XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Utilización de 15N en estudios u de los flujos brutos de nitrógeno en el suelo Cecilia del Carmen C Videla Facultad de Ciencias Agrarias – Universidad Nacional de Mar del Plata Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Isótopos: Son átomos de d un mismo elemento que tienen diferente número de neutrones Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo ¿Cómo se expresa la presencia a de un isótopo estable? % de átomos en exceso: se usa para mu uestras enriquecidas en un isótopo estable t bl y representa t su abundancia b d i por encima i d dell valor l de d ocurrencia i natural. Por ej.: una muestra con 5% de átomos en exceso tiene 5,366 % de átomos de 15N (y 94,634 94 634 % de átomos de d 14N). N) δ‰ (delta por mil): valores de variacio ones relativas al nivel de la abundancia natural para isótopos estables: ⎛ RM − RS ⎞ δ‰ = ⎜ ∗ 10 3 RS S ⎝ ⎠ R = relación concentración del isótopo o menos abundante y la del más abundante (14N/15N, 12C/13C) y M= muestra m y S=patrón o standard. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo TRANSFERENCIAS Y TRANSF FORMACIONES EN EL CICLO INTERNO DEL N EN ECO OSISTEMAS TERRESTRES Nitrificación heterotrófica residuos vegetales N vegetal absorción absorció ón mineralización N orgánico g Residuos microbianos NH+ nitrificación 4 NO-3 in nmovilización inmovilización l ó N Biiomasa micrrobiana Hart y Myrold, 1996 Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Cuál es la diferencia entre mineralización neta y bruta??? b La mineralización neta a o líquida q se refiere f a la diferencia en el contenido de d N mineral en un período de tiempo y comprende dos d procesos opuestos: mineralización e inmovilización. inmovilización Mineralización liquida =[(N-NH4+ + N-N NO3-)t - (N-NH4+ + N-NO3-)t-1] / t El término mineralizació ón bruta se refiere a la producción de amonio o a partir de la materia orgánica del suelo independiente de los procesos que consumem m amonio. Ella solo puede ser estimada utilizando 15N. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Gross vs. Net Rates 5 Organic N 1 4 50 NH4+ Organic N 1 NH4+ 49 Net production of NH4+ orr NO3- may not adequately describe the dynamics of N transformations Stephen Hart,, School of Forestry, NAU Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo ¿Cuáles son las técnicas disponible es que utilizan 15N para medir procesos proc sos brutos rutos del c ciclo c o del N????? # Técnicas con 15N como o trazador, donde el "pool pool substrato" es marcado y se monitorea el movimiento del isótopo en el sistema a a través del tiempo. # Técnicas de dilución del isótopo donde el "pool producto" es marcado y se monitorea la tasa por la que la producción altera el enriquec ciemento isotópico del “pool” pool . # 15N, Técnicas de abundancia natu ural de 15N (leves diferencias en enriquecimiento isotópico de e “pooles” del suelo resultan en discriminación ó biológica). ó Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Técnica de dilució ón del isótopo 15N Se marca el pool producto de la mineralización (NH4 +) con una cantidad pequeña de 15N. La tasa de declinación de la abundancia de 15N del pool a través del tiempo es función de la tasa a la cual la mineralización introduce amonio no marcado desde la materia org gánica, diluyéndolo. mineralización mineraliz zación Mineralización 14N P l Pool amonio Quito, 29-31 de Octubre del 2008 15N 14N 15N Tie empo 14N 15N XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Como calcular la tasa de mineralización bruta? m = θ (log A*0/A*t)/ /log(1+θt/A0) Kirkham K Kirkham, m, Bartholomew m, m w ((1954) 9 ) Barraclough (1991) D d m = tasa de Donde: d mineralización i li ió θ = (At - Ao) / t A*t= abundancia en exceso de 15N en el tiempo t A*o= abundancia en exceso de 15N en el tiempo 0 t = tiempo (días) Quito, 29-31 de Octubre del 2008 A = tamaño del “pool” pool amonio del suelo XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo SUPUESTOS DE LA TÉCNICA DE DILUCIÓN DEL L ISÓTOPO 15N El marcador se debe mezclar uniformemente con el N nativo del suelo p para asegura g ar una explotación p proporcional del pool marcad do. Cinética é de d orden d cero, o sea a, todos d los l procesos a tasa constante durante todo el período experimental. N mineralizado debe encontrrarse a abundancia natural (no remineralización). remineralización) No debe ocurrir fraccionamiento isotópico. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo ¿Cómo aplicar la meto odología en la práctica? 