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Se han desarrollado muchas tecnologías para medir el contenido y la distribución de nitrógeno en los suelos en todo el campo, así como para medir el efecto del agua y el nitrógeno en la producción de biomasa. Estas tecnologías tienen varias limitaciones ya que no identifican de manera confiable las zonas limitadas en nitrógeno. Ahora hay una nueva tecnología que mide el nitrógeno en las semillas en forma de proteína. Un analizador NIR integrado en la cosechadora mide proteínas, humedad, aceite y almidón en tiempo real a medida que se cosechan los granos. Combinando proteína y rendimiento junto con coordenadas GPS, se genera un nuevo mapa de campo – Mapa de cuadrante de correlación de proteína / rendimiento – que identifica las zonas donde la proteína es baja y el rendimiento es bajo. Estas zonas son donde la aplicación de más fertilizantes nitrogenados producirá una respuesta de rendimiento positiva.

Este artículo describe las tres tecnologías que están disponibles para que los agricultores midan el nitrógeno en el suelo y analiza la aplicación de cada tecnología y el beneficio potencial que se ofrece a los agricultores.

Medición de nitrógeno
There are many scientific reports that demonstrate the relationship between nitrogen and yield in cereal crops, (i.e., wheat, barley, and corn). Nitrogen is required as the seeds sprout and emerge through the soil. If there is not enough nitrogen, then the plant may not develop the full number of tillers which then sets up the yield potential for the crop. During the stem elongation and leaf development stages, nitrogen is required in photosynthesis to produce the sugars and proteins that eventually make up the plant. Insufficient nitrogen during the biomass production stages will limit the size of the plant and the yield of the fruit that it will produce.

Medición de nitrógeno

Por último, durante las etapas de floración y desarrollo de las semillas, el nitrógeno se transporta desde el tallo y las hojas y se utiliza en el desarrollo de las semillas finales. La insuficiencia de nitrógeno puede hacer que la planta reduzca el tamaño y el número de cabezas o mazorcas y, por lo tanto, reduzca el rendimiento. Si hay suficiente nitrógeno y agua en todas las etapas del desarrollo de la planta, entonces la planta debería crecer para alcanzar el potencial de rendimiento total. Si hay un exceso de nitrógeno disponible, se producirá más proteína en las semillas.

Medir el nitrógeno en el suelo, los tallos y las hojas, y luego en las semillas, requiere tres tecnologías diferentes.

1) Pruebas de suelo: se realiza una medición directa de nitrógeno en el suelo recolectando muestras de suelo en todo el campo y enviándolas a un laboratorio donde las muestras se analizan utilizando técnicas analíticas sofisticadas, que incluyen espectroscopía de absorción atómica, análisis de combustión, espectroscopía de emisión de plasma de acoplamiento inductivo , Electrodos selectivos de iones y titulación. El método directo de medición de nitrógeno proporciona una alta precisión, pero está limitado por la cantidad de muestras recolectadas en cada campo y el costo relativamente alto del análisis.

Se pueden realizar mediciones indirectas utilizando escáneres terrestres como EMC-38, radiación gamma o irradiación nuclear. Los mapas de campo generados con estos métodos indirectos no son específicos del nitrógeno sino más bien de la concentración iónica o salina en el campo. Más recientemente, se han desarrollado sensores de campo para medir nitrógeno directamente en campo.

2) Pruebas de tallos y hojas: existen métodos directos para medir el tejido del tallo y las hojas; sin embargo, el proceso requiere caminar por el campo con un sensor manual que mide el color del tejido de la hoja. Alternativamente, se pueden tomar muestras de las hojas y devolverlas a un laboratorio para realizar análisis más precisos y específicos. Sin embargo, el medio más común para medir el nitrógeno en el campo durante las etapas de producción de biomasa es el NDVI (Índice Vegetativo de Densidad Neutra), recolectado usando imágenes satelitales o sensores montados en tractor. Dado que el 70% del nitrógeno utilizado por la planta se produce durante las etapas de elongación del tallo y desarrollo de las hojas, es importante medir el nitrógeno en la planta durante la producción de biomasa.

Monitoreo de nitrógeno
La dificultad de usar el NDVI como medida de nitrógeno es que otros factores también pueden afectar la medición del NDVI. El estrés hídrico, las enfermedades, las heladas, el pH y el tipo de suelo pueden hacer que el tejido de las hojas no se vuelva verde o que se reduzca la biomasa. Además, las mediciones de NDVI pueden saturarse. Una vez que la biomasa alcanza un nivel específico, el NDVI no aumenta. No obstante, NDVI puede proporcionar un medio para medir la salud relativa del cultivo y permitir a los agricultores recargar nitrógeno cuando y donde sea necesario.

3) Prueba de semillas: La espectroscopia de infrarrojo cercano se utiliza en todo el mundo para medir la proteína, el aceite, la humedad y el almidón en los granos y las semillas oleaginosas. Un analizador NIR integrado en la cosechadora (es decir, CropScan 3300H, Next Instruments) mide la proteína, el aceite, la humedad y el almidón en los granos y las semillas oleaginosas a medida que se cosechan. Dado que las proteínas contienen 16% -18% de nitrógeno en peso en forma de aminoácidos, la medición de proteínas proporciona una medición directa del nitrógeno en las semillas. Al graficar la proteína en todo el campo, se puede obtener una medida directa de la disponibilidad y absorción de nitrógeno a alta densidad especial y bajo costo.

Mapeo de proteínas
Tabla de alto rendimiento alto en proteínasAl combinar los datos de proteína y rendimiento recolectados de la cosechadora, se puede desarrollar una imagen más completa de la disponibilidad y absorción de nitrógeno por parte de la planta. Se genera un nuevo mapa llamado mapa del cuadrante de correlación de proteína / rendimiento al correlacionar la proteína y el rendimiento en todo el campo. Al etiquetar las coordenadas GPS con la proteína y los datos de rendimiento, este mapa identifica cuatro zonas de rendimiento de dónde y cuánto nitrógeno ha sido utilizado por el cultivo en varias etapas del ciclo de crecimiento. El gráfico muestra las cuatro zonas:

Azul : bajo rendimiento – alto contenido de proteínas
Verde : alto rendimiento – alto contenido de proteínas
Rojo : bajo rendimiento – bajo en proteínas
Amarillo : alto rendimiento – bajo en proteínas
Las zonas donde la proteína es baja son donde el nitrógeno ha limitado el crecimiento de la planta y eventualmente las semillas. Las zonas donde la proteína es alta son donde ha habido suficiente o exceso de nitrógeno para asegurar que se ha alcanzado el potencial de rendimiento completo y se ha optimizado el contenido de proteína.

Investigaciones de Australia, Reino Unido, Canadá y EE. UU. Muestran que para los cultivos de trigo y cebada, cuando el contenido de proteína de los granos es inferior al 11,5%, el cultivo habría logrado una respuesta de rendimiento positiva con la adición de más fertilizante nitrogenado. Al identificar las zonas bajas en proteínas dentro de un campo, se proporciona un medio simple y preciso de generar prescripciones de fertilización con nitrógeno de tasa variable.

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