Nitrógeno

AGRO 4037 – Fertilidad de
Suelos y Abonos
5- Nitrógeno
1
5-1 Ciclo de nitrógeno
5-1.1 Introducción
5-1.2 Función bioquímica y síntomas de deficiencia
5-1.3 Modelo conceptual del ciclo de N
5-1.4 Contenido de N en suelos
5-2 Procesos internos (transformaciones)
5-2.1 Mineralización de N
5-2.1.1 Aminización
5-2.1.2 Amonificación
5-2.1.3 Hidrólisis de urea
5-2.2 Nitrificación
5-2.2.1 Factores del suelo que afectan la nitrificación
5-2.3 Inmovilización de N
5-2.3.1 Razón C:N aproximados de algunos residuos orgánicos
5-2.3.2 Materia orgánica del suelo y N liberado
5-2.3.3 Rol factores ambientales en la distribución de la materia
orgánica en suelos
5-2.3.4 Niveles y composición de la materia orgánica en suelo
2
1
5-3 Entradas de N
5-3.1 Fijación biológico de N
5-3.1.1 Simbiótica
5-3.1.1.1 Proceso de fijación
5-3.1.2 No-simbiótico – no necesitan la asociación con la planta
5.3.1.3 Fijación atmosférica e industrial
5-4 Perdidas de N
5-4.1 Desnitrificación – perdida gaseosa de N
5-4.1.2. Factores que afectan la desnitrificación
5-4.2 Volatilización
5-4.2.1 Factores que afectan perdidas de NH3
5-4.2.2 Consideraciones para minimizar volatilización de NH3
5-4.3 Lixiviación
5-4.3.1 Condiciones del suelo que facilitan el movimiento en el perfil
5-4.3.2 Factores de manejo para minimizar contaminación con NO35-4-4 Fijación de NH4+ en el suelo
5-4.5 Utilización por la planta
3
5-5 N en suelos
5-5.1 Características de suelos asociados con deficiencias
5-5.2 Evaluación de disponibilidad de N en suelos (Pruebas de N)
5-5.2.1 Extracto de agua
5-5.2.2 Extracción con KCl
5-5.2.3 Mineralización de N en suelo (aportación de la materia
orgánica)
5-5.2.4 N total en suelo
5-6 Introducción a los fertilizantes
5-6.1 Generalidades
5-6.2 Tipos de fertilizantes
5-6.3 Características de los fertilizantes
5-7. Fuentes nitrogenadas más comunes en el mundo
5-7.1 Nítricos
5-7.2 Amoniacales
5-7.3 Nítrico-amoniacales
5-7.4 Amidas
5-7.5 Inhibidores y fuentes de N especiales
5-7.6 Fuentes de N orgánico
4
2
5-1 Ciclo de nitrógeno
5-1.1 Introducción
• Nutriente más limitante a la producción agrícola
– Altos niveles de extracción por cultivos, existen muchas reservas en
suelo, entradas, transformaciones y salidas
• Es el nutriente más difícil de diagnosticar suficiencia en
suelos y de manejar (con un alto costo económico e impacto
ambiental)
• Fertilizantes nitrogenados son los de mayor consumo en el
mundo (2008), 99.2 x106 mton (61.3% del consumo total de
fertilizantes)
• Existen múltiples fuentes de N para cultivos (inorgánicos y
orgánicos)
• Para maximizar la productividad agrícola es importante
conocer su comportamiento en suelos
5
5-1.2 Función bioquímica en plantas y
síntomas de deficiencia
• El N forma parte de cada célula viviente, forma parte de
procesos metabólicos
• Concentración de N total varia de 0.5 a 5% en follaje
• Plantas pueden absorber NH4+ o NO3• Clorofila, proteinas, amino ácidos, ácidos nucléicos, (ADN,
ARN)  cloroplastos, mitocondrios, y otras estructuras
• El N está íntimamente relacionado con
– Desarrollo radicular, follaje
– Tasa de madurez de cosechas
– Humedad en la planta
– Relación carbohidrátos-proteínas
6
– Incidencia de enfermedades e insectos
3
Los síntomas visuales de deficiencia
mas comunes son:
• Falta de clorofila, resulta en clorosis en hojas viejas
• Clorosis que corre por nervadura central del ápice a la
base de la hoja en forma progresiva
• Reducción en número y tamaño de hojas (area foliar)
• Reducción en crecimiento
• Reducción en rendimiento
7
Ejemplos de respuesta de cosechas a la
fertilización con N
8
4
Maíz
IPNI (2011)
9
Maíz
10
5
Arroz
IPNI (2011)
+N
+N
-N
-N
11
Cítricos
12
6
Pasturas
IPNI (2011)
13
14
7
Distribución de N en la naturaleza (1015 mton)
Proporción relativa de N en el ambiente
• Suelos y plantas – 0.004 %
• Atmósfera – 99 %
• Océanos – 0.6 %
• Otros – 0.3 %
• Aunque una parte pequeña en suelos, aquí participan todas
sus formas (moleculares, inorgánicas y orgánicas) lo cual
resulta en un ciclo muy complejo y peculiar
• Se estima que en un sistema suelo-planta-animal existen 31
procesos de transferencia (entradas, salidas,
transformaciones internas) de N
15
5-1.3 Contenido de N en suelos
• Mayor proporción del N total está asociado a la materia
orgánica (Norg)
• Contenido de materia orgánica en suelos variia de 1 a 6%
• Aproximadamente el 58% de materia orgánica suelo es C y
5% es Ntotal
• En suelos minerales el contenido de Ntotal puede variar de
0.05 a 0.3 %, kg/ha = ?
