Fertilidad del azufre para la producción de cultivos
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Crop Insights escrito por el doctor 1 Mark Jeschke, el doctor 2 Keith Diedrick y el doctor 3 Matt Clover.
Resumen
El azufre es un nutriente esencial para la producción de cultivos, a menudo, se sitúa solo por detrás del nitrógeno, el fósforo y el potasio en términos de cantidad consumida.
El aumento de la eliminación debido al mayor rendimiento de los cultivos, combinado con la reducción de los aportes procedentes de la deposición atmosférica y de otras fuentes, ha aumentado la prevalencia de las deficiencias de azufre.
Los suelos arenosos y con poca materia orgánica son los que corren mayor riesgo de sufrir una carencia de azufre.
Las plantas absorben el azufre en forma de sulfato, un anión que es móvil en el suelo y está sujeto a pérdidas por lixiviación o volatilización, al igual que el nitrato.
La alfalfa y la colza tienen grandes necesidades de azufre y es más probable que respondan a los fertilizantes de azufre, especialmente en suelos arenosos.
El maíz y la soja no siempre responden a los fertilizantes de azufre, pero las respuestas de rendimiento pueden ser considerables en los casos en que el azufre es deficiente.
Estudios recientes han revelado una mayor frecuencia de respuestas positivas de rendimiento a la fertilización con azufre en el maíz.
Introducción
El azufre es uno de los 16 elementos esenciales para la producción de cultivos. Suele considerarse un macronutriente secundario (junto con el calcio y el magnesio), pero es esencial para el máximo rendimiento y calidad de los cultivos. A menudo, el azufre se sitúa justo por detrás del nitrógeno, el fósforo y el potasio en términos de cantidad consumida. El azufre es un componente de los aminoácidos cisteína y metionina, por lo que es esencial para la síntesis de proteínas en las plantas. Las plantas contienen una gran variedad de otros compuestos orgánicos de azufre, como el glutatión, los sulfolípidos y los compuestos secundarios de azufre, que desempeñan un importante papel en la fisiología y la protección contra el estrés ambiental y las plagas.
Históricamente, la fertilidad del azufre no ha sido una preocupación importante para los agricultores en la mayoría de los suelos, ya que la materia orgánica del suelo, la deposición atmosférica, la aplicación de estiércol y el azufre incidental contenido en los fertilizantes han suministrado normalmente suficiente azufre para la producción de cultivos. Sin embargo, la reducción de la cantidad de azufre provocada por estos factores, combinada con el aumento de la eliminación de azufre con un mayor rendimiento de los cultivos, ha hecho que las deficiencias de azufre sean más comunes.
El amarillamiento entre las venas de las hojas es un síntoma de deficiencia de azufre en el maíz.
Elementos esenciales para la producción de cultivos
Suministrados por el aire y el agua: carbón, hidrógeno y oxígeno
Macronutrientes primarios: nitrógeno, fósforo y potasio
Macronutrientes secundarios: azufre, calcio, magnesio
Micronutrientes: boro, cloro, cobre, hierro, manganeso, molibdeno, zinc
Fuentes de Azufre
Materia orgánica
El azufre puede estar presente en los suelos en varias formas orgánicas e inorgánicas. En los suelos agrícolas bien drenados, el azufre orgánico suele representar más del 95% del azufre total, aunque este porcentaje puede variar mucho según el tipo de suelo. El azufre orgánico se convierte en sulfato inorgánico a través de la mineralización, haciéndolo disponible para la absorción de las plantas. La mineralización es la principal fuente de azufre disponible para las plantas en los suelos no fertilizados. El contenido en materia orgánica del suelo afecta, en gran medida, a la cantidad de azufre disponible para el cultivo a través de la mineralización. Un uno por ciento de materia orgánica suministrará alrededor de 0,9-1,4 kg de azufre disponible anualmente.
Los procesos microbianos responsables de la mineralización del azufre dependen, en gran medida, de las condiciones del suelo. Los suelos cálidos y húmedos son mucho más propensos para la actividad microbiana del suelo que los suelos fríos o saturados. La siembra temprana en suelos más fríos puede reducir la disponibilidad de azufre durante las primeras etapas de crecimiento. Esto puede dar lugar a síntomas de deficiencia de azufre al principio de la temporada de crecimiento, que acabarán desapareciendo cuando el azufre esté más disponible debido al aumento de la actividad microbiana a medida que los suelos se calienten.
