Papel de la Eficiencia en el Uso de Nutrientes en la Nutrición Vegetal Responsable

La eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) es un concepto fundamental en la agricultura moderna, ya que desempeña un papel crucial en la mejora del crecimiento de las plantas y la optimización del rendimiento general de los cultivos. A medida que la población mundial sigue creciendo, la demanda de alimentos se intensifica, lo que hace imperativo que los agricultores adopten prácticas agrícolas sostenibles y eficientes.

Los nutrientes son esenciales para el crecimiento, el desarrollo y el metabolismo de las plantas. Desempeñan funciones importantes en diversos procesos fisiológicos, como la fotosíntesis, la respiración, la actividad enzimática, la división celular, la transducción de señales y la respuesta al estrés.

Las plantas requieren diferentes cantidades y tipos de nutrientes según su especie, etapa de crecimiento y condiciones ambientales. Algunos nutrientes se necesitan en grandes cantidades (macronutrientes), como el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K), entre otros. Otros se necesitan en pequeñas cantidades (micronutrientes), como el hierro (Fe), el zinc (Zn) y el cobre (Cu), entre otros.

¿Qué es la eficiencia en el uso de nutrientes?

Se refiere a la capacidad de una planta para utilizar eficazmente los nutrientes para su crecimiento y desarrollo. En términos más sencillos, es una medida de la eficiencia con la que las plantas absorben y utilizan los elementos esenciales del suelo, el agua y el aire.

Su uso implica minimizar las pérdidas y maximizar la absorción y utilización de nutrientes por las plantas, lo que contribuye a mejorar el rendimiento de los cultivos. Se puede expresar como la relación entre la biomasa o el rendimiento de la planta y la absorción o el aporte de nutrientes.

Una alta eficiencia en el uso de nutrientes (NUE, por sus siglas en inglés) significa que las plantas producen más biomasa o rendimiento con menor absorción o aporte de nutrientes, mientras que una baja NUE significa que las plantas requieren más nutrientes para alcanzar el mismo nivel de crecimiento o producción.

Además, la NUE puede definirse de diferentes maneras dependiendo de la pregunta que se formule y de los datos disponibles. Algunos términos comunes que se utilizan para expresar la NUE son:

• Productividad parcial de los factores (PPF): la cantidad de rendimiento del cultivo por unidad de nutriente aplicado
• Eficiencia agronómica (EA): el aumento en el rendimiento del cultivo por unidad de nutriente aplicado
• Balance parcial de nutrientes (BPN): la cantidad de absorción de nutrientes por unidad de nutriente aplicado
• Eficiencia de recuperación aparente (ER): la diferencia en la absorción de nutrientes entre cultivos fertilizados y no fertilizados por unidad de nutriente aplicado
• Eficiencia de utilización interna (EI): la cantidad de rendimiento del cultivo por unidad de absorción de nutrientes
• Eficiencia fisiológica (EF): el aumento en el rendimiento de los cultivos por unidad de diferencia en la absorción de nutrientes entre cultivos fertilizados y no fertilizados.

Respuesta global a su importancia

Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), el consumo mundial de fertilizantes ha aumentado en más de 5001 toneladas métricas desde 1961, alcanzando más de 200 millones de toneladas de nutrientes en 2023. Esto ha contribuido a un aumento significativo de la producción agrícola y la disponibilidad de alimentos, pero también a una gran cantidad de pérdidas de nutrientes al medio ambiente.

Además, la FAO estima que solo 421 TP3T de nitrógeno (N) y 151 TP3T de fósforo (P) aplicados como fertilizantes son absorbidos por los cultivos a nivel mundial, mientras que el resto se pierde por lixiviación, escorrentía, erosión, volatilización, desnitrificación o inmovilización.

Por lo tanto, la FAO se ha fijado como objetivo aumentar la eficiencia global promedio en el uso de nitrógeno (EUN) de 421 TP3T a 521 TP3T para 2030. Esto requeriría reducir el uso de fertilizantes nitrogenados en 201 TP3T y aumentar la absorción de nitrógeno por los cultivos en 101 TP3T. De manera similar, el Panel Científico sobre Nutrición Vegetal Responsable ha propuesto una visión para lograr una nutrición vegetal positiva para la naturaleza para 2050. Esta visión incluye cinco objetivos:

1. Reducir a la mitad el desperdicio de nutrientes a lo largo del sistema alimentario mediante un consumo responsable, un mayor reciclaje y mejores prácticas de gestión.
2. Se detuvo el agotamiento de los nutrientes del suelo y la pérdida de carbono, lo que conllevó una mejora en la salud del suelo y en la materia orgánica.
3. El 75% reduce la pérdida de nutrientes en los cuerpos de agua, previniendo la eutrofización y la proliferación de algas.
4. Las emisiones de óxido nitroso procedentes de la agricultura se reducen gracias al proyecto 50%, lo que contribuye a mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y el cambio climático.
5. El rendimiento y la calidad de los cultivos aumentaron en 50%, lo que mejoró la seguridad alimentaria y la nutrición.

