20.1: Agricultura y Químicos- Fertilizantes
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- Identificar los tres macronutrientes principales, los macronutrientes secundarios y los micronutrientes que son esenciales para el crecimiento de las plantas.
- Describir los diferentes tipos de fertilizantes comerciales.
Un fertilizante es cualquier material de origen natural o sintético que se aplique al suelo o a los tejidos de las plantas para suministrar uno o más nutrientes vegetales esenciales para el crecimiento de las plantas. Existen muchas fuentes de fertilizantes, tanto naturales como de producción industrial. [1] Los fertilizantes comerciales, se aplican a cultivos agrícolas para aumentar los rendimientos de los cultivos, utilizando equipos similares a lo que se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Antes de la década de 1950, la mayor parte de la agricultura ocurría en pequeñas granjas familiares con un uso limitado de químicos. El cambio desde entonces a granjas corporativas más grandes ha coincidido con el uso de fertilizantes químicos en las prácticas agrícolas modernas. Los tres tipos principales de fertilizantes comerciales utilizados en Estados Unidos son el nitrógeno, el fosfato y la potasa.
Los fertilizantes mejoran el crecimiento de las plantas. Este objetivo se cumple de dos maneras, siendo la tradicional los aditivos que aportan nutrientes. El segundo modo por el que actúan algunos fertilizantes es potenciar la efectividad del suelo modificando su retención de agua y aireación. Este artículo, como muchos sobre fertilizantes, enfatiza el aspecto nutricional. Los fertilizantes suelen proporcionar, en proporciones variables: [15]
- tres macronutrientes principales:
- Nitrógeno (N): crecimiento foliar
- Fósforo (P): Desarrollo de raíces, flores, semillas, frutos;
- Potasio (K): Crecimiento fuerte del tallo, movimiento del agua en las plantas, promoción de la floración y fructificación;
- tres macronutrientes secundarios: calcio (Ca), magnesio (Mg) y azufre (S);
- micronutrientes: cobre (Cu), hierro (Fe), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), zinc (Zn), boro (B). De importancia ocasional son silicio (Si), cobalto (Co) y vanadio (V).
Los nutrientes requeridos para una vida saludable de las plantas se clasifican de acuerdo a los elementos, pero los elementos no se utilizan como fertilizantes. En cambio, los compuestos que contienen estos elementos son la base de los fertilizantes. Los macronutrientes se consumen en mayores cantidades y están presentes en el tejido vegetal en cantidades de 0.15% a 6.0% sobre una base de materia seca (MS) (0% humedad). Las plantas están compuestas por cuatro elementos principales: hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno. El carbono, el hidrógeno y el oxígeno están ampliamente disponibles como agua y dióxido de carbono. Aunque el nitrógeno constituye la mayor parte de la atmósfera, se encuentra en una forma que no está disponible para las plantas. El nitrógeno es el fertilizante más importante ya que el nitrógeno está presente en proteínas, ADN y otros componentes (por ejemplo, clorofila). Para ser nutritivo para las plantas, el nitrógeno debe estar disponible en forma “fija”. Solo algunas bacterias y sus plantas hospedadoras (notablemente las legumbres) pueden fijar el nitrógeno atmosférico (N 2) convirtiéndolo en amoníaco. Se requiere fosfato para la producción de ADN y ATP, el principal portador de energía en las células, así como ciertos lípidos. La tabla\(\PageIndex{1}\) enumera las características de varios nutrientes esenciales de las plantas.
Figura\(\PageIndex{2}\) Un esparcidor de fertilizantes grande y moderno (derecha). Fuente: Wikipedia
Fertilizantes de nitrógeno
Los fertilizantes nitrogenados están hechos de amoníaco (NH 3) producido por el proceso Haber-Bosch. En este proceso intensivo de energía, el gas natural (CH 4) suele suministrar el hidrógeno, y el nitrógeno (N 2) se deriva del aire. Este amoníaco se utiliza como materia prima para todos los demás fertilizantes nitrogenados, como el nitrato de amonio anhidro (NH 4 NO 3) y la urea (CO (NH 2) 2).
