3/20/2014

1

AGRO 4037 ‐ Fertilidad de Suelos y AbonosAbonos

6- Fósforo

1

Objetivos

1. Describir el ciclo (modelo conceptual) de P en suelos2. Identificar las reservas de P en suelos, sus transformaciones,

y la magnitud y proporción relativa de las reservas. 3. Identificar las diferentes formas que se encuentra el P en

suelos4. Saber explicar la influencia de pH en la solubilidad de

minerales fosfatados y en la distribución de P en solución. 5. Conocer la relación entre el pH, mineralogía, textura sobre la

disponibilidad de P6. Conocer las especies de P en solución y a que pH

predominan

2

predominan. 7. Mencionar los factores que afectan la fijación de P en suelos. 8. Describir formas de manejar el fósforo para optimizar la

utilización por la planta y disminuir las posibles pérdidas.

3/20/2014

2

9. Saber cuales son las pruebas más comunes utilizadas en la determinación de P disponible en el suelo.

10. Conocer los principios envueltos en la determinación y las fracciónes de nutrimento extraídas.

11. Conocer las fuentes, análisis o grado, y fórmula química de los fertilizantes fosfatados mas importantes discutidos en lclase.

12. Saber convertir de la forma oxidada a elemental para P (ej. P2O5 <----> P).

13. Conocer los síntomas visuales generales asociados a deficiencias de P para los cultivos mas importantes discutidas en el laboratorio.

14. Conocer en detalle la importancia, metodología, e interpretación de análisis foliar para identificación de

3

p pdeficiencias nutricionales.

15. Mencionar prácticas de manejo para minimizar la contaminación de P a aguas subterraneas y superficiales.

16. Describir los factores del suelo y prácticas de manejo que afectan la retención y disponibilidad de P.

6-1. Ciclo de P6-1.1. Información general

• Segundo nutriente más deficiente en la producción de cosechas• Elemento muy estable, lo cual implica una baja disponibilidady , p j p• Análisis de P total en suelo puede variar entre 0.005 y 0.15%• La mayor disponibilidad estn asociados a suelos con mayor

contenido de materia orgánica y suelos dominados por arcillas 2:1

• Suelos del trópico húmedo tienden a tener menor cantidad de P disponible

• La concentración de P l ió => 0 01 - 0 1 ppm (mg/L)

4

La concentración de Psolución => 0.01 - 0.1 ppm (mg/L)• Concentración en la planta varía entre 0.1 y 0.5%• Puede resultar en un problema ambiental

3/20/2014

3

6-1.2. Modelo conceptual del ciclo de P

5

6-2. Formas de P inorgánico en suelos1. Apatitas 2. Fosfatos de Ca

a. MCPb. DCPDb. DCPc. OCP d. TCP

3. Fosfatos Fe & Al 4. Fosfatos ocluidos (no se discutirá en gran detalle)

6

5. Fosfato adsorbido6. Fosfato soluble (en solución)

3/20/2014

4

6-2.1. Apatitas

• Minerales primarios

• Ca10(F, OH, Cl)2 (PO4)6 = hidroxiapatita, fluorapatita, chlorapatitachlorapatita

• Son insolubles, pero la solubilidad es mayor en suelos ácidos

• Se meteorizan para formar otros minerales fosfatados

• Contienen Ca+2

• Fuente de materia prima para abonos fosfatados

7

p p

6-2.2. Fosfatos de Ca - secundario

• Minerales secundarios • En suelos calcáreos, son los minerales que se disuelven

para resuplir P solución:• monocalcio de fosfato MCP Ca(H PO ) H O (18 g/L)• monocalcio de fosfato, MCP, Ca(H2PO4) 2H2O (18 g/L)• dicalcio de fosfato di-hidratado, DCPD, Ca2HPO42H2O• dicalcio de fosfato, DCP, Ca2HPO4 (0.316 g/L)• octacalcio de fosfato, OCP, Ca4H(PO4)32.5H2O• tricalcio de fosfato, TCP, Ca3(PO4) 2 (0.02 g/L)

• Concepto de P precipitado/P solución

8

3/20/2014

5

6-2.3. Fosfatos de Fe y Al

• Minerales que se forman principalmente en suelos ácidos y son insolubles

– AlPO4•2H2O varicita4 2

– FePO4•2H2O strengita

• Su solubilidad depende del pH (aumenta con incremento en pH)