La media mundial de la ENU de los cereales fue de 331 TP3T, la de las semillas oleaginosas de 481 TP3T, la de las raíces y tubérculos de 621 TP3T, la de las legumbres de 641 TP3T, la de las frutas de 661 TP3T, la de las hortalizas de 681 TP3T y la de los cultivos azucareros de 691 TP3T en 2018/19.

En China, un experimento participativo a gran escala en el que participaron más de 20 millones de agricultores demostró que reducir la aplicación de fertilizantes nitrogenados en un promedio de 141 TP3T aumentó el rendimiento del trigo en un promedio de 101 TP3T, lo que resultó en un aumento de la productividad parcial de los factores en un promedio de 291 TP3T.

Mientras que, en India, un experimento de campo con diferentes variedades de arroz demostró que la aplicación de un manejo de nutrientes específico del sitio basado en análisis de suelo aumentó el rendimiento de grano en un promedio de 17%, la Eficiencia de Recursos en un promedio de 22% y la Rentabilidad por Balance de Nutrientes en un promedio de 28%, en comparación con la práctica de los agricultores. .

De manera similar, en Kenia, un experimento de campo que involucró diferentes sistemas de cultivo intercalado de maíz y leguminosas demostró que la aplicación de microdosis de fertilizante junto con abono orgánico aumentó el rendimiento de grano en un promedio de 79%, la eficiencia agronómica en un promedio de 86%, la eficiencia de recursos en un promedio de 51% y la rentabilidad por balance de nutrientes en un promedio de 50%, en comparación con el monocultivo sin fertilizante.

Estos ejemplos demuestran el potencial de mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) mediante diversas estrategias y prácticas que pueden aumentar la producción de cultivos al tiempo que reducen las pérdidas de nutrientes y las emisiones.

¿Por qué es importante para el crecimiento de las plantas?

La eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) es importante tanto por razones económicas como ambientales, ya que puede reducir el costo de producción de cultivos y el riesgo de pérdidas de nutrientes al medio ambiente. Sin embargo, a continuación se presentan algunos aspectos clave del crecimiento de las plantas que están estrechamente relacionados con ella.

1. Fotosíntesis mejorada

Uno de los principales factores que afecta la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) es la fotosíntesis, el proceso mediante el cual las plantas convierten la energía lumínica en energía química. La fotosíntesis depende de la disponibilidad de nutrientes, especialmente nitrógeno (N), que es un componente clave de la clorofila, el pigmento que absorbe la luz.

El nitrógeno también interviene en la síntesis de aminoácidos, nucleótidos y otras moléculas esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas. El fósforo es fundamental para la transferencia de energía, mientras que el potasio regula la apertura y el cierre de los estomas, influyendo en la absorción de dióxido de carbono.

Por lo tanto, la utilización eficiente de los nutrientes impacta directamente en la tasa de fotosíntesis, lo que conlleva una mayor producción de energía para el crecimiento de las plantas.

2. Estructura y función celular

Otro factor que afecta es la estructura y función celular, que determina cómo se absorben, transportan, almacenan y utilizan los nutrientes dentro de las células vegetales. La estructura y función celular dependen de la disponibilidad de nutrientes, especialmente fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca) y magnesio (Mg), entre otros.

Por ejemplo, el calcio interviene en el desarrollo de la pared celular, garantizando la integridad y resistencia de las células. El magnesio es un componente esencial de las moléculas de clorofila, que sustentan la fotosíntesis. Por lo tanto, un uso eficiente de los nutrientes asegura el correcto funcionamiento de las células y los tejidos, promoviendo la salud general de la planta.

3. Resistencia al estrés y a las enfermedades

Un tercer factor que afecta es la resistencia al estrés y a las enfermedades, que pueden reducir el crecimiento y el rendimiento de las plantas al afectar diversos procesos fisiológicos y bioquímicos. El estrés y las enfermedades pueden ser causados por diversos factores, como la sequía, la salinidad, las temperaturas extremas, la deficiencia o toxicidad de nutrientes, las plagas, los patógenos, las malas hierbas, etc.

