Abstract The main aim of this review is to examine agricultural water consumption in the Latin American and Caribbean (LAC) regions to understand how climate change will impact water availability and how the application of nuclear and stable isotope techniques can be used as tools for improving water use efficiency (WUE) for crop production. The status of agricultural water management in some LAC countries, such as Argentina, Brazil, Chile, Costa Rica, Cuba, Mexico, Panama, Paraguay, Peru and Uruguay, is also reviewed. In the LAC region, water consumption for agricultural irrigation ranged between 35% and 86% of the total available water. However, the WUE is very low in some LAC countries. Although the region, in general, has adequate water resources, there is still a need to improve WUE to increase the productivity of agricultural water. The impact of climate change in some LAC countries may lead to intensification and expansion of agricultural activity. In these areas, the WUE can be improved through soil and water conservation, minimizing soil evaporation (E), as well as through better irrigation management, especially by using an integrated approach on an area-wide basis to manage all land use activities and farming systems within an agricultural catchment. Nuclear and stable isotope techniques using Keeling Plot or IMB methods can play important roles in improving WUE in agriculture in LAC countries by providing information related to soil water losses for improving irrigation systems.

Resumen El objetivo principal de esta revisión es examinar el consumo de agua por la agricultura en las regiones de América Latina y el Caribe (LAC) para comprender cómo el cambio climático afectará la disponibilidad de agua y cómo la aplicación de técnicas nucleares y de isótopos estables se puede utilizar como herramientas para mejorar el uso del agua (WUE) para la producción de cultivos. También se revisa el estado de la gestión en la agricultura del agua en algunos países de la LAC, como Argentina, Brasil, Chile, Costa Rica, Cuba, México, Panamá, Paraguay, Perú y Uruguay. En la región de LAC, el consumo de agua para riego agrícola varió entre el 35 % y el 86 % del total de agua disponible. Sin embargo, la WUE es muy baja en algunos países de LAC. Aunque la región, en general, cuenta con recursos hídricos adecuados, aún existe la necesidad de mejorar la EUA para aumentar la productividad del agua para la agricultura. El impacto del cambio climático en algunos países de LAC puede conducir a la intensificación y expansión de la actividad agrícola. En estas áreas, la EUA se puede mejorar a través de la conservación del suelo y el agua, minimizando la evaporación del suelo (E), así como a través de una mejor gestión del riego, especialmente mediante el uso de un enfoque integrado en toda el área para gestionar todas las actividades de uso de la tierra y la agricultura dentro de una cuenca. Las técnicas nucleares y de isótopos estables que utilizan los métodos Keeling Plot o IMB pueden desempeñar un papel importante en la mejora de la WUE en la agricultura en los países de LAC al proporcionar información relacionada con las pérdidas de agua del suelo para mejorar los sistemas de riego.

ABSTRACT: Calcium (Ca) is often supplied to crop species to prevent the occurrence of Ca–related disorders. Mechanisms of Ca absorption and transport are not fully understood and the effectiveness of root and/or foliar Ca fertilization may be variable. To characterize the rate of Ca absorption and transport, trials were developed with chili pepper and sweet cherry plants, using 45CaCl2 as a tracer. The Ca treatments supplied were: (1) No 45Ca (control); (2) 45Ca soil application; (3) 45Ca supply to basal leaves, and (4) 45Ca application to apical leaves. After two months, plants were harvested for biomass and Ca content determination. The recovery of 45Ca in different plant parts was measured with a liquid scintillation counter and leaf traits were observed by scanning electronic microscopy. In general, the highest 45Ca concentrations were recovered in treated organs, while root applications led to highest 45Ca translocation rates, which varied between chili pepper and cherry plants. For chili pepper, 45Ca applied to the soil was detected mainly in roots (44 %) followed by leaves (36.6 %) stems (17.4 %) and fruits (2 %). In sweet cherry trees, soil–applied 45Ca was principally recovered in roots (45.3 %), shoots (28.5 %), leaves (14.3 %) and trunks (11.9 %). The results provide evidence of increased absorption of root–applied Ca, as well as different degrees of Ca mobility between species. Foliar application led to major Ca increases in treated leaves, with Ca transported to other plant organs after apical leaf Ca supply chiefly in cherry trees.

