Historical balance of nitrogen, phosphorus, and sulfur of the Argentine Pampas

Abstract

Se realizó un balance de superfice de nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S) para la Región Pampena desde 1870 a 2010, período en que se produjo la expansión agrícola en la región. Para N se computaron como entradas el aporte atmósferico, la fijación simbiótica y la fertilización. Las salidas fueron la exportación en grano y productos animales. Para P y S el balance incluyó como entradas el aporte atmosférico y la fertilización y como salidas las mismas que para N. El balance se calculó en forma anual y acumulada y también se calculó la relación salida/entrada anual. Las bases de datos fueron censos nacionales y estadísticas oficiales para estimar las salidas y se hicieron estimaciones de aporte atmosférico, fijación simbiótica y consumo de fertilizantes. La entrada de N fue de 202 Mt, siendo el aporte atmósférico (36%) y la fijación simbiótica (58%) los componentes principales. La salida fue de 76 Mt, con la exportación en grano como principal factor (83%); resultando en un balance positivo de 126 Mt. Este flujo equivale a un cuarto del stock de N de los suelos hasta 1 m. Otros estudios mostraron que no se produjeron cambios en los stock de N pampeano entre 1960-80 y 2007-2008, período durante el cual el balance de N fue de +52 Mt. En consecuencia, se estimaron pérdidas gaseosas o por lixiviación durante este lapso de 26 kg ha-1 año-1. Para fósforo la entrada fue 4,2 Mt, con mayor peso del componente fertilizantes (67%) y la salida de 12,2 Mt, generado sobre todo por la cosecha de granos (76%), determinando un balance negativo de -8,0 Mt. La entrada de azufre fue de 3,9 Mt, principalmente generada por la atmósfera (81%) y la salida de 5,6 Mt, debido sobre todo a la exportación en grano (82%), con un balance negativo de -1,7 Mt. Estos resultados indican pérdida de P y S desde las reservas de los suelos. La relación salida/entrada de N pasó de 0,2 a 0,7 en el lapso estudiado, mientras que para P y S ha sido mayor a 1 desde hace décadas.

A surface balance for nitrogen (N), phosphorus (P), and sulfur (S) was performed for the Argentine Pampas during the 1870- 2010 time interval, comprising the agricultural expansion period in the region. Nitrogen inputs accounted in the balance were atmospheric deposition, symbiotic fixation, and fertilization. Outputs included were grain harvest and livestock products. P and S balances included atmospheric deposition and fertilization as inputs and the same outputs than in the case of N balance. Annual and cumulative balances were calculated and also an annual output/input ratio. National information and official statistics were used to determine the nutrient outputs whereas atmospheric deposition, symbiotic fixation, and fertilizer inputs were estimated. Cumulative N input was of 202 Mt, atmospheric deposition (36%) and symbiotic fixation (58%) represented the main components. The output was of 76 Mt, with grain harvest as main factor (83%), thus resulting in a positive N balance of 126 Mt. This nutrient flow is equivalent to one quart of the soil N stock to 1 m depth. As previous studies showed that soil N stock did not changed between 1960-1980 and 2007-2008, period during which a positive N balance of 52 Mt was calculated, this resulted in a loss of 26 kg ha-1 yr-1 due to gas emissions and leaching in recent decades. Phosphorus input was 4.2 Mt, mainly explained by fertilization (67%), and the output was 12.2 Mt, generated mainly by grain harvest (76%), which determined a negative balance of -8.0 Mt. Sulfur input was 3.9 Mt, mainly determined by atmospheric deposition (81%) and the output was 5.6 Mt, mainly due to grain harvest (82%) resulting also in a negative balance of -1.7 Mt. These results indicate P and S losses from soil stocks. The N output/input ratio varied from 0.2 to 0.7 along the study period, while the P and S ratios have been higher than 1 since decades.