Ensayo

 

Manejo integrado de nutrientes en sistemas agrícolas intensivos: revisión*

 

Integrated nutrient management in intensive agricultural systems: a review

 

Edgar Vladimir Gutiérrez Castorena^1§, Ma. del Carmen Gutiérrez Castorena¹ y Carlos Alberto Ortiz Solorio¹

 

Colegio de Postgraduados- Campus Montecillo. Carretera México-Texcoco, km 36.5, Montecillos, Texcoco, Estado de México. C. P. 56230. Tel: 9520200. Ext. 1229 y 1227. (castor@colpos.mx; ortiz@colpos.mx). ^§Autor para correspondencia: vladimir@colpos.mx.

 

* Recibido: septiembre de 2014
Aceptado: noviembre de 2014

 

Resumen

En la actualidad, la producción intensiva de alimentos tanto a cielo abierto como en agricultura protegida está influenciada por diversos factores como manejo, óptima administración, operación y utilización del agua, demanda total de nutrientes, capacidad de abastecimiento y reserva de elementos nutritivos por el suelo, suministro y adición orgánica e inorgánica de nutrientes a la zona radical. Todos estos componentes son parte de un nuevo paradigma en el manejo integrado de nutrientes, en donde se debe garantizar la seguridad alimentaria en un futuro, además de fortalecer la sustentabilidad y sostenibilidad de los sistemas productivos agrícolas intensivos y su relación con el medio ambiente. El objetivo del presente trabajo fue realizar una revisión de literatura sobre las estrategias que se han implementado en el manejo agronómico y la sustentabilidad de los sistemas agrícolas en años recientes y propuestas metodológicas de cultivos a partir de su importancia para el consumo humano e implicaciones en el deterioro de ecosistemas.

Palabras claves: agua y agroecosistemas, agricultura protegida, producción directa a cielo abierto, sostenibilidad de suelo.

 

Abstract

Currently, intensive food production both open and protected agriculture is influenced by various factors such as management, optimal management, operation and use of water, total demand of nutrient, supply capacity and reserves of nutrients for the soil , supply and addition of organic and inorganic nutrients to the root zone. All these components are part of a new paradigm in integrated nutrient management, where food security must be ensured in the future, in addition to strengthening the sustainability of intensive agricultural production systems and their relationship with the environment. The aim of this study was to conduct a literature review on strategies that have been implemented in the agronomic management and sustainability of agricultural systems in recent years and methodological proposals of crops from its importance for human consumption and implications in the deterioration of ecosystems.

Keywords: no-till farming, protected agriculture, sustainability of soil, water and agro-ecosystems.

 

Introducción

El manejo nutrimental, en los sistemas agrícolas de producción intensiva, está enfocado a la obtención de altos rendimientos por unidad de superficie tanto a cielo abierto como en los sistemas de agricultura protegida (invernadero), con el objetivo de incrementar y proveer de alimentos a la población. Las nuevas variedades y mejoramiento de híbridos (en cereales y hortalizas), incremento en la aplicación de fertilizantes orgánicos e inorgánicos, inversiones masivas en infraestructura de irrigación y fertirriego han justificado el aumento del potencial de rendimiento de varios cultivos. Además, se ha reducido el tiempo entre la siembra y la madurez del cultivo y se ha logrado obtener de dos a tres cosechas en un año agrícola. En el futuro se plantea que el incremento en la producción de cultivos seguirán siendo las tierras destinadas a la producción agrícola intensiva, pero estos sistemas a su vez deberán cumplir con estrictas normas ambientales. Por lo tanto, una intensificación agro-ecológica de los sistemas de producción de cereales sólo será justificable si se toma en cuenta la seguridad alimentaria, la disponibilidad de tierras y los recursos hídricos requeridos para este fin (Cassman, 1999).

La clave del problema estará en visualizar e involucrar a todos los elementos como una gestión integral de la explotación, que conduzca al buen desarrollo de los cultivos y al mismo tiempo mejore y mantenga la sustentabilidad y calidad ambiental del sistema productivo.