The decomposition of organic matter in soil, and the accompanying mineralization and immobilization of inorganic N, are key processes in the soil-plant cycle. It is hypothesized that moisture regime may also play an important role on these processes. Two laboratory studies were carried out to investigate the effect of moisture regime on gross mineralization and immobilization of N, in an Ultisol soil, which was incubated at 25°C, under two moisture regimes, field capacity (CC) (40% w/w) and 85% of field capacity (34% w/w). Using mirror image 15N isotope dilution techniques, it was possible to determine gross nitrification and mineralization rates. The rates of gross mineralization and nitrification were greater with 85% CC, and the direct nitrification rate in this soil was extremely rapid and efficient, specially with 85% CC. The immobilization and the amount of the biomass were greater at CC. The N transformations varied with moisture regime.

La descomposición de la materia orgánica en el suelo, asociada a la dinámica de mineralización e inmovilización del N, son procesos claves en el sistema suelo-planta. Hipotéticamente el régimen de humedad tiene una influencia significativa sobre estos procesos. Para estudiar el efecto del contenido de humedad sobre la mineralización e inmovilización del N, se realizaron dos ensayos de laboratorio en un suelo Ultisol, que se incubó a 25ºC y con dos regímenes de humedad, a capacidad de campo (CC) (40% p/p) y a 85% de CC (34% p/p). Usando la técnica de dilución isotópica 15N y procedimientos de imagen de espejo, se determinó la tasa bruta de mineralización y nitrificación, tanto como la inmovilización del N. Las tasas de mineralización y nitrificación bruta fueron mayores a 85% CC, las tasas de nitrificación directa en este suelo fueron extremadamente rápidas y eficientes en especial a 85% CC. La inmovilización y la cantidad de biomasa fueron mayores a CC. Las transformaciones de N variaron con el régimen de humedad

In the IX Region of Chile, the use of the soil has been intensified due to the increasing demand for higher yields and better wheat (Triticum aestivum L.) quality, leading to an increasing use of nitrogen (N)-fertilizers. In this study three soil tillage systems using 15N were compared to assess the efficiency of recovery of N-fertilizers, and consequently, report on the possibility of reducing the total cost of the crop. The soil management systems compared were: 1) no till and burning crop residues (CL + Q); 2) no till and no burning (CL - Q), which is considered the most protective soil system management, recently adopted by some farmers; and 3) burning crop residues and soil plough down (TRAD). The experimental design was completely randomized blocks with four replicates of each treatment. Commercial Urea fertilizer was used in the "macroplots", whereas Urea labeled with 15N fertilizer, 10% atoms in excess (a. e.) was used in "microplots". The N-fertilizer "recovered" in the soil profile (0 - 80 cm) at the end of the fallow period, prior to seeding the following crop, was 59% for (CL + Q), 58% for (CL - Q), and 49% for (TRAD). By adding the figures of N recovery by plants and soil, the total N recovery was 94; 87; and 81%, for CL + Q, CL - Q and TRAD, respectively.

En la IX Región, Chile, se ha intensificado el uso del suelo a causa de la fuerte demanda por producción y en la calidad del trigo (Triticum aestivum L.), incrementando notablemente el uso de los fertilizantes nitrogenados. En este estudio se compararon tres sistemas de manejo del suelo en un cultivo de trigo, utilizando 15N-fertilizante, para evaluar la eficiencia de recuperación del N fertilizante y, consecuentemente, informar la posibilidad de disminuir su incidencia en los costos totales del cultivo. Los sistemas que se evaluaron fueron: 1) cero labranza y quema de residuos (CL+Q); 2), el sistema más conservacionista de manejo, sin inversión de suelo y manejo de residuos en la superficie, de incipiente uso por los agricultores(CL-Q); y 3) inversión del suelo y uso del fuego para la eliminación de residuos (TRAD). El diseño experimental correspondió a bloques completamente al azar con cuatro repeticiones por tratamiento. Se establecieron macroparcelas manejadas con fertilizante comercial Urea y microparcelas manejadas con Urea marcada, al 10% átomos en exceso de15N (a. e.). El N-fertilizante retenido en el perfil del suelo (0 - 80 cm) al finalizar el período de barbecho, anterior a la siembra de la especie siguiente en la rotación de cultivos, fue 59% para CL+Q, 58% para CL-Q y 49% para TRAD. Sumando los valores de eficiencia de recuperación del N en la planta y en el suelo se totaliza un 94; 87; y 81% para los sistemas CL+Q, CL-Q y TRAD, respectivamente.