Por lo tanto, un aporte adecuado de nutrientes fortalece las plantas, haciéndolas más resistentes a las inclemencias ambientales y las enfermedades. Las plantas bien nutridas pueden soportar mejor condiciones adversas, como la sequía o las plagas. Además, las plantas con un uso eficiente de nutrientes presentan una mayor tolerancia al estrés, lo que contribuye a un crecimiento sostenido y a mayores rendimientos en circunstancias difíciles.

¿Qué factores la afectan y cómo controlarlos?

La eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) en la agricultura no es un concepto universal; más bien, está influenciada por diversos factores que determinan de manera compleja cómo las plantas absorben, utilizan y responden a los nutrientes esenciales. Entre los factores que la influyen se incluyen las propiedades del suelo, las condiciones climáticas, las especies y variedades de cultivos, las prácticas de manejo y las interacciones entre estos factores.

1. Propiedades del suelo

Las propiedades del suelo, como la textura, la estructura, el pH, la materia orgánica y la actividad microbiana, tienen un impacto significativo en la eficiencia del uso de nutrientes (EUN). La textura y la estructura del suelo afectan la capacidad de retención de agua, la aireación, el drenaje y la penetración de las raíces.

Estos factores influyen en la disponibilidad y movilidad de los nutrientes en la solución del suelo y en su absorción por las raíces de las plantas. Por ejemplo, los suelos arenosos tienen baja capacidad de retención de agua y alto potencial de lixiviación, lo que puede reducir la eficiencia en el uso del nitrógeno (N) y del potasio (K).

Los suelos arcillosos tienen una alta capacidad de retención de agua y una baja aireación, lo que puede limitar la eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE) del fósforo (P) y los micronutrientes.

Además, el pH del suelo afecta la solubilidad y disponibilidad de los nutrientes. La mayoría de los nutrientes están más disponibles en suelos ligeramente ácidos a neutros (pH 6-7), mientras que algunos micronutrientes, como el hierro (Fe), el manganeso (Mn), el zinc (Zn) y el cobre (Cu), están más disponibles en suelos ácidos (pH < 6).

La materia orgánica del suelo y la actividad microbiana influyen en el ciclo y la transformación de los nutrientes en el suelo. La materia orgánica proporciona una fuente de carbono (C) y energía para los microorganismos del suelo, que pueden mineralizar las formas orgánicas de los nutrientes y convertirlas en formas inorgánicas disponibles para la absorción por las plantas.

Los microorganismos también pueden inmovilizar nutrientes incorporándolos a su biomasa o formando complejos con moléculas orgánicas.

2. Condiciones climáticas

Las condiciones climáticas, como la temperatura, las precipitaciones, la radiación solar y el viento, afectan la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) a través de sus efectos en los procesos del suelo, el crecimiento de las plantas y la pérdida de nutrientes. La temperatura influye en la velocidad de las reacciones químicas y biológicas del suelo, así como en la actividad metabólica y el desarrollo de las plantas.

Las temperaturas más elevadas generalmente aumentan la mineralización de la materia orgánica y la disponibilidad de nutrientes en el suelo, pero también pueden aumentar la volatilización del amoníaco (NH3) procedente de la aplicación de urea o estiércol, o la desnitrificación del nitrato (NO3-) en óxido nitroso (N2O) o gases de nitrógeno (N2).

Las temperaturas más elevadas también pueden acelerar el crecimiento de las plantas y la demanda de nutrientes, pero también pueden reducir la absorción de agua y la transpiración, lo que puede afectar al transporte de nutrientes dentro de la planta.

De igual modo, las precipitaciones afectan el equilibrio hídrico y la dinámica de nutrientes en el sistema suelo-planta. Unas precipitaciones adecuadas son esenciales para mantener la humedad del suelo y la disponibilidad de nutrientes para la absorción por las plantas, pero el exceso de lluvia puede provocar la lixiviación o escorrentía de nutrientes desde la superficie o las capas subsuperficiales del suelo.

Las precipitaciones también pueden influir en el momento y la frecuencia del riego y la aplicación de fertilizantes, lo que puede afectar la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN). La radiación solar afecta la actividad fotosintética y la producción de biomasa de las plantas, lo que determina su demanda y absorción de nutrientes.

Además, el viento también afecta la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) al influir en los procesos de erosión, evaporación y volatilización del suelo. El viento puede provocar erosión del suelo al desprender y transportar partículas de suelo que contienen nutrientes de un lugar a otro.