• Composición de Ntotal
16
8
Componentes de N en suelo
• N orgánico – representa entre 95 y 98 % del N total
– Urea
– Proteínas y amino ácidos – 20 – 45 % del N orgánico
– N asociado a la biomasa microbiana, representa
entre 2 y 8% del N orgánico
– húmicos – 50 % del N orgánico
• N inorgánico – representa entre 2 – 5 % del N total
– principalmente en solución: NH4+, NO3-, NO2– Gases N2, N2O, NO, NH3
17
5-2 Procesos internos (transformaciones)
•
Modelo conceptual de la degradación de residuos vegetativos a materia
orgánica (Ver figura 4.13, p. 108 en Havlin et al. 1999)
18
9
5-2.1 Mineralización de N
5-2.1.1 Aminización
Conversión de proteinas a poli-péptidos, péptidos, aminas y
aminoácidos
NH2-C-HR-COOH  NH2-C-HR-COOH (AA) +
RNH2 (aminas) + CO(NH2)2 (urea)
Es una reacción de hidrólisis
Es catalizado por bacterias heterotróficos y hongos
No ocurre oxidación de N
19
5-2.1.2 Amonificación –
Conversión de aminas y aminoácidos a amonia o amonio
R-NH2 + H2O  NH3 + ROH + energía
NH3 + H2O
 NH4+ + OH• Es una reacción de hidrólisis
• No ocurre oxidación de N
• Los organismos envueltos son heterotróficos (bacterias,
hongos, actinomicetos)
• Puede ocurrir a niveles de humedad bajo y altos pero es
mejor con fluctuaciones de humedad.
20
10
5-2.1.3 Hidrólisis de urea
Reacción generalizada para suelos con pH >7.0
CO(NH2)2 + H+ + 2H2O (ureasa) 2NH4+ + HCO3H+ + HCO3-  CO2 + H2O
NH4+  NH3 + H+
Neta: CO(NH2)2 + 2H+ + H2O  2NH4+ + CO2
• El proceso es dependiente de la enzima ureasa
• Producida por microorganismos y plantas
• Factores que influyen sobre la actividad de ureasa:
• Mayor materia orgánica
• Humedad cerca de capacidad de campo
• Mayor temperatura
• pH de suelo neutral
• Mayor aportación de residuos al suelo
21
5-2.2 Nitrificación
Estrictamente biológico llevado a cabo por bacterias
autotróficas con la reacción neta de:
NH4+  NO3-; aunque ocurre en dos pasos
2NH4+ + 3O2  2NO2- + 2H2O + 4H+; catalizado por nitrosómonas
2NO2- + O2  2NO3-; catalizado por nitrobacter
neta: NH4+ + 2O2 
NO3- + H2O + 2H+
22
11
5-2.2.1 Factores del suelo que afectan la
nitrificación
1. Suficiente NH4+
2. Población de microorganismos
3. Reacción del suelo (pH)
• Organismos autotróficos tienen menor actividad a
extremos de pH (óptimo = 6.6 – 8.0)
4. Temperatura del suelo –
35 C
o
NO3--N (ppm)
25oC
45oC
5oC
Tiempo
23
5. Aireación/humedad
• Tasas de nitrificación óptima con niveles altos de O2
• Humedad
• Tasas de nitrificación óptima a capacidad de campo (WFPS =
60%)
6. Utilización por la planta
• planta puede acumular absorber NH4+ y NO3• solo puede acumular NO3-, ya que el NH4+ le resulta
tóxico si se acumula
• planta necesita tener estructuras de C para convertir
NH4+ a aminoácidos
24
12
25
5-2.3 Inmovilización de N
• Proceso donde el N inorgánico se convierte a N orgánico
• Microorganismos absorben el N inorgánico incorporándolo
dentro de su estructura
• Microorganismos compiten mejor por el N disponible que las
plantas
• Tanto mineralización como inmovilización pueden ocurrir
simultáneamente
• Si el material orgánico (o residuo vegetativo) tiene mucho C
con relacion al N, la reacción no procede a menos que exista
N disponible
26
13
5-2.3.1 Razón C:N aproximados de algunos
residuos vegetativos y su relación con la
mineralización-inmovilización de N
Residio
C:N
Microorganismos
8:1
Suelo
12:1
Estiercol (general)
5:1
Leguminosa (joven)
14:1
Leguminosa (madura)
25:1
Maiz, sorgo
60:1
Biruta madera
100:1
C:N > 30:1 – inmovilización neta
C:N < 20:1 – mineralización neta
27
28
14
5-2.3.2 Materia orgánica del suelo y N
liberado
• La cantidad de materia orgánica del suelo afectará la
cantidad de N mineralizado.
• Por ejemplo un suelo “virgen” con 5% de MO pierde 4%
de la materia orgánica al año al ser cultivada. ¿Cuánto N
se libera al suelo (mineraliza)?
• Pero la tasa de descomposición dependerá de muchos
factores intrínsicos (textura, mineralogía) y extrínsicos
(temperatura, humedad)
• El nivel de materia orgánica en suelo depende de las
entradas y salidas netas de C y de N
29
Pero, después de 50 años bajo cultivación y labranza
intensiva, el nivel de MO ha bajado a 2.5% y la tasa de
oxidación ahora puede ser 2%. ¿Cuánto N se libera
(mineraliza)?
¿Qué se puede hacer para aumentar la materia orgánica
del suelo?