Este cambio de paradigma plantea grandes retos, la agricultura intensiva se correlaciona negativamente con la biodiversidad en paisajes agrícolas (Smith et al., 2013) ya que el uso de fertilizantes inorgánicos han contribuido a generar problemas ambientales en suelos y ecosistemas, agua superficial y subterránea, pobreza nutrimental e inducir a la pérdida de materia orgánica (Manlay et al., 2007).

La FAO (1998) propuso efectuar un manejo nutrimental integrado en los sistemas productivos a través, del mejoramiento de la productividad por medio de un uso equilibrado de fertilizantes inorgánicos combinados con fuentes orgánicas, balance y eficiencia de nutrientes en el suelo y los absorbidos por las plantas. En este manejo integral deben de colaborar agrónomos, edafólogos, ecologistas y autoridades ambientales (Snyder et al., 2009). Desde entonces, las publicaciones sobre estrategias en el manejo agronómico intensivo, sustentable y sostenible de los sistemas agrícolas en producción se han incrementado en años recientes haciendo necesario una revisión a nivel internacional con la idea de proporcionar un panorama general de las principales contribuciones.

Antecedentes de la producción agrícola mundial

La revolución verde, término usado a partir de la década de los 60’s al periodo de producción agrícola, tuvo como objetivo incrementar la producción de alimentos mediante el uso y aplicación de fertilizantes inorgánicos en cultivos de variedades de alto rendimiento de arroz, trigo y maíz (Pinstrup-Anderson y Hazell, 1985). Esta revolución fue estrechamente apoyada a través de subsidios por gobiernos tanto de Europa como de Estados Unidos de América.

El enfoque todavía es vigente sobre todo en países en vías de desarrollo en donde el uso de fertilizantes inorgánicos se incrementará de 134 a 182 millones de toneladas para 2030, lo cual representa una tasa de crecimiento anual de 0.9% (FAO, 2000). La justificación es que el suministro mundial de alimentos se incrementará en 70% cuando la población alcance 9.2 mil millones en 2050 (Connor y Mínguez, 2012), con el consecuente deterioro y contaminación del medio ambiente. Asimismo, el crecimiento demográfico, la urbanización y la industrialización, competirán por espacios físicos en tierras destinadas al uso agrícola (Ericksona, 2013), por lo que será necesario disminuir los residuos contaminantes con la expansión de áreas destinadas a pastos apropiados, junto con la intensificación en áreas seleccionadas (Pfister et al., 2011).

Ante esta problemática, se planteó un cambio de paradigma en la producción de alimentos en campo; es decir, alcanzar la seguridad alimentaria y a su vez conservar los agro-ecosistemas (Brady y Weil, 1999). La FAO (1998), propuso el manejo nutrimental integral, que consiste en la sustentabilidad del suelo para aportar nutrientes y uso racional en el manejo de las fuentes de los mismos. Este sistema pretende optimizar todos los aspectos del ciclo de nutrientes con la sincronía entre la demanda del cultivo y la liberación de estos por el suelo, reduciendo al mínimo las perdidas por lixiviación, escorrentía, volatilización e inmovilización (Hossner y Jou, 2009).

El manejo integrado de nutrientes fue puesto en marcha con cuatro estrategias interrelacionadas como ejes principales, a saber: a) conservación y uso eficiente de nutrientes en el suelo nativo, mediante prácticas de conservación y reducción de pérdidas en los agro-ecosistemas; b) reciclaje del flujo de nutrientes orgánicos, a través de la incorporación de residuos vegetales; c) acceso a fuentes alternas de nitrógeno por actividad biológica; y d) adición de fertilizantes inorgánicos sólo en aquellos suelos con baja fertilidad.

