Comparación de tres estrategias de fertilización en viñedo y su
influencia en la emisión de los principales gases efecto invernadero
Mª.A. Pérez Bartolomé, M. Calvo Alonso, S. del Cura López, E. Sanz González y B. Gil Pérez
ITAGRA.CT (Centro Tecnológico Agrario y Agroalimentario) Avda. Madrid 44, 34004 Palencia. Telf. 979108303 - Fax. 979165970. maperez@itagra.com
Palabras clave: balance, CO2, N2O, producción, vid
Resumen
La eficiencia de la aplicación de fertilizantes se traduce en un aumento del rendimiento que lleva asociado en la mayoría de los casos una disminución de azúcares en el mosto, por lo que es importante establecer una fertilización equilibrada que acabe dando resultados favorables entre la cantidad y la calidad de uvas que optimice la rentabilidad de la explotación vitícola y minimice la emisión de gases nocivos a la atmosfera. El objetivo de este estudio ha sido evaluar algunos de los aspectos productivos y ambientales que se derivan de tres sistemas de actuación en lo que a fertilización se refiere, para producir uva de calidad para vinificación. El ensayo se estableció en la Denominación de Origen Ribera del Duero, durante los años 2006 y 2007. El diseño experimental del ensayo ha sido en bloques al azar, con 4 repeticiones y 3 tratamientos: con un complejo mineral 3-5-20 (10 kg N ha-1, con estiércol de oveja maduro (20 kg N ha-1) y sin abonar (0 kg ha-1). En vendimia se tomaron datos de producción y componentes del rendimiento. Además se han estimado algunos aspectos ambientales como emisión a la atmósfera de CO2
(anhídrido carbónico) y de N2O (óxido nitroso) a lo largo de la campaña vitícola, de
acuerdo con la metodología para la realización de inventarios de GEI (Gases Efecto Invernadero) establecida por el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Cuando se ha realizado una aportación nutricional, tanto la orgánica como la mineral, las producciones se han visto incrementadas respecto al tratamiento no abonado en 1000 kg ha-1 de uva. La fertilización mineral ha sido el tratamiento que más emisiones de CO2 ha originado, mientras que la fertilización con abono orgánico
tiene un efecto contrario, y en este caso, el suelo actúa como sumidero de CO2. Para
el N2O la emisión estimada es mayor en suelos donde se ha llevado a cabo una
fertilización convencional, mientras que en aquellos tratamientos sin abono y fertilizados con estiércol, la emisión del gas se ve reducida.
INTRODUCCIÓN
Los gases efecto invernadero (GEI) que más daños producen en el medioambiente son el CO2, el N2O y el CH4. También hay que considerar las emisiones indirectas de GEI
que son producidas por NOx, el NH3, el COVDM (Compuestos Orgánicos Volátiles
Distintos del Metano), y el CO, ya que son precursores de gases efecto invernadero en la atmósfera. Las emisiones indirectas también se asocian con la pérdida de nitrógeno del suelo por escorrentía y lixiviación sobre todo del NO3- que por desnitrificación pueden
convertirse en N2O.
En el sector agrícola, el balance de flujos de gases efecto invernadero se estima de dos formas: 1. evaluando el cambio en las existencias de carbono, que se utiliza para
estimar la mayoría de los flujos de CO2 (ya que la mayor parte de estos cambios se
producen a través del intercambio de CO2 entre la superficie terrestre y la atmósfera), y 2.
evaluando el flujo de gas desde y hacia la atmósfera, que se usa para la estimación de emisiones “no-CO2” y de algunas emisiones y absorciones de CO2.
Las actividades de gestión y uso del suelo, influyen en el contenido de carbono en suelo, sobre todo en la fracción orgánica, a través de la fertilización, el laboreo del terreno y el riego. Asimismo, la agricultura es considerada responsable de aproximadamente el 20-70% del óxido nitroso antropogénico que es liberado a la atmósfera (Marinho et al., 2004), siendo este gas el responsable del 6% del total de gases invernadero emitidos, cuya concentración en la atmósfera continua aumentando paulatinamente (IPCC, 2001). No obstante, algunos autores señalan que la agricultura puede jugar un papel importante en la reducción del GEI (Ciampitti et al., 2005). En el caso del viñedo, Sotes (2009), apunta que el secuestro de CO2 se puede producir por la planta a través de las raíces y estructuras
permanentes y no permanentes y por el suelo a partir de la incorporación de la madera de poda y la utilización de cubiertas vegetales.
