Dr. Ricardo Melgar

SIMPOSIO INTERNACIONAL MANEJO Y USO EFICIENTE DE FERTILIZANTES

Instituto Nacional de Tecnología AgropecuariaEst. Exp. Pergamino

Outline de la presentaciónLos próximos 50 años:  Mas fertilizantes o fertilizantes mas eficientes? Mejorar es métodos de aplicación o mejores fertilizantes?El fertilizante “ideal”: Liberación lenta/controlada ó  estabilizado?Fertilizantes de liberación lenta y controladaImportancia agronómica de la ureaActividad de la ureasa y volatilización del amoniaco Inhibidores de ureasa Inhibidores de nitrificaciónResumen y Conclusiones

Mundo: Próximos 50 añosEl mayor desafío de la agricultura. Alimentación de 8‐9 mil millones cada vez mas prósperos (hoy quizás 1500 millones, mañana 7 mil) además de  sus mascotas (no vegetarianas).Insostenibilidad en el mediano plazo de la dicotomía bio combustibles – alimentosAgenda de los países: Seguridad alimentaria... ...y energética: “La energía está mal distribuida. Hay suficiente solo se debe mejorar la distribución.” (lo mismo podemos decir de los alimentos y delos recursos minerales fertilizantes)

Que hacer para:● Mantener los balances de nutrientes? ● Aprovechar el potencial genético ? ● Maximizar la inversión en fertilizante?●Minimizar el costo por t producida

Aumentar la eficiencia de uso de los fertilizantes ?

Agregar mas fertilizantes? ó….

EstrategiasMejorar la sincronización de la oferta de nutrientes con la demanda del cultivoMinimizar las pérdidas y la inmovilización de nutrientes

Inmovilización microbiana Mecanismos de

Péridida

Absorción deN- P – K – S y Micros

Mejores Métodos de aplicación ? o Modificar los fertilizantes ?

Posicionamiento: En Bandas, En capas ó franjas, súper gránulos (forestación)Bio‐inhibidores: Nitrificación, amonificaciónBio‐estimulantes: Fijadoras libres de N, solubilizadoras de PFertilizantes de Liberación lenta y /o controladaApuntarle mejor al blanco objetivo: 

Fertirrigación, (Frecuencia, Localización, …)Agricultura de precisión, (Dosis variables, momento)Fertilización Foliar (Complementariedad, Momento)

Mantenimiento de la fertilidad del suelo vs. Nutrición del cultivo

Estrategia de Productos Estrategia de Manejo

Eficiencia Mejorada de los Fertilizantes

Eficiencia Mejorada de la Fertilización

NPKSal Suelo

NPKSal Cultivo

El fertilizante “ideal” debe tener las siguientes características:

Precisar de solo una única aplicación a lo largo de todo el ciclo para proveer la cantidad necesaria de nutrientes para una producción óptimaAdemás necesitarse una única aplicación para lograr el máximo retorno económico del insumo, yTener un mínimo efecto negativo sobre el ambiente: el suelo, el agua y la atmósfera 

El concepto de fertilizante “ideal” se resumen en dos categorías de fertilizantes de Mayor Eficiencia

Fertilizantes de liberación ControladaLiberación LentaLiberación Controlada

Nitrógeno EstabilizadoInhibidores de la ureasaInhibidores de la nitrificación

El fertilizante “ideal” todavía es objeto de intensas investigacionesUna búsqueda con las palabras clave: Fertilizantes de liberación lenta y controlada inhibidores de ureasa y nitrificación, entre 1963 y 1999 reveló 1400 patentesLa mayoría de las patentes son fertilizantes cubiertos y de liberación lenta, incluyendo urea formaldehído y productos condensados de la ureaLos productos actuales son solo una aproximación al fertilizante “ideal”

Fertilizantes de Mayor Eficiencia

NitrógenoSoluble

Nitrógeno de Liberación Lenta

Nitrógeno de Liberación Controlada

Nitrógeno Estabilizado

Urea Metilen Urea Urea recubierta con Azufre

Urea c/inhibidores de ureasa y/o nitrificación

Sulfato de Amonio

Urea Formaldehído Urea recubierta con Polímeros

Nitrato de Potasio

IBDUOrgánico Naturales

Nitrato de Calcio NitaminCoRon

Fertilizantes de Liberación Controlada

Liberación lenta o controlada?Liberación lenta UF (Urea Formaldehído), SCU (Recubierta de Azufre)Liberación controlada Recubierta de polímerosEmpalma (mejor) las necesidad de la plantas (nivel, proporción , momento)Cuanto mas precisa es la sincronización:

Mayor es la Eficiencia de Uso y Menores son las pérdidas

Urea Recubierta con AzufreLa disponibilidad de N depende de la destrucción de la cobertura de azufre y  difusión de la urea

Rotura FísicaDispersiónOxidación Biológica

Velocidad de Liberación determinada por

Espesor de la coberturaCondiciones Ambientales

Liberación lenta e incontrolada

Urea recubierta por PolímerosLa película de polímeros se aplica sobre los gránulos de fertilizantes solublesLiberación: difusión a través de la coberturaVelocidad de liberación determinada por

Química del PolímeroEspesorProceso de recubrimientoTemperatura

La liberación puede controlarseNo siempre disponible cuando se necesita el N

Como funcionan los fertilizantes recubiertos por polímeros?