En conclusión, el manejo nutrimental debe de realizarse de forma eficiente y práctica para activar la disponibilidad y accesibilidad de fuentes de nutrientes para la planta, con el fin de optimizar la productividad de los cultivos disminuir de manera drástica el uso de fertilizantes inorgánicos y por lo tanto, la contaminación de los suelos y el deterioro agro-ecológico. No obstante, todavía falta mucha investigación por realizar para poder alcanzar los objetivos propuestos por FAO (1998) hace ya más de 14 años. Cada uno de los factores involucrados en el manejo integrado de nutrientes se abordará individualmente a continuación.

Residuos de cosecha

Es ampliamente conocido que el incremento de materia orgánica en el suelo, a través de diferentes prácticas de manejo, aumentan los rendimientos del cultivo; sin embargo, no siempre se cuenta con fuente orgánica por lo que se recomienda incorporar residuos de cosecha. Esta práctica proporciona materia orgánica al suelo que es utilizada como fuente de energía por los micro-organismos, principales agentes de descomposición (Singh et al., 2011) y liberación de nutrientes minerales al suelo. Los microorganismos al mejorar la estructura del suelo, aumentar la capacidad de retención del agua (Murray-Núñez et al., 2011) y amplían la capacidad amortiguadora del suelo en cuanto a retención de cationes, reducción en la fijación de fosfato, reservorio de nutrientes secundarios y micronutrientes. En los suelos donde no se realiza esta práctica decrece la materia orgánica, que se refleja en bajos rendimientos, siendo necesario incorporar mayor cantidad de fertilizantes inorgánicos por unidad de superficie para mantener su potencial en 90% (Loveland y Webb, 2003).

Es importante indicar que la opción de incorporar los residuos vegetales al suelo debe ser evaluado con criterios de productividad, rentabilidad y sostenibilidad de la agricultura intensiva sin olvidar el impacto al agro-ecosistema (Manlay et al., 2007). También debe coincidir con un enfoque de intensificación ecológica al cumplir con los estándares de calidad ambiental.

Rotación de cultivos

El consenso actual entre investigadores sobre la rotación de cultivos es el aumento en el rendimiento y el beneficio económico que genera a los agricultores, aunado a una producción sostenida. La rotación de cultivos se caracteriza por un sistema secuencial sobre tierra cultivada, prácticas administrativas (Robson et al., 2002), y programación de rotación que constituyen alrededor de uno o dos cultivos principales, seguido de una o más legumbres u otros cultivos secundarios como los energéticos.

Con el fin de maximizar la productividad de los cultivos, en la década de los 50’s y 60’s la agricultura de monocultivo intensivo dependió en gran medida de insumos externos principalmente en fertilizantes y pesticidas sintéticos. No obstante, ninguna cantidad de estos productos aplicados al sistema pudo compensar completamente los efectos beneficiosos que la rotación ofrecía, de ahí que se inició el interés de comprender las interacciones de los factores involucrados y explicar las causas del incremento en el rendimiento (Bullock, 1992).

En la actualidad, la rotación de cultivos es una práctica cultural generalizada en gran parte del mundo, que genera a largo plazo mejores condiciones agroecológicas y cambios en las propiedades edáficas (Brady y Weil, 1999). Una revisión exhaustiva sobre este tópico fue realizada por Zegada-Lizarazu y Monti (2011), quienes indican que este sistema de producción trae consigo desventajas como mayor nivel de organización y habilidad del agricultor; maquinaria y suministros agrícolas; preparación técnica y administrativa del productor en el manejo de varios cultivos, decremento en la disponibilidad y uso de tierras con cultivos de mayor rentabilidad y estricta secuencia y programación de cultivos.

A partir de estas particularidades del sistema productivo y la necesidad mundial de crear nuevas fuentes de energía fue propuesto un sistema a base de rotaciones entre especies cuidadosamente seleccionadas para la producción de alimentos con especies productoras de biocombustible, adaptadas potencialmente a diversas condiciones climáticas. Las especies seleccionadas para la producción de alimentos y biocombustibles deben considerar las siguientes características: duración (de periodo corto o largo); área cultivada (regular o irregular); secuencia de cultivos (cíclica o acíclica); uso de la tierra (continua o discontinua), y programación (abierto o cerrado). Robson et al. (2002) plantearon diferentes diseños y administración en la rotación de cultivos.