Al igual que el nitrato, el sulfato es un anión, lo que lo hace que sea móvil en el suelo y está sujeto a pérdidas por lixiviación. Las precipitaciones frecuentes pueden desplazar el sulfato hacia abajo en el perfil del suelo, haciéndolo inaccesible para las plantas, especialmente, para las plantas jóvenes con sistemas de raíces pequeños y poco profundos. En suelos saturados, el sulfato puede reducirse a sulfuro de hidrógeno y perderse en la atmósfera.
Minerales del suelo
El azufre inorgánico contenido en los minerales del suelo suele ser mucho menos abundante que el azufre orgánico en la mayoría de los suelos agrícolas. Sin embargo, las formas inorgánicas reducidas, como los sulfuros, pueden ser una fuente importante de azufre en los suelos donde están contenidos en el material primario. Los compuestos reducidos de azufre deben ser oxidados a sulfato por los microorganismos del suelo o por procesos químicos para que estén disponibles para la absorción de los cultivos.
Deposición atmosférica
La contaminación industrial, a pesar de sus innumerables efectos negativos, ha aportado un beneficio para la producción agrícola en algunas zonas como fuente de azufre. El azufre se emite a la atmósfera principalmente a través de la quema de combustibles fósiles. Estas emisiones pueden viajar largas distancias en la atmósfera y finalmente se depositan, a menudo durante las precipitaciones, como dióxido de azufre o como sulfatos. Los esfuerzos para controlar la contaminación atmosférica han reducido en gran medida la cantidad de emisiones de azufre y, en consecuencia, la cantidad de deposición de azufre de la atmósfera. Este cambio ha sido mayor en las regiones del este de Estados Unidos (Imagen 1) y Canadá (Imagen 2), donde la deposición de las emisiones industriales aportaba grandes cantidades de azufre al suelo. Sin embargo, se han producido pocos cambios en los estados y provincias occidentales, donde la deposición atmosférica nunca fue una fuente sustancial de azufre en primer lugar.
Estiércol
La aplicación de estiércol puede ser una importante fuente de azufre para los suelos. La mayor parte del estiércol del ganado contiene aproximadamente entre un 0,25% y un 0,30% de azufre. Sin embargo, el contenido de azufre es mayor en el estiércol de oveja (0,35%) y en el de ave (0,50%). La reducción del número de explotaciones ganaderas ha eliminado el estiércol como fuente de azufre en muchas zonas.
Agua de riego
El agua de riego puede ser una fuente importante de azufre para la producción de cultivos, y, en algunos casos, proporciona suficiente azufre para satisfacer las necesidades de los cultivos. Sin embargo, las fuentes de agua pueden variar mucho en su contenido de sulfatos. Los agricultores deben analizar su suministro de agua para determinar con precisión la concentración de azufre.
Imagen 1. Deposición media anual de sulfato procedente de las precipitaciones, 1986 (al principio) comparada con 2012 (arriba). (Fuente: National Atmospheric Deposition Program (Programa Nacional de Deposición Atmosférica))
Imagen 2. Deposición media anual de sulfato procedente de las precipitaciones en el este de Canadá, 1990 -1994 (al principio) comparada con 2000 -2004 (arriba). (Fuente: Informe de progreso de 2006-2007 sobre la estrategia canadiense contra la lluvia ácida para después del año 2000).
Fertilizantes
El creciente uso de fertilizantes de alto análisis ha disminuido la cantidad de azufre incidental aplicado a los cultivos. Algunos fertilizantes antiguos contenían una cantidad considerable de azufre como subproducto del proceso de producción. Un ejemplo es el superfosfato ordinario (0-20-0), que contiene entre un 11% y un 12% de azufre además de fósforo, mientras que el nuevo superfosfato triple (0-46-0) contiene menos de un 3% de azufre.
Tabla 1. Contenido de azufre de varios fertilizantes de azufre comunes. (Dick et al. 2008)
El contenido de azufre de varios fertilizantes comunes se indica en la Tabla 1. Los fertilizantes que contienen sulfato proporcionan azufre en una forma que es fácilmente accesible para la planta y puede ser utilizado para corregir rápidamente una deficiencia de azufre. El azufre elemental debe ser oxidado en el suelo antes de que pueda ser absorbido por las plantas, lo que aumenta el tiempo necesario para que esté disponible, pero proporciona azufre en una forma de liberación lenta que es menos susceptible a las pérdidas por lixiviación que los fertilizantes de sulfato.
