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Perspectivas en el uso eficiente de fertilizantes, nuevas tecnologías y retos en el futuro de una agricultura sostenible
Raúl Jaramillo V. Ing. Agr. Ph. D. International Plant Nutrition Institute rjaramillo@ipni.net
La Antigua Guatemala, Agosto 10, 2015
El IPNI (International Plant Nutrition Institute)
!! Conocido anteriormente como el INPOFOS (PPI), fundado en 1935. !!MISIÓN:
!!Fomentar el desarrollo y difusión de la información científica sobre la nutrición de los cultivos !!Recursos de 21 compañías y 7 organizaciones
afiliadas !! ESTRATEGIA:
!!Oficinas regionales para las Américas (7), Asia (6), Este de Europa, Australia y África. !!Grupos de trabajo en áreas como la eficiencia del
uso de nutrientes, agricultura de precisión, herramientas para el manejo de la nutrición en trigo, maíz, soya; impacto del uso de nutrientes en el medio ambiente y otros.
http://nla.ipni.net
www.ipni.net
http://mca.ipni.net
http://lacs.ipni.net http://brasil.ipni.net
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La encrucijada en la producción de alimentos
Patrick Heffer and Michel Prud’homme, IFA Fertilizer Outlook 2015. Fuente original FAO
Record de producción en 2014
La encrucijada en la producción de alimentos
!!La población mundial pasó de 3 a 7 mil millones desde 1960 a la fecha.
!!El consumo de cereales y carne per cápita aumentó un 80% y 100% en el mismo periodo.
!!Todavía uno en seis seres humanos está crónicamente hambriento.
!!Las Metas del Desarrollo Milenio para acabar con el hambre están en riesgo – Doble de alimentos en 2040.
!!Banco Mundial – al menos 50% más alimento en y 85% más carne en el 2030
La encrucijada en la producción de alimentos
!!Aproximadamente la mitad de la población mundial está viva gracias a los alimentos producidos con el uso de fertilizantes (IFDC) y la agricultura convencional.
!!La producción anual de fertilizante está en cerca de 230 Mt (2014).
!!Los precios de fertilizantes y de granos más oleaginosas tienen relación.
!!Podemos decir que el fertilizante es accesible en los esquemas actuales de producción de alimentos.
Cosechas records en 2013 y 2014
PotashCorp, 2014
Importaciones records de oleaginosas
USDA, 2014. Slide cortesía de PotashCorp
Producción e importación aceite de palma
USDA, 2014. Slide cortesía de PotasCorp
Producción y exportación azúcar
USDA, 2014. Slide cortesía de PotashCorp
Producción y consumo de azúcar en 2015 son aproximadamente iguales
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Producción Consumo
USDA Sugar: World Markets and Trade, Mayo 2015
Reservas sin embargo a la baja
USDA, 2014. Slide cortesía de PotashCorp
Llenando la demanda de alimentos
1.! Más tierra sembrada (uso de recursos) 2.! Mejores rendimientos y productividad
!!Fertilizantes inteligentes (innovaciones con patente) !!Inteligencia al usar fertilizantes
(más conocimiento, difícil de patentar!)
El consumo de fertilizante en América Latina, segundo en el mundo
Slide Dr. Terry Roberts “Fertilizantes para la vida”
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Rendimientos Promedio de Maíz en EE.UU. 1965-2012
Modificado de Cassman et al., 2006. Convergence of Agriculture and Energy. CAST (con autorización)
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Híbridos doble-X a híbridos simple-X
Expansión del área con riego, mayores dosis de fertilizante nitrogenado
Análisis de suelos, fertilización balanceada NPK, labranza de
conservación
Resistencia transgénica a insectos (Bt)
Manejo integrado de
plagas
Sembradoras de precisión de alta
velocidad
Tractores con auto piloto
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Slide cortesía Dr. Steve Phillips
Ambiente saludable
Objetivos del Sistema de cultivo
Rentabilidad Productividad
Dosis Fuente
Fuente adecuada, en la dosis, época y sitio adecuados
Lugar Momento
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Como determinamos la eficiencia de uso de nutrientes
!!Dobermann (2007)
!!Numerosos métodos (EA, EF, BPN, FPP….)