Finalmente, la práctica cultural es indispensable en un sistema de agricultura de producción intensiva, con cultivos que deben ser de la región con un mercado económicamente atractivo, donde se aproveche al máximo los fertilizantes inorgánicos e incentive la reserva y contenido de materia orgánica para conservar y promover la bio-estructura de producción. También, el beneficio que se puede alcanzar dependerá de las especies utilizadas: por ejemplo las leguminosas contribuyen a la fijación de nitrógeno, las gramíneas al contenido de materia orgánica por medio del material vegetativo seco (rastrojo) y las pasturas perenes actúan como restauradoras de las condiciones físicas y biológicas del suelo al secuestrar el carbón orgánico (Franzluebbersa et al., 2013).

Algunas investigaciones referentes a la rotación que han resultado favorables en el centro de México son la relación entre maíz-frijol-girasol o maíz-cártamo, además de utilizar el cultivo de alfalfa como de cobertura y abono verde en rotaciones con maíz, la cual beneficia a la fijación de nitrógeno y el control de malezas (McVay et al., 1989).

Ciclo de nutrientes

La intensificación agrícola (incremento de producción en espacio y tiempo) está asociada generalmente con la reducción en la capacidad productiva de las tierras agrícolas para proporcionar otras importantes funciones ecológicas como la retención de carbono (Oglea et al., 2012), y el ciclo de nutrientes específicamente del nitrógeno (Widdison y Burt, 2013). Este tipo de prácticas agrícolas afectan directamente al secuestro y mineralización del carbón orgánico y la estabilización o alteración de la humedad, temperatura, aireación, pH y disponibilidad de nutrientes en el suelo (Sanford et al., 2012). En consecuencia, tienen efectos negativos, sobre todo en la retención del agua y suministro de nutrientes importantes para la actividad biológica del suelo (Jahangir et al., 2012).

La agricultura intensiva utiliza todos los medios para maximizar los rendimientos, por lo tanto también los beneficios. No obstante, las repercusiones son importantes al medio ambiente debido a que se sobreexplota a los recursos naturales (Figueroa-Viramontes et al., 2011) y provoca contaminación por su uso excesivo (Moreau et al., 2012). Numerosos estudios han demostrado que la lixiviación de nitrógeno en forma de NO₃-N ha contaminado tanto las aguas superficiales como las aguas subterráneas (Syswerdaa et al., 2012) y junto con el fósforo (P), están generado eutrofización en los cuerpos lacustres.

La lixiviación de nitrato se produce cuando su cantidad en la solución del suelo es mucho más alta que lo requerido por los cultivos o cuando no existe un cultivo de invierno de cobertura que los absorba (Sieling y Kage, 2006), lo cual provoca que en otoño-invierno y parte de la primavera se movilice hacia los horizonte inferiores y alcance el manto freático. Cultivos de cobertura en invierno, especialmente si demandan altas cantidades de N como los granos (maíz y otros cereales) absorben el exceso de los nitratos y otros nutrientes y producen grandes cantidades de biomasa (Syswerdaa et al., 2012) que posteriormente son depositados sobre al suelo. Al iniciar la época de primavera, estos cultivos son incorporados al suelo y al descomponerse por la acción de los microorganismos liberan el nitrógeno y otros nutrientes. Varios investigadores concluyen que los cultivos con cereales y tubérculos son adecuados para este fin.