30
15
5-2.3.3 Rol factores ambientales en la distribución
de la materia orgánica en suelos: temperatura,
humedad, textura
31
Material parental (tipo de suelo)
•
> tasas de oxidación en suelos arenosos
•
materia orgánica < arena < arcilla
•
Suelo virgen
Manejo del suelo
Suelo virgen
m.o. %
Cultivación
Rotación con
leguminosas
Tiempo
32
16
5-2.3.4 Niveles y composició de la
materia orgánica en suelo
• Materia orgánica es función de lo que entra y lo que sale (C,
N, P, S)
• Si no añade materia orgánica, los niveles disminuyen
• Descomposición de la materia orgánica produce CO2 y
formación secuestra CO2
• Aumentar residuos en el suelo, aumenta niveles de materia
orgánica
• Cualquier práctica de manejo que aumenta la
descomposición de materia orgánica disminuirá el nivel en
el suelo
33
Modelo conceptual de la materia
orgánica del suelo (química)
• Proteínas, amino ácidos, azucares, aminas,
carbohidrátos, celulosas,
• Acidos humicos, fulvicos
34
17
Modelo conceptual de la materia
orgánica del suelo (ecología microbiana)
•
•
•
•
Basado en tiempo de descomposición (turnover time)
Facilmente descomponible (labile) (1 a 2 años)
Medianamente descomponible (décadas)
Lentamente descomponible
35
36
18
5-3 Entradas de N
5-3.1 Fijación de N
5-3.1.1 Simbiótica
• Oranismos tienen la capacidad de fijar N del aire
• Estimados son de 180 x 106 mton
• Rhizobium – bacteria simbiótica asociada a raíces de
leguminosas (Phaseolus, Glycine, Leucaena, Desmodium,
Stylosanthes, Mimosa, Acasia)
• Aporte de 40 – 300 kg N/ha/año al suelo
• La cantidad de N fijado disminuye con aumento de NO3- en
el suelo.
• Especificidad - cada una de las razas de Rhizobium vive en
simbiosis con un grupo determinado de leguminosas
• Al inocular es importante hacerlo con la raza específica de
la bacteria nodulante
37
5-3.1.1.1 Proceso de fijación
• Las bacterias inoculadas se localizan en el parénquima
radical donde producen una división celular acelerada y
aparecen nódulos radiculares
• Las bacterias se alimentan exclusivamente de la planta
huésped y se reproducen rápido
• Al llegar al estado de bacteroides (bacterias con bastones
ramificados) empiezan la fijación de N
• Inicialmente el N es utilizado por los microorganismos, pero
luego empiezan a ceder N a la planta.
• Hasta un 90% del N fijado puede ser utilizado por la planta
huésped
• Los nódulos son de 2 a 4 mm, centros rosados por la
presencica de leghemoglobina
38
19
5-3.1.2 No-simbiótico – no necesitan la
asociación con la planta
• Algas verde azules (Anabaena, Nostoc) – son fotoautotróficas y están restringidas a la superficie del suelo
• Azotobacter, Beijerinkia, Clostridium, Rhodospirillum
• La cantidad de N fijado puede ser de 6 – 10 kg N/ha/año
• Pueden ocurrir asociaciones (a nivel de rizoesfera) con
gramíneas forrajeras (paspalum notatum con Azotobacter)
39
5.3.1.3 Fijación atmosférica
• N atmosferico (NO)x formado por
– descargas eléctricas 1 – 3 kg N/ha/año (10 a 20%)
– descargas industriales (industrias, vehículos de
motor, quema de combustibles fósiles)
• Ambos dan origen a la aportación de N a suelos por
deposición seca y deposición humeda
• Aportacion de N por lluvias (1 – 50 kg N/ha/año)
• Síntesis de fertilizantes nitrogenados (industrial no
atmosférico)
40
20
Wet N (sum of NH4+-N and NO3--N) deposition at El Verde
6
4
Inorganic N
5.8
pH
3.5
5.6
3
5.2
5
2
pH
Inorganic N (kg/ha)
5.4
2.5
4.8
1.5
4.6
1
4.4
0.5
0
1984
4.2
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
4
2006
Year
41
5-4 Perdidas de N
5-4.1 Desnitrificación – perdida gaseosa de N
• Proceso:
2NO3- ------> 2NO2- -------> 2NO ------> N2O -------> N2
• Ocurre proceso de reducción
• Proceso catalizado por bacterias heterotróficas anaeróbicas
facultativas (Pseudomonas, Alcalígenes, Bacillus)
• Enzimas están asociadas a las membranas de las bacterias
• Perdidas de N pueden ser significativas (0-50%, pero lo
normal es de 1 –20% del N aplicado)
• Importancia económica y ambiental (N2O es un gas que
promueve el efecto invernadero)
42
21
5-4.1.2. Factores que afectan la
desnitrificación
1. Niveles de O2
• Afectado indirectamente por humedad del suelo (>60%
WFPS)
• Prevalece cuando hay NO3- disponible (zonas
aeróbicas/anaerobicas)
• Puede ocurrir en suelos bien aireados con disponibilidad
de NO3- y materia orgánica en micro-sitios (anaerobiosis
localizada)