15N-NH+ 4 15N-NH+ 4 t = 0 t = t Determinación del d contenido de N-amon nio y 15N Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Mineralización bruta del nitró ógeno en suelos de Balcarce. Efecto del manejo y de la profundidad de muestreo 9 Suelos: Argiudoles típicos y petrocálcicos 9 Temperatura T media anual 13,7°C 9 Precipitación media anual 870 mm Objetivo: determinar la influencia de los sistemas s de manejo: labranza convencional (LC), siembra directa (SD) y pastura (P), y dos profundidades de suelo (0-10 y 10-20 cm) en las tasas de mineralización bruta de el nitrógeno Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Mediciones en condicione es de laboratorio Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Tassas de mineralización bruta en un suelo de Balcarce bajo pastaura (P), labranza con nvencional (LC) y siembra directa (SD), de (A) y de (B). (B) Quito, 29-31 de Octubre del 2008 Dí 0 Día Día Dí 7 Día Dí 21 P>LC= =SD P>SD>LC P=LC=SD Día Dí 35 LC>P=SD XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Pro oducción total de N k N ha-1 período-1 kg Manejo Prof Prof. Min Bruta Min. Min Neta Min. a Amonif Neta Amonif. Nitrif bruta Nitrif.bruta Mb+Nb LC 0-10 97.81 186.63 -10.58 77.74 175.55 SD 0-10 111.61 151.89 -16.64 107.14 218.76 P 0-10 121.52 95.91 -15.86 137.11 258.64 LC 10-20 114.76 69.33 -36.91 134.47 249.22 SD 10-20 85.56 8.80 -41.15 104.92 190.48 P 10-20 98.97 37.55 -10.78 124.43 223.41 LC 212 56 212.56 255 96 255.96 -47.49 47 49 212 21 212.21 424 77 424.77 SD 197.18 160.69 -57.78 212.06 409.24 P 220.50 133.46 -26.64 261.55 482.05 Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Determinacio ones de tasas de mineralización y consumo brutto a campo campo, realizadas mensualmente, mensualmente de octubre de d 2003 a marzo de 2004. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Tasa de mineralización bru uta en los manejos j labranza convencional (LC), siembra a directa (SD) y pastura (P) durante un ciclo agrícola del maíz. LC P SD 3.5 (mg N k kg-1 día-1) Tax xa de minerralização brruta 4.0 3.0 a b a 2.5 a b b 20 2.0 1.5 a a a a a a 10 1.0 a b ba 0.5 a b b 0.0 Outubro Novembro De ezembro Janeiro Temp po (meses) Quito, 29-31 de Octubre del 2008 Fevereiro Março XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Tasa de consumo bruto en los manejos labranza convencional i l (LC) (LC), siembra i b dir directa t (SD) y pastura t (P) durante el ciclo agríícola del maíz. LC 4.0 b (mg N k kg-1 día-1) Tasa de con T nsumo brutto 3.5 a P SD b a a b 30 3.0 2.5 20 2.0 1.5 1.0 a a a a a b a b a a a b 0.5 0.0 Octubre Noviembre Diciem mbre Enero Tiemp po (meses) Quito, 29-31 de Octubre del 2008 Febrero Marzo XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Acumulación de N mineralizado (M) ( y consumido (C) durante octubre 2003 a marzo 2004 en labranza convencional (LC), pastura (P) y siembrra directa (SD). N acumulad do (kg ha-1) 350 300 C-LC C-P C-SD M-LC M-P M-SD 250 200 150 100 50 0 Out. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 Nov. Dec. Jan. Fev. Mar XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Conclusiones 1 N fue adecuada para cuantificar La metodología de la dilución del 15 las TMB, tanto en condiciones de laboratorio como a campo Las TMB y TCB presentaron eleva ada variación en el tiempo, asociada principalmente, a cambios en la a humedad del suelo. Las TMB y TCB de la pastura fuerron, generalmente, mayores que las de LC y SD. La SD se diferenc ció de LC en los meses de febrero y marzo, tanto en la TMB como en la TCB. Las TCB fueron siempre mayores que TMB. Las cantidades mineralizadas y co onsumidas, acumuladas en SD fueron mayores a las correspo ondientes de LC, aunque el cultivo de maíz no se benefició p por ello, debido al defasaje j entre el estadio de máxima demanda po or N por el cultivo y la época de disponibilidad de N en el suelo o. Quito, 29-31 de Octubre del 2008 XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo Reflex xiones La aplicación de 15N al estu udio de los procesos de las transformaciones del N en suelos es una poderosa herramienta que contribuye a elucidar flujos “oscuros” (abrir cajas negras), negras) cuantific car tasas de flujos y entender los procesos que controlan el ciclo c del N. Este p potencial p puede volverse p peligroso g con usos errados de la técnica. Todas las etapa as de la metodología isotópica, desde el campo al laboratorio o, requieren extremo cuidado en los detalles y respeto por los supuestos de validez de la técnica o modelo empleado Gracias por su atención!!! Quito, 29-31 de Octubre del 2008