Labranza de conservación

La magnitud de los distintos sistemas de labranza convencional abarca labores de inversión, no inversión, profunda, mínima, primaria, reducida y secundaria y en forma aislada o integrada. Estas se enfocan a la manipulación e intervención directa del suelo por implementos agrícolas, que generan efectos sobre las propiedades del suelo y la calidad del agua (Logan y Lal, 1991). No obstante, muchas de estas prácticas degradaron al suelo por lo que a partir de 1960 se introdujo un sistema de labranza denominado de conservación.

La labranza de conservación tiene varias modalidades en su aplicación, desde labranza mínima hasta la ausencia total de la misma (Holland, 2004) y se recomienda que se integren los residuos de cosecha (al menos en 30%) en la superficie del suelo, y reducción del uso de maquinaria y prácticas agrícolas culturales. Además, es necesaria la integración de las rotaciones y sistemas de cultivo, método de drenaje superficial y subterráneo, uso de tecnología de fertilizantes y alternativas de manejo integral de plagas.

Al reducir la alteración del suelo, esta práctica evita la degradación de las tierras causadas por la erosión hídrica o eólica (Verhulst et al., 2010), mejora la productividad sostenible, a través de la agregación del suelo, distribución del tamaño de agregados y la estabilidad en diversos tipo de suelos y condiciones agroecológicas (Lichter et al., 2008).

Respecto a las propiedades biológicas, la labranza de conservación incrementa diferentes poblaciones microbianas que provocan la oxidación de la materia orgánica y la mineralización del N. Toda esta actividad biótica se encuentra relacionada con el pH del suelo (Xiao et al., 2013), propiedad química que involucra el contenido de materia orgánica y en consecuencia, la modificación de otras propiedades como retención de humedad, capacidad de intercambio catiónico y formación de agregados de origen biológico (Brady y Weil, 1999).

Actualmente, las investigaciones están encaminadas a determinar factores y mecanismos para el secuestro de carbono a través del sistema de labranza, calidad de suelo o cuantificación de la tasa de captura y destino del carbono al ser recuperados por pastizales (Ryals et al., 2014).

Sin embargo, se ha reportado que la labranza de conservación no siempre ha tenido éxito (Holland, 2004). La no remoción de la materia orgánica dentro del perfil del suelo provoca que los nutrientes como N y K no se incorporen de manera efectiva y se concentren en los primeros 5 cm, lo que limita su disponibilidad (Gál et al., 2007). También se ha encontrado que causa la liberación y degradación acelerada de N, que trae un impacto negativo en la capacidad de intercambio catiónico, estructura y cambio en la relación C/N (Subbarao et al., 2006). Estos resultados contrastan con otras investigaciones que indican la necesidad de incorporar los residuos debido a la alta tasa de mineralización (Tian et al., 2010) y proponen llevar a cabo más investigaciones en ambientes tropicales ya que el aumento de temperaturas incrementa los efectos de contaminación eutrófica de N en ecosistemas semi-naturales (Rowe et al., 2012).

Disponibilidad de nutrientes

La labranza, el manejo de residuos y la rotación de cultivos tienen un impacto significativo en la distribución y transformación de la materia orgánica a través de la adición dentro del perfil, lo cual tiene efectos en el cambio de clima, matriz y finalmente la estructura del suelo (Balesdent et al., 2000).

El aumento de la estratificación y disponibilidad de los nutrientes se incrementa con una mejor conservación del suelo. Alrededor de 20 nutrientes fueron localizados cerca de la superficie, sobre todo entre 0 - 7.5 cm de profundidad bajo el sistema de labranza cero en comparación con la labranza convencional. Esto significa que se debe de poner mayor atención a esta capa del suelo ya que ocurre la mayor densidad de raíces de los cultivos establecidos (Qin et al., 2004).

El nitrógeno disponible en el suelo para las plantas depende de la tasa de mineralización del carbono; por ejemplo, en la labranza cero este elemento está generalmente asociado con una menor disponibilidad debido a la inmovilización de los residuos que quedan en la superficie (Bradford y Peterson, 2000).