El tipo de fertilizante y los factores ambientales influyen en la tasa de oxidación del azufre elemental. El tamaño de las partículas y el porcentaje de azufre del gránulo de fertilizante influyen en la tasa de oxidación. Normalmente, cuanto menor sea el tamaño de las partículas y el contenido en S (azufre) del fertilizante, más rápido se oxidará esa fuente de azufre. Dado que la oxidación es un proceso biológico, la temperatura del suelo, la humedad, el pH y el porcentaje de materia orgánica también influyen en la tasa de oxidación. Las tasas de oxidación son más rápidas en suelos cálidos, húmedos y alcalinos con mayores niveles de materia orgánica.
Algunos fertilizantes tienen el potencial de reducir el pH del suelo, especialmente, el azufre y el fósforo combinados con los fertilizantes de nitrógeno a base de amonio, como el sulfato de amonio, el fosfato monoamónico (MAP) y el fosfato diamónico (DAP). El proceso de oxidación del azufre libera acidez, al igual que la nitrificación del amonio (conversión del amonio en nitrato en el suelo por parte de las bacterias). Se recomienda controlar el pH con pruebas de suelo para determinar las necesidades de cal si se utilizan, a menudo, fertilizantes que contienen azufre y amonio.
La Tabla 2 muestra los equivalentes de carbonato de calcio (CaCO3) necesarios para neutralizar 0,45 kg de fertilizante de azufre o amonio. La capacidad de amortiguación del suelo y la absorción de aniones y cationes por parte de las plantas pueden reducir estos equivalentes, pero los agricultores deben ser conscientes de los efectos potenciales de los fertilizantes en el pH del suelo.
Tabla 2. Equivalentes de carbonato de calcio necesarios para neutralizar 1 libra (0,45 kg) de fertilizante de azufre o amonio. (Adaptado de Adams, 1984 y McLaughlin, 2013)
Cómo determinar si hay deficiencia de azufre
Las plantas presentarán síntomas visuales en caso de deficiencia de azufre. La deficiencia de azufre en el maíz puede dar lugar a un amarillamiento general de la planta, similar a la deficiencia de nitrógeno; o como clorosis intervenal, similar a la deficiencia de magnesio o zinc. El azufre no se transloca fácilmente en las plantas, por lo que los síntomas aparecerán primero y serán más pronunciados en las hojas superiores más jóvenes. Las deficiencias de nutrientes móviles, como el nitrógeno, aparecerán primero en las hojas inferiores, ya que los nutrientes se removilizan hacia los tejidos de la planta en crecimiento.
Los síntomas de la deficiencia de azufre siguen un patrón similar en otros cultivos como la soja, el trigo y la alfalfa, con el amarilleamiento de la planta, empezando por el tejido más joven. En la colza, los síntomas de deficiencia a principios de la temporada incluyen el amarilleamiento entre las venas de las hojas, las hojas ahuecadas y el retraso en el crecimiento. Los síntomas a finales de la temporada son hojas delgadas y ahuecadas que pueden ser de color púrpura en los bordes, retraso en la floración y flores de color amarillo pálido o blanco.
Históricamente, se pensaba que las deficiencias de azufre eran una preocupación estrictamente en suelos arenosos, pero en los últimos años, las deficiencias se han vuelto más frecuentes en una variedad de tipos de suelo. Las deficiencias de azufre pueden aparecer en las cimas de las colinas o en las laderas donde los suelos están erosionados y tienen poca materia orgánica. Las deficiencias son más comunes en los suelos arenosos u otros suelos poco orgánicos debido a su reducida capacidad de suministrar azufre y a las pérdidas debidas a la lixiviación.
Los síntomas de deficiencia de azufre no suelen ser uniformes en todo el campo, sino que suelen aparecer en manchas o rayas. Los síntomas pueden aparecer en lugares donde los suelos son más fríos o húmedos, como las zonas bajas o con muchos residuos. Esto se debe a que la tasa de mineralización de azufre y el suministro de sulfato disponible se reducen en esas áreas.