43
44
22
2. pH del suelo
• pH óptimo es de 5 - 7.5
• Afecta proporción de N2O/N2
3. Materia orgánica
•
Materia orgánica es fuente de C oxidable y de
electrones
•
Plantas pueden proveer exudados en la rizoesfera y
estimular proceso
4. Temperatura
•
Rango de 5 a 40oC
•
Óptimo es de 25 a 35oC
45
5-4.2 Volatilización
Conversión de NH4+ --------> NH3; estrictamente químico
NH3 + H2O  NH4+ + OHo NH4+  NH3 + H+
• Al aplicar urea a un suelo:
CO(NH2)2 + 2H+ + H2O  2NH4+ + CO2 ; 2NH4+ + OH-  2NH3
Si el NH4+ se nitrifica
2NH4+ + 4O2  2NO3- + 2H2O + 4H+
neto: CO(NH2)2 + 4O2  2NO3- + H2O + 2H+ + CO2
1mol urea = 2 mol N = 2 mol H+
46
23
• Al aplicar sulfato de amonio a un suelo:
(NH4)2SO4  2NH4+ + SO4-2 ; 2NH4+ + OH-  2NH3
Si el NH4+ se nitrifica
2NH4+ + 4O2  2NO3- + 2H2O + 4H+
neto: (NH4)2SO4 + 4O2  2NO3- + 2H2O + 4H++ SO4-2
1mol SA = 2 mol N = 4 mol H+
47
Al aplicar sulfato de amonio a un suelo calcareo:
CaCO3 + H2O  Ca2+ + HCO3- + OHHCO3- + H+  H2CO30
H2CO3  CO2+ H2O
neto: CaCO3 + 2H+  Ca2+ + CO2 + H2O
(NH4)2SO4  2NH4+ + SO4-2
(NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H+  2NH4+ + SO4-2 + Ca2+ + CO2 + H2O
2NH4+  NH3 + 2H+
neto:
(NH4)2SO4 + CaCO3  2NH3 + CO2 + H2O + CaSO4
Si el NH4+ se nitrifica
2NH4+ + 4O2  2NO3- + 2H2O + 4H+
neto:
(NH4)2SO4 + 4O2 + CaCO3 + 2H+ 
2NO3- + 2H2O + 4H++ SO4-2 Ca2+ + CO2 + H2O
1mol SA = 2 mol N = 4 mol H+
48
24
5-4.2.1 Factores que afectan perdidas de NH3
Presencia de NH4+
Fuente de N (i.e. urea vs. NH4+)
pH suelo > 7.0
NH4+ aplicado a la superficie (al voleo)
Capacidad amortiguadora (CIC) del suelo
– resiste cambios en pH
– remueve N de la solución
• Altas temperaturas incrementan la tasa de hidrólisis de urea
• Contenido de humedad cerca de capacidad de campo
•
•
•
•
•
49
5-4.2.2 Consideraciones para minimizar
volatilización de NH3 [Better Crops (2009, 93:9-11)]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Labranza
Localizacion de aplicación
Reacción del suelo
Humedad del suelo (seco, humedo, inundado)
Otras propiedades del suelo
Viento
Temperatura
Cantidad de N
Incorporar abono
50
25
51
Destino de NH4+ y NO3• Recordar los procesos que dan origen a la formación de
amonio y nitrato
•
•
•
•
•
•
En el caso de amonio
Convertido a NO2- por nitrificación
Absorbido por las planta (e incorporado a AA)
Asimilado por microorganismos
Convertido a NH3 y volatilizado
Fijado por minerales en espacios interlaminares en suelo
como montmorilonita
52
26
5-4.3 Lixiviación
• Perdida de N a través de agua en el suelo
• Movimiento en el perfil con agua que contiene nitrato
soluble
• Debe haber agua libre el en suelo
• NO3- debe moverse fuera de la zona radical
53
Problemas ambientales asociados al NO3• Anión se retiene pobremente en suelos que no tienen carga
variable y bajo CIA
• Se puede desnitrificar (perdida gaseosa de N)
– condiciones: alto MO, humedad
• Nitrificación genera acidez en el suelo
• Altas concentraciones de NO3- en aguas promueve la
eutroficación
• NO2- puede reaccionar con aminas y formar nitrosaminas que
son cancerigenos
• Altas concentraciones de NO3- pone riesgo a niños y
animales de methemoglobinemia
– NO3- se reduce a NO2-, quien es capaz de oxidar
hemoglobina a methemoglobina
– Methemoglobina, que carga Fe+3
• Limite máximo permisible es 10 mgNO3-N/L
54
27
5-4.3.1 Condiciones del suelo que facilitan
el movimiento en el perfil
•
•
•
•
Suelos con textura gruesa
Altos niveles de NO3- en el suelo
Suelo saturado o agua libre en el suelo
Pobre manejo de riego
55
5-4.3.2 Prácticas de manejo para minimizar
contaminación con NO3•
•
•
•
Mejorar manejo de riego
Añadir la cantidad de agua que el cultivo necesita
Abonar cuando necesidad de la planta es óptima
Fuente de N apropiada
56
28
5-4.4 Fijación de NH4+ en el suelo
• Tamaño de NH4+ es similar al de K+, o sea que puede
reemplazar a K+ en el espacio ínter-laminar de los
aluminosilicatos laminares
• Magnitud de la pérdida no es tan grande 5 – 25 kg
N/ha/año
• Puede ser devuelto al suelo
57
5-4.5 Utilización por la planta
• Concentraciones típicas en tejido de algunos cultivos
• Cantidades de N absorbido por algunos cultivos
58
29
5-5 Nitrógeno en los suelos
5-5.1 Características de suelos asociados
con deficiencias
• Falta de abonamiento - si no se fertiliza con N, todos los
suelos agrícolas, tarde o temprano llegan a ser deficientes
en este elemento.