Después del riego, la fertilización es el factor de producción más importante en el viñedo, jugando un papel fundamental, tanto en la cantidad como en la calidad final de la cosecha (Hidalgo, 2002). Ramero-Gámez (2009), señala que se deberá reducir el uso de fertilizantes haciendo ajustes entre el aporte y el consumo y, así buscar criterios de gestión más racionales en el suministro de nutrientes con el propósito de reducir el impacto ambiental. Díez et al. (2000) consideran los residuos orgánicos como un recurso, no como un residuo, y recomiendan su aplicación, ya que no solo aportan N al suelo, sino C orgánico y también micronutrientes esenciales para la planta.
La tendencia general en el viñedo es la de no abonar y en ocasiones se aplica, principalmente, como fuente de nutrientes, el estiércol maduro de oveja. La desaparición progresiva de la cabaña ganadera y sobre todo de los rebaños en las zonas vitivinícolas ha reducido considerablemente la disponibilidad de estiércol, lo que hace necesaria la incorporación al suelo de abonos minerales para restituir los elementos nutritivos esenciales que necesita la cepa y mantener un nivel adecuado de producción y de calidad en el viñedo.
Por estas razones, se ha planteado estudiar la repercusión productiva y medioambiental que estos cambios en la fertilización han ocasionado en el cultivo del viñedo, sin que la producción y la calidad se vean afectadas.
MATERIAL Y MÉTODOS
El ensayo se estableció en la Denominación de Origen Ribera del Duero, en un suelo tipo arcilloso-grueso, con pH básico y bajo contenido en materia orgánica, durante los años 2006 y 2007, y con cepas de 10 años de edad, de la variedad ‘Tempranillo’, injertadas sobre Richter 110, conducidas en espaldera (cordón Royat Bilateral) y un marco de plantación de 3,00 x 1,50 m (2222 cepas ha-1).
El diseño experimental del ensayo ha sido en bloques al azar, con 4 repeticiones y 3 tratamientos: con un complejo mineral 3-5-20 (10 kg N ha-1), con estiércol de oveja maduro (20 kg N ha-1) y sin abonar (0 kg ha-1) (tabla 1). Para el análisis de los datos obtenidos se utilizó el programa estadístico SPSS v.13.0, realizándose un test ANOVA para análisis de la varianza.
En vendimia se determinaron la producción y los componentes del rendimiento, además se han estimado algunos aspectos ambientales como, emisión a la atmósfera de CO2 (anhídrido carbónico) y de N2O (óxido nitroso) a lo largo de la campaña vitícola, de
acuerdo con la metodología para la realización de inventarios de GEI (Gases Efecto Invernadero) establecida por el IPCC (Intergovemmental Panel on Climate Change de 2006). Las diferentes actividades de gestión de la tierra y de los recursos como el uso de la tierra y algunas labores, a excepción de la fertilización, se han mantenido constantes en los tres tratamientos.
Atendiendo a la información disponible, la estimación de los gases efecto invernadero, se realiza con la metodología de nivel 1, 2 ó 3. Cuanto mayor sea el nivel, mayor es la exactitud de la estimación, de esta forma, en el método de nivel 1, las directrices del IPCC suministran las ecuaciones y los parámetros por defecto (estimaciones globales de datos), en el método de nivel 2 se utilizan factores de emisión y de cambio de existencias más precisos, basados en datos específicos de la zona de estudio. En este trabajo, se ha empleado una combinación de los niveles 1 y 2, donde se han utilizado los datos experimentales del campo de ensayo sobre el contenido inicial de carbono del suelo.