En cuanto al fósforo, Hargrove et al. (1982) encontraron niveles altos de este elemento en el sistema de labranza de conservación. Esto se debe en gran parte a la mezcla reducida de fertilizante fosfatados con el suelo, produciendo una disminución y fijación del mismo; además, puede ser una ventaja cuando el fósforo es un nutriente limitado o una amenaza cuando es soluble en agua (Verhulst et al., 2010).

Por otra parte, la labranza de conservación mantiene e incrementa la disponibilidad de potasio, cerca de la superficie del suelo, donde las raíces de los cultivos proliferan (Govaerts et al., 2007), o bien a medida que disminuye la intensidad de la labranza la estratificación vertical de Calcio y Magnesio también puede estar afectada por la labranza o el cultivo o no tener ninguna diferencia vertical.

Carga de nutrientes del suelo

Las variaciones de la carga de nutrientes esta definida como la masa de una sustancia química que entra o sale en un volumen (suelo) y se calcula como el producto químico (fertilizante) transportado en un volumen de agua entre la concentración total del producto disuelto. En sistemas de producción intensiva su cuantificación en el suelo es el primer paso hacia el control (Barros et al., 2012), y comprensión de la contaminación de aguas subterráneas por lixiviados nitrogenados (Widdison y Burt, 2013) y fosfatados (Schoumans et al., 2013).

El balance de la carga de nutrientes está influenciada por factores naturales o inducidos (Tripathi, 2009). El impacto de la deposición de N en ambos altera la diversidad de especies de plantas, incluyendo al arbóreo, sotobosque y criptógamas, la diversidad de microorganismos y la diversidad animal, considerando la fauna subterránea y herbívoros sobre el suelo (Xiankai, 2008).

Los factores naturales que están involucrados en el balance nutrimental son: el clima, las cuencas hidrográficas (Neala y Heathwaiteb, 2005), el suelo (Ziadia et al., 2013) y la topografía. Los factores inducidos o artificiales son la labranza (Morari et al., 2012), la cobertura del suelo (Singh et al., 2005), la fertilización considerando: tipo de fertilizante orgánico e inorgánico, ubicación y momento de aplicación (Bhattacharyya et al., 2008) y el riego, definiéndose cantidad, frecuencia y método de aplicación (Stowe et al., 2010). El balance nutrimental que puede soportar el suelo está determinado de forma indirecta o directa (Khanna y Raison, 2013). La primera, consiste en realizar mediciones de la carga mediante el modelo de flujo (Kyllmar et al., 2005) y balance entre ellos. Este método valora el impacto de lixiviación de nutrientes y calidad del agua a nivel de cuencas hidrográficas y es empleado para establecer políticas agro-ambientales.

Los modelos indirectos tienen el objetivo de caracterizar y cuantificar el transporte de nutrientes, la retención y la transformación usando ecuaciones empíricas que describen un sistema físico. Existen muchos modelos de pérdida de nutrientes tanto para N como para P (Cherry et al., 2008), que varían en complejidad desde simples aplicaciones empíricas hasta complejos modelos globales. Un ejemplo del modelo indirecto es utilizado para determinar la concentración de lixiviación de N en tierras agrícolas con producción intensiva, denominado ánimo. Este modelo se basa en procesos de equilibrio y almacenamiento de nutrientes disponibles por el suelo (Kyllmar et al., 2005) y cuantifica la diferencia entre el N aportado al suelo y la salida por percolación del sistema agrícola intensivo.

Por otra parte, el método directo consiste en colocar trampas de resina (lisímetros), para cuantificar la pérdida de NO₃-N por lixiviación desde la superficie del suelo hacia aguas subterráneas poco profundas, al mismo tiempo dilucida las fuentes de pérdidas de nitrógeno en un momento dado, mediante el flujo de agua y características físicas, químicas y biológicas, lo que lleva a la comprensión de la contaminación de acuíferos no confinados (Goss et al., 2010).

