u niversidad n acional de m ar del p lata f acultad de c iencias a grarias f ertilidad y m anejo de...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS

Unidad 9 Unidad 9

AZUFREAZUFRE

Cursada 2014Cursada 2014

El ciclo del azufre En la región pampeana Argentina, después del N y del P es el

nutriente que con mayor frecuencia muestra deficiencias y respuesta a la fertilización. Los contenidos totales en suelos agrícolas de regiones húmedas y subhúmedas es de 100 a 500 mg kg-1Rango de concentración de S en 37 suelos de IOWA (USA). Va...

La fuente original del S en suelo fueron sulfuros metálicos como la pirita (S2Fe) contenidos en los materiales primarios, los cuales por meteorización liberaron S-2, el cual se oxidó pasando a la forma de SO4

-2.

Este anión es utilizado por la biomasa microbiana e incorporado a la fracción orgánica, perdido por lavado, reducido a S-2 o S0 bajo anaerobiosis, perdido por escurrimiento a los océanos y/o precipitar como sales en suelos de zonas áridas o semiáridas.

Agua de mar: hasta 2700 mg L-1 de SO4-2; Espejos de agua dulce:

0.5 a 50 mg L-1 de SO4-2.




Unidad 9: AzufreCursada 2014




S en MO

S en residuos

Biomasa

S en planta

S en cosecha

SO4-2S-2

S0

SO2 SO4-2

FertilizantesPestic./Enm.

Lavado

Minerales Suelo

Coloides Suelo

Sales

Ocluído

H2S

FeS2

Minerales Suelo

Ciclo del SCiclo del S

Erosión

Volatilización





Características generales de la dinámica del S: Características generales de la dinámica del S:

Además: forma sales que pueden precipitar y puede ser adsorbido.

Además: forma sales que pueden precipitar y puede ser adsorbido.

Similar a la del N: en general dependiente de la MO, se puede lavar y se puede perder en forma gaseosa (reducción bajo anaerobiosis).

Similar a la del N: en general dependiente de la MO, se puede lavar y se puede perder en forma gaseosa (reducción bajo anaerobiosis).

Similar a la del N: esta sujeto a la reducción y oxidación microbiana.

Similar a la del N: esta sujeto a la reducción y oxidación microbiana.

Difiere del N: en que no puede ser fijado biológicamente.

Difiere del N: en que no puede ser fijado biológicamente.





Formas del S en el suelo:Formas del S en el suelo:

• Uniones C-O-S (ésteres sulfato, C-O-SO4H): más lábil. 27 al 59% del S orgánico.

• Uniones C-O-S (ésteres sulfato, C-O-SO4H): más lábil. 27 al 59% del S orgánico.

Orgánico:Orgánico: En suelos agrícolas de zonas húmedas 90-97% (estrecha relación con C y N total, rel C:N:S ≈ 120:10:1.4)

En suelos agrícolas de zonas húmedas 90-97% (estrecha relación con C y N total, rel C:N:S ≈ 120:10:1.4)

Formas:Formas:

• Uniones C-S (en aminoácidos y humus): más difícil de mineralizar (10 al 20% del S orgánico), incluye el S en la biomasa microbiana (1.5 al 5% del S total.

• Uniones C-S (en aminoácidos y humus): más difícil de mineralizar (10 al 20% del S orgánico), incluye el S en la biomasa microbiana (1.5 al 5% del S total.

• Residual (desconocido, supuestamente C-S protegidas): recalcitrante. 0-40% del S orgánico.

• Residual (desconocido, supuestamente C-S protegidas): recalcitrante. 0-40% del S orgánico.


Formas del S en el suelo

• SO4-2 en solución: < del 10% del S total, es muy variable debido

a la mineralización-inmovilización, pérdidas gaseosas, lavado y absorción por cultivos. En suelos con alta CIA el lavado es mínimo.

• SO4-2 adsorbido: muy importante en suelos con alta CIA como

ultisoles y oxisoles (hasta 100 ppm), el cual puede contribuir significativamente a la nutrición de los cultivos.

• SO4-2 coprecipitado con CO3Ca: ocurre como CO3Ca-CaSO4 en

suelos calcáreos. • S inorgánico reducido (S0 y S-2):muy baja conc. en suelos bien

drenados. Bajo anaerobiosis el H2S se acumula como la M.O se descompone. En suelos bien provistos de Fe en anaerobiosis se forma FeS.








Adsorción:Adsorción:

Contenido de arcillas: mayor frecuencia Contenido de arcillas: mayor frecuencia de sitios con carga positivas (bordes). de sitios con carga positivas (bordes).