Source: Alan Blaylock, Agrium, InFoAg 2007 Conference, July 10, 2007

El agua entra

El N se disuelveDentro del granulo

El N sale a través

del polímero

A la solución de suelo

Difusión controlada portemperaturaA través de

la cobertura

Fertilizantes de Liberación Lenta y Controlada

Ventajas DesventajasReduce la toxicidad a los plantinesReduce frecuencia de aplicación Funcionan con programas de manejo avanzado de fertilizantes y sistemas de cultivo innovadoresContribuyen a la reducción de perdidas de nitrógeno

Recubiertas por azufreNo hay método estandarizados para determinar la liberación de nutrienteEl Nitrógeno puede liberarse al suelo muy lentamenteLa liberación inicial de nutrientes puede ser muy rápidaPuede aumentar la acidez del suelo

Fertilizantes de Liberación Lenta y ControladaVentajas Desventajas

Reduce la toxicidad a los plantinesReduce frecuencia de aplicación Funcionan con programas de manejo avanzado de fertilizantes y sistemas de cultivo innovadoresContribuyen a la reducción de perdidas de nitrógeno

Recubiertos por PolímerosPueden dejar residuos sintéticos en el suelo ( puede llevar a niveles indeseados de residuos plásticos)

Ante lluvias fuertes, los fertilizantes recubiertos por polímeros tienden a florar y moverse del sitio de aplicación

De alto costo comparados con otros fertilizantes de mayor eficiencia

Nitrógeno de Liberación LentaDemora la Disponibilidad de N

N disponible a través del quiebre (hidrolisis) química/biológica

Protección: Semanas a mesesVelocidad de Liberación determinada por:

Estructura químicaPeso MolecularCondiciones Ambientales

Liberación Lenta e Incontrolada

Influencia de factores que afectan  la liberación de N de los fertilizantes de LL /LC

Temperatura Microbios del suelo

Humedad pH Tamaño Partícula

Naturales Muy Alta My alta Alta Leve Moderada

UF de cadena larga

Muy  Alta Muy alta Alta/Muy Alta

Alta/Muy Alta

No tiene

UF de cadena corta

Moderada Moderada Moderada Leve Leve

IBDU Leve a Moderada

Leve Alta Leve/Moderada

Muy alta

Urea Rec. c/ Azufre

Moderada Leve Moderada No tiene Moderada

Urea Rec. c/ Polímeros

Alta  No tiene Leve No tiene Alta

G. Harada. 1995. Turf Tales Magazine

Un poco de historiaUF: 1924 (Patente Europea), UF: 1955 Producción comercial en EEUUIBDU: 1960SCU: 1961 (TVA)1967: Osmocote ®1985 Nutricote ®1990 PoliOn ® 2005 CoteN ™ … Varios más en carrera

$ PREC

IO / kg N

Nucleo de nutrientes

Polímero de cobertura

Urea recubierta por polimeros

Nitamin ® Nuevo fertilizante líquido de liberación lentaNitamin & Nfusion: Polímeros de urea‐formaldehídoPara  Mezclar con UAN

Son convertidos a Urea por acción microbiana, que rompen las uniones químicas, convirtiéndola en urea común

NH4 NO3

UreaCreciente participación en el mercado mundial de N Perú: 60 % de los fertilizantes y 80% del N consumido 

Creciente importancia de la urea en la provisión de N (y proteínas) al mundo

1909 _ Síntesis del amoniaco: Base de la industria moderna de fertilizantes

Aparato usado por Haber para sintetizar amoniaco en el laboratorio

UreaVentajas Desventajas

El fertilizante nitrogenado con mayor concentración de N disponible (46% N)Ofrece ventajas de transporte sobre otras fuentes Manufactura mas barata

Perdidas de N por volatilización de amoniaco gaseosoLas respuestas de rendimiento son menores muchas veces que con NA o CANPuede afectar severamente la germinación de las semillas o los plántulas en crecimiento

Costo/Beneficio

Oportunidades para brindar mayor eficiencia a la urea

Sistemas de liberación lenta/controladaRecubrimiento con azufre/Recubrimiento con polímeros