El viento también puede aumentar la evaporación de la superficie del suelo o del follaje de las plantas, lo que puede reducir la humedad del suelo y la disponibilidad de nutrientes para que las plantas los absorban.

3. Características y variedades de las plantas

Las especies y variedades de cultivos difieren en su potencial genético para la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN), así como en su respuesta a factores ambientales y de manejo. Algunos cultivos presentan una EUN intrínseca mayor que otros debido a sus características fisiológicas, tales como la morfología de la raíz, la cinética de absorción de nutrientes, la eficiencia de translocación, la capacidad de asimilación, la eficiencia de removilización, el índice de cosecha, etc.

Por ejemplo, los cereales generalmente tienen una mayor eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) que las leguminosas debido a su mayor índice de cosecha (la relación entre el rendimiento del grano y la biomasa total) y a la menor concentración de nutrientes en sus granos.

Además, las variedades de cultivos dentro de una misma especie también pueden variar en su eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN) debido a diferencias en los rasgos genéticos o a los esfuerzos de mejoramiento. Por ejemplo, algunas variedades de arroz tienen una EUN mayor que otras debido a su capacidad para utilizar fuentes alternativas de nitrógeno (N), como el amonio (NH4+) o la fijación de N2 atmosférico por bacterias simbióticas.

Algunas variedades de trigo presentan una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN) que otras debido a su capacidad para utilizar el fósforo (P) de manera más eficiente mediante la secreción de ácidos orgánicos o fosfatasas que solubilizan el P del suelo. Algunas variedades de maíz presentan una mayor EUN que otras debido a su capacidad para utilizar el potasio (K) de manera más eficiente mediante la reducción de la pérdida de K por las raíces o mediante el aumento de la absorción de K en condiciones de baja disponibilidad de este elemento.

4. Prácticas de gestión

Las prácticas de manejo, tales como la labranza, la rotación de cultivos, el cultivo intercalado, los cultivos de cobertura, el riego, la fertilización, el control de malezas, el control de plagas y el manejo de la cosecha, pueden afectar la eficiencia en el uso de nutrientes (NUE) al modificar el ambiente del suelo, el crecimiento del cultivo y las pérdidas de nutrientes.

Labranza

El laboreo afecta las propiedades físicas y biológicas del suelo, como su estructura, la materia orgánica, la actividad microbiana y la distribución de nutrientes. Puede mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) al aumentar la aireación y el drenaje del suelo, lo que a su vez mejora la disponibilidad y la absorción de nutrientes por las raíces de las plantas.

Sin embargo, también puede reducir la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) al aumentar la erosión del suelo y las pérdidas de nutrientes, o al disminuir la materia orgánica del suelo y la actividad microbiana, lo que puede reducir el ciclo y la disponibilidad de nutrientes.

Rotación de cultivos

La rotación de cultivos se presenta como una estrategia para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) mediante la diversificación de la demanda y el suministro de nutrientes entre los cultivos. Más allá de las consideraciones nutricionales, también resulta eficaz para interrumpir los ciclos de plagas y enfermedades, contribuyendo así a una mayor EUN.

Por ejemplo, la rotación de cereales con leguminosas puede mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN) al aumentar el suministro de nitrógeno proveniente de la fijación biológica de nitrógeno (N2) por parte de las leguminosas, o al reducir la demanda de nitrógeno de los cereales debido a sus menores requerimientos de nitrógeno.

Cultivos intercalados

El cultivo intercalado, que consiste en el cultivo simultáneo de dos o más cultivos en la misma parcela, es reconocido por su impacto positivo en la eficiencia del uso de nutrientes (EUN). Esto se logra fomentando la complementariedad y la sinergia entre los cultivos para el aprovechamiento de nutrientes. Por ejemplo, el cultivo intercalado de cereales con leguminosas modifica los patrones de suministro de nitrógeno, influyendo positivamente en la EUN.

Cultivos de cobertura

El cultivo de cobertura, una práctica que consiste en el crecimiento de un cultivo entre dos cultivos principales para cubrir la superficie del suelo y prevenir la erosión, ofrece un doble impacto en la eficiencia del uso de nutrientes (EUN). Por un lado, contribuye positivamente al aumentar la EUN mediante el incremento de la materia orgánica, la actividad microbiana y el ciclo de nutrientes.

Por otro lado, surgen desafíos, ya que los cultivos de cobertura pueden competir por nutrientes, agua y luz, lo que podría afectar la eficiencia en el uso de nutrientes (NUE).