Tipo de arcillas: retículo 1:1, alofanosTipo de arcillas: retículo 1:1, alofanos

Óxidos de Fe y AlÓxidos de Fe y Al

pH: cargas positivas pH-dependientespH: cargas positivas pH-dependientes

Sobre MO en pH ácidosSobre MO en pH ácidos


0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800

Contenido de S (mg kg-1)

Pro

fund

idad

(cm

)

S Inorgánico

S Orgánico

Udol (alta MO)Udol (baja MO)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800


Pro

fund

idad

(cm

)UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA



0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800


Pro

fund

idad

(cm

)

Ustol

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800


Pro

fund

idad

(cm

)

Oxisol

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200 400 600 800

S Inorgánico

S Orgánico





Factor Intensidad:Factor Intensidad:

Factor Cantidad:Factor Cantidad:

SO4-2SO4-2

Orgánico (COS / CS)Orgánico (COS / CS)

SalesSalesIntercambiableIntercambiable





Mineralización (1.7 al 3.1% por año del S org):Mineralización (1.7 al 3.1% por año del S org):

Biológica: relacionada con la oxidación del C de las

uniones C-S S-2, controlada por las

necesidades de C y energía de los

microorganismos.

Amino acid. + 2H2O S-2 + CO2 + NH4+

S-2 S0 + 1 ½ O2 + H2O SO4-2 + 2H+

Biológica: relacionada con la oxidación del C de las

uniones C-S S-2, controlada por las

necesidades de C y energía de los

microorganismos.

Amino acid. + 2H2O S-2 + CO2 + NH4+

S-2 S0 + 1 ½ O2 + H2O SO4-2 + 2H+

O2

Bioquímica: hidrólisis por exoenzimas (sulfatasas) de los

ésteres sulfato SO4-2

R-O-SO3- + H2O R-OH + HSO4

-

Bioquímica: hidrólisis por exoenzimas (sulfatasas) de los

ésteres sulfato SO4-2

R-O-SO3- + H2O R-OH + HSO4

-


Inmovilización: rel C:S > 400:1 conduce a la inmovilización

Rel N:S mineralizado > 12:1

Evolución de la mineralización de S y relación N:S mineralizado. Adaptado de Echeverría y García (2007).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150

Días de incubación

S-S

O4-2

(m

g k

g-1

)

Balcarce

Anguil

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100 150


S-S

O4-2

(m

g k

g-1

)

Pastura

Cultivo

05

1015202530354045

0 50 100 150


S-S

O4

-2 (

mg

kg

-1)

Balcarce

Anguil

05

101520253035404550

0 50 100 150


S-S

O4

-2 (

mg

kg

-1)

Cultivo

PasturaSe estabiliza en una relación aproximada N:S mineralizado de 12:1

Se estabiliza en una relación aproximada N:S mineralizado de 12:1

Rel

aci

ón

N:S

min

era

liza

do

Rel

aci

ón

N:S

min

era

liza

do








Factores que afectan el M.I.T.Factores que afectan el M.I.T.

Contenido de S de los residuos y del suelo: en gral > M.O> mineralización. Relaciones C/S< 200:1= mineralización; relación C/S > 400:1= inmovilización. La relación C/N/S de los suelos es aprox 120:10:1.4.

Temperatura del suelo: es mínima con temp < a 10 0C, aumenta en el rango de 20-40 0C, y decrece con temp > a 40 0C.

Humedad del suelo: el optimo de humedad es de alrededor del 60% de CC.

pH del suelo: el efecto es poco claro. pH cercanos a la neutralidad incrementan la actividad microbiana y la min de S.

Presencia de plantas: la presencia de plantas incrementa la mineralización de S.

Tiempo y laboreo: como el N, cuando el suelo es cultivado el % de S decae rápidamente. Las relaciones C/N/S de suelos vírgenes son mayores que las de suelo bajo cultivo, lo que sugiere que el S es más resistente a la mineralización que el N.

Actividad sulfatasa: La sulfatasa hidroliza los compuestos éster SO4-2 y por

eso su abundancia regula el proceso de mineralización.


Efecto del contenido de S total y de la temperatura sobre la mineralización de S.




Contenido de MO y de S Contenido de MO y de S mineralizablemineralizable


Oxidación del S-2 y S0




Los sulfuros o SLos sulfuros o S00 formados desde la desc. de la M.O son oxidados por formados desde la desc. de la M.O son oxidados por bacterias autotróficas (Thiobacillusbacterias autotróficas (Thiobacillus) para formar sulfatos. L) para formar sulfatos. Los os requerimientos ambientales y la tolerancia de estas especies varía requerimientos ambientales y la tolerancia de estas especies varía ampliamente (el proceso ocurre sobre un rango de pH de 2 a 9).ampliamente (el proceso ocurre sobre un rango de pH de 2 a 9).

