             110
Trebol rojo           R. trifolii                               120
Guisante              R. leguminosarum                   70
Soja                    R. japonicum                          60
Judía                   R. phaseoli                             40

Entre los microorganismos fijadores de nitrógeno no simbiótico se incluyen numerosas especies de algas verde-azuladas ( Nostoc, Calothrix, etc. ), así como diversas bacterias. Entre estas ultimas merecen mencionarse las pertenecientes a los géneros Clostridium, Azotobacter y Rhodospirillum que son respectivamente saprofitas anaerobias, saprofitas aerobias y fotosintéticas. Las cantidades de nitrógeno fijado por estas bacterias pueden llegar hasta 60 Kilos por ha. Una cifra media  en un suelo mediterráneo seria de unos 10 kg./ha/año.
Las algas verde-azuladas, que son fotosintéticas, tienen importancia en la fijación de nitrógeno en las masas de agua, en la superficie de las rocas, en los campos de arroz, etc. Estas necesitan para su desarrollo solamente luz, N2 y CO2 ( gases de la atmósfera ), y sales minerales. ( Carbonero 1985 ).

16    INFLUENCIA DE ALGUNAS PRACTICAS AGRICOLAS Y FENOMENOS ATMOSFERICOS



16.1.    INFLUENCIA DEL TIPO DE CULTIVO



Las perdidas de nitrato por lavado están muy relacionadas con el tipo de uso del suelo. Así, se ha observado que, en general, estas perdidas aumentan en la secuencia: sistemas forestales, praderas ( sin pastoreo ), cereales, cultivos extensivos de regadío, y cultivos hortícolas.
Los cultivos hortícolas suelen tener perdidas mas importantes de nitrato porque normalmente requieren altas dosis de abonado y son poco eficientes en su utilización. También es frecuente que después de la cosecha queden en el campo residuos vegetales con altos contenidos en nitrógeno, que pueden convertirse fácilmente en nitrato y este ser lavado.
( Ramos 1992 ).
Veamos a continuación una relación de algunos cultivos y las dosis de abonado recomendadas, lo que no quiere decir que sean en realidad las que se aplican a la tierra ya que en la mayoría de los casos se sobrepasa siempre con creces las recomendaciones. ( Tabla 1 ).
En el caso de leguminosas de invierno, o praderas debido a la fijación simbiótica de nitrógeno, y para la conservación del Rhizobium, no será necesario el abonado nitrogenado.
A continuación en la ( Tabla 2 ) se muestra una relación de la extracción de nitrógeno por  diferentes cultivos por tonelada producida, de cosecha

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( Tabla 1

Extracción de elementos nutritivos por diferentes cultivos por ha y por tonelada producida.

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( Tabla 2 )

La siembra de cultivos con amplios y profundos sistemas radiculares, permiten una mejor extracción de los nutrientes del suelo, quedando por lo tanto menos nitrógeno residual, en algunas zonas del suelo, en las que los cultivos con poco volumen de raíces no lo aprovecharían.
Para un mejor entendimiento de como asimilan las plantas el agua de lluvia y riego, así como los distintos procesos por lo que esta pasa por el suelo, se añade este punto antes de evaluar la influencia del riego.





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