• Ej. de la solubilidad del mineral con pH del suelo

FePO4•2H2O + H2O <--------------> H2PO4- + H+ + Fe(OH)3

9

6-2.4. Fosfato ocluido

• Non de gran importancia en suelos de sistemas agrícolas• Compuestos de Fe-P y Al-P rodeados de revestimientos

inerte de otro mineral (óxidos de Mn) que evita la reaccióninerte de otro mineral (óxidos de Mn) que evita la reacción de P con la solución del suelo

• Es una fracción relativamente inactiva, se puede considerar inerte en suelo

• Esta forma de P se puede tornar disponible bajo condiciones reductoras

10

3/20/2014

6

6-2.5. Fosfato adsorbido • Como anión (H2PO4

- o HPO4-2) el P está sujeto a

fenómenos de adsorción e intercambio aniónico en suelosO d d d ió i• Orden de adsorción para aniones: • H2PO4

- > SO4-2 > NO3

- = Cl-

• Recordar el concepto de bordes rotos,materia orgánica y sesquióxidos • Cargas positivas del complejo coloidal • Protonación y desprotonación de grupos funcionales

• Es el mecanismo incial cuando se aplica P a suelos

11

Es el mecanismo incial cuando se aplica P a suelos• Ocurre cuando las concentraciones de P en suelo son

relativamente "bajas"• El P adsorbido se puede desorber cuando las

condiciones son apropiadas

Ejemplo de mecanismos de adsorción

12

3/20/2014

7

13

Ejemplo de como el pH afecta la disponibilidad (precipitación y adsorción)

14

3/20/2014

8

Ejemplo de

• Concepto de capacidad amortiguadora

• Relación P adsorbido/P solución• Relación P adsorbido/P solución

• Rol de mineralogía en disponibilidad de P

• Rol de textura en disponibiidad de P

15

16

3/20/2014

9

6-2.6. Fosfato en solución

• Mecanismo principal por el cual P es utilizado por la planta

• Recordar que el P se mueve en suelo por flujo masas yRecordar que el P se mueve en suelo por flujo masas y difusión (mas importante)

• Concentración en solución varía entre 0.01 – 0.1 mg/L• Plantas absorben en forma de H2PO4

- y HPO4-2

• La concentración de P en solución dependerá de la magnitud de las reservas de P adsorbido y precipitado

• Rol del pH en la distribución de P en solución es muy importante

17

importante• Especiación de P• Solubilidad-precipitación• Adsorción-desorción

Influencia de pH en la distribución de P en solución

18

3/20/2014

10

19

Ejemplo de

• Diagrama de solubilidad

• pH del suelo versus concentración de P en solución [log• pH del suelo versus concentración de P en solución [log (mol P/L)]

• Cada linea representa la unión de puntos

• Cada punto representa la concentración máxima de P en solución que permite el mineral (fase sólida) según el pH

• Sirve para explicar porqué la disponibilidad de P es afectada por el pH

20

3/20/2014

11

• La materia organica tiene aprox. 0.5% P• La razón C:N:P suelo es aproximadamente 140:12:1.3• P-organico corresponde entre 20 y 50 % del P total en la

bl

6-2.7. P-orgánico

capa arable• Contenido total y la proporción orgánica disminuye con

la profundidad del suelo• Se considera que es la fuente principal de P para la

agricultura sustentable• Formas

– inositol de fosfato = 15 %

21

– ácidos nucleicos < 5 %– fosfolípidos < 1 %– desconocido < 50 %

22

3/20/2014

12

6-2.7.1. Mineralización

• Los factores que afectan la mineralización de P son similar al ciclo de N

• El P se mineraliza a partir de la materia orgánica delEl P se mineraliza a partir de la materia orgánica del suelo y de la descomposición de los residuos vegetativos

• El proceso aporta entre 4 – 20 lb P/acre/año.