2S2SOO + 3 O + 3 O22 + 2H + 2H22OO 2SO 2SO44-2-2 + 4H + 4H++

HH22S + 2 OS + 2 O22 SOSO44-2-2 + 2H + 2H++

2FeS2FeS22 + 7 ½ O + 7 ½ O22 + 7H + 7H22O 8HO 8H++ + 4 SO + 4 SO44++ + 2Fe(OH) + 2Fe(OH)33


Reducción de SO4-2

En condiciones de anaerobiosis, durante la descomposición En condiciones de anaerobiosis, durante la descomposición microbiana de mat. org. se forman gases (Hmicrobiana de mat. org. se forman gases (H22S, CSS, CS22, COS) (Desulfovibro , COS) (Desulfovibro

y Desulfutomaculum). “Este proceso es relativamente insignificante y Desulfutomaculum). “Este proceso es relativamente insignificante bajo condiciones de campo”. bajo condiciones de campo”.

2R---CH2R---CH22OH + SOOH + SO44-2-2 2R---COOH + H 2R---COOH + H22O + SO + S-2-2

Contenido de humedad: optimo cercano a C.C




Porcentaje del S0 oxidado a SO4-2

en función del contenido de humedad. Adaptado de Havlin et al. (2005).


Lavado de SO4-2

“Junto con la exportación en grano es uno de los procesos más relevantes de perdida de S de los suelos”.

Depende de:Cantidad de agua de percolación (balance entre PP y

ETP).Características físicas y químicas (textura, estructura,

CIA o CIC).

Concentración de SO4-2 en la solución.

En el norte de Alemania se han determinado pérdidas de 32 a 77 kg S ha/año.





Implicancias prácticas de las transformaciones del S

La reducción en los contenidos de M.O de los suelos de la región pampeana y los sistemas de labranza reducida pueden conducir a deficiencias de S.

Cuando los cultivos crecen en suelos de textura gruesa con bajos cont de M.O el aporte por mineralización es bajo y pueden existir altas pérdidas por lavado.

En zonas húmedas es probable que fertilizantes que contengan SO4-2 y

S0 para lograr un mayor período de oferta de S.

Si se va a utilizar S0 como fuente podría ser necesario aplicarla antes o inmediatamente después de la siembra para que el S0 se pueda oxidar a SO4

-2, principalmente en cultivos de invierno.

La inmovilización de S puede provocar deficiencias y rta a este nutriente (ej soja de 2da por efecto de la inmovilización de S por el rastrojo de trigo).








Concentración en los tejidos vegetales: 0,1 – 0,5% Concentración en los tejidos vegetales: 0,1 – 0,5%

Factores que determinan la concentración:Factores que determinan la concentración: EspecieCultivarParte de la plantaEstadio fenológicoManejoDisponibilidad

EspecieCultivarParte de la plantaEstadio fenológicoManejoDisponibilidad

Gramíneas(0,18 – 0,19%)Gramíneas(0,18 – 0,19%)

Leguminosas(0,25 – 0,30%)

Leguminosas(0,25 – 0,30%)

Crucíferas(1,10 – 1,70%)Crucíferas(1,10 – 1,70%) > >


Síntomas de deficiencia de S y su efecto sobre la calidad de las mismas

Dado que el S es relativamente inmóvil en la planta la clorosis se desarrolla primero en las hojas más jóvenes.

Las plantas deficientes en S tienden a tener bajo contenido de azucares pero alto de nitratos en su savia, lo que cobra relevancia en especies hortícola en las que se consumen las hojas.

La deficiencia de S en leguminosas disminuye la concentración de aminoácidos metionina y cistina (aumenta el N no proteico). De esta forma se afecta el valor nutritivo de las leguminosas por la falta de S.

La deficiencia de S en trigo reduce la calidad la calidad industrial de la harina. La extensibilidad de la masa correlacionó positivamente con la concentración de S en la harina desde 0,8 hasta 1,8 g kg-1








Síntomas de deficiencias de S en maíz y trigo


Acumulación de MS, N, P y S en biomasa aérea en trigo bajo SD. Reussi Calvo (2005).