!!Eficiencia de recuperación del N para la mayoría de campos en el mundo es <40%
!!Mejores administradores con mucho mejores valores
!!NUE no siempre son fáciles de interpretar
!!Especialmente en sistemas con altos rendimientos
Slide cortesía Dr. Paul Fixen
Eficiencia de recuperación por el método de balance para P o K
!!Método de balance: nutriente removido por el cultivo / nutriente aplicado
!El mismo que la relación remoción:uso cuando se utiliza el concepto de mantenimiento de la fertilidad.
!!Revisión global por Syers, Johnston and Curtin (2008).
!Cuando los suelos se mantienen cerca de su valor crítico para los rendimientos de los cultivos, la eficiencia de uso del fertilizante P excede frecuentemente el 90%
Slide cortesía Dr. Paul Fixen
Vitousek et al. (Science, 2009).
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Entradas y salidas de N y P con alternativas de manejo.
Slide cortesía Dr. Paul Fixen
Los 4R del manejo de nutrientes son universales
1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas
Dosis Fuente
Momento Lugar
Fuentes de Fertilizantes
!!La selección de fuentes de fertilizantes y enmiendas edáficas es un paso esencial, pero no suficiente para asegurar altos rendimientos.
!!Si existen fallas en el manejo agronómico las fuentes en sí mismas no pueden “corregir” los problemas (agua, pestes).
Análisis de suelos: Información
Existe gran variabilidad espacial en los suelos. Para entenderla es indispensable hacer análisis de laboratorio.
Mapas de Prochnow, 2008
Manejo de la acidez del suelo
!!La acidez del suelo controla la disponibilidad de un nutriente.
!!El manejo de la acidez es distinto de acuerdo a la mineralogía del suelo.
Fuente: Malavolta (1992)
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pH
Hierro, Cobre, Manganeso y Zinc
Molibdeno y Cloro
Nitrógeno, Azufre y Boro
Fósforo
Potasio, Calcio y MagnesioAluminio
Encalado del suelo en Caña
!!Suministro de Ca y Mg
!!Aumenta la disponibilidad de nutrientes, especialmente P.
!!Disminuye la toxicidad de Al3+, Fe2+ y Mn2+
!!Aumenta la mineralización de la materia orgánica
!!Aumenta la fijación biológica de N (Beijerinckia)
!!Mejora la agregación del suelo
Vitti, 2005
Toxicidad de aluminio
•!La toxicidad de aluminio, característica de suelos ácidos inhibe la formación de raíces laterales.
•!El suministro de Ca contrarresta esta expresión por la precipitación de Al3+
Fotografías, McCray et al, 2013
Encalado del suelo
!!Las recomendaciones de encalado para suelos tropicales (carga variable) no debe tener como meta el control del pH !!! !!La medida de manejo es la CIC, relación de bases, cambios en Ca y Mg, reducción en el Al intercambiable.
