Synthetic inhibitors, a way towards the nitrogen-neutrality in mediterranean agroecosystems

Abstract

La agricultura del futuro se enfrenta al reto de satisfacer la demanda de alimentos de una poblacion creciente, utilizando recursos cada vez mas limitados y con la necesidad de reducir el impacto ambiental asociado a las emisiones de amoniaco (NH3), oxido nitroso (N2O) y oxido nitrico (NO). La tecnologia de fertilizantes esta promoviendo la utilizacion de inhibidores de la nitrificacion (NIs) para reducir emisiones de oxidos de nitrogeno (N) en cultivos. Sin embargo, estos compuestos pueden aumentar las perdidas de NH3 debido a la mayor persistencia de amonio en el suelo. En cualquier caso, hasta la fecha existe escasa informacion sobre el efecto en los flujos de estos gases del nuevo inhibidor de la nitrificacion 2-(3,4-dimetil-1H-pirazol-1-yl) succinato en mezcla isomerica (DMPSA), tanto en cultivos de secano como de regadio. Por ello, esta tesis plantea como objetivo principal el explorar los diferentes aspectos que condicionan el uso de este nuevo inhibidor con el fin de mitigar perdidas de N reactivo al medio, particularmente NH3 y oxidos de N, manteniendo el rendimiento y calidad de cultivos.\nPara alcanzar este objetivo, se han realizado cuatro experimentos de campo en condiciones de Mediterraneo seco (Comunidad de Madrid, Espana). Los experimentos 1 y 2, realizados en maiz irrigado, evaluaron las emisiones de N2O y NH3 (utilizando la tecnica micrometereologica IHF) durante el periodo de cultivo. Los resultados indicaron claramente que el uso de IN redujo las emisiones de N2O, sin aumentar significativamente las de NH3. A pesar de haber utilizado practicas recomendadas para mitigacion de NH3, como es el riego tras la aplicacion de los fertilizantes minerales o el enterrado de purin, el rango de perdidas se mantuvo entre el 2,5 y 6 % del N aplicado. El empleo del doble inhibidor, que incluia DMPSA y el inhibidor de la ureasa (NBPT), redujo la volatilizacion por debajo del 1.7% del N aplicado.\nUn aspecto muy novedoso lo constituye las medidas de NH3 perdido desde la planta durante el periodo de senescencia del maiz. Las emisiones supusieron el 1.2% del N aplicado como fertilizante, por lo que debera ser tenido en cuenta en la cuantificacion de amoniaco volatilizado en el cultivo.\nEn los experimentos 3 y 4 se evaluaron las emisiones de NO, NO2 y N2O (con o sin IN) en trigo (Experimento 3) y en maiz con riego por goteo (Experimento 4). Se colocaron camaras automaticas por primera vez en cultivos de zonas mediterranea, obteniendo una alta resolucion temporal de los flujos de NO y NO2. Para evaluar los datos almacenados para cada camara, se desarrollo un software basado en lenguaje R (version 3.2.1) (capitulo 4). Este software permite descargar los valores previos al “steady-state”, obtener el valor medio de “steady-state” por camara y por ciclo, encontrar valores perdidos, calcular flujos y almacenar todos los valores correspondientes a un tratamiento en un matriz.\nEn el cultivo de secano (trigo, Experimento 3), el DMPSA redujo la nitrificacion y por tanto la produccion de NO con respecto al tratamiento sin inhibidor, siendo muy novedoso el consumo neto de NO en el suelo (-61.72 g-N ha-1) observado para U+DMPSA en comparacion con una produccion neta (227.44 g-N ha-1) para U. La explicacion de los mecanismos bioticos y abioticos implicados en la deposicion de NO tras la aplicacion del IN, supone un reto que necesita ser estudiado en el futuro. La adicion de DMPSA redujo significativamente las emisiones de N2O un 71%. Para maiz con riego por goteo (Experimento 4), el DMPSA mitigo las emisiones totales de NO (0.21% del total de N) en comparacion con U (0,81%), siendo ademas las emisiones de N2O similares a las del Control (sin fertilizacion). El doble inhibidor aumento la eficiencia mitigadora para el NO con respecto al IN solo, pero no para la emision de N2O. El IN no produjo un efecto significativo en el rendimiento o en la calidad del grano en los ensayos.