• Características particulares (textura, materia orgánica, pH,
mineralogía, drenaje)
•
•
•
•
suelos arenosos de textura gruesa en zonas de alta precipitacion
suelos con niveles bajos de materia orgánica (se mineraliza poco N)
Suelos con pH alto tienen alto potencial de perdida de NH4+
Suelos dominados por arcillas 2:1 (montmorilonitico) propician la
fijación de NH4+
• Suelos con restricciones en el drenaje o acumulación de
agua
• Suelos ácidos (pH < 5) se reduce la actividad microbiana
59
5-5.2 Evaluación de disponibilidad de N en
suelos (Pruebas de N)
5-5.2.1 Extracción con agua
•
•
•
•
Prueba de laboratorio
Extracción 1:4 (suelo:agua)
Importante la profundidad de muetreo de suelo
Cuantifica NO3- en la solución del suelo (inmediatamente
disponible)
• Cuantificar NO3- (pre-siembra o etapas tempranas del ciclo de
producción)
• Es util en zonas áridas (en regiones donde NO3- puede
acumularse en el perfil) donde el movimiento de N en el perfil
es menor
• Tiene aplicación y uso limitado en regiones húmedas
60
30
5-5.2.2 Extracción con KCl
• El concepto es similar y tiene las mismas limitaciones que la
extracción de NO3- con agua
• Extrae NO3- y NH4+ en solución y NH4+ en los sitios de
intercambio
• Es la prueba más común para N inmediatamente disponible
en el suelo
61
5-5.2.3 Mineralización de N en suelo
(aportación de la materia orgánica)
• La materia orgánica sirve para obtener un estimado del N
mineralizable
• Incubar la muestra en el laboratorio bajo condiciones
controladas
– materia orgánica -----> NH4+ --------------> NO3-
• Se cuantifica el N en función del tiempo
• Sirve para evaluar prácticas de manejo, comparaciones
entre suelos
• Limitaciones
• Tiempo de incubación
• No es una reacción de cero orden
• Relación entre lo que ocurre en el laboratorio y lo que
ocurre bajo condiciones de campo
• No es común en ningún laboratorio comercial
62
31
5-5.2.4 N total en suelo
• Se puede estimar a partir de la concentración de materia
organica en suelo
• N Kjeldhal (TKN)
• No tiene un fin práctico para evaluar disponibilidad, pero
algunas personas lo utilizan siguiendo la siguiente
clasificación
– <0.1% bajo
– >0.2% alto
63
64
32
Presupuesto de N
Entradas
Salidas
Transformaciones
Fijación biológica
Inmovilización
Deposición seca y húmeda
Fijación industrial
Fijación eléctrica
Residuos (desechos) orgánicos
Extracción por plantas y
cosechas
Lixiviación
Volatilización
Desnitrificación
Fijación en arcillas
Residuos vegetativos
Escorrentía
Mineralización
Nitrificación
Fertilización
66
33
5-6 Introducción a los fertilizantes
5-6.1 Generalidades
Fertilizante – (ASA, SSSA)
• Material orgánico o inorgánico de origen natural o sintético que es
añadido al suelo para suplir los elementos nutritivos que requiere la
planta. Productos industriales que contienen en forma concentrada y
soluble uno o varios de los elementos que requiere la planta y se
suministran para complementar las necesidades nutricionales de su
crecimiento y desarrollo.
• Definiciones según: (i) Ley num. 19 del 1973, Ley de Abonos de Puerto
Rico y sus posteriores leyes que enmiendan la misma
(www.lexjuris.com) y (ii) Reglamento para Regir la Manufactura y
Distribución de Abono Comercial, Abono orgánico….. (Aprobado 2002).
67
• Materia prima de abono: materia orgánica o mineral que contenga uno o
más nutrimentos esenciales parra el desarrollo de las plantas y que se
utilice o pueda utilizarse en la elaboración de abonos comerciales.. No
obstante cuando tal materia sea distribuida para aplicación como tal en
las plantaciones, la misma se considera como abono comercial.
• Abono comercial: cualquier sustancia que contenga uno o más
nutrimentos reconocidos para las plantas y usados como tales,
designada para usarse o con reclamos de que tiene valor para promover
el crecimiento o desarrollo de las plantas; con excepción de las
siguientes materias, siempre que no hayan sido manipuladas o
elaboradas: estiércol animal y vegetal, marga, cal, piedra caliza, cenizas,
azufre y yeso. El 24% de la totalidad del producto debera ser la suma de
los macronutrimentos primarios.
• Abono mezclado: abono comercial que constituya una mezcla de dos o
más ingredientes o materias que contengan nutrimentos esenciales para
el desarrollo de las plantas, tales como nitrógeno, el fósforo, el potasio y
otros que suelen aplicarse al follaje o directamente al suelo.
• Abono especializado: abono comercial que se distribuya principalmente
para ciertos usos determinados tales como en jardines domésticos,
invernaderos, semilleros, céspedes, arbustos, flores, campos de golf,
parques y orillas e isletas de carreteras y cementerios, y no para en uso
68
de fincas agrícolas.
34
• Abono orgánico: material de origen orgánico que libera o provee
cantidades significativas de nutrientes esenciales de las plantas cuando
se añade al suelo.
• Abono liquido: abono comercial que constituya un líquido conteniendo
uno o más nutrimentos esenciales para el desarrollo de las plantas, tales
como el nitrógeno, el fósforo, el potasio, y otros que suelen aplicarse al
follaje o directamente al suelo.
• Enmienda de terreno: materia que al aplicarse a un terreno tienda a
corregir la excesiva acidez o la excesiva alcalinidad de dicho terreno o
mejore la estructura de éste.
• Grado de abono: el contenido mínimo garantizado de nutrimentos para
las plantas en el abono comercial, expresado como por ciento por peso de
nitrógeno (N), ácido fosfórico (P2O5) asimilables y potasa (K2O) soluble en
agua.
69
•
Enmienda (D. Sotomayor) - Material, como por ejemplo: cal, yeso, hollín,
acondicionadores sintéticos, residuos orgánicos, que al aplicarlo al suelo lo
hacen mas productivos o mejoran las propiedades físico-químicas del mismo.
Un fertilizante es también una enmienda.
•
Relleno: sustancia seca, inerte, adicionada a la materia prima de abono para
diluir su concentración, proveer volumen, prevenir la compactación o el
aterronamiento o servir para algún propósito que no sea proveer nutrimentos
esenciales para las plantas.
•
Fertilizante (IFA) - Expresión general con que se designa cualquier sustancia
capaz de mantener o mejorar la fertilidad del suelo. Las principales son: abonos
(minerales, orgánicos) y enmiendas (húmicas, calcáreas).
•
Abono (IFA) - Fertilizante que tiene por objeto suministrar elementos químicos
indispensables para la nutrición vegetal.