Los cambios en el contenido de C en el suelo se estiman teniendo en cuenta los flujos entre los depósitos de carbono en el suelo y las entradas y salidas del sistema. Las pérdidas de carbono se utilizan para estimar las emisiones de CO2 a la atmósfera (tabla 2,
ecuación 1), y las ganancias de carbono para estimar la absorción de CO2 de la atmósfera.
Para cada periodo estudiado, las existencias de carbono orgánico se estiman para el primer (SOC 0-T) y segundo año (SOC 0) multiplicando el contenido inicial del C en suelo (analizado en laboratorio) por los factores de cambio de existencias: factor de uso de la tierra (FLU), factor de gestión (FMG), y factor de aporte (FI) que hace referencia al C que se aporta al suelo. Los índices anuales de cambio se estiman como la diferencia entre las existencias de dos momentos dados dividida por la dependencia temporal de los factores de cambio de existencias.
Al estimar las emisiones de óxido nitroso (N2O) de suelos agrícolas, se incluyen
las emisiones de N2O indirectas y las directas (tabla 2, ecuación 2). Las vías de emisión
indirecta son dos: (a) lixiviación o escorrentía (tabla 2, ecuación 3) del nitrógeno aportado en la fertilización y (b) N mineralizado asociado a la pérdida de materia orgánica del suelo causado por prácticas de gestión del suelo. La vía de emisión directa se produce mediante la volatilización de N como NH3 y NOx, y la posterior deposición de esos gases
y sus productos (NH4 y NO3-) sobre el suelo y superficies acuáticas como lagos y otras
masas de agua (tabla 2, ecuación 4). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Aspectos productivos
La producción de uva ha sido notablemente superior en 2006, con diferencias en la producción con respecto al 2007 de más de 2200 kg ha-1 También se ha observado que para cada año de estudio el rendimiento aumentó en más de 1000 kg ha-1 en las plantas que recibieron un aporte adicional de nutrientes, debido sobre todo a un mayor peso y número de bayas por racimo, aunque las diferencias estadísticas no fueron significativas (tabla 3 y Fig. 1).
Aspectos ambientales
Los resultados de GEI no son valores absolutos y se ha limitado su evaluación a una parte del ciclo de producción del viñedo, que es la fertilización. Dichos resultados
ayudarán a tomar decisiones sobre la fertilización más adecuada medioambientalmente hablando.
Como se puede observar en la tabla 4, el contenido de C en el suelo aumenta con la fertilización orgánica, siendo mayor la ganancia anual en el 2007. Sin embargo, en el tratamiento con fertilización mineral y testigo sin fertilizar las concentraciones han sido negativas lo que implica un aumento de las pérdidas de C en suelo, siendo mayores estas pérdidas en el segundo año. Estudios realizados en esta materia, con otras especies vegetales, observaron que la aplicación de fertilizante orgánico nitrogenado incrementa el contenido de C en el suelo (Liang et al., 1996; Sánchez et al., 2008a), fuente fácilmente asimilable por los microorganismos para su crecimiento. Asimismo, Zack et al. (1990) encontraron una correlación elevada entre la aplicación de fertilizante orgánico con la presencia de C de la biomasa microbiana en el suelo.
En cuanto a las emisiones de N2O, en 2006, son mayores en el suelo fertilizado
con abono orgánico (tabla 5), mientras que la menor emisión se produce en el suelo donde no se ha realizado ninguna aportación de nitrógeno, ni orgánica ni mineral. Por el contrario, en 2007, la emisión de N2O fue menor en el tratamiento fertilizado con
estiércol, y la mayor emisión de este gas efecto invernadero se produjo en el tratamiento con fertilización mineral.
En general, la aplicación de abono orgánico reduce las emisiones de N2O, y
aunque en el primer año, esta emisión fue algo mayor que los otros dos tratamientos (fertilización mineral y sin fertilizar), en el segundo año (2007), la cantidad de este gas fue mucho menor, suponiendo una disminución en la emisión de N2O del 73 % con
respecto a la fertilización mineral y del 56 % con respecto al tratamiento sin fertilizar. Este hecho, corrobora que los fertilizantes orgánicos y minerales son “variables” clave en la regulación de las emisiones de óxido nitroso a partir del suelo (Mosier et al., 1998), siendo los abonos orgánicos una herramienta útil para mitigar las emisiones de contaminantes atmosféricos como el N2O, sobre todo en suelos con poca materia orgánica
(Vallejo et al., 2006; Jones et al., 2007; Sánchez et al., 2008b). CONCLUSIONES
Las producciones en los dos años de ensayo (2006 y 2007) se han visto incrementadas en más de 1.000 kg ha-1) de uva con una aportación nutricional; tanto en la orgánica con estiércol como en la mineral, con respecto al tratamiento no abonado.