Nitrogen fertilization is the most costly production factor in wheat cropping systems on Ultisols, one of the most eroded soil types in Southern Chile. The utilization efficiency of N-fertilizer was assessed in a wheat cultivar (Triticum aestivum L.) growing under three soil tillage systems: Traditional, burning of crop residues/soil plow down (TRAD); no-till/burning (CL+Q), and no-till/no burning (CL-Q). The method used measurements of grain yield, total N uptake by plants and their components: N derived from fertilizer (Nddf) and N derived from soil (Ndds). Physiological N use efficiency, was evaluated for total plant N (EFNt = grain yield/Nddf +Ndds) and for N-fertilizer in plants (EFNf = grain yields/N-fertilizer). 15N-labelled urea, 10 % atom excess (a.e.) was added to the microplots at the rate of 150 kg N ha-1. The fertilizer was applied three times: 10% at planting, 45% at tilling and 45% at jointing stage. There were no significant seasonal differences for wheat grain yield among tillage treatments with yield of 6.7 to 7.5 t ha-1 on 1997/1998 and 4.6 to 5.4 t ha-1 on 1998/99 season. The treatments CL+Q in 1997/1998 and TRAD in 1998/1999 had the highest total N uptake. The CL-Q treatment showed lowest N-fertilizer uptake by plants for each season, while keeping similar grain yields as the other two tillage systems. This led to higher physiological nitrogen use efficiency on grain production per unit of N-fertilizer absorbed by plants.

El desarrollo de nuevos sistemas de manejo de suelo conservacionista está destinado a la protección del recurso suelo. Dado que la fertilización nitrogenada es el recurso de producción de más alto costo en los sistemas de producción de trigo en suelos Ultisoles, uno de los más erosionados en el sur de Chile, se requieren métodos que evalúen la eficiencia de uso de N y su potencial de incremento en estos sistemas. Se evaluó la eficiencia fisiológica o la eficiencia de utilización de N-fertilizante en trigo (Triticum aestivum L.) cv. Dalcahue, bajo tres sistemas de manejo de suelo: tradicional, quema de rastrojos e inversión del suelo (TRAD); cero labranza con quema (CL+Q); y cero labranza sin quema (CL-Q). El uso de la técnica isotópica (15N) permitió un análisis más discriminante de la eficiencia de uso de N en dos estaciones de crecimiento. El método utilizó mediciones de rendimiento de grano, absorción de N total por las plantas y sus componentes: N derivado del fertilizante (Nddf) y N derivado del suelo (Ndds). Se calculó la eficiencia fisiológica de uso de N para N total en la planta (EFNt) y para el N-fertilizante (EFNf). Se aplicaron 150 kg ha-1 de Urea marcada con 15N 10% átomos exceso (a.e.), en forma parcializada, 10% a la siembra, 45% a macolla y 45% a inicio de encañado. El análisis dentro de cada temporada indicó ausencia de diferencias significativas entre medias de tratamientos para rendimiento en grano. La tendencia en magnitud para el rendimiento de grano de trigo para 1997/1998 siguió el orden: CL+Q (7,5 t ha-1), CL-Q (7,0 t ha-1) y TRAD (6,7 t ha-1). Para la temporada 1998/1999, la tendencia siguió el orden TRAD (5,4 t ha-1), CL-Q (4,9 t ha-1) y CL+Q (4,6 t ha-1). Los tratamientos CL+Q en 1997/1998 y TRAD en 1998/1999 presentaron una mayor absorción de N total, 121 y 128 kg ha-1 respectivamente. El tratamiento CL-Q presentó la absorción más baja tanto de N total (102 y 110 kg ha-1)como de Nddf (44 y 46 kg ha-1), para las temporadas 1997/1998 y 1998/1999, respectivamente. Dado que el rendimiento de grano fue similar al obtenido en los otros dos sistemas, éste implicó una EFNf resultante mayor en la producción de grano por unidad de N-fertilizante absorbido por la planta en CL-Q.