U NIVERSIDAD N ACIONAL DE M AR DEL P LATA F ACULTAD DE C IENCIAS A GRARIAS F ERTILIDAD Y M ANEJO DE...
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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.
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FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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
Unidad 9: AzufreCursada 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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.
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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.
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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.
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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
Unidad 9: AzufreCursada 2014
0
20
40
60
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100
120
140
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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
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0 200 400 600 800
Contenido de S (mg kg-1)
Pro
fund
idad
(cm
)UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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Contenido de S (mg kg-1)
Pro
fund
idad
(cm
)
Ustol
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Contenido de S (mg kg-1)
Pro
fund
idad
(cm
)
Oxisol
0
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S Inorgánico
S Orgánico
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Factor Intensidad:Factor Intensidad:
Factor Cantidad:Factor Cantidad:
SO4-2SO4-2
Orgánico (COS / CS)Orgánico (COS / CS)
SalesSalesIntercambiableIntercambiable
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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
-
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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
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14
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0 50 100 150
Días de incubación
S-S
O4-2
(m
g k
g-1
)
Pastura
Cultivo
05
1015202530354045
0 50 100 150
Días de incubación
S-S
O4
-2 (
mg
kg
-1)
Balcarce
Anguil
05
101520253035404550
0 50 100 150
Días de incubación
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
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Unidad 9: AzufreCursada 2014
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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.
Unidad 9: AzufreCursada 2014
Efecto del contenido de S total y de la temperatura sobre la mineralización de S.
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Contenido de MO y de S Contenido de MO y de S mineralizablemineralizable
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Oxidación del S-2 y S0
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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
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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
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Porcentaje del S0 oxidado a SO4-2
en función del contenido de humedad. Adaptado de Havlin et al. (2005).
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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.
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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).
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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%) > >
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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
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Síntomas de deficiencias de S en maíz y trigo
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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
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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
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
N= 66% del total acumulado en floración
S= 36% del total acumulado en floración
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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
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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.
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Unidad 9: AzufreCursada 2014
Adaptado de Gester y Novello (2003).Adaptado de Gester y Novello (2003).
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
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.
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3. Indirectos no destructivos: clorofilómetro3. Indirectos no destructivos: clorofilómetro
Análisis de suelo
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
“En general las metodologías de suelo presentan elevada variabilidad interlaboratorios por baja precisión”.
Precaución: considerar profundidadPrecaución: considerar profundidad
Unidad 9: AzufreCursada 2014
Relación entre el rendimiento relativo de trigo y la disponibilidad de S-SO4
-2 a la siembra. Adaptado de Reussi Calvo et al. (2008).
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Unidad 9: AzufreCursada 2014
¿Por qué mayor rta en soja de 2da para para un mismo nivel de SO4-2?
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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).
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FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Unidad 9: AzufreCursada 2014
Respuesta del cultivo de trigo al agregado de S en el sudeste bonaerense. Adaptado de Reussi Calvo et al. (2012).
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Unidad 9: AzufreCursada 2014
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).
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Unidad 9: AzufreCursada 2014
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
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FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Unidad 9: AzufreCursada 2014
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
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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.
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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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