Riego

Cuando se aplica con criterio, el riego mejora la eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN) al mantener una humedad óptima del suelo y una disponibilidad adecuada de nutrientes. Sin embargo, un riego mal ejecutado puede reducir la EUN debido a la lixiviación o la escorrentía de nutrientes.

Fertilización

La fertilización, si se realiza en el momento y de forma adecuados, mejora la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) al aumentar la disponibilidad de nutrientes para las raíces de las plantas. Sin embargo, las aplicaciones excesivas pueden provocar pérdidas de nutrientes, lo que subraya la importancia del delicado equilibrio en las prácticas de fertilización.

Control de malezas

El control de malezas mejora la eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN) al reducir la competencia por los nutrientes y las pérdidas causadas por las malezas. Sin embargo, su impacto en las propiedades del suelo debe considerarse cuidadosamente, ya que puede influir en la disponibilidad y la absorción de nitrógeno.

Control de plagas

El control de plagas influye positivamente en la eficiencia del uso de nutrientes (EUN) al reducir las pérdidas de nutrientes causadas por las plagas. Sin embargo, al igual que el control de malezas, su influencia en las propiedades del suelo puede afectar la disponibilidad y el ciclo de nutrientes.

Gestión de la cosecha

La gestión de la cosecha, que implica decisiones sobre cuándo y cómo cosechar los cultivos, influye decisivamente en la eficiencia del uso de nutrientes (EUN). De manera positiva, mejora la EUN al optimizar el rendimiento y reducir la concentración de nutrientes en las partes cosechadas. Sin embargo, una gestión inadecuada de la cosecha puede dejar nutrientes en las partes residuales, lo que afecta negativamente a la EUN.

¿Cuáles son los principales indicadores de NUE para diferentes sistemas?

Mide la eficacia con la que un sistema de cultivo aprovecha los nutrientes disponibles para producir cosechas. Sin embargo, la EUN no es un indicador simple ni uniforme. Puede variar según los insumos y productos considerados, la escala y los límites del sistema, y el propósito de la evaluación. Por lo tanto, es importante utilizar indicadores apropiados que reflejen los objetivos de una nutrición vegetal responsable.

Indicadores de fertilizantes

Estos indicadores se centran en la eficiencia de la utilización de nutrientes provenientes de fertilizantes. Muestran la eficacia con la que los nutrientes aplicados se convierten en rendimiento de los cultivos, lo que puede servir de base para la toma de decisiones sobre la gestión óptima de nutrientes y la asignación de recursos. Algunos de los indicadores comunes de fertilizantes son:

1. Productividad parcial de los factores (PPF): Este es el índice de productividad por unidad de fertilizante aplicado. Indica la productividad por unidad de fertilizante utilizado. Un índice de productividad por unidad de fertilizante (PFP) alto significa un alto rendimiento con un bajo uso de fertilizante. Sin embargo, no considera otras fuentes de nutrientes ni las pérdidas al medio ambiente.

Por ejemplo, en cultivos de cereales bien cuidados, el rango habitual de PFP para el rendimiento de grano por kilogramo de nitrógeno aplicado es de 50 a 100 kilogramos.

2. Eficiencia agronómica (EA): Este valor representa el incremento en el rendimiento de los cultivos por unidad de nutriente fertilizante aplicado. Indica el retorno marginal del uso de fertilizantes. Un valor alto de AE significa un gran aumento en el rendimiento con un bajo uso de fertilizantes. Sin embargo, no considera la fertilidad inicial del suelo ni las pérdidas al medio ambiente.

Tomando como ejemplo el nitrógeno, en los sistemas de cultivo de cereales bien gestionados, la eficiencia de uso (EA) suele ser de entre 20 y 30 kilogramos de grano por kilogramo de nitrógeno aplicado. Sin embargo, en ocasiones puede ser incluso mayor.

3. Eficiencia de recuperación (ER)Este valor representa la fracción de nutrientes del fertilizante aplicado que es absorbida por el cultivo. Indica la eficacia de la absorción de nutrientes. Un valor alto de RE significa una baja pérdida de fertilizante al medio ambiente. Sin embargo, no influye en el rendimiento ni en la calidad del cultivo.

Por ejemplo, según un análisis global realizado por Zhang et al. (2015), el PFP, AE y RE promedio de los fertilizantes nitrogenados (N) para cultivos de cereales fueron de 42 kg de grano/kg de N, 15 kg de grano/kg de N y 0,33 kg de absorción de N/kg de N aplicado, respectivamente. Estos valores variaron ampliamente entre regiones y cultivos, lo que refleja diferencias en las condiciones del suelo, el clima, los sistemas de cultivo y las prácticas de manejo.

