Efecto de la condición hídrica sobre la nutrición nitrogenada de pasturas de festuca alta

Abstract

El agua y el nitrógeno (N) son los factores de crecimiento que limitan más fuertemente la productividad de pasturas y cultivos. Las pasturas y los pastizales templados de la Pampa Deprimida están sujetos a episodios sistemáticos de sequía durante el verano, estación durante la cual el crecimiento de estos recursos forrajeros se reduce sustancialmente. La absorción de agua y de N por parte de las plantas está profundamente interconectada, sin embargo, no está claro si la merma en la productividad primaria de las pasturas de la Pampa Deprimida durante la época estival obedece solamente a los efectos directos de la sequía o si ésta se encuentra también mediada por un empeoramiento en su estado de nutrición nitrogenada. El objetivo de esta tesis fue evaluar el efecto del estado hídrico del sistema suelo-planta sobre la nutrición nitrogenada de pasturas de festuca alta [Lolium arundinaceum (Schreb.) Darbysh.] establecidas en un suelo bajo típico del ambiente de la Pampa Deprimida. El método preferente para el diagnóstico del estado de nutrición nitrogenada se basa en el concepto de N crítico (Ncr), definido como la mínima concentración de N en la materia seca aérea que permite maximizar la tasa de crecimiento de la pastura. El Ncr disminuye a medida que la pastura acumula materia seca, y la primera parte de la tesis involucró la verificación respecto de si la curva de dilución de Ncr que fuera originalmente desarrollada sobre pasturas sólo limitadas por N (Ref-Ncr), es también aplicable en condiciones de estrés hídrico. Los resultados indicaron que en condiciones de sequía el Ncr es menor que el Ref-Ncr, siendo dicha reducción directamente proporcional a la intensidad del estrés hídrico. Una segunda parte de la tesis involucró luego la puesta en práctica de esta metodología de diagnóstico corregida en la evaluación del efecto del estrés hídrico sobre el estado de nutrición nitrogenada de una pastura de festuca alta implantada en un suelo Natracualf típico del sudeste bonaerense durante el verano de dos años consecutivos, ensayando dos niveles de disponibilidad de agua (secano vs riego) y dos niveles de fertilización nitrogenada (40 vs 200 kg de N ha–1). La productividad primaria neta de festuca alta estuvo fuertemente co-limitada por agua y por N durante el verano, con respuestas muy altas y comparables al riego y al incremento en el nivel de N aplicado (incrementos promedio 54% y 68%, respectivamente). Las pasturas mostraron sistemas radicales profusamente desarrollados (5.8-9.3 Mg materia seca raíces ha−1), pero concentrados mayormente en el horizonte superficial (66% a 75% de la biomasa o el largo de raíces en los 0.2m superiores del perfil de suelo). La exploración radical del horizonte nátrico (0.25-0.65m de profundidad) y por debajo de éste fue escasa; entonces, a pesar del elevado nivel de agua disponible en el subsuelo (> 0.4m de profundidad) consecuencia de una napa freática cercana, festuca alta enfrentó situaciones de estrés hídrico cuando el horizonte superficial se secó. Un déficit hídrico extremo, de intensidad récord para el período 1971-2021, afectó negativamente el estado de nutrición nitrogenada de festuca alta, mientras que una sequía moderada, de intensidad cercana al promedio para la época, no tuvo un efecto significativo sobre éste. Estimaciones de la demanda de N de la pastura y de los flujos de N del suelo, sin embargo, indicaron que el estrés hídrico no redujo la disponibilidad relativa de N hacia la pastura; la disminución observada en el estado de nutrición nitrogenada de la pastura habría estado causada entonces por la pérdida de N foliar debido a la senescencia de tejidos inducida por el episodio severo estrés hídrico. Los resultados revelan entonces que, en este ambiente, la nutrición nitrogenada de festuca alta no es particularmente sensible al estrés hídrico. Esto se debería, por un lado, a su gran desarrollo radical que le permite una muy alta capacidad de absorción del N disponible en los horizontes superficiales y, por otro lado, a la restricción fisicoquímica impuesta por el horizonte nátrico, que dificulta el acceso de festuca alta al agua disponible en profundidad, limitando su crecimiento y demanda de N cuando el horizonte superficial se seca. Las principales causas de la baja productividad forrajera de festuca alta durante el verano en el ambiente de la Pampa Deprimida son, entonces, los efectos intrínsecos de la baja disponibilidad de agua y de la deficiencia de N, con el efecto del estrés hídrico viéndose parcialmente mediado por empeoramientos en su estado de nutrición nitrogenada sólo en condiciones de sequía inusualmente severa.