El componente principal es una resina de intercambio de iones (filtro de captura de nutrientes, aniones y cationes) que se coloca antes de iniciar el monitoreo de lixiviación por debajo del sistema radicular del cultivo. Cuando inicia el flujo de agua a través de los horizontes del suelo, los nutrientes lixiviados son interceptados por la trampa de intercambio iónico, que al ser recuperado los núcleos de resina son llevados al laboratorio para ser extraídos y cuantificados (Abdou y Flury, 2004).

Valores cuantitativos reportados en diferentes condiciones climáticas de lixiviados de N son de ± 65% (Krysanova y Haberlandt, 2002), en prácticas culturales de rotación de cultivos entre ± 20 y 25% en suelos agrícolas en descanso en ± 48% (Schmidt et al., 2008), y en suelos con aplicación de fertilizantes de ± 40%.

Debido a la variabilidad en los resultados de lixiviación con N-localizado, Gazula (2009) menciona que las mejores predicciones de N total lixiviado son estimadas en campo para un sistema de cultivo específico, tipo y sitio del suelo con muy pocas estimaciones de la carga de nutrientes provenientes de suelos destinados a la producción agrícola. Esto se debe a la falta de consistencia de los resultados generados por el método de medición en campo que no tiene información específica sobre el impacto económico de la fertirrigación en la producción de hortalizas y el uso de acolchonado en el sistema productivo.

El agua en la producción intensiva agrícola

La producción de alimentos puede incrementarse y cubrir la seguridad alimentaria mundial sólo si las zonas de regadío se expanden o el riego se intensifica. Con base a lo anterior, un modelo para estimar el uso eficiente del recurso hídrico (SWAT); por sus siglas en inglés mediante una base física continua se ha propuesto como herramienta de evaluación de suelo y agua de las grandes cuencas agrícolas bajo producción intensiva. Este modelo involucra parámetros como: escorrentía, percolación, flujo del agua, carga de nutrientes, contaminación por pesticidas, clima, cultivo y manejo agrícola (Arnold et al., 1998).

Además, el término como huella hídrica se ha propuesto para contabilizar las ganancias y las pérdidas en el uso de agua, el cual hace referencia al volumen total utilizado durante la producción y consumo de bienes y servicios. También cuantifica el consumo directo de agua por los seres humanos, permitiendo cuantificar el total de agua consumida a lo largo de la cadena de suministro global (Yu et al., 2010).

Zhao et al. (2009) mencionan que las limitaciones del recurso hídrico son y serán un riesgo eminente para la sostenibilidad de los sistemas productivos agrícolas intensivos. La sustentabilidad de los sistemas en el futuro estará obligada a mantener la demanda de alimentos bajo condiciones adversas, lo que implica contar con un mejor uso y métodos más sofisticados de riego y nutrición.

Invertir en sistemas presurizados origina ahorros económicos en comparación con riegos por surcos o melgas (Hillel, 2008). La adopción de sistemas bien diseñados y administrados están enfocados a términos de ahorro de agua, ganancias económicas con la rentabilidad sostenible de cultivos, y la recuperación de los costos de inversión (Rodrigues et al., 2013).

El uso excesivo percibido o real del agua en forma de riegos se reduce con sistemas localizados (micro-aspersión, goteo o cintilla) directamente en la zona radicular. Estos sistemas altamente eficientes son necesarios para lograr un manejo integral de nutrientes en la producción intensiva al cubrir las necesidades hídricas y nutrimentales por medio de fertirriego en cada etapa fenológica de la planta, con incremento en la eficiencia de aplicación evita la mineralización y lixiviación de los principales elementos constitutivos de la nutrición en la planta (Kijne et al., 2009).

Por otra parte, en ambientes semiáridos, sin riegos y lluvia de alta intensidad, poca frecuencia, distribución errática y de forma desigual, es difícil determinar la dosis de N a aplicar, requisito para lograr altos rendimientos (Rusan et al., 2005). Esta variación, en el período de precipitación, tiene un fuerte impacto sobre el rendimiento y la utilización de N suministrado, haciendo que el potencial de fertilización excesiva o deficiente con N no pueda ser determinado.