Producción y mercado de fuentes nitrogenadas
Fuente: PotashCorp, 2014
Ciclo del Nitrógeno
Nitrógeno atmosferico
Fijación y deposición
Residuos animales
y biosólidos
Fijación industrial (fertilizantes) Cosecha
Volatilización
Denitrificación
Escorrentía erosión
Percolación
Nitrógeno orgánico
Amonio (NH4)
Nitrato (NO3)
Residuos vegetales
Fijación biológica por leguminosas
Absorción
Cosecha
Residuos animales
y biosólidos
Nitrógeno orgánico
Amonio (NH4)
Residuos vegetales
por leguminosas Absorción
Residuos
Fijación biológica por leguminosas
animales y biosólidos
Fijación biológica por leguminosas Fijación biológica por leguminosas
Amonio (NH
Absorción
Denitrificación
Nitrato (NO3)
Absorción Absorción
Nitrato
Absorción Absorción
Nitrógeno atmosferico
Fijación industrial (fertilizantes)
Escorrentía erosión
Volatilización
atmosferico
Volatilización
Cosecha Fijación industrial
- +
Concepto de los límites del planeta (Johan Rockström)
!!Nueve límites identificados
!!Cruzar el umbral de estos límites puede causar cambios irreversibles en el ambiente
!!Concepto algo incierto pero muy popular en la actualidad
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N
P
Condiciones que favorecen las pérdidas por volatilización
!!Aplicación de dosis altas
!!Elevado pH
!!Alta temperatura del suelo
!!Rápida evaporación del agua
!!Contenido bajo de humedad del suelo
!!Baja capacidad de intercambio catiónico
Condiciones que favorecen las pérdidas por volatilización
Amoníaco anhidro Agua amoniacal Nitrato de amonio Sulfato de amonio Tiosulfato de amonio (líquido) DAP MAP Urea Nitrato de potasio Soluciones de N (UNA)
82 16-25 33.5 21
18.9 16-18 10-12
46 13-14 21-49
NH3 NH4OH NH4NO3 (NH4)2SO4 (NH4)2S2O3 (NH4)2HPO4 NH4H2PO4 NH2CONH2 KNO3 ----
Fuentes de Nitrógeno Fuentes Fórmula N (%)
Materiales Recubiertos Urea recubierta con polímeros
!!Gránulos cubiertos por polímeros de diferente naturaleza
!!La liberación de N controlada por la difusión
!!Principales factores que afectan la liberación !!Grosor de la cobertura !! temperatura !!Humedad
!!El mecanismo es el siguiente:
El agua penetra a través de la capa del polímero
El N se disuelve dentro del gránulo
Difusión controlada por la temperatura
A la solución del suelo
El N sale a través del polímero
Efecto de las fuentes de N en el rendimiento de maíz en siembra directa
Testigo sin N: 7.1 t ha-1
8.7 9.610.9
9.9 11.1 12.0 10.2 11.3 12.0
0
2
4
90 180 270 N aplicado antes de la siembra al voleo a la superficie, kg ha-1
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1 Urea URP Nitrato de amonio
12
6
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Kansas, tres años de siembra
Materiales estabilizados
!!Inhibidores de la nitrificación
!!Inhibidores de la ureasa
!!Los inhibidores de ureasa controlan el proceso de la hidrólisis de urea
!La forma más lenta de trasformación de la urea a N amoniacal puede reducir significativamente el potencial de volatilización de NH3
CO(NH2)2+ H+ + H2O 2NH4+ + HCO3
- ureasa
NH4+ NH3 + H+
Materiales Estabilizados Inhibidores de la ureasa
Efecto del NBPT N [(n-butyl)-triamida tiofósforica] en la recuperación aparente de N en algodón
Earnest y Varco, 2006
Banda superficial Voleo
60.7
40.6 31.3
5.1 21.2
0
10
20
30
40
50
60
70
UNA + Agrotain
UNA Urea + Agrotain
Urea Nitrato amonio
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Mississippi, EEUU
El fósforo, esencial para la vida
!!Con el N, el P controla la productividad de la mayoría de ecosistemas terrestres.
!!Mientras el N es escaso por su movilidad, el P es deficiente por su escasa disponibilidad
!!Contrario al N, el P no existe en estado gaseoso.
Manejo de las fuentes fosforadas
!!América latina consume más P que Norteamérica
!!Las fuentes fosforadas varían en su solubilidad y reacción en el suelo (SFT, STP casi no están presentes)
!!La medida de la Eficiencia del P ha cambiado, con un enfoque al largo plazo (Balance parcial de Nutrientes)
!!El manejo de la materia orgánica es fundamental
!!En otros cultivos el manejo de la arquitectura de raíces ha resultado en marcados incrementos en la absorción de P.