70
35
En los fertilizantes se debe distinguir
entre la unidad y el elemento
Elemento
Unidad de expresión del fertilizante
Símbolo
N
nitrógeno
N
P
ácido fosfórico asimilable
P 2 O5
K
óxido de potasio (potasa)
K2O
Ca
calcio (óxido de calcio)
CaO
Mg
magnesio (óxido de magnesio)
MgO
S
azufre
S
Fe
hierro
Fe
Mn
manganeso
Mn
Zn
zinc
Zn
Cu
cobre
Cu
Mo
molibdeno
Mo
B
boro
B
Cl
cloro
Cl
71
• La forma estandarizada de expresar el contenido de nutrientes es en %
• Esto se conoce como grado, concentración o riqueza de un fertilizante
• Concentración - es la proporción del elemento nutritivo en su respectiva
unidad realmente asimilable por la planta
• Ejemplos
• (NH4)2SO4 tiene 21% de N
• KCL tiene 60 % potasa (K2O)
• Mezcla 15-5-10 tiene 15% de N, 5% de P2O5 y 10% de K2O
• Proporción - Concentración dividido por el numero menor para dar la
proporción más pequeña
• Ejemplos
• Abono 12-12-12 y 20-20-20, proporción 1-1-1
• Abono 21-7-14, proporción de 3-1-2
• Abono 12-5-10, proporción de 2.4-1-2
72
36
• El resto del producto que no son los nutrientes señalados en la fórmula
corresponden a:
• La parte complementaria de los mismos (como son los cloruros,
sulfatos etc...)
• Otras sustancias secundarias como Ca, elementos menores u otras
impurezas
• Materiales inertes de relleno, como carbonato calizo, arena, arcilla,
diatomita.
• Ventajas al utilizar abonos de alta concentración o graduación
• Menos cantidad que almacenar, transportar, y hay menor necesidad
de mano de obra.
• Problemas
• Saber dosificar bien
73
5-9.2 Tipos de fertilizantes
• Sólidos - son generalmente los más utilizados; éstos conocen como
estandar (granulado), prilado
• Líquidos - pueden ser simples, como las soluciones nitrogenadas o
compuestos,
• Gaseoso – Ej. amoníaco anhidro (NH3), en su almacenaje se mantiene
en forma líquida bajo presión
• Hay fertilizantes que aportan:
• un solo nutrimento y se denominan simples o individuales
• varios (2, 3 o más) nutrimentos a la vez denominados formulas
completas
Dentro de estos están las:
• mezclas físicas - consiste en tomar cantidades definidas de fuentes
individuales y mezclarlas físicamente. En esta los gránulos son cada uno
de un producto individual y según su tamaño pueden distribuirse
diferencialmente en el saco durante el almacenamiento.
• mezcla químicas - donde las fuentes individuales se solubilizan para
lograr una homogenización total y luego el producto se solidifica y se
granula. En esta se garantiza que cada partícula de fertilizante contiene
las concentraciones indicadas
74
37
Ejemplos
75
• Orden de expresión: El orden de los nutrimentos expresado en la
fórmula de fertilizante corresponde a: N-P2O5-K2O
• Abonos binarios - poseen sólo dos elementos: N y P, N y K, P y K.
• Abonos ternarios - poseen tres elementos
• Un abono 10-20-10 tiene 10 partes de N, 20 partes de ácido fosfórico y
10 partes de potasa
• Para calcular la cantidad de fertilizante a aplicar:
cantidad de fertilizante = (cantidad del elemento requerido /
concentración del fertilizante) x 100
• Ej. 100 kg N / ha requerido con urea con concentración de 46 % = 217
kg abono/ha.
76
38
5-9.3 Características de los fertilizantes
•
•
•
•
•
Concentración
Comportamiento de acidez o alcalinidad en los suelos
Higroscopicidad
Solubilidad
Granulometría
Internacionalmente se han fijado criterios de comercialización que
garantizan las condiciones básicas del fertilizante en lo que respecta a
concentración, unidad fertilizante, envase, niveles de granulación.
77
Propiedades químicas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Concentración
Solubilidad
Acidez o alcalinidad
Salinidad
Compatibilidad química con otros
Granulometría
**Internacionalmente se han fijado criterios de comercialización que
garantizan las condiciones básicas del fertilizante en lo que respecta a
concentración, unidad fertilizante, envase, niveles de granulación.
78
39
5-7. Fuentes nitrogenadas mas comunes
en el mundo
Según la forma en que el N esté presente en el producto se distinguen 4
fuentes principales
• Nítricos
• Amoniacales
• Nítrico-amoniacales
• Amidas
• Para sintetizar cada uno de estos compuestos primero se sintetiza NH3 a
través del proceso Haber-Bosch desarrollado en 1910 en Alemania
CH4 + H2O  CO + 3H2; catalizadores son: calor, vapor y presión
CO + H2O  CO2 + H2
3H2 + N2  2NH3; catalizadores son calor, presión, FeO
79
Síntesis de NH3
• El NH3 es la fuente básica de N usada en la mayoría de los
fertilizantes
• NH3 se obtiene del gas natural (CH4)
• Menos del 1.5% del CH4 consumido a nivel mundial se utiliza
en la síntesis de NH3
• China (33% del total), India, Rusia y EEUU producen mas del
50% de la producción total
• EEUU es solo el 6% de la producción total
• Produccion total 2008: 136 x 106 mton NH3-N, de los cuales
99 x 106 mton -N se consumieron en forma de fertilizante
80
40
81
5-7.1 Nítricos
Nombre
Formula
*nitrato de potasio (std) KNO3
Concentración
13-0-46 o 13-2-44
*nitrato de calcio
Ca(NO3)2
15-0-0-34CaO
nitrato de sodio
NaNO3
16-0-0 (26% Na)
82
41
Síntesis química de KNO3 (saltpeter), NaNO3 y CaNO3
HNO3 +
NaCO3  NaNO3
CaCO3  CaNO3
KCO3  KNO3
Caracteristicas mas importantes
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Alta solubilidad
Libre de Cl
Aplicación por fertigación, mezclas, o foliar
Alta disponibilidad para la planta
Fuente rápida de N
Buena fuente de K o Ca
No generan acidez
Forma granulada o estandar
Mayor posibilidad de lixiviación
83
5-7.2 Amoniacales
Nombre
Formula
Concentración
*amoniaco anhidro
NH3
82-0-0
*sulfato de amonio
(NH4)2SO4
21-0-0-24S
fosfato monoamónico - MAP NH4H2PO4
12-61-0
*fosfato diamónico - DAP
(NH4)2 HPO4
18-46-0
fosfato de amonio-sulfato
NH4H2PO4• (NH4)2SO4 (13-16)-(20-39)-0
*cloruro de amonio
NH4Cl
25-0-0-66Cl
polifosfato de amonio
10-34-0
tiosulfato de amonio
12-0-0-26S
Los fosfatos de amonio se consideran más una fuente de P que de N por lo
que se discutirán con los fertilizantes fosfatados.