Water and nitrogen (N) are the growth factors most strongly limiting the productivity of pastures and crops. Temperate pastures and grasslands of the Flooding Pampa are subject to systematic drought episodes during summer, season in which the growth of these forage resources is substantially reduced. Water and N uptake by plants are deeply interconnected, however, it is not clear whether the decrease in primary productivity of Flooding Pampa pastures during the warm season obeys just to the direct effects of drought or if this is also mediated by an aggravation in their N nutrition status. The aim of this thesis was to evaluate the effect of the water status of the soil-plant system on the N nutrition of tall fescue [Lolium arundinaceum (Schreb.) Darbysh.] pastures established on a lowland soil typical of the Flooding Pampa environment. The preferential method for the diagnosis of the N nutrition status is based on the concept of critical N (Ncr), defined as the minimum N concentration in shoots biomass allowing maximum growth rates. The Ncr decreases as pastures accumulate shoots biomass, and the first part of this thesis involved verifying whether the Ncr dilution curve originally developed on pastures limited only by N (Ref-Ncr) had the same applicability under water stress conditions. The results showed that under drought conditions the Ncr is lower than the Ref-Ncr, such decrease being linearly related to the intensity of water stress. The second part of the thesis involved the application of this corrected diagnosis methodology in the evaluation of the effect of water stress on the N nutrition status of a tall fescue pasture established on typical Natracualf soil of southeast Buenos Aires during the summer season of two consecutive years, by assaying two levels of water availability (rainfed vs irrigated) and two levels of N fertilization (40 vs 200 kg N ha–1). Tall fescue net primary productivity was strongly co-limited by water and N during summer, showing comparable, very high responses to both irrigation and the increase of N rate (average increases of 54% and 68%, respectively). Pastures had profusely developed root systems (5.8-9.3 Mg dry matter roots ha−1), but which were concentrated mostly on topsoil (66-75% of root biomass or length were in the top 0.2m soil layer). Root exploration of the natric horizon (0.25-0.65m depth) and underneath was scarce; then, even when there was ample available water in the subsoil (>0.4m depth) due to a close water table, tall fescue faced water stress conditions whenever the topsoil desiccated. An extreme water stress episode, record for the 1971-2021 period, negatively affected tall fescue N nutrition status, while a moderate drought, of an intensity close to the average for the season, did not have a significant effect on it. Estimations of pasture N demand and soil N fluxes, however, pointed out that water stress did not decrease the relative availability of N to the pasture; the observed reduction in pasture N nutrition status then would have been caused by the loss of leaf N due to the tissue senescence triggered by the severe water stress event. Results then reveal that tall fescue N nutrition status is not particularly sensitive to water stress in this environment. This would be due to, on the first hand, its huge root development which confers a very high capacity to absorb topsoil available N and, on the second hand, the physicochemical restriction imposed by the natric horizon, which restricts the access of tall fescue to the water available at depth, limiting its growth and N demand whenever the topsoil dries. The major causes of the low forage yield of tall fescue during summer in the Flooding Pampa environment are thus the intrinsic effects of low water availability and N deficiency, with the effect of water stress being partially mediated by aggravations in its N nutrition status only under unusually severe drought.