Acumulación de MS

0

4000

8000

12000

16000

20000

0 20 40 60 80 100 120 140 160

DDE

MS

A (

kg

ha

-1)

T

NP

NPS

Acumulación de P

0

10

20

30

40

0 50 100 150

DDE

PB

A (

kg h

a-1)

T

NP

NPS

ET

3N

A MF

Acumulación de S

0

10

20

30

40

0 50 100 150

DDE

SB

A (

kg h

a-1)

T

NP

NPS

ET

3N

A

MF

Acumulación de N

0

20

40

60

80

100120

140

160

180

200

220

0 20 40 60 80 100 120 140 160

DDE

NB

A (

kg h

a-1)

T

NP

NPS

ET

3N

A MF





Acumulación de N y S en maíz de alto rendimiento. Adaptado de Echeverría y García (2005).

0

100

200

300

400

500

36 48 61 74 86 104 117 135 148

Días desde la siembra

Nitr

ógen

o en

bio

mas

a aé

rea

(kg

ha-1

)

Espiga+chala Tallo + panojaHojas superioresHojas inferiores

Floración

Estadío de 5 o 6 hojas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

36 48 61 74 86 104 117 135 148

DDSS

en

bio

mas

a aé

rea

(kg

ha

-1)

Espiga+chala Tallo + panojaHojas superioresHojas inferiores

Estadio de 5 o 6 hojas

Floración




N= 66% del total acumulado en floración

S= 36% del total acumulado en floración





Requerimientos de S en planta para producir 1 Mg de grano y su distribución en grano y residuos. Adaptado de Echeverría y García (2005).

Requerimientos de S en planta para producir 1 Mg de grano y su distribución en grano y residuos. Adaptado de Echeverría y García (2005).

Cultivo Planta Grano Residuos IC

-----------Kg ha-1-----------

Maíz 2.5 1.4 1.1 0.56

Soja 9.0 5.4 3.6 0.60

Trigo 4.7 1.6 3.1 0.33

Girasol 5.0 2.0 3.0 0.40

Cebada 4.0 1.3 2.7 0.33


Factores que conducen a deficiencias de S

Zonas en las que se han disminuido las emisiones de SO2 a la atmósfera (< uso de combustibles fósiles con elevado cont de S).

Fertilizantes mas puros sin S (Urea y PDA).

Disminución del contenido de M.O.

Aumento en el rendimiento de los cultivos.

Quemado de rastrojos.

Difusión de sistemas de labranzas conservacionistas.

Aumento de la frecuencia de soja en la secuencia.









Adaptado de Gester y Novello (2003).Adaptado de Gester y Novello (2003).




Evaluación de la disponibilidadEvaluación de la disponibilidad

2. Material vegetal2. Material vegetal

* Análisis de S total en planta entera o en alguna parte: * Análisis de S total en planta entera o en alguna parte:

Umbrales: ej. Trigo (Z20-25): 0,25% y Soja (grano): 0,23%. Umbrales: ej. Trigo (Z20-25): 0,25% y Soja (grano): 0,23%.

Muestrear partes jóvenes en momentos de más demandaMuestrear partes jóvenes en momentos de más demanda

* Análisis de relación N:S: * Análisis de relación N:S:

Buen indicador (¡OJO! Consumo de lujo de N)Buen indicador (¡OJO! Consumo de lujo de N)

Varía con la especie, la fenología, etc. Varía con la especie, la fenología, etc.

* Combinación: * Combinación:

Ej. Respuesta en Trigo con S < 0,12% y N:S > 17:1Ej. Respuesta en Trigo con S < 0,12% y N:S > 17:1

1. Análisis de suelo

SO4-2 en solución más intercambiable.

Evaluación del aporte por mineralización.

1. Análisis de suelo

SO4-2 en solución más intercambiable.

Evaluación del aporte por mineralización.


3. Indirectos no destructivos: clorofilómetro3. Indirectos no destructivos: clorofilómetro

Análisis de suelo




“En general las metodologías de suelo presentan elevada variabilidad interlaboratorios por baja precisión”.

Precaución: considerar profundidadPrecaución: considerar profundidad


Relación entre el rendimiento relativo de trigo y la disponibilidad de S-SO4

-2 a la siembra. Adaptado de Reussi Calvo et al. (2008).









¿Por qué mayor rta en soja de 2da para para un mismo nivel de SO4-2?





Adaptado de Reussi Calvo et al. (2008).

Relación entre el rendimiento relativo y la relación N:S en trigo para diferentes dosis de S. La línea horizontal representa el 95% del rendimiento máximo y la línea vertical el valor umbral. Reussi Calvo et al. (2008).Adaptado de Reussi Calvo et al. (2008).Adaptado de Reussi Calvo et al. (2008).

