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AGRO 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos
5- Nitrógeno
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
2
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 NO3-
5-4-4 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
3
5
5-1 Ciclo de nitrógeno5-1.1 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
5-1.2 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
– Incidencia de enfermedades e insectos 6
4
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
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Ejemplos de respuesta de cosechas a la fertilización con N
8
5
Maíz
9
IPNI (2011)
Maíz
10
6
Arroz
11
IPNI (2011)
-N-N
+N
+N
Cítricos
12
7
Pasturas
13
IPNI (2011)
14
8
15
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
16
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
9
17
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
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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)
10
19
5-2.1 Mineralización de N5-2.1.1 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 hidrólisisEs catalizado por bacterias heterotróficos y hongosNo ocurre oxidación de N
20
5-2.1.2 Amonificación –Conversión de aminas y aminoácidos a amonia o amonio
R-NH2 + H2O NH3 + ROH + energíaNH3 + 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.
11
21
5-2.1.3 Hidrólisis de ureaReacción generalizada para suelos con pH >7.0
CO(NH2)2 + H+ + 2H2O (ureasa) 2NH4+ + HCO3
-
H+ + 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
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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+
12
23
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 –
NO
3--N
(pp
m)
Tiempo
35oC
25oC
45oC
5oC
5-2.2.1 Factores del suelo que afectan la nitrificación
24
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
13
25
26
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
14
27
5-2.3.1 Razón C:N aproximados de algunos residuos vegetativos y su relación con la mineralización-inmovilización de N
C:N > 30:1 – inmovilización netaC:N < 20:1 – mineralización neta
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
28
15
29
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
30
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?
16
31
5-2.3.3 Rol factores ambientales en la distribución de la materia orgánica en suelos: temperatura, humedad, textura
32
Material parental (tipo de suelo)
• > tasas de oxidación en suelos arenosos
• materia orgánica < arena < arcilla
• Suelo virgen
Manejo del suelo
m.o
. %
Tiempo
Suelo virgen
Cultivación
Rotación con leguminosas
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33
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
Modelo conceptual de la materia orgánica del suelo (química)
• Proteínas, amino ácidos, azucares, aminas, carbohidrátos, celulosas,
• Acidos humicos, fulvicos
34
18
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
19
37
5-3 Entradas de N5-3.1 Fijación de N5-3.1.1 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
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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
20
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5-3.1.2 No-simbiótico – no necesitan la asociación con la planta
• Algas verde azules (Anabaena, Nostoc) – son foto-autotróficas 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)
40
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)
21
41
Wet N (sum of NH4+-N and NO3--N) deposition at El Verde
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Year
Inor
gani
c N
(kg
/ha)
4
4.2
4.4
4.6
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
pH
Inorganic N
pH
42
5-4 Perdidas de N5-4.1 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)
22
43
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)
44
23
45
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
46
5-4.2 VolatilizaciónConversión de NH4
+ --------> NH3; estrictamente químico
NH3 + H2O NH4+ + OH-
o 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+
24
47
• 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+
48
Al aplicar sulfato de amonio a un suelo calcareo: CaCO3 + H2O Ca2+ + HCO3
- + OH-
HCO3- + H+ H2CO3
0
H2CO3 CO2+ H2Oneto: CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O
(NH4)2SO4 2NH4+ + SO4
-2
(NH4)2SO4 + CaCO3 + 2H+ 2NH4+ + SO4
-2 + Ca2+ + CO2 + H2O2NH4
+ 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+
25
49
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
50
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
26
51
52
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
27
53
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
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/L54
28
55
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
56
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
29
57
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
58
5-4.5 Utilización por la planta
• Concentraciones típicas en tejido de algunos cultivos
• Cantidades de N absorbido por algunos cultivos
30
59
5-5 Nitrógeno en los suelos5-5.1 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
60
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
31
61
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
62
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
32
63
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
64
33
Presupuesto de NEntradas Salidas Transformaciones
Fijación biológica Extracción por plantas y cosechas
Inmovilización
Deposición seca y húmeda Lixiviación MineralizaciónFijación industrial Volatilización NitrificaciónFijación eléctrica Desnitrificación
Residuos (desechos) orgánicos Fijación en arcillas
Residuos vegetativos Escorrentía
Fertilización
66
34
67
5-6 Introducción a los fertilizantes5-6.1 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).
68
• 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 de fincas agrícolas.
35
69
• 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.
70
• 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.
36
71
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 P2O5
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
• 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
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37
73
• 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
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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
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Ejemplos
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76
• 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.
39
77
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.
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Propiedades químicas
1. Concentración
2. Solubilidad
3. Acidez o alcalinidad
4. Salinidad
5. Compatibilidad química con otros
6. 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.
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79
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
80
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
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5-7.1 Nítricos
Nombre Formula Concentración
*nitrato de potasio (std) KNO3 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)
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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
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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.
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85
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
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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.
44
87
5-7.3 Nítrico-amoniacales
• 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.
Nombre Formula Concentración
*nitrato de amonio NH4NO3 34-0-0
nitrato de amonio calcáreo (CAN)
NH4NO3 + CaO o MgO
26-0-0-27CaO
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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
45
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5-7.4 Amidas
• 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
Nombre Formula Concentración
*urea CO(NH2)2 46-0-0
cianamida de calcio CaCN2 21-0-0-39
Urea-NH4NO3 (UAN) 32
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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
46
• 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 7 a 8 316 1, 2
NH3 11 a12 gas
(NH4)2SO4 5 a 6 750 88.3 1, 2, 3
Urea 1,080 74.4 1, 2, 3
UAN 7 liquido
NH4NO3 1,900 104.1 1, 2
92
Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3, gránulos
47
pH solución Solubilidad (20oC)
Indice de sal granulometria
g/L
MAP 4 a 4.5 370 26.7 3
DAP 7.5 a 8 588 29.2 3
SFS <2 3
SFT 1 a 3 10.1 3
KCl 7 344 116.1 1, 3
K2SO4 7 120 42.6 1, 3
K2SO42MgSO4
(Langbeinita)7 240 1, 3
MgSO4H2OKieserita
9 417 1, 2, 3
93
Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3
94
• Todos los fertilizantes que tienen N reducido acidifican el suelo por la nitrificación:
• Ej. AmoniacoNH3
0 + H2O NH4+ + OH- ó NH3
0 + H+ NH4+
NH4+ + 2O2 NO3
- + 2H+ + H2ONeto: NH3
0 + 2O2 H+ + NO3- + H2O
• Ej. UreaCO(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
48
95
Fuentes de Nitrógeno
Sulfato de amonio (21-0-0, 24%S)Urea (46-0-0) Nitrato de amonio
(34-0-0)
Nitrato de Potasio (13.5-0-44)
96
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
49
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• 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
98
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)
50
99
Ejemplos de materiales N especializado
Material Formulación ComponentesMeth-Ex 40 ™ 40-0-0 mezcla homogenea de urea-metilenoMESA ™ 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 formaldehidoSCU 42-0-0 Urea revestida con azufreAGROCOTE-N ™ 38-0-0 Urea revestida con polimeros y azufreAGROCOTE-K ™ 0-0-51 KCL revestida con polimeros y azufre
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
51
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
52
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.
53
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
54
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
55
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.
56
111
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
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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
57
113
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%
114