Al añadir el abono orgánico la cantidad de C aumenta cada año. Por el contrario, si se fertiliza con productos químicos o no se añade fertilizante, las pérdidas de C anuales son mayores y estas aumentan en el segundo año.
Así mismo la fertilización orgánica, en general, supone una herramienta útil para mitigar las emisiones de contaminantes atmosféricos como el N2O, disminuyendo
considerablemente su emisión a la atmosfera.
La estrategia a seguir sería continuar con una fertilización orgánica donde la producción se ve incrementada sin que la calidad se vea reducida, además de ser efectivo en la reducción de GEI.
Referencias
Ciampitti, I.A., Ciarlo, E.A. and Conti, M.E. 2005. Nitrous oxide emission during a soybean [Glycine max (L.) Merril] culture: inoculation and nitrogen fertilization effects. Ciencias del suelo V. nº 23- 2 Buenos Aires.
Díez, J.A., Caballero, R., Román, R., Tarquis, A., Cartagena, M.C. and Vallejo, A. 2000. Integrated fertilizer and irrigation management to reduce nitrate leaching in Central Spain. Journal of Environmental Quality 48: 49-56.
Hidalgo, L. 2002. Tratado de viticultura general. Madrid. Mundi-Prensa.
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Liang, B.C., Gregorich, E.G., Schnitzer, M. and Voroney, R.P. 1996. Carbon mineralization in soils of different textures as affected by water-soluble organic carbon extracted from composted dairy manure. Biology and Fertility of Soils 21: 10-16.
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Sánchez Martín, L., Vallejo García, A. y Skiba, U.M. 2008b. Estrategias de mitigación de óxidos de nitrógeno basadas en el manejo de la fertilización en cultivos de regadío bajo clima mediterráneo. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Madrid.
Sotes V. 2009. Tendencias en el reparto de las ayudas europeas: importancia del balance del carbono. Lanzarote, 25 junio 2009.
Vallejo, A., Skiba, U., García-Torres, L., Arce, A., López-Fernández, S. and Sánchez-Martín L. 2006. Nitrogen oxides emission from soils bearing a potato crop as influenced by fertilization with treated pig slurries and composts. Soil Biology & Biochemistry 38: 2782-2793.
Zack, E., Grigal, D.F., Gleeson, S. and Tilman, D. 1990. C and N cycling during old-field succession: constraints on plant and microbial productivity. Biogeochemistry 10: 11-129.
Tabla 1. Relación de tratamientos y kg N ha-1 aplicados en fondo.
ABONADO DE FONDO TRATAMIENTO (kg ha-1) (kg N hatotales -1) T1 Fertilización mineral (3-5-20) 350 10,5 T2 Fertilización orgánica 5000 20,0 T3 Sin fertilización - -
Tabla 2. Relación de ecuaciones para el cálculo de GEI.
Ecuación 1 ΔCMinerales = cambio anual en las existencias de carbono de los suelos minerales, (ton C año-1 )
SOC0 = existencias de carbono orgánico en el suelo en el último año de un período de inventario (ton C)
SOC(0-T) = existencias de carbono orgánico en el suelo al comienzo de un período de inventario (ton C)
T = cantidad de años de un período de inventario dado (año)
D = dependencia temporal de los factores de cambio de existencias, que es el lapso por defecto para la transición entre los valores de equilibrio del SOC, habitualmente 20 años (año).