• P-orgánico -------------- H2O/bacteria ------> P-inorgánico

• C:P < 200 en el residuo favorece la mineralización

23

• C:P > 300 en el residuo favorece la inmovilización

6-3. Procesos de fijación:6-3.1. Factores que afectan fijación de P

• Suelos ácidos fijan mas P que suelos calcáreos• Area superficial (tipo de arcillas y magnitud de la proporción

de arcillas) disponible para reaccionarde arcillas) disponible para reaccionar• Tiempo de reacción: mientras mas tiempo el P esté en

solución sin ser utilizado mayor la posibilidad de ser fijado • Suelos con mayor contenido de materia orgánica retienen

menos P (mas disponibles)• Al añadir niveles bajos de P al suelo, adsorción es el

mecanismo principal fijación• Conforme se satura los sitios de adsorción ambos

24

• Conforme se satura los sitios de adsorción ambos adsorción y precipitación predominan

3/20/2014

13

6-3.2. Precipitación mediante iones de Fe y Al (suelos ácidos) y iones Ca (suelos calcáreos)

Ca+2 + H2PO4- + 2H2O CaHPO4•2H2O + H+

2 4 2 4 2

Al(OH)3 + H+ + H2PO4- AlPO4•2H2O + H2O

25

6-3.3. Fijación mediante óxidos hidratados, al reaccionar el ión fosfato con óxidos hidratados insoluble, como gibsita

• Al(OH)2+ + H2PO4

- ---------------> Al(OH) 2H2PO4

26

3/20/2014

14

6-3.4. Adsorción directa del ión fosfato al complejo coloidal

• Suelo - 2OH + H2PO4- ---------> suelo H2PO4

- + 2OH-

• En esta situación el anión P es susceptible de• En esta situación el anión P es susceptible de precipitarse con algún catión (Fe, Al, o Ca)

27

6-3.5. Adsorción a través de un "puente" con un catión de intercambio

Suelo-Ca + H2PO4- ------------> suelo-Ca–H2PO4

28

3/20/2014

15

6-4. Pruebas de P en suelos

• La medida de P total no indica disponibilidad y no indica la cantidad absoluta disponible

• La prueba de P es una extraccion química de alguna• La prueba de P es una extraccion química de alguna forma de P en suelos

• El valor numerico no tiene significado a menos que este cuantitativamente relacionado con el nivel de produccion de un cultivo (crecimiento o respuesta)

• A medida que la cantidad de P en suelo extraíble t l b bilid d h t l

29

aumenta la probabilidad a que haya una respuesta a la fertilización disminuye

• La prueba a utilizarse debe considerar el pH del suelo

Concepto incorrecto de nutrientes “disponibles” como parte de fracciones discretas en el suelo

Interpretación del análisis de suelos

No-disponible Disponible

Aumento en disponibilidad

Concepto correcto de disponibilidad de nutrientes como un continuum en el suelo

30

p

A B C

Extractante del Suelo

3/20/2014

16

6-4.1. Suelos ácidos

• Bray-1 es una solución con una composición de

0.025 N HCL + 0.03 NH4F

• Una extracción quimica, usualmente se añade 50 mL solucion a 10 g suelo, se agita, se obtiene el sobrenadante

• El P en solución (mg P/L) se mide por absorción atómica

• Se convierten el resultado a mg P/kg suelo

• 3NH4F + 3HCl + (Fe, Al - PO4) ---> (NH4)4(Fe, Al)F3 + H3PO4

• Reactivos precipitan el Fe y Al y H PO aumenta y

31

• Reactivos precipitan el Fe y Al y H2PO4 aumenta y representa la capacidad del suelo de suplir el P

6-4.2. Suelos neutrales o calcáreos

• Prueba de Olsen-bicarbonato• Es una solución con una composición de 0.5 M NaHCO3,

pH 8.5p• Una extracción química (igual que el Bray 1)• La reacción es:

CaCO3 , Ca +2 + CO3-2

NaHCO3 Na+ + HCO3- H + + CO3

-2

CaHPO4 (disminuye) Ca +2 + HPO4-2

• Aumenta HCO3-, causa que aumente CO3

-2, se precipita C CO d C +2 l ió

32

CaCO3 y se reduceCa+2 en solución• Los minerales de Ca-P se disuelven para suplir Ca +2 a la

solución y aumenta HPO4-2 en solución

• Al igual que Bray-1 simula la capacidad del suelo a suplir P.

