Estimación del balance hídrico, de Nitrógeno y su lixiviación en un suelo volcánico de uso agrícola, Cartago, Costa Rica

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Ambiental) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Química, 2021Actualmente en Costa Rica la agricultura representa un sector productivo de importancia económica, particularmente en el distrito de Tierra Blanca de Cartago, el cual produce más del 70% de las hortalizas a nivel nacional. Sin embargo, de forma involuntaria y por condiciones climáticas, el nitrógeno utilizado para fertilización puede desplazarse debajo de la zona radical ocasionando problemas económicos para el productor y podría comprometer la calidad del agua subterránea para consumo humano. Ante esta problemática la presente investigación plantea implementar mecanismos de balance para entender el comportamiento del agua y el nitrógeno en el subsuelo de un campo agrícola. Para esto se realizó una caracterización del suelo de la zona de estudio y se implementaron sistemas para la recolección de datos meteorológicos y sensores de humedad para calcular el balance de agua mediante uso de sensores de permitividad dieléctrica relativa y el método de Darcy. Posteriormente se calcula el balance de nitrógeno a una profundidad de 130 cm en el perfil del suelo. El estudio fue realizado para un ciclo de cultivo de zanahoria comprendido de 1 de diciembre del 2019 al 22 de febrero del 2020 y otro de papa el cual inicio el 29 de marzo del 2020 y finalizó el 4 de julio de 2020. Se determinó que el suelo de la zona cuenta con características fisicoquímicas e hidráulicas que se comportan de manera homogénea y posee una textura franco arenosa. Durante el estudio se determinó que en el desarrollo de ambos ciclos de cultivo y utilizando ambos métodos de balance, se produce una lixiviación de nitrógeno por debajo de los 130 cm de profundidad, la cual parece estar ligada directamente al comportamiento de las precipitaciones en la zona, obteniendo una lixiviación dos veces mayor durante el cultivo de papa en el cual se presentaron los mayores eventos de lluvia alcanzando eventos de 68 mm. Por otro lado, el suelo muestra una tendencia a acumular nitrógeno en periodos de poca precipitación y a movilizarlo en temporada lluviosa. Este estudio presenta un método de acercamiento para comprender el comportamiento del nitrógeno en suelos agrícolas y una base para desarrollar estudios con el fin de entender el riesgo que representa las pérdidas de fertilizantes nitrogenados al subsuelo.In Costa Rica, agriculture represents a productive sector of great importance, especially in Tierra Blanca, Cartago. However, this activity can cause some environmental problems, such as contamination of groundwater sources coming from fertilizers. This research was aimed to implement water and nitrogen balance mechanisms to better understand their behaviour in the subsoil of an agricultural field. For this, a characterization of the soil was carried out. Meteorological data and humidity sensors were implemented to calculate the water balance using relative dielectric permittivity sensors and the Darcy method. A nitrogen balance at a depth of 130 cm in the soil profile was performed. The study was carried out for both a carrot crop (from December 1st, 2019 to February 22nd, 2020) and a potato crop (from March 29th, 2020 to July 4th, 2020). Our results showed that the soil in the area has physical, chemical and hydraulic characteristics that behave homogeneously with a sandy loam texture. It was determined that in the development of both crops cycles and using the two different balance methods (relative dielectric permittivity sensors and the Darcy method), a nitrogen leaching occurred below 130 cm of depth, which seems to be directly linked to the behaviour of rainfall in the area. The leaching pattern was two times greater during potato cultivation, in which the most extensive rainfall events occurred up to 68 mm. On the other hand, the soil tends to accumulate nitrogen in periods of little precipitation and mobilize it in the rainy season. This study presents an approach method to understand the behaviour of nitrogen in agricultural soils and a basis for developing studies to understand the risk represented by the losses of nitrogen fertilizers to the subsoil