Tamaño de granulo (supergránulos)Colocación incorporada

RiegoMecánica

Estabilización con aditivos químicosInhibidores de ureasaInhibidores de nitrificación

Nitrógeno EstabilizadoNo son fertilizantes de liberación lenta o controladaUrea o solución de urea que contiene:

Inhibidor de Ureasa y /o unInhibidor de la Nitrificación

Reduce las perdidas de N al mantener al N como NH4

+

Provee la nutrición de las plantas en el lugar y el momento correctos y en la forma mas ventajosaProtección desde días a meses

Hidrolisis de la ureaCO(NH2)2 + H+ + 2H2O             2NH4

+ + HCO3‐ureasa

TemperaturaConcentración de Urea Humedad del suelopH del sueloContenido de materia orgánica

Factores que la afectan

Que es la ureasa ?Que es la ureasa y que hace?Porque la ureasa es importante?Adonde encaja la ureasa en el ciclo del N?Que factores controlan la actividad de la ureasa en el suelo?

Reacciones de equilibrio

NH4+               NH4

+ + OH‐

(adsorbido)         (solución de suelo)

Urea

Reacciones de equilibrio

NH4+               NH4

+ + OH‐ NH3 + H2O(adsorbido)         (solución de suelo)                (solución de suelo)

Urea NH3 (atmos.)

Si no hay humedad en el suelo , o sitios de intercambio para el NH4+

Reacciones de equilibrio

NH4+               NH4

+ + OH‐ NH3 + H2O(adsorbido)         (solución de suelo)                (solución de suelo)

Urea NH3 (atmos.)

Si no hay humedad en el suelo , o sitios de intercambio para el NH4+

Que es la Ureasa? La ureasa es una enzima producida por las plantas, bacterias  y hongosLa ureasa catalizan el primer paso de los siguientes en la transformación de la urea en el suelo

NH2-CO-NH2 + H2O NH2-COOH + NH3Urea Agua Carbamato de Amonio Amoniaco

NH2COOH + H2O NH3 + H2CO3

2 NH3 + 2 H2O 2NH4+ + 2 OH-

Ureasa

Porque las Ureasas son  Importantes?

Quiebra la urea en CO2 y NH4La ureasa liberan NH3, que se pierde como gas si no hay suficiente aguaLa ureasa provoca que el ambiente alrededor de la urea se vuelva mas alcalino (aumenta el pH), el que puede:‐ Dañar los tejidos de las plantas y raíces ‐ Causar la transformación del NH4

+ en NH3 volátil‐ Causar acumulación de NO2

‐

NH3 Urea(NH2-CO-NH2)

N2

N2O

NO

NO2-

NO3-

Aum

enta

la d

esni

trific

ació

n

Aum

enta la Nitrificación

El suelo se vuelve

mas seco y mas

aireado

Donde entra la Ureasa en el ciclo

del N?

Ureasa

Efecto inicial sobre el pH del suelo

NH4+ + OH‐ NH3 + H2O

pH 5.5

pH 8.0

Daños de quemado por volatilización de NH3 de la Urea

Agrotain ®

Inhibidores de la Ureasa

(Mejoradores del uso de la Urea y derivados = UAN)

nBTPT es el único inhibidor de ureasa disponible comercialmente

Impregnado gránulos de ureaAgregado a la urea fundida durante su manufacturaAgregado a la solución de UAN antes de su aplicación al campo

Días

N-N

H3

Vola

tiliz

ado

(% d

el a

plic

ado)

Pérdidas diarias de N (y rindes!) por volatilización de N como NH3

Watson, 2005

Parcela con daño de volatilización de la Urea

CON daños porvolatilización de NH3

SIN daños por volatilización de NH3

Necrosis de las puntas de hojas

0

2

4

6

8

10

12

14

50 100 200

Por

centaje

de dañ

oen hoja

Dosis de aplicación de N kg/ha

0 0.1 0.5

% n-BTPT

Watson , 2005

Suelo (y raíces) Atrás de pared de vidrio

Area de lectura

Detector adosado a un escáner de mesa

N‐sight ‐ Escaneo no invasivo para detectar cambios en el pH del suelo

Esquema del sistema N-sight

detector

source

Blossfeld, et al 2010

The unique technolog 45

Areas de lectura

Granulo de urea Granulo de urea + Agrotain

Sistema N‐sight analizando urea común vs. Urea + nBTPT

46

Treated ureaUrea Normal

pH

243 8 12 36 48 60 72 84 96 108 120 1320Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5

Horas:Click here onceto start animation Press up arrow to repla

N‐sight – Suelo arenoso‐ 1 granulo de urea en la superficie –3 cm x 3 cm ‐ 5 días de evaluación de cambios de pH del suelo

The unique technolog 47

pH

243 8 12 36 48 60 72 84 96 108 120 1320Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5

Horas:

Urea Normal Urea Tratada

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Velocidad controlada de hidrolisis de urea: Lento y corto aumento de pH.