3/20/2014

17

Categoría Bray-I Bray-II Olsen-bicarb Mehlich III muy bajo 0 – 5 0 - 3 0 - 9

Niveles de pruebas de P en suelo según Havlin et al.

muy bajo 0 5 0 3 0 9 bajo 6 – 12 (<10) (<20) 4 – 7 (12) 10 - 19 mediano 13 - 25* (10-20) (20-40) 8 – 14 (12-35) 20 - 29 alto > 25 (>20) (>40) >15 (>35) > 30

• ( ) valores aceptados en Puerto Rico• nivel critico

33

• Los valores numéricos de las categorías pueden variar según los distintos suelos y cultivos

34

3/20/2014

18

35

36

3/20/2014

19

37

6-5. Fuentes fosfóricas6.5.1. Introducción

• Roca fosfórica (de depositos sedimentrios) es la principal materia prima para la producción de fertilizantes fosfatados

• Existen yacimientos en África del Norte (Marruecos) ChinaExisten yacimientos en África del Norte (Marruecos), China, Venezuela, Brazil, Perú (fosfatos de Ca, apatitas).

• En EEUU está el 17% de la producción: Florida, ID, NC, y TN

• La concentración total (P2O5) de roca fosfórica es variable pero está alrededor del 32 %. La parte asimilable llega apenas al 10% P2O5.

• Producción anual de 167 x 106 mton/año con consumo en

38

Producción anual de 167 x 10 mton/año, con consumo en fertilizantes de 38 x 106 mton/año. Duración de las reservas en 93 años.

3/20/2014

20

6-5.2. Terminología de P en fertilizantes (El análisis solamente reporta la parte soluble)

• Contenido de P en fertilizantes de P - son siempre expresados como %P2O5

%P2O5 --> P = peso molecular P/peso molecular de P2O5 = = 2(31) / 2(31) + 5(16) = 0.437

• P soluble en agua - cantidad de P que es soluble en agua • P soluble en citrato - P insoluble en agua que disuelve en

1N citrato de amonio• P insoluble en citrato - P insoluble en agua e insoluble en

39

• P insoluble en citrato - P insoluble en agua e insoluble en citrato

6-5.3. Fertilizantes de P

Nombre Formula química Concentración

*Superfosfato sencillo simple, (SFS)

Ca(H2PO4)27CaSO4 0-20-0-28CaO-12S

*Superfosfato triple o concentrado (SFT)

Ca(H2PO4)2 0-46-0-18CaO

*Ácido fosfórico H PO 0 62 0 (14 4 lbs

40

Ácido fosfórico H3PO4 0-62-0 (14.4 lbs H3PO4/gal) = 1.72 g acido/cm3

= 1.07 g P2O5/mL

3/20/2014

21

6-5.3.1. Superfosfato simple

• Son gránulos• contiene S• Síntesis química(Ca3[PO4]2)3•CaF2 + 7H2SO4 3Ca(H2PO4)2•7CaSO4 +2HF

41

Disolución de gránulos de fertilizante-P

42

3/20/2014

22

6-5.3.2. Superfosfato triple

• Es 98% soluble en agua• Es una fuente mas económica que el superfosfato sencillo q p• Muy común • Síntesis química

(Ca3[PO4]2)3•CaF2 + 12H3PO4 + 9H2O 9Ca(H2PO4)2 + CaF2

43

6-6. Fertilizantes de P con otros elementos

Nombre Fórmula química Concentración

* fosfato monoamónico - MAP NH4H2PO4 12-61-0

*fosfato diamónico - DAP HPO4(NH4)2 18-46-0

*Fosfato monopotásico - MKP KH2PO4 0-52-34

fosfato de amonio-sulfato 16-20-0

polifosfatos de amonio (PFA) NH4HP2O7 10-34-0

44

3/20/2014

23

• MAP - gránulos, reacción fertilizante-suelo pH = 4.0; es bueno para suelos calcáreos

• DAP - gránulos, reacción fertilizante-suelo pH = 9.0; puede generar problemas transitorios, micronutrimentos

• PFA – liquido de color verde; excelente fuente de P l d SPT l d i i lremplazando SPT en el mercado internacional

• ¿Porqué utilizar polifosfatos?– Abono liquido, y se puede mezclar con otros líquidos.– Efecto quelatante sobre metales (Mg, Fe, Al, Zn, Cu,

Mn)