Indicadores de cultivos

Estos indicadores definen la distribución de nutrientes dentro de una planta y su impacto en el rendimiento y la calidad del cultivo. Muestran la eficiencia con la que un cultivo utiliza los nutrientes absorbidos para producir biomasa o productos económicos. Algunos de los indicadores de cultivo más comunes son:

1. Índice de cosecha de nutrientes (NHI)Este es el índice de absorción de nutrientes (NHI, por sus siglas en inglés) que representa la proporción de nutrientes absorbidos en las partes cosechadas y la absorción total de nutrientes en la parte aérea. Indica la proporción de nutrientes absorbidos que se destinan a la producción económica. Un NHI alto significa una alta extracción de nutrientes durante la cosecha y un bajo retorno de nutrientes al suelo.

Los valores típicos de NHI en el maíz se han documentado dentro del rango de 59-70% para el nitrógeno (N), 79-91% para el fósforo (P) y 13-19% para el potasio (K) (13). De manera similar, en el arroz, los rangos reportados incluyen 54-65% para N, 61-71% para P y 12-19% para K.

2. Eficiencia interna (EI): Esta es la relación entre el rendimiento del cultivo y el contenido de nutrientes en las partes cosechadas. Indica la eficiencia de la formación de producto económico por unidad de nutriente extraído. Un valor alto de IE significa un alto rendimiento con una baja concentración de nutrientes en las partes cosechadas.

Por ejemplo, las mejoras en el mejoramiento genético del maíz han aumentado la eficiencia en el uso del nitrógeno de 45 kg por kg de nitrógeno absorbido en 1946 a 66 kg/kg en 2015.

3. Eficiencia fisiológica (EF)Este es el índice de eficiencia de producción (EP) que representa la relación entre el rendimiento del cultivo y el contenido de nutrientes en la biomasa aérea. Indica la eficiencia de la formación de producto económico por unidad de contenido total de nutrientes en la planta. Un EP elevado significa un alto rendimiento con una baja concentración de nutrientes en la biomasa.

4. Concentración de nutrientes (CN)Este valor representa la cantidad de nutrientes por unidad de materia seca en las partes cosechadas o la biomasa aérea. Indica la calidad o el valor nutricional del producto o residuo del cultivo.

Además, según un metaanálisis de Dobermann (2007), los valores promedio de NHI, IE, PE y NC para N en cultivos de cereales fueron 0,67 kg N/kg de absorción de N, 90 kg de grano/kg de N en grano, 134 kg de grano/kg de N en biomasa y 1,5% N en grano, respectivamente.

Indicadores del sistema

Estos indicadores consideran todo el sistema de cultivo, incluyendo el suelo, el cultivo y el medio ambiente. Muestran la eficiencia con la que un sistema utiliza los nutrientes disponibles de todas las fuentes y minimiza las pérdidas al medio ambiente. Algunos de los indicadores comunes del sistema son:

1. NUE de límite del sistema (SB-NUE): Esta es la relación entre la salida total de N y la entrada total de N dentro de los límites definidos del sistema. Indica el balance general de N del sistema. Un valor alto de SB-NUE significa una salida de N elevada con una entrada de N baja. Sin embargo, no considera la variabilidad espacial y temporal de los flujos de N dentro del sistema.

2. Índice de equilibrio parcial de nutrientes (NUEPB): Esta es la diferencia entre el aporte de nutrientes del fertilizante y la salida de nutrientes en las partes cosechadas. Indica el cambio neto en el estado nutricional del suelo debido a la fertilización. Un PNB positivo significa un superávit de nutrientes del fertilizante en el suelo, mientras que un PNB negativo significa un déficit. Los promedios globales de NUEPB, que incluyen fertilizantes, estiércol, fijación y deposición, muestran aumentos a 55% para el nitrógeno y 77% para el fósforo.

Para la mayoría de los cereales, como el trigo y el maíz, el proceso natural de obtención de nitrógeno (N) del aire (fijación biológica) no suele ser muy elevado, menos de 10 kilogramos por hectárea. Sin embargo, para cultivos como el arroz y la caña de azúcar, puede ser algo mayor, alrededor de 15 a 30 kilogramos por hectárea.