Bajo potencial de pérdida da N

Velocidad excesiva de hidrolisis de urea:Rápido y duraderos aumento de pHAlto potencial de perdida de N

N‐sight – Suelo arenoso‐ 1 granulo de urea en la superficie –3 cm x 3 cm ‐ 5 días de evaluación de cambios de pH del suelo

48

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5Días después de la aplicación

pH P

rom

edio

en

el á

rea

de le

ctur

a

max = pH 7.9

max = pH 9.5

39%NH4

61%NH3

95%NH4

5%NH3

Promedio de 316 sitios y 14 años de ensayos

6.800

7.200

7.600

8.000

8.400

8.800

Rin

de G

rano

kg/

ha

Urea Urea + nBTPT

C. Watson, 2005

Respuesta del maíz al nBTPT en EEUU

Evaluaciones en Argentina1988‐1992: Ensayado en Maíz y Trigo (INTA Balcarce); Arroz  y Pasturas (INTA Corrientes) (Experimental ‐IFDC)1996‐1999: Comercializado por una empresa local (Patente propiedad de IMC)1999‐2000: Patente adquirida por Lange‐Stegmann. Mejoras en la formulación  Agrotain ® 2003‐2007: Ensayos en maíz y trigo2007 ‐ : Desarrollo de mercado 

Cronología

El proceso de la nitrificaciónProceso biológico llevado a cabo por microorganismos que oxidan el producto de la descomposición de la materia orgánica (y fertilizantes) y producen nitratos disponibles para las plantas ( y los cultivos)

Nitrosomonas

Nitrobacter

NH4++O2+H+→NH2OH+H2O → NO2

- + 5H+

NO2 - + H+ + H2O → NO3

- + 3H+

Demorar la nitrificación implica limitar las pérdidas por lixiviación y por desnitrificación 

Condiciones que favorecen la desnitrificaciónSuelos mal o pobremente drenadosEn suelos bien drenados 

Periodos de tiempo lluviosoCondiciones anaeróbicas dentro de los agregados de suelo, en especial  bajo SDAbundante cobertura de residuos

Inhibidores de la NitrificaciónNitrapirina (N‐Serve®,  Dow Agrosciences)

82 % de inhibición en 2 semanasProbada performanceDesventaja: Volátil  Necesita incorporarse

DMPP (3,4‐dimetilpirazol fosfato) (Entec ®, Compo)Altamente efectivo Se usa  sobre sulfato o nitrato de amonioSin problemas ambientales ni otras desventajas

DCD (Dicyandiamida) (ExEntec, Agrotain plus)Incorporado al granulo de ureaReduce la nitrificación hasta 8 semanasSin problemas ambientales ni otras desventajas

Dosis N Perdidas de N porlixiviación

Respuesta enrendimiento

Optima No hay perdidas No hay respuesta

Excesiva Hay perdidas No hay respuesta

Optima Hay Perdidas Hay respuestaExcesiva Hay Perdidas Hay respuesta

Respuesta a los inhibidores de la nitrificación

Puede haber inhibición efectiva pero sin efecto en los rindes

Precios baratos de urea Dosis N altas Relación precios desfavorable

Requisitos para un buen aditivo estabilizadorNo tóxicoNo agresivo al ambiente al degradarseEstable bajo múltiples condicionesEfectivo a bajas concentracionesBaratoCompatible con la ureaCompatible con la mayoría de los agroquímicos

Resumen y Conclusiones

Usar fertilizantes de mayor eficiencia 

Mejorar el manejo de la fertilización (Dividir  

dosis, fertirrigar, incorporar)  Fertilización de 

mayor eficiencia).

Para aumentar la eficiencia de uso de los fertilizantes es posible…

Ya existen en plaza productos fertilizantes nuevos, resultado de la innovación tecnológica de la industriaEn la agricultura mecanizada de escala la incidencia del costo de los fertilizantes exige una cuidadosa evaluación de los procesos de su utilización

Existen productos nuevos… Resumen y Conclusiones

Diferencial de  precios entre la urea y el NA o CANQue la incorporación de la urea sea difícil

Cantidad de N ahorrado de perdida de amoniaco o lixiviaciónLas condiciones ambientales y edáficas  que promueven una alta volatilización

Valor del cultivo y del incremento logrado de rendimientoCosto adicional de aditivos o sustitutosAlto potencial de rinde del cultivoBajos niveles de N en el suelo

Los máximos beneficios económicos …Resumen y Conclusiones

Muchas gracias por su atención....

rjrmelgar@gmail.comwww.fertilizando.com