Diseño e implementación de un sistema de liberación prolongada de urea en un cultivo de trigo

Abstract

La urea es uno de los fertilizantes de mayor uso a nivel mundial debido a que es capaz de aportar hasta un 46% de nitrógeno. Sin embargo, el nitrógeno aportado por la urea presenta pérdidas al medio ambiente que pueden llegar a ser del 70% hasta el 90% del total aplicado. Las pérdidas de nitrógeno se pueden llevar a cabo mediante procesos lixiviación, desnitrificación y volatilización. El Estado de Sonora es uno de los mayores productores agrícolas del país, siendo el trigo uno de los cultivos de mayor importancia y uno de los cultivos en los cuales la fertilización nitrogenada juega un rol importante. Así mismo, el Estado de Sonora produce alrededor del 54% del trigo producido a nivel nacional. Por lo que, se observa la importancia de este cereal en Sonora, lo cual afecta directamente la economía y el estado social de las comunidades cercanas. Durante esta investigación se diseñó, caracterizó e implementó un sistema de liberación prolongada de urea (SLPU), el cual tiene como objetivo reducir las pérdidas del nitrógeno al medio ambiente, mantener o mejorar las condiciones del suelo agrícola tanto en textura como en variaciones de las comunidades microbiológicas. Además, se analizó el SLPU en un cultivo de trigo donde se midió la calidad del producto obtenido. Se obtuvo un SPLU con morfología de pastilla con un diámetro promedio de 2.46±0.07 cm y una estructura aparentemente homogénea, las micrografías de SEM corroboraron una estructura simétrica con presencia de porosidades tanto en la sección superficial como en la sección transversal. La cinética de absorción de agua demostró que el SLP sin urea presentó un contenido de agua en el equilibrio de 59.15±0.55%, mientras que el SLPU presentó 58.47±1.50% de agua, es decir, tanto SLP como SLPU tienen la capacidad de absorber y retener agua en la etapa de equilibrio. El análisis de FT-IR mostró una fuerte interacción a través de puentes de hidrógeno entre los grupos amino y carbonilo de la urea y de las proteínas del gluten de trigo. Así como, se demostró la ausencia de la urea una vez que se liberó completamente a partir del SLPU. En el ensayo de liberación, el SLPU logró liberar el 97% de la carga total de urea, en un tiempo de 8 h. Se demostró que la absorción y desorción de urea se basa en la isoterma de Freundlich (Tipo III) y la modelación propone modelo de transporte de masa unidireccional en el eje Z. Además, durante la modelación matemática para la obtención del coeficiente de difusión efectiva, el SLPU mostró un coeficiente de D = 1x10-6 cm2/min con una R2 = 0.82 en el SLPU con bloqueo y D = 2.1x10-6 cm2/min con una R2 = 0.78 en el SLPU sin bloqueo, lo cual indicó que el bloqueo de un eje de libración no mostró mayor efecto. Estos valores, comparables con los reportados en la literatura de productos en venta, fueron favorables. El SLPU aplicado al suelo o durante el experimento de lixiviación logro disminuir las pérdidas de nitrógeno su forma de NO3- y NH4+. La eficiencia del SLPU para reducir las pérdidas de nitratos durante el primer riego fue del 73.75% para el suelo Valle de Empalme (VE), mientras que para el amonio fue del 63.33%. La eficiencia de SLPU para nitratos en el suelo del Departamento de Agricultura y Ganadería de la Universidad de Sonora (DAGUS) fue del 84.02%, mientras que para el amonio fue del 24.91%. la efectividad de la SLPU para los nitratos durante el segundo riego para el suelo del VE fue del 46,23%, mientras que para el amonio fue del 100%. La eficiencia de SLPU de los nitratos para el suelo DAGUS fue del 27,32%, mientras que para el amonio fue del 87,94%. La variación de la población microbiana para el suelo VE fue de 11,500 CFU/g.s.s. inicialmente y, después de la aplicación del SLPU, aumentó a 100,000 UFC/g.s.s., mientras que el suelo DAGUS fue inicialmente de 6,800 UFC/g.s.s. y, después de la aplicación del sistema, aumentó a 60,000 CFU/g.s.s. El rendimiento de trigo para el SLPU fue mayor presentando 8.05±0.73 ton ha-1, mientras que para el tratamiento con 150 kg de N ha-1 fue de 6.09±0.17 ton ha-1 y para el tratamiento con 0 kg de N ha-1 fue de 7.01±0.40 ton ha-1. Por lo que se concluye que el SLPU tiene la capacidad de funcionar como un fertilizante de liberación prolongada, mantener la calidad del suelo agrícola, aumenta la población microbiana, disminuir las pérdidas de nitrógeno al medio ambiente y por consiguiente obtener un producto de calidad.