Y para algunas leguminosas, como la soja, el cacahuete, las legumbres y las leguminosas forrajeras, la cantidad puede ser incluso mayor, oscilando entre 100 y 300 kilogramos por hectárea. A veces, al regar las plantas, también se les aportan algunos nutrientes, lo cual puede ser importante en situaciones específicas.

3. Índice de equilibrio de nutrientes en la explotación agrícola (NUEFG)

Este enfoque amplía el sistema más allá de la superficie del suelo, considerando explotaciones con producción integrada de cultivos y ganado. La inclusión de ganado suele reducir la NUEFG debido a la complejidad adicional que conlleva. Mejorar la NUEFG implica optimizar el uso de nutrientes en toda la explotación, gestionar el estiércol y minimizar los aportes externos de nutrientes.

Ampliando aún más el alcance, la Eficiencia en el Uso de Nutrientes en la Cadena Alimentaria (NUEFC, por sus siglas en inglés) evalúa la disponibilidad de nutrientes para el consumo humano en relación con el aporte total de nutrientes en todo el sistema alimentario. Para el nitrógeno, las estimaciones de NUEFC oscilan entre 10% y 40% en los países europeos. Sin embargo, debido a la complejidad de la cadena de producción de alimentos, las aplicaciones prácticas y las evaluaciones significativas siguen siendo un desafío.

4. Excedente de nutrientes (EN): Esta es la diferencia entre el aporte total de nutrientes y la salida total de nutrientes dentro de los límites definidos del sistema. Indica la posible pérdida de nutrientes al medio ambiente. Un valor alto de NS significa un alto riesgo de contaminación ambiental.

Por ejemplo, según un análisis global de Lassaletta et al. (2014), los valores promedio de SB-NUE, PNB y NS para N en la producción de cultivos fueron 0,42 kg N/kg N de entrada, 65 kg N/ha y 65 kg N/ha, respectivamente.

¿Cómo mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes para obtener mejores resultados?

La nutrición vegetal responsable es una estrategia para garantizar la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente mediante la optimización del uso de nutrientes en los sistemas agrícolas. Por lo tanto, es importante monitorear y evaluar la ENU utilizando herramientas apropiadas que puedan capturar su complejidad y variabilidad. A continuación, se presentan algunos métodos importantes. que puede ayudar a los agricultores e investigadores a mejorar la ENU en la nutrición responsable de las plantas.

1. Análisis de nutrientes

El análisis de nutrientes es un método para medir el estado nutricional de muestras de suelo y tejido vegetal. Proporciona información valiosa sobre la disponibilidad y absorción de nutrientes en el sistema suelo-planta, así como sobre el potencial de pérdidas o deficiencias de nutrientes. El análisis de nutrientes puede ayudar a agricultores e investigadores a:

• Identificar el tipo, la dosis, el momento y la ubicación óptimos de los insumos de nutrientes, como fertilizantes, estiércol, agua de riego, etc.
• Evaluar el desempeño agronómico y económico de diferentes prácticas de manejo de nutrientes, como la rotación de cultivos, el cultivo intercalado, los cultivos de cobertura, etc.
• Detectar y corregir desequilibrios o trastornos nutricionales que puedan afectar el rendimiento y la calidad de los cultivos, como la deficiencia de nitrógeno, la toxicidad del fósforo, la deficiencia de micronutrientes, etc.
• Supervisar el impacto ambiental de los aportes de nutrientes, como la lixiviación, la escorrentía, la volatilización, las emisiones de gases de efecto invernadero, etc.

El análisis de nutrientes puede realizarse mediante diversos métodos, como kits de análisis de suelo, sensores portátiles, análisis de laboratorio, etc. Sin embargo, no se trata de una actividad puntual. Debe realizarse de forma regular y frecuente para detectar los cambios dinámicos en el estado nutricional a lo largo de la temporada de cultivo y en diferentes parcelas.

2. Teledetección y tecnología

La teledetección es una técnica para recopilar datos a distancia mediante dispositivos como satélites, drones, cámaras, etc. Puede proporcionar información continua, tanto espacial como temporalmente, sobre diversos aspectos del crecimiento y desarrollo de los cultivos, como la producción de biomasa, el índice de área foliar, el contenido de clorofila, el estrés hídrico, etc. La teledetección puede ayudar a los agricultores a:

• Estimar el potencial de rendimiento de los cultivos y su variabilidad en diferentes campos o regiones.
• Evaluar la respuesta del cultivo a diferentes aportes de nutrientes o prácticas de manejo.
• Detectar y diagnosticar deficiencias de nutrientes o estrés que puedan afectar el crecimiento y la calidad de los cultivos.
• Optimice el momento y la dosis de aplicación de nutrientes en función de las necesidades del cultivo.
• Reduzca el costo y la mano de obra del muestreo y las pruebas de campo.