!!La fertigación con P soluble (ácido fosfórico) es posible, técnicas de lenta distribución con riego regular (Cenicaña)
Las raíces de la nueva revolución verde (Dr. Jonathan Lynch)
Reservas de P a nivel mundial
US Geological Service, 2013. Slide cortesía de Canpotex
El pico de la producción de P
Curva basada en Cordell et. al. 2009
!!Algunos afirman que el P está desapareciendo y puede ser muy escaso al final de este siglo
Fuente: Our Nutrient World, INI, 2013
El pico de la producción de P
!!Pero las revisiones a las existencias a nivel mundial no respaldan esto
Fuente: Our Nutrient World, INI, 2013
Uso de roca fosfórica y fosfatos no solubles en agua solubles en agua solubles en agua •! Los fertilizantes P acidulados deben poseer un
porcentaje alto de fosfato soluble en agua (90%) y todo el P soluble en citrato
•! Se necesita grandes cantidades de energía e insumos para producir fosfatos solubles en agua.
•! Se descartan partes de apatita concentrada.
•! Es realmente necesaria esta cantidad de fosfato soluble en agua?
Slide autoría Dr. L Prochnow
Manejo de las fuentes fosforadas
!!El superfosfato simple (escaso) contiene del 10-12% de S y por lo tanto tiene beneficios adicionales.
!!DAP y MAP aportan N y son altamente solubles, son los más comunes en América Latina.
!!La roca fosfórica tiene poca o ninguna solubilidad cuando el pH del suelo excede 6.
Uso de roca fosfórica y fosfatos no solubles en ácido cítrico
PREGUNTA/ CARACTERISTICAS
Fórmula Fe3KH8(PO4)6.6H2O Fe3KH14(PO4)8.4H2O
Es un mineral? NO NO Dónde precipita? Fertilizante P,
Generalmente in SSP Fertilizante P,
Generalmente in TSP Total P (TP) 20.4 23.8
P Soluble NAC (CSP) 19.3 22.8 P Soluble Agua (WSP) 0.03 0.2
(WSP/CSP) * 100 0.2 0.9 RAE(MCP; Arroz secano) 33 73
RAE (MCP; Arroz inundado) 75 104
Slide autoría Dr. L Prochnow
!!MAP con S y microelementos. Gránulos conjugados
!!Mezclas del MAP con S, Zn y posiblemente otros nutrientes han mostrado efectos de incrementos de rendimiento en ensayos de Ecuador y Colombia (arroz, maíz y más recientemente banano).
!!Parece existir un efecto sinergético del P y Zn en la formación de raíz.
Nuevas formulaciones fosfatadas
S y Zn
Nuevas formulaciones fosfatadas
N+P+K N+P+K+Mg+S N+P+K+Mg+S+ZnFertilización 4.2 5.4 6.2
A A B
1
2
3
4
5
6
7
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ha-1
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Rendimiento de maíz con MAP conjugado con S y Zn Estación Exp. Pichilingue, Ecuador
Fertigación en Cenicaña, Colombia
Dr. Edgar Hincapie, visita a Cenicaña
!!El uso conjunto de riego mejorado y fertigación aumenta hasta en un 50% la productividad.
!!Estudios en marcha en el Valle del Cauca
!!Calibración sitio – específica con características físicas del suelo
Manejo de las fuentes potásicas
!!La caña de azúcar tiene una alta demanda de K, las reservas naturales de K se pueden perder en poco tiempo.
!!Una baja cantidad de K disponible en el suelo puede causar una germinación errática.
!!En suelos arenosos, la lixiviación de K puede ser alta.
!!Las plantas deficientes de K son menos resistentes a enfermedades y sequía.
!!Cuando los niveles de K son altos, el contenido de N a menudo se encuentra muy bajo.
!!El exceso de K puede reducir la calidad de la caña.
