Riego y fertilización nitrogenada en maíz (zea mays l.): efecto sobre el rendimiento del cultivo y la contaminación subterránea por nitratos
Authors:   , Poch Massegú Ricard 
Published: July 2023

Intensive farming often leads environmental consequences. This is the case of the study area of this thesis: the Empordà, a region with a variety of intensive crops (fruits, cereals, forage,...) and manifest problems of groundwater pollution by nitrates whose origin points also to agricultural practices in the area.
The work has focusen on monoculture production of corn for grain with furrow irrigation and mineral nitrogen fertilization. Within this framework, objectives has been defined as: (1) to evaluate the influence that irrigation and nitrogen fertilization have on production and environmental impacts (groundwater pollution by nitrates), and (2) to evaluate an implement simulation codes to deepen in knowledge of irrigation and crop management in the area.
It has been defined an experimental test of two years on the same plot where five modules -with eight furrows each- of surface irrigation has been set for evaluating performance irrigation. On these modules has been sown corn and defined five different treatments -with three replicates each- resulting from the interaction of three doses of mineral nitrogen fertilizer (0, 210, and 500 kg N/ha) and two types of fertilizer: conventional (with two applications) an low release (with one application). The corn crop management was carried out according to standard practices in the study area.
The experimental plot has been intensively monitored and sampled for monitoring and for quantifying all the variables that have influenced the behavior of irrigation and crop response to the treatments done. This information has also been used for to calibrate and/or to validate the RAIEOPT, EVASUP2, SIMRAIE, SIRMOD, HYDRUS, and STICS codes.
The conclusions drawn from the results obtained on the irrigation system are: (1) first irrigation behaves very differently from other irrigations of the campaign, (2) the environment conditions where irrigation is developed are variable (furrow cross section, infiltration, soil compactation, and surface roughness) and influence on the behavior of irrigation, (3) the total dose of applied water did not exceed in any case 75% of the theoretical needs of the crop, (4) the simulation codes that best reflect observed irrigation behavior are RAIEOPT for calculating the average infiltration function and SIMRAIE for estimating doses of water infiltrated along the furrow, and (5) in the conditions experienced, the dose profiles of the infiltrated water along the furrows are practically flat.
In terms of crop response to experimental scenarios tested is concluded that: (1) treatment with no application of nitrogen fertilizer has a grain yield of about 40% lower than the other treatments, (2) there are no differences in crop yield rates on treatments with some application of mineral fertilizer nitrogen, (3) the nitrogen leaching losses are associated with periods of drainage and are proportional to soil nitrogen content at the beginning of these periods, and (4) there has been no drainage during the two irrigation periods tested.
Finally, on the simulation of soil-plant-atmosphere with STICS code is concluded that: (1) STICS is a useful tool for simulating the agricultural system in scenarios with and without crops, and (2) STICS tends to overestimate the risk of nitrate leaching observed in plot.
L’agricultura intensiva normalment porta associades conseqüències sobre el medi ambient. Aquest és el cas de l’àrea d’estudi de la present tesi doctoral: l’Empordà, una regió amb gran varietat de cultius intensius (fruiters, cereals, farratges,...) i amb problemes manifestos de contaminació d’aigües subterrànies per nitrats l’origen dels quals apunta, també, a les pràctiques agrícoles de la zona.El treball realitzat s’ha centrat en el monocultiu de blat de moro per a producció de gra amb reg per superfície en solcs i amb fertilització nitrogenada mineral. En aquest marc, s’han definit com a objectius (1) avaluar la influència que el reg i la fertilització nitrogenada tenen sobre la producció i l’impacte ambiental (contaminació subterrània per nitrats) i (2) avaluar i aplicar codis de simulació que permetin aprofundir en el coneixement del sistema de reg i el maneig del cultiu a la zona.S’ha plantejat un assaig experimental de dos anys de durada sobre la mateixa parcel•la experimental. En ella s’han configurat cinc mòduls de reg de 8 solcs cadascun per a l’avaluació del comportament del reg. Sobre aquests mòduls s’ha sembrat blat de moro i s’han definit cinc tractaments diferents (amb tres repeticions cadascun) fruit de la interacció de tres dosis de fertilitzant mineral nitrogenat (0, 210 i 500 kg N/ha) i dos tipus de fertilitzant: convencional (amb aplicacions de fons i de cobertora) i d’alliberació gradual (amb una aplicació de fons). El maneig del cultiu s’ha realitzat segons les pràctiques habituals de la regió.La parcel•la experimental s’ha monitoritzat i s’han pres mostres intensivament per a fer un seguiment i quantificar totes les variables que han influït en el comportament del reg i en la resposta agronòmica del cultiu als tractaments realitzats. Amb aquesta informació s’han calibrat i/o validat els codis de simulació RAIEOPT, EVASUP2, SIMRAIE, SIRMOD, LIXIM, HYDRUS i STICS.De l’anàlisi dels resultats obtinguts, sobre el sistema de reg per superfície es conclou que: (1) que el primer reg es comporta de forma molt diferent a la resta de regs de la campanya; (2) que les condicions del medi on es desenvolupa el reg són variables (secció transversal del solc, infiltració, compactació i rugositat del sòl) i influeixen en el comportament del reg; (3) que les dosis totals d’aigua aplicades no han superat en cap cas el 75% de les necessitats teòriques del cultiu; (4) que els codis de simulació que millor reflecteixen el comportament del reg observat són el RAIEOPT pel càlcul de la funció mitjana d’infiltració en solcs i el SIMRAIE per preveure les dosis d’aigua infiltrades al llarg del solc de reg; i (5) que, en les condicions experimentades, els perfils de les dosis d’aigua infiltrades al llarg dels solcs són pràcticament horitzontals.En quant a la resposta del cultiu als escenaris experimentals realitzats es conclou que: (1) el tractament sense aportació de fertilitzant nitrogenat té un rendiment en producció de gra de prop del 40% menor que la resta de tractaments; (2) no s’observen diferències en els índexs de rendiment del cultiu entre els tractaments amb alguna aportació de fertilitzant mineral nitrogenat; (3) les pèrdues de nitrogen per lixiviació van associades a períodes dedrenatge i són proporcionals al nitrogen present en el sòl a l’inici d’aquests períodes; i (4) no s’ha produït drenatge durant els períodes de reg assajats.Finalment, sobre la simulació del sistema sòl-planta-atmosfera amb el codi STICS es conclou que: (1) STICS és una eina útil de simulació del sistema agrícola en escenaris amb i sense cultiu; i (2) STICS tendeix a sobreestimar els risc de lixiviació de nitrats observat en parcel•la.