Uso de tecnología de precisión

La agricultura de precisión data desde 1980. Seelan et al. (2003) señalan que esta tecnología es un sistema de producción que promueve prácticas de administración de variables en campo, de acuerdo con las condiciones del sitio. Ya que se basa en herramientas y fuentes de información proporcionadas por las tecnologías modernas como el posicionamiento global (GPS), sistemas de información geográfica (SIG), dispositivos de vigilancia, sensores de suelo, plantas y plagas y tecnología de teledetección. Sin embargo, la información precisa acerca de la variabilidad espacial en campo es muy importante para la agricultura de precisión que en la actualidad carece de eficiencia práctica.

Los factores que afectan a este tipo de agricultura por mencionarse algunos son: el rendimiento del cultivo, las propiedades del suelo, la carga de nutrientes, el volumen o dosel del cultivo y la biomasa, el contenido de agua y las condiciones de plagas (enfermedades, arvenses e insectos) (Lee et al., 2010).

Cuando los sistemas están basados en sensores requieren parcelas de entrenamiento sin déficit nutrimental del cultivo en campo, para servir como una referencia a otras parcelas. Al retrasar la aplicación de una porción de fertilizante normalmente utilizado, la información del sensor podrá ser usada para determinar si fue realmente necesario. Este enfoque permite ajustar, al menos en una parte de la temporada, la fertilización (N, P, K), así como determinar la época de liberación de N por la materia orgánica del suelo.

Los agricultores están utilizando estos avances tecnológicos para maximizar los beneficios económicos y ambientales, al especificar y redefinir las dosis recomendadas de nutrientes mediante modelos y condiciones específicas de sitio. Además, de otorgar un enfoque correctivo nutrimental hasta la programación, aplicación y verificación de la fertilización (Sudduth et al., 1997).

Ladha et al. (2005) mencionan que estas herramientas proporcionan mapas temáticos de suelos con distribución y variabilidad espacial dentro del área de interés, mapas de distribución de humedad y mapas de campo inter-conectados a monitores de rendimiento, tipo de sembradoras de tasa variable y aplicadores de agroquímicos bajo programas de agricultura de precisión. No obstante, la técnica requiere del conocimiento local de las variable (rendimientos, nutrición, humedad, tipo de suelo) implicadas en campo para establecer parcelas de reconocimiento y de comprobación de productividad y fertilización, que denoten el incremento en comparación con los tratamientos de aplicación convencionales. No obstante, una de las limitaciones en el uso es considerar la homogeneidad de las variables involucradas o el grado de heterogeneidad para recuperar el costo asociado con el sitio específico.

La fertilización con base en sensores ópticos es utilizada para detectar y estimar el rendimiento e incrementarlos en más de 15%, o bien determinar las cantidades de fertilizantes (N) en parcelas con diferentes manejos y establecer vehículos agrícolas autónomos para la detección de enfermedades de las plantas en tiempo real (Sankaran et al., 2010).

La justificación económica para el uso de esta tecnología es su respectiva tasa variable de aplicación; sin embargo, debido principalmente a las condiciones climáticas estas técnicas son impredecibles para ser ampliamente utilizadas. Además, los beneficios potenciales de la agricultura de precisión siguen siendo complejos y no comercialmente aplicables (Pierce y Nowak, 1999).

 

Conclusión

El manejo integrado de nutrientes para la producción de alimentos es un nuevo enfoque que garantiza la seguridad alimentaria, la conservación y la sustentabilidad de los recursos naturales; sin embargo, es necesario la comprensión de la interacción entre cultivos, crecimiento, microclima del suelo y su relación con las demandas de nutrientes en combinación con factores socio-económicos para llevar a cabo una agricultura intensiva, sustentable y sostenible.

 

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