84
42
Amoniaco anhídro
• Cerca del 3% de la totalidad del N sintetisado como NH3 se utiliza
directamente en el campo
• Fuente mas barata usado en EEUU (se transporta por trenes y vagones
presurisados
• Es liquido bajo presión y gas bajo presión atmosférica
• Transportar y manejar menos material
• Se puede aplicar en multiples sitemas de labranza
• Hay que utilizar mucha cautela al aplicar, pH alto puede causar muerte
plantula
• Alto potencial osmótico esteriliza el suelo parcial- y temporeramente
• N en forma de NH4+ se lixivia menos que NO3• Buena eficiencia de utilización por la planta
• En suelos con pH > 7, hay más oportunidad para que ocurra
volatilización
85
Sulfato de amonio
• Es soluble en agua y no es tan higroscópico
• Se sintetisa por la rx de H2SO4 y NH3
• Acidificación 3.8 – 7.2 kg CaCO3/kg N
– (NH4)2SO4 + O2  2NO3 + SO4-2 + 4H+ + 2H2O
• En Puerto Rico uso prolongado en los suelos causa que no se
observe deficiencias de S en muchos suelos.
• Planta puede quemarse si se aplica foliarmente por alto índice de
sal.
86
43
5-7.3 Nítrico-amoniacales
•
•
•
•
•
Nombre
Formula
Concentración
*nitrato de amonio
NH4NO3
34-0-0
nitrato de amonio calcáreo
(CAN)
NH4NO3 + CaO o 26-0-0-27CaO
MgO
Usado para fabricación de municiones
Muy soluble
Granulado y prilado
Son productos que proveen las dos formas de N oxidada y reducida
La parte nítrica actúa rápidamente mientras la parte amoniacal actúa
más lentamente y va reponiendo el N-nítrico del suelo por el proceso
de nitrificación a medida que es utilizado por las plantas.
87
Síntesis química de NH4NO3
• NH3 + O2 ------------> HNO3
• NH3 + HNO3 ---------> NH4NO3
Características de NH4NO3
• Sal cristalina blanca
• Muy soluble
• Muy higroscópico (al almacenarse tiene capacidad de aterronarse,
aunque se le pueden añadir acondicionadores)
• Agente oxidante (puede ser explosivo)
• Bueno para cultivos que requieren aplicación en banda superficial
88
44
5-7.4 Amidas
Nombre
Formula
Concentración
*urea
CO(NH2)2
46-0-0
cianamida de calcio
CaCN2
21-0-0-39
Urea-NH4NO3 (UAN)
32
• Urea fertilizante de mayor consumo en el mundo
• Son productos que suplen el N en forma de amidas, que pueden ser
absorbidas pero no utilizadas por la planta
• A través del proceso de amonificación se convierten a amonio y luego
por nitrificación a nitrato
• El N de amidas actúa algo más lento que el amonio y aun más que el
nitrato
• Mayor posibilida de pérdidas por volatilización (depende del tipo de
suelo y forma de aplicación)
• UAN – solución
89
Síntesis química simplificada de urea:
NH3 + CO2 ---------------> CO(NH2)2
Síntesis química simplificada de cianamida de calcio
• N2 + CaC2 (carburo de calcio) -------------> CaCN2
Características de urea
• Principal fuente de N
• Ver sección: hidrólisis de urea
• Es higroscópico y muy soluble en agua. Generalmente se produce
granulada, aunque también lo fabrican cristalizada y prilado.
• Puede usarse en fertilización foliar si el contenido de biuret es <
0.25% si es mayor se aconseja aplicarlo al suelo solamente
• Biuret (H2N-CO-)2NH es un compuesto que se produce durante su
fabricación y resulta tóxico para las plantas especialmente cuando
se aplica en forma foliar
Características de UAN
• Rx de Urea con nitrato de amonio y calor
• 25% en forma de NO3, 50% en forma de urea
• Se utiliza para otras mezclas con P y K
90
45
• Índice de sal - medida del potencial osmótico generado en la
solución del suelo.
– Def. La razón del aumento en presión osmótica producido por el
fertilizante con respecto al mismo peso de NaNO3. Sales de N y
K tienen mayores índices de sal que los de P. (Ver tabla 10.2
en Havlin et al. p. 381. Índices de salinidad y de acidez para
algunos fertilizantes comunes)
91
pH solución
Solubilidad
(20oC)
Indice de sal
granulometria
g/L
KNO3
7a8
NH3
11 a12
(NH4)2SO4
5a6
Urea
UAN
NH4NO3
316
1, 2
gas
750
88.3
1,080
74.4
7
1, 2, 3
1, 2, 3
liquido
1,900
104.1
1, 2
Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3, gránulos
92
46
pH solución
Solubilidad
(20oC)
Indice de sal
granulometri
a
MAP
4 a 4.5
370
26.7
3
DAP
7.5 a 8
588
29.2
3
10.1
3
1, 3
g/L
SFS
<2
SFT
1a3
3
KCl
7
344
116.1
K2SO4
7
120
42.6
K2SO42MgSO4
(Langbeinita)
7
240
1, 3
MgSO4H2O
Kieserita
9
417
1, 2, 3
1, 3
Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3
93
• Todos los fertilizantes que tienen N reducido acidifican el suelo por
la nitrificación:
• Ej. Amoniaco
NH30 + H2O  NH4+ + OH- ó NH30 + H+ NH4+
NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O
Neto: NH30 + 2O2  H+ + NO3- + H2O
• Ej. Urea
CO(NH2)2 + 2H2O (ureasa)  (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 + 2H+  2NH4+ + CO2 + H2O
Rx neta de la hidrolisis de urea a NH4+
CO(NH2)2 + 2H+ + H2O  2NH4+ + CO2
Rx neta de la hidrolisis de urea a NO3-:
CO(NH2)2 + 2O2  2H+ + 2NO3- + CO2 + H2O
94
47
Fuentes de Nitrógeno
Urea (46-0-0)
Sulfato de amonio
(21-0-0, 24%S)
Nitrato de amonio
(34-0-0)
Nitrato de Potasio (13.5-0-44)
95
Soluciones
• Consisten en los múltiples tipos de mezclas de amoniaco,
urea, y nitrato de amonio. Existen un sin-número de
productos disponibles comercialmente Las concentraciones
de N son variables entre el 21 y 41 %.