!!La vinasa es usada como fuente de K, el compost del bagazo o cachaza también puede acumular K.
Manejo de las fuentes de Mg
!!El Mg en forma de sulfato, Kieserita, KMag u óxido de Mg han mostrado ser igualmente efectivos.
!!Altas aplicaciones de K pueden inducir deficiencias de Mg cuando los niveles en Mg en el suelo son bajos.
!!En algunos sistemas es recomendable separar las aplicaciones de Ky Mg, temporal o espacialmente, para disminuir posibles antagonismos.
!!Muchas plantas pueden ser deficientes de Mg funcionalmente, sin mostrar síntomas en hojas.
Los fundamentos básicos del manejo de nutrientes son universales
1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas
1. Determinar el suplemento del suelo 2. Determinar la demanda de la planta 3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente
Dosis Fuente
Momento Lugar
Rendimiento potencial modelado
Rendimiento parcelas
experimentales
Rendimiento agricultores
excelente manejo
Rendimiento promedio
agricultores
BRM BRE BRA
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o
Análisis de las brechas de rendimiento
Lobell et al., 2009
Pasos para usar información de análisis de suelos en recomendación de fertilizantes
•!Correlación (qué metodología?) •!Calibración (números obtenidos versus requerimientos de la planta)
•!Curvas de respuesta (qué cantidades agregar?)
Interpretación de las recomendaciones
Clases N foliar, g kg-1 P-resina, mg dm-3 K-cambiable, mmolc dm-3 < 23 23-
27 > 27 < 5 6-12 13-
30 > 30 < 0.7 0.8-1.5 1.6-
3.0 > 3.0
t ha-1 N-P2O5 – K2O, kg ha-1 < 20 120 80 70 80 60 40 0 80 60 40 0
21 - 30 140 120 90 100 80 60 0 120 100 60 0 31 - 40 200 160 130 120 100 80 0 140 120 80 40 41 - 50 220 200 160 140 120 100 0 180 140 100 50 > 50 240 220 180 160 140 120 0 200 160 120 60 !
•!Valores en función de rendimiento esperado y ajustado por clases o rangos de contenido foliar.
•!Interpretación y recomendación es finalmente responsabilidad de cada productor o asesor.
•!No existen RECETAS!!
Mattos et al, 2010
!!MNSE una alternativa para entregar nutrientes a la planta como y cuando los necesita
!!Permite ajustar dinámicamente el déficit de nutrientes (requerimiento y aporte del suelo) para lograr la meta de rendimiento
!!Esta forma de manejo busca aplicar los nutrientes en dosis óptimas al momento adecuado
!!Meta de rendimiento y eficiencia de uso
Manejo de nutrientes por sitio específico
!!El rendimiento y los requerimientos de nutrientes varían entre lotes, épocas climáticas dentro del año y entre años de producción
!!En consecuencia, diferentes condiciones de manejo según la condición
!!El análisis de suelos y su interpretación tienen limitantes
!!Concepto de manejo de nutrientes por sitio específico (MNSE)
!!Se complementa en el manejo de información
Manejo de nutrientes por sitio específico
Parcelas de omisión
!!El rendimiento en las parcelas de omisión indica la cantidad de nutrientes que es suplementada por el suelo
Omisión de N (-N): +PK
Omisión de P (-P): +NK
Omisión de K (-K): +NP
Versus completo
Parcelas de adición (N, P, K) para estudiar interacciones
Buresh et al., 2004
!!Bolívar, Ecuador
!!Tres años de estudios
!!Potenciales de rendimiento en función de la condición del suelo
El MNSE es un método que nos permite identificar limitantes y ajustar recomendaciones
Niveles foliares de referencia
!!Se pueden usar dos criterios para interpretar análisis foliares, el absoluto y el DRIS (Diagnosis and Recomendation Integrated System)
!!Un DRIS está basado en numerosas observaciones y se basa en relaciones entre elementos
!!La muestra puede cambiar de acuerdo a la edad y si se incluye o no la nervadura central.