Ecuación 2
N2O directas-N = (FSN +
FON + FCR + FSOM) x EF1
FSN = cantidad anual de N aplicado a los suelos en forma de fertilizante sintético,
(kg N año-1 )
FON = cantidad anual de estiércol animal, y otros aportes de N orgánico aplicada a
los suelos (kg N año-1 )
FCR = cantidad anual de N en los residuos agrícolas (aéreos y subterráneos),
incluyendo los cultivos fijadores de N y la renovación de forraje/pastura, que vuelven a los suelos ( kg N año-1 ) (1)
FSOM = cantidad anual de N en suelos minerales que se mineraliza, relacionada con
la pérdida de C de la materia orgánica del suelo como resultado de cambios en el uso o la gestión de la tierra ( kg N año-1 )
EF1 = factor de emisión para emisiones de N2O de aportes de N, (kg N2O–N) (1)
Ecuación 3
N2O(ATD)–N = [(FSN x
FracGASF ) + (FON x
FracGASM )] x EF4
N2O(ATD)–N = cantidad anual de N2O–N producida por deposición atmosférica de
N volatilizado de suelos gestionados, kg N2O–N año-1
FracGASF = fracción de N de fertilizantes sintéticos que se volatiliza como NH3 y
NOx, kg N volatilizado (kg de N aplicado) -1 (1)
FracGASM = fracción de materiales fertilizantes de N orgánico (FON) que se volatiliza como NH3 y NOx, kg N volatilizado (kg de N aplicado o depositado)-1
(1)
EF4 = factor de emisión correspondiente a las emisiones de N2O de la deposición atmosférica de N en los suelos y en las superficies del agua [kg N–N2O (kg NH3–N
+ NOx–N volatilizado)-1] (1) Ecuación 4
N2O(L)–N = (FSN + FON
+ FSOM ) x
FracLIXIVIACIÓN-(H) x EF5
Frac LIXIVIACIÓN-(H) = fracción de todo el N agregado o mineralizado donde se producen pérdidas por lixiviación/escurrimiento, kg N (kg de agregados de N)-1 (1)
(1) Estos datos se han obtenido de los valores por defecto que se incluyen en la metodología de “Directrices del IPCC de 2006 para los inventarios nacionales de gases de efecto invernadero”.
Tabla 3. Producción media en kg ha-1, Peso medio de racimo en g, nº de bayas por racimos y nº de racimos por cepa. Campañas 2006 y 2007.
Producción (kg ha-1) Peso racimo (g) Nº bayas por racimo Nº de racimos por cepa Tratamiento 2006 2007 2006 2007 2006 2007 2006 2007 T1 8303 6150 272,8 139,3 157,4 76,2 14 20 T2 8413 5700 248,2 145,6 145,1 81,8 16 18 T3 7097 4750 218,4 124,0 136,0 72,7 15 17 Nivel Sig. n.s n.s n.s n.s n.s n.s n.s n.s
Tabla 4. Cambio anual del contenido de carbono en el suelo en t C ha-1 año-1, para los tres sistemas de fertilización.
Cambio anual en las reservas de C en el suelo (t C ha-1 año-1) Tratamiento 2006 2007 T1 -0,07452 -0,12314 T2 0,04776 0,10811 T3 -0,06642 -0,11244
Tabla 5. Emisiones anuales de N2O en kg N2O ha-1 año-1, para los tres sistemas de
fertilización. Año Tratamiento Directo (kg N2O-N ha-1 año-1) Indirecto Deposición atm. N volatilizado (kg N2O-N ha-1 año-1) Indirecto escorrentía- lixiviación (kg N2O-N ha-1 año-1) Emisión Total N (kg N2O-N ha-1 año-1) Emisión Total N2O (kg N2O-N ha-1 año-1) T1 0,149 0,010 0,033 0,192 0,302 T2 0,169 0,040 0,038 0,247 0,388 2006 T3 0,043 0,000 0,010 0,053 0,084 T1 0,324 0,010 0,073 0,407 0,640 T2 0,056 0,040 0,013 0,109 0,171 2007 T3 0,200 0,000 0,045 0,245 0,385 0 2000 4000 6000 8000 10000 Año 2006 Año 2007 T1 F. m ineral T2 F. Orgánica T3 Sin Fertilización
