Emisión de óxido nitroso en secuencias de cultivos con diferente participación de soja en siembra directa

Abstract

El N-N2O es uno de los principales gases de efecto invernadero y su potencial de calentamiento es aproximadamente 300 veces superior a la del CO2. Se emite desde el suelo debido los procesos microbianos de nitrificación y denitrificación, por lo que sus emisiones adquieren relevancia en sistemas de producción agrícolas. El monocultivo de soja puede tener un impacto negativo en las emisiones de N-N2O debido a sus residuos ricos en N y largos periodos sin cobertura del suelo, y rotaciones de cultivo que incluyen o no cultivos de cobertura de gramíneas pueden ser una alternativa para reducir las emisiones de N-N2O y reducir el impacto negativo de las emisiones sobre el ambiente. El primer objetivo de esta tesis fue evaluar el desempeño de distintos diseños de cámaras de medición de N-N2O, la estabilidad del registro y el desvío provocado por el efecto cámara. Para esto se realizó un ensayo de campo en Hurlingham (Buenos Aires) evaluando la metodología de “cámara cerrada no estática” con tres diseños de cámaras (C1: 51 cm long. x 37 cm ancho y 10 cm alt. y C2: 18 cm long. x 11 cm ancho y 7 cm alt., ambas rectangulares y C3: 20 cm diámetro y 30 cm alt., cilíndrica) en condiciones contrastantes de N-NO3- y contenido hídrico con los poros llenos de agua (PLLA) del suelo. Las cámaras de menor superficie (C2 y C3) mostraron mayores tasas (206%) respecto a C1. En el análisis de estabilidad, los resultados indicaron que C3 marcó un mejor comportamiento (180%) respecto de las demás. En cuanto al efecto cámara, C2 tuvo los mayores sesgos (13,7%) %) y C3 los menores (3,0%). El segundo objetivo de esta tesis fue determinar las emisiones de N-N2O y su relación con variables del suelo en distintas secuencias de cultivos con participación de soja decreciente e intensificación de uso del suelo creciente. El estudio se realizó sobre un ensayo de campo de larga duración (ELD) entre nov-2011 a nov-2013 en la localidad de Oliveros (Santa Fe). Las secuencias evaluadas fueron: soja-soja (S-S), soja-cultivo de cobertura-soja (S-CC-S), trigo/soja-maíz (T/S-M) y trigo/soja-cultivo de cobertura-maíz (T/S-CC-M) en siembra directa. La secuencia S-CC-S mostró mayor tasa de emisión (tasa media: 19,0 μg N-N2O m-2 h-1 y emisión acumulada: 2,91 kg N-N2O ha-1), siguiendo en orden el monocultivo de soja (10,8 μg N-N2O m-2 h-1 y 1,83 kg N-N2O ha-1). La que registró menores emisiones fue T/S-M (7,8 μg N-N2O m-2 h-1 y 1,33 kg N-N2O ha-1). El contenido de N-NO3- y la temperatura de suelo en S-S y S-CC-S fueron 28% 2% mayor que T/S-M y T/S-CC-M, respectivamente. Además estos tratamientos (S-S y S-CC-S) tuvieron una frecuencia de PLLA(0-20 cm)<40% del 56% y 54% de los casos, respectivamente. El tercer objetivo de la tesis fue cuantificar las variables productivas de las secuencias relacionadas con el nitrógeno (N) para construir balances y analizar el impacto de la emisión de N-N2O sobre el sistema. Las secuencias S-S y S-CC-S superaron significativamente en un 133 y 130% en EAB y EAV. La secuencia T/S-M tuvo similar producción que T/S-CC-M, pero con un 59% menos de N ingresado (IN) al sistema por fertilización y FBN. El cuarto objetivo de la tesis fue generar un modelo que simule la emisión de N-N2O con las variables del suelo estudiadas. Se elaboró a través de regresión múltiple denominado “Modelo 2” que incluyó como variables predictoras a PLLA(0-20 cm) y a Ts(10 cm). Se realizó una validación cruzada, y se determinó una sobreestimación del 21% respecto de las emisiones observadas. El quinto objetivo fue estimar las emisiones de N-N2O utilizando otros modelos: dos modelos de tipo empírico (ecuación de nivel 1-IPCC y SG) y uno funcional (DNDC, versión 9.5). Los modelos, la ecuación de nivel 1-IPCC y DNDC sobreestimaron a las emisiones observadas en un 111% y 100%, respectivamente. Mientras, que el modelo SG las subestimó en un 35%.

N-N2O is emitted from soils because of microbiological nitrification and denitrification and has a GWP 300 times larger than that of CO2 in a 100-year timescale. Soybean monoculture may have a negative impact on N-N2O emissions because of their residues rich in N and the large periods without soil cover in the field. Crop rotation schemes including or not gramineous cover crops can be an alternative to reduce N-N2O emissions and have a positive agricultural impact. The first objective of this thesis was to evaluate the performance of different chambers for measuring N-N2O emissions. In a field trial, different static chambers that varied in size and volume were tested in contrasting soil nitrogen and water availability conditions. Chamber design were: rectangular standard design (C1), rectangular (C2) and a cylindrical chamber (C3). C2 and C3 overestimated 206 % N-N2O emissions respect to C1. Chamber C3 improved the stability (180%) and also, the chamber effect was less in C3 (3%), whereas C2 was greater (13,7%). The second objective of the thesis was to determine N-N2O emissions with different crops sequences that have soybean declining proportion and increasing land occupation. During two years (November-2011 to November-2013), N-N2O was measured in a long-term experiment, in Central Pampas (Oliveros, Santa Fe). Crop rotations were: full season soybean (S-S), soybean-cover crop-soybean (S-CC-S), wheat/soybean-maize (W/S-M) and wheat/soybean-cover crop-maize (W/S-CC-M). S-CC-S showed the largest N-N2O emissions (2,91 kg N-N2O ha-1), while W/S-M emitted the less (1,33 kg N-N2O ha-1). S-S and S-CC-S had an average soil N-NO3- content 28% larger and soil temperature 2% greater than W/S-M and W/S-CC-M. S-S and S-CC-S had more measurements with WFPS<40% (56% y 54% of the cases, respectively). The third objective was to construct N partial balance and to analyze N-N2O emission impact on the system. A comparative analysis of N-N2O emissions between crop sequences showed that S-S and S-CC-S differed respect to W/S-M and W/S-CC-M (+133% EAB, 130% EAV and 241% only with S-CC-S). However, W/S-M had a significantly lower amount of N input (IN) (59%) respect to W/T-CC-M. The fourth objective was to build an empirical model to simulate N-N2O emissions using soil variables. A multiple regression model that included WFPS(0-20 cm) and sT(10 cm) was validated. Finally, the fifth objective was to predict N-N2O emissions by using two empirical (IPCC-Tier 1; SG) and one functional (DNDC) model. The IPCC and DNDC models overestimated N-N2O emissions (111% and 100%, respectively), while SG model underestimated N-N2O emissions (35%).