La teledetección se puede realizar utilizando diversas plataformas y sensores, como ópticos, térmicos, de radar, hiperespectrales, etc. Sin embargo, no es una herramienta independiente. Debe calibrarse y validarse con datos de referencia obtenidos mediante mediciones de campo o análisis de nutrientes.

3. Modelado de cultivos

La modelización de cultivos es un método que utiliza ecuaciones matemáticas para describir y predecir el comportamiento de los cultivos en diferentes condiciones. Puede proporcionar información cuantitativa sobre las interacciones entre los cultivos, los nutrientes, el suelo, el agua, el clima y las prácticas de manejo. La modelización de cultivos puede ayudar a:

• Comprender los mecanismos y procesos subyacentes que afectan la eficiencia en el uso de nutrientes (NUE) en los cultivos.
• Evaluar los efectos de diferentes escenarios o intervenciones en los resultados de NUE
• Optimizar el diseño y la implementación de experimentos o ensayos de campo.
• Extrapolar o ampliar los resultados de las mediciones de campo o la teledetección a escalas o regiones mayores.

La modelización de cultivos puede realizarse utilizando diversos tipos de modelos, como los empíricos, mecanicistas o híbridos. Sin embargo, la modelización de cultivos no es una herramienta sencilla.

Se requiere gran cantidad de datos y experiencia para calibrar y validar los modelos e interpretar correctamente los resultados. Además, la modelización de cultivos debe utilizarse junto con otras herramientas, como el análisis de nutrientes o la teledetección, para verificar y complementar los resultados del modelo.

¿Cómo puede GeoPard ayudar a mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes?

En la búsqueda de una nutrición vegetal sostenible y responsable, el papel de las tecnologías avanzadas cobra cada vez más importancia. GeoPard, una plataforma de vanguardia especializada en agricultura de precisión, ofrece un conjunto de servicios diseñados para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) mediante el análisis de datos del suelo, pruebas de nutrientes y monitoreo inteligente.

1. Análisis de datos del suelo

La función de análisis de datos de suelo de GeoPard proporciona un mapa detallado de las propiedades del suelo, lo que facilita la creación de mapas de prescripción para la fertilización de aplicación de tasa variable (VRA). Esta capacidad permite a los agricultores:

• Optimizar la fertilización: Adaptar la aplicación de fertilizantes a las características específicas del suelo, evitando la sobrefertilización y reduciendo el impacto ambiental.
• Delimitar las zonas de gestión: Comparar las características del suelo con las de otras capas y generar archivos de prescripción de fertilizantes de tasa variable para una distribución eficiente de nutrientes.
• Planificar el muestreo de suelos: Planificar estratégicamente los puntos de muestreo de suelo en función de zonas plurianuales, reflejando los patrones históricos de desarrollo de los cultivos.

Además, destaca por mejorar la eficiencia de la nutrición vegetal gracias a su conjunto de servicios. Simplifica la interpretación de los datos del suelo con visualizaciones de mapas de calor fáciles de leer, permite una aplicación precisa de fertilizantes mediante la fertilización de tasa variable (VRA) y proporciona información fiable sobre las condiciones del suelo con escáneres de suelo de alta densidad.

Además, garantiza una implementación precisa del plan de nutrientes, monitorea los datos de aplicación y siembra, y ofrece valiosos mapas 3D y análisis topográficos para una mejor toma de decisiones por parte de los agricultores. En resumen, GeoPard es una solución potente para una gestión optimizada y sostenible de la nutrición vegetal.

Conclusión

En conclusión, la eficiencia en el uso de nutrientes (EUN) desempeña un papel fundamental en el panorama agrícola mundial, y su importancia para promover un crecimiento óptimo de las plantas es innegable. Al reconocer los múltiples factores que influyen en la EUN y los diversos indicadores en distintos sistemas, se hace evidente la necesidad de intervenciones estratégicas.

GeoPard se erige como un actor clave en este esfuerzo, ofreciendo soluciones innovadoras para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes (NUE). Gracias a sus funciones intuitivas, como las visualizaciones de mapas de calor fáciles de interpretar y la fertilización de tasa variable (VRA) de alta precisión, permite a los agricultores tomar decisiones informadas y optimizar las prácticas de gestión de nutrientes.