!!Las tomas deben hacerse de la misma hoja y con el mismo desarrollo si se va a comparar años o lotes.
Ejemplo de DRIS, Florida
Niveles foliares de referencia Caña
1. Conocer la dinámica de absorción
Los fundamentos básicos del manejo de nutrientes son universales
1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas
1. Determinar el suplemento del suelo 2. Determinar la demanda de la planta 3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente
2. Conocer la dinámica en el suelo
3. Reconocer el efecto del clima
4. Evaluar la logística de las aplicaciones
Dosis Fuente
Momento Momento Momento Localización
Recomendaciones generales sobre la época (momento) de aplicación
!!Aplicar la urea en suelo húmedo
!!En épocas de intensa pluviosidad aplicar directamente en la zona de máxima densidad de raíz para evitar escorrentía
!!Separar las aplicaciones de K y Mg, especialmente con dosis altas de K
!!Cuál es la mejor secuencia? N, K y Mg? Se deben evaluar las posibilidades reales en las ventanas de aplicación.
Manejo de las fuentes nitrogenadas
!!El manejo de las fuentes N tiene mucho que ver con la naturaleza de las mismas y con el clima, especialmente con la humedad del suelo y el balance hídrico.
•! Es importante contar con un registro histórico de la precipitación para cada localidad.
Imagen cortesía Dr. Pedro Enrique Luz, 2012
1. Reconocer la dinámica raíz - suelo
Los fundamentos básicos del manejo de nutrientes son universales
1. Formas disponibles para la planta 2. Adecuadas a las propiedades del suelo 3. Reconocer los sinergismos entre
elementos 4. Entender la compatibilidad de las mezclas
1. Determinar el suplemento del suelo suelo suelo 2. Determinar la demanda de la planta
3. Predecir la eficiencia de uso 4. Recalibrar constantemente
1. Conocer la dinámica de absorción
2. Conocer la dinámica en el suelo
3. Reconocer el efecto del clima
4. Evaluar la logística de las aplicaciones
2. Manejar la variabilidad espacial 3. Tener en cuenta el sistema de labranza 4. Limitar las potencial pérdidas del campo
Dosis Fuente
Momento Lugar
Agricultura de Precisión
muestreo de suelos con GPS
Imágenes aéreas/satelitales Fertilización con tecnología de dosis variable (VRT), múltiples nutrientes
Fertilización con tecnología de dosis variable (VRT), nutriente sencillo
La agricultura de precisión es mucho más que herramientas y tecnología:(
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Dr. Steve Phillips
Principales Tendencias en la Agricultura de Precisión - 2013
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Slide cortesía Dr. Steve Phillips
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Aplicación de nutrientes con dosis variable basada en mapas
Slide cortesía Dr. Steve Phillips
Zonas de Manejo….. Tres capas de datos •! Imágenes aéreas •! Topografía •! Experiencia del
productor Se combinan en capas de SIG para delinear las zonas Características como color oscuro, topografía baja y rendimientos históricos altos se designan como zona de alta productividad
Slide cortesía Dr. Steve Phillips
Resumen
!!La presión sobre el planeta para producir alimentos es real.
!!El uso de fertilizantes es indispensable para lograr las metas de producción de alimentos con mayor productividad.
!!Los conceptos 4R enfatizan los principios básicos y universales del manejo de la nutrición de cultivos.
!!La realización, implementación del 4R es sitio y momento específico
!!La nueva agricultura del siglo XXI es una agricultura sostenible, con uso intenso de la información.
Agradecimientos
!!Dandan Xiang, Canpotex
!!Steve Phillips, Paul Fixen, Terry Roberts, Luis Prochnow, Cliff Snyder todos de IPNI
!!Atagua y Cengicaña. Ing Ovidio Pérez, Lcda. Ma. Estela Bran
Gracias!!
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www.ipni.net nla.ipni.net
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