1

1

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

7

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

18

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

22

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

17

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

38

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

39

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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• 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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• 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.

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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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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

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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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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.

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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

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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

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• 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)

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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

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Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3, gránulos

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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

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Granulometria: 1 – cristales, 2 – prilado, 3

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• 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

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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)

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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

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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)

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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

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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

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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

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Meth Ex 40®

• Urea metileno (40-0-0)• Descomposición microbiana

y solubilización

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MESA ®

• 30-0-0• Gránulo homogéneo combinando

urea-metilada, Meth Ex 40® y sulfato de amonio.

• MESA no tiene una cubierta

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• 20% N; 25% K• granulo homogéneo

combinando Meth Ex 40® y sulfato de potasio.

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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

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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%

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