Debido a las similitudes entre los síntomas de deficiencia de azufre y otros síntomas de deficiencia de nutrientes, puede ser necesario un análisis de los tejidos de la planta para determinar si los síntomas observados se deben realmente a la falta de azufre. Existe una prueba del suelo para el azufre; sin embargo, los procedimientos de prueba del suelo para los nutrientes contenidos en la materia orgánica no son muy fiables para tomar decisiones de fertilidad. Por esta razón, las pruebas del suelo para detectar el azufre sólo se recomiendan en suelos arenosos. Las pruebas del suelo deben incluir una muestra de la capa superior del suelo, así como una muestra del subsuelo a una profundidad de, al menos, dos pies.
El azufre como parte del programa de fertilidad
La respuesta al rendimiento de los fertilizantes de azufre varía mucho según los cultivos, los tipos de suelo y las regiones geográficas. Por lo tanto, los agricultores deben consultar las recomendaciones de las universidades para obtener la mejor información para su zona y sistema de cultivo específicos. La alfalfa y la colza tienen unas necesidades de azufre relativamente altas (Tabla 3), y es más probable que necesiten un suplemento de azufre, especialmente, cuando se cultivan en suelos arenosos.
Históricamente, el maíz en suelos de textura fina rara vez respondía a la fertilización con azufre, por lo que no se recomendaba su aplicación regular a menos que se determinara que el suministro del suelo es insuficiente para satisfacer las necesidades del cultivo. Antes de 2005, se observó una respuesta del rendimiento al azufre aplicado en menos del 2% de los ensayos de maíz y soja realizados durante más de 40 años en Iowa (Estados Unidos).
(Sawyer y Barker 2002; Sawyer et al., 2015).
Sin embargo, estudios más recientes del Estado de Iowa han descubierto beneficios de rendimiento mucho más frecuentes en el maíz, con una respuesta de rendimiento positiva a la fertilización con azufre en 17 de 20 lugares en 2007, 11 de 25 lugares en 2008, y 6 de 11 lugares en 2009 (Sawyer et al. 2009,2010,). Entre los sitios que respondieron en 2007 y 2008, el aumento promedio del rendimiento con la fertilización con azufre fue de 15 fanegas/acre en suelos de textura fina y de 28 fanegas/acre en suelos de textura gruesa. Un estudio de la Universidad de Illinois en 2009 encontró respuestas de rendimiento en el maíz que van de 0 a 50 fanegas/acre (Fernández 2010). Estos resultados demuestran la necesidad de tener en cuenta las características locales del suelo a la hora de determinar un plan de fertilización con azufre, pero también muestran que la respuesta del rendimiento puede ser importante en los casos en los que el azufre es deficiente.
Las pruebas de sulfato del suelo y las pruebas de tejido de la hoja de la mazorca han mostrado un valor predictivo limitado para determinar la probabilidad de una respuesta de rendimiento al azufre en el maíz (Sawyer et al., 2015). La investigación del Estado de Iowa ha mostrado cierto grado de relación entre la respuesta del rendimiento al azufre aplicado y la materia orgánica del suelo, observándose respuestas del rendimiento con mayor frecuencia en suelos con menos del 3,5% de materia orgánica.
La respuesta del rendimiento al azufre se ha investigado menos extensamente en la soja que en el maíz; sin embargo, la investigación ha demostrado generalmente que la soja tiene menos probabilidades de beneficiarse del azufre aplicado. Se observó una respuesta de rendimiento en 2 de 13 ensayos de franjas replicadas realizados en Iowa entre 2011 y 2013 (Sawyer et al., 2015). Un programa de fertilidad para el maíz que incluya azufre probablemente también reduciría el riesgo de pérdida de rendimiento debido a la deficiencia de azufre en la soja rotada.
Tabla 3. Necesidades de azufre de determinados cultivos. (Fuente: The Mosaic Company)
Referencias
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Tabatabai, M.A. 1984. Importance of sulphur in crop production. Biogeochemistry 1:45-62.
1Mark Jeschke, Doctor, Director de información agrónoma de Pioneer
2Keith Diedrick, Doctor, Consultor de desarrollo de campo de DuPont
3Mark Clover, Doctor, Director de investigación agrónoma de Pioneer
Diciembre de 2017.
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