Relación entre el rendimiento relativo y la relación N:S en trigo para diferentes dosis de S. La línea horizontal representa el 95% del rendimiento máximo y la línea vertical el valor umbral. Reussi Calvo et al. (2008).

Relación entre la relación N/S y el tiempo térmico en condiciones no-limitantes de nutrientes. Adaptado de

Reussi Calvo et al. (2008).





Respuesta del cultivo de trigo al agregado de S en el sudeste bonaerense. Adaptado de Reussi Calvo et al. (2012).





Rendimiento en grano

Granos m-2

Relación entre la concentración de N y S total en granos de trigo en sitios con def de S (triángulos y cuadrados, respectivamente). Línea oblicua y vertical corresponde a la rel N:S óptima (13.3:1) y al contenido óptimo de S. Reussi Calvo et al. (2011).





Relación entre el índice de suficiencia de S (ISS) determinado con el clorofilómetro (estados V6 a V14) y el rendimiento relativo de maíz. Fuente: Pagani y Echeverría (2011).

ISS

0.85 0.90 0.95 1.00 1.05

RR

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

Bce IBce IIBce III9dJ I9dJ II

RR= 1.43 ISS -0.45R2 = 0.56

ISS

0.85 0.90 0.95 1.00 1.05

Bce IIBce III9dJ I9dJ II

RR= 1.68 ISS -0.69R2 = 0.75

Estrato medio del canopeo Estrato superior del canopeo





Fertilizantes azufrados

N P2O5 K2O S Otros

Sulfato de amonio

SO4(NH4)2

+620 - - 24

TiosulfatoDe amonio

(NH4)2S2O3

+412 - - 26

Yeso SO4Ca.2H2O - - - 19 24Ca

Azufre S0 - - - 100

Sulfato de magnesio

SO4Mg.7H2O - - - 13 10Mg

Superfosfato simple

Ca(H2PO4)2.CaSO4- 20 - 14

Urea-azufre CO(NH2)2+S 38 - - 10-20





Fuentes de azufre

Sulfato de amonio: fuente de N y posee elevado contenido de S rápidamente disponible. Baja higroscopicidad y puede emplearse en mezclas con numerosas fuentes de otros nutrientes, excepto con Ca(NO3)2 y CaCO3.

Tiosulfato de amonio: líquido de origen industrial produce S elemental y sulfato en partes iguales. No es apto para aplicación foliar y se debe almacenar en plásticos, PVC o fibra de vidrio y ataca el estaño, bronce o cobre.

Azufre elemental (S0): es amarillo, sólido insoluble en agua y su efectividad para la planta depende del tamaño de partícula, forma de colocación, tiempo de desde la aplicación y condiciones ambientales. Relación entre la absorción de azufre de canola y el área...

Sulfato de Ca: se lo encuentra en grandes depósitos de rocas ígneas y metamórficas, o como subproducto de la elaboración de superfosfato. Es relativamente insoluble y debe ser finamente molido y granulado para mejorar la solubilidad. Es un producto que no produce acidez.

Urea con S: el S recubre la urea para retrasar la hidrólisis de la misma para lo cual el mismo tiene que ser previamente oxidado.





Eficiencia agronómica del S elemental micronizado (AE) (200 micrones) y del sulfato de amonio (SA) en sitios de la pampa

ondulada. Torres Duggan et al. (2010).Sitios: Urquiza, Arequito, Bolivar, Alberti, Pergamino y Bragado. Variación de MO: 2.7 a 4.1%. Variación de Rta a S: 230 a 2019 kg/ha).

Efi

cien

cia

agro

nó

mic

a d

e S

(kg

gra

no

/kg

S

apli

cad

o)

80

70

60

50

40

30

20

10

AE= micronizado a 200 µm y aglomerado en partículas de 2-4 mm

Consideraciones finales

La declinación de los contenidos de MO, la implementación de sistemas de labranzas conservacionistas, el aumento de la frecuencia de soja en las rotaciones y los fertilizantes mas puros han incrementado las deficiencias de S en la región pampeana.

La mineralización del S orgánico y la oxidación del S es mediada por microorganismos por lo que depende de la temperatura y humedad (optima alrededor de 30-35 y cercano a CC, respectivamente).

Los métodos mas confiables para predecir rta a la fertilización son los de planta por la baja precisión de los metodologías de suelo.

La absorción de S en trigo y maíz esta retrasada respecto de la de N, por lo que las relaciones N/S cambian durante el ciclo del cultivo.

Aunque la utilización de S0 requiere ser oxidados a SO4-2 no se han

observado diferencias respecto de fuentes solubles en trigo. Ojo acidificación.





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