45

6-7. Factores que afectan la retención y disponibilidad de P

• pH del suelo

• Tipos de arcilla• Tipos de arcilla

• Epoca de aplicación

• Compactacion / aireacion del suelo

• Temperatura / humedad

• Presencia de hidróxidos en el suelo

• Materia orgánica

46

Materia orgánica

3/20/2014

24

6-8. Manejo de P en el suelo

• Tipo de suelo – Oxisoles, Ultisoles, Inceptisoles, Molisoles• Suelos donde se realizan aplicaciones de residuos

organicosg• Reacción del suelo • Para maximizar la eficiencia de la disponibilidad y

utilización de P• Mantener el pH del suelo alrededor de 6.5• Promover insumos de materia orgánica al suelo• Aplicar el P en banda lateral al fondo o al lado del surco

A li P l f d d l h

47

• Aplicar P al fondo del hoyo• Esperar mayor disponibilidad de P en suelos inundados

parcialmente durante el año• A medida que la fertilidad del suelo mejora, las ventajas

de aplicación en banda disminuye pero el rendimiento mejora

6.9. Problema ambiental de P y la agricultura

• Eutroficación - enriquecimiento acelerado de un cuerpo de agua que promueva una degradación en la calidadde agua que promueva una degradación en la calidad del sistema

• Suelos con alto contenido de P disponible pueden contribuir P a los cuerpos de agua, por escorrentía

• Mal manejo de fertilizante-P o residuos orgánicos

48

3/20/2014

25

¿Estatus de calidad de agua en PR?

49

3.33.43.53.63.7

3.33.43.53.63.7

Resumen de concentraciones de P total en rios de PR (1990 - 1998)

To

tal P

(m

g/L

)

00.60.70.80.91.01.11.21.31.41.53.03.13.2

00.60.70.80.91.01.11.21.31.41.53.03.13.2

50Rivers

Añasco

Yagüez

Guan

ajib

o

Portugués

Coamo

Patill

as

Guay

anés

Guajat

aca

Areci

bo

Man

atí

Loíza

0.00.10.20.30.40.5

0.00.10.20.30.40.5

3/20/2014

26

Importancia del analisis de suelos

• Aplicacion de P a largo plazo causa acumulacion pde P en suelos

• El aumento de P puede aumentar P en aguas superficiales

• Aplicacion de P puede basarse en: • Analisis de suelos

51

(STP) • Niveles criticos

ambientales • “P index”

• El analisis de suelo no funciona cuando hay residuos organicos en la superficie

52

3/20/2014

27

Distribución de frecuencias para P (Bray< 7.3; Olsen >7.3)

250

xtra

íble

(p

pm

)

100

125

150

175

200

225

53Bray1 Olsen

P e

0

25

50

75

Status de P en suelos donde se aplican fertilizantes

49

40

45

50

3640

45

50

20

28

20.26

0

5

10

15

20

25

30

35

< 10 10 - 20 20 - 131 131 - 197 > 197

Fre

cuen

cia

rela

tiva

(%

)

Bray1 (ppm)

Bajo Mediano Alto Muy Excesivo

1315

24

12

0

5

10

15

20

25

30

35

< 12 12 - 35 35 - 123 123 - 179 > 179

Fre

cu

en

cia

re

lati

va

(%

)

Olsen (ppm)

B j M di Alt M E i

54

Categoría

Bajo Mediano Alto Muy alto

Excesivo

Categoría

Bajo Mediano Alto Muy alto

Excesivo

3/20/2014

28

4 04 04 0

Perdidas de lluvia bajo condiciones de simulacion de lluvia

4 0

DP

(m

g L

-1)

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Site Alzamora day 1

DP

(m

g L

-1)

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Site Alzamora day 1Site Alzamora day 2

DP

(m

g L

-1)

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Site Alzamora day 1Site Corozal Inorganic P

DP

(m

g L

-1)

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Site Alzamora day 1Site Corozal Inorganic PSite Corozal Organic P

55

Olsen P (mg kg-1)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

0.5

1.0

Olsen P (mg kg-1)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

0.5

1.0

Olsen P (mg kg-1)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

0.5

1.0

Olsen P (mg kg-1)

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.0

0.5

1.0

SueloNivel crítico

Niveles críticos ambientales de P en suelos

Suelo(Amend cond.) Olsen

(mg kg-1)Bray I

(mg kg-1)

Ultisol (enmienda orgánca) 88.5 111.5

Ultisol (enmienda inorgánica) 176 206

56

Ultisol-Oxisol(enmienda inorgánica)

184 143