Las soluciones mas comunes son:
• nitrato de amonio - urea en solución (UAN) (28 – 32% N)
• urea en solución
• amoniaco en solución
• nitrato de amonio + amoniaco en solución
• urea + amoniaco en solución
96
48
• Las características mas comunes son:
•
•
•
•
Utilización con equipos de baja presión
Fácil distribución en su aplicación
Fácil aplicación por fertigación
Altas concentraciones facilitan el manejo
97
5-7.5 Inhibidores y fuentes de N
especiales
Inhibidores de nitrificación
•
N-serve (Nitrapirin) 2-chloro-6(trichloromethyl)pyridine
•
Diciandiamida (“DCD”)
Inhibidores de ureasa
•
Agrotain (NBDT)
98
49
Ejemplos de materiales N especializado
Material
Meth-Ex 40 ™
MESA ™
Formulación Componentes
40-0-0
mezcla homogenea de urea-metileno
30-0-0
mezcla homogenea de urea, urea-metileno y sulfato
de amonio
EXPO
20-0-25
mezcla de urea-metileno (Meth-Ex 40 ™) y K2SO4
Urea formaldehyde 38-0-0
Urea revesitida con formaldehido
SCU
42-0-0
Urea revestida con azufre
AGROCOTE-N ™ 38-0-0
Urea revestida con polimeros y azufre
AGROCOTE-K ™ 0-0-51
KCL revestida con polimeros y azufre
99
Fuentes de liberación lenta, controlada
• Liberación controlada - revestido, reducen disponibilidad en
forma controlada
• Liberación lenta - baja solubilidad o rx con formaldehido
• Principalmente N y a veces K
• Representan <5% de la industria
• Tiene unos nichos importantes, cultivos de alto valor
• Aumentan la eficiencia de utilización y reducen pérdidas
• http://www.ifdc.org/focusonfertlizer13.html
100
50
Productos con formaldehido
• Proceso envuelve descomposicion microbiana
disolución
• Ejemplos: Nitroform ® (methylenediurea and
dimethylenetriurea ), Urea Form (polimeros de urea
formaldehido), Urea Metileno
101
Meth Ex 40®
• Urea metileno (40-0-0)
• Descomposición microbiana
y solubilización
51
MESA ®
•
•
•
30-0-0
Gránulo homogéneo combinando
urea-metilada, Meth Ex 40® y sulfato
de amonio.
MESA no tiene una cubierta
103
• 20% N; 25% K
• granulo homogéneo
combinando Meth Ex 40® y
sulfato de potasio.
52
Productos con polímeros
• Utilización por planta requiere la descomposición del
polímero y luego solubilización
• Ejemplos: Osmocote, AgroKote, Nutricote, Polyon,
Meister, ESN
105
Urea Cubiertas con Azufre (SCU)
• 32-38% N
• Liberación depende de:
• Espesor de la cubierta de
S.
• Actividad biológica
• Fragilidad de la cubierta
• Ambiente en el suelo
• Temperatura
• pH
53
Soluciones de liberación lenta
• 28-0-0, 70% de liberación
lenta
• Mezcla de urea y urea
polimetileno
• 2.97 lbs N/galón
• Gravedad específica 1.27
107
Meth Ex 40®
• Urea metileno (40-0-0)
• Descomposición microbiana
y solubilización
54
MESA ®
•
•
•
30-0-0
Gránulo homogéneo combinando
urea-metilada, Meth Ex 40® y sulfato
de amonio.
MESA no tiene una cubierta
109
• 20% N; 25% K
• granulo homogéneo
combinando Meth Ex 40® y
sulfato de potasio.
55
5-10.7 Fuentes de N orgánico
• Fuente principal de N previo a 1850 en EU
• Puerto Rico...
• Concentración de N y disponibilidad varía en estiercol
animal
– Contenido nutricional del alimento
– Manera de manejar el estiercol luego de depositado
– Método y forma de aplicación
– Condiciones ambientales y del suelo
– Contenido de humedad
111
Disponibilidad del N
• N total (componente estable y mineralizable)
• En sistemas líquidos entre un 60 y 90% del N se puede
perder por volatilización y/o desnitrificación (almacenaje
y aplicación)
• Componente mineralizable se torna disponble en un año
(10 a 25% del N total aplicado)
• Esto puede variar segun el almacenaje (solido o líquido)
• 50, 25, 12.5% se mineraliza el año 2, 3 y 4,
respectivamente
112
56
Contenido nutricional de algunas fuentes
de N orgánicas
Fuente
Humedad
N
P
K
%
gallinaza
16.4%
3.94
2.97
4.2
Composta
(MYWC)
20%
1.60
1.47
1.63
Estiercol
vacuno (fresco)
1.2% (0.5-1.2%)
Estiercol
(liquido)
0.02 – 0.04%
113
114
57