Los depósitos de nitrato de sodio (NaNO 3) (salitre chileno) también se encuentran en el desierto de Atacama en Chile y fue uno de los fertilizantes originales (1830) ricos en nitrógeno utilizados. Todavía se extrae para obtener fertilizante. Los nitratos también se producen a partir del amoníaco por el proceso de Ostwald. La información detallada sobre los diferentes fertilizantes nitrogenados se da en (Tabla\(\PageIndex{2}\)).
Tabla \(\PageIndex{2}\)USDA Guía de Fertilizantes Nitrógeno
https://www.nrcs.usda.gov/Internet/F...4p2_068185.pdf
Fertilizantes de fósforo
Los fertilizantes fosfatados se obtienen por extracción de roca de fosfato, la cual contiene dos minerales principales que contienen fósforo, fluorapatita Ca 5 (PO 4) 3 F (CFA) e hidroxiapatita Ca 5 (PO 4) 3 OH. Estos minerales se convierten en sales de fosfato solubles en agua por tratamiento con ácidos sulfúrico (H 2 SO 4) o fosfóricos (H 3 PO 4). La gran producción de ácido sulfúrico está motivada principalmente por esta aplicación. En el proceso de nitrofosfato o proceso de Odda (inventado en 1927), la roca de fosfato con un contenido de hasta 20% de fósforo (P) se disuelve con ácido nítrico (HNO 3) para producir una mezcla de ácido fosfórico (H 3 PO 4) y nitrato de calcio (Ca (NO 3) 2). Esta mezcla se puede combinar con un fertilizante de potasio para producir un fertilizante compuesto con los tres macronutrientes N, P y K en forma de fácil disolución.
Fertilizantes de potasio
La potasa es una mezcla de minerales de potasio que se utiliza para elaborar fertilizantes de potasio (K). La potasa es soluble en agua, por lo que el esfuerzo principal en la producción de este nutriente a partir del mineral implica algunas etapas de purificación; por ejemplo, para eliminar el cloruro de sodio (NaCl) (sal común). A veces la potasa es referida como K 2 O, como cuestión de conveniencia para aquellos que describen el contenido de potasio. De hecho, los fertilizantes potásicos suelen ser cloruro de potasio, sulfato de potasio, carbonato de potasio o nitrato de potasio. [29]
Otros Elementos Esenciales
El calcio, el magnesio y el azufre son esenciales para el crecimiento de las plantas, pero se necesitan en cantidades menores que el nitrógeno, el fósforo y el potasio, pero en cantidades mayores que los micronutrientes. El calcio, el magnesio y el fósforo alteran el pH cuando se agregan al suelo. El calcio y el magnesio dan como resultado una elevación de los niveles de pH mientras que el azufre hace lo contrario.
El calcio proporciona soporte estructural en plantas en crecimiento. El magnesio es el átomo central que se encuentra en la molécula de clorofila y, por lo tanto, tiene un papel importante en la fotosíntesis. El azufre es necesario en el desarrollo de clorofila y la síntesis de proteínas.
Los micronutrientes se consumen en cantidades menores y están presentes en el tejido vegetal del orden de partes por millón (ppm), oscilando entre 0.15 a 400 ppm o menos de 0.04% de materia seca. [16] [17] Estos elementos suelen estar presentes en los sitios activos de las enzimas que llevan a cabo el metabolismo de la planta. Debido a que estos elementos permiten catalizadores (enzimas) su impacto supera con creces su porcentaje en peso. Los principales micronutrientes son molibdeno, zinc, boro y cobre. Estos elementos se proporcionan como sales solubles en agua. El hierro presenta problemas especiales porque se convierte en compuestos insolubles (bio-no disponibles) a pH moderado del suelo y concentraciones de fosfato. Por esta razón, el hierro se administra a menudo como un complejo de quelato, por ejemplo, el derivado de EDTA. Las necesidades de micronutrientes dependen de la planta y del medio ambiente. Por ejemplo, las remolachas azucareras parecen requerir boro, y las legumbres requieren cobalto, [1] mientras que las condiciones ambientales como el calor o la sequía hacen que el boro esté menos disponible para las plantas. [23]
Fertilizantes a Bolsa Mixta
Los fertilizantes multinutritivos son comunes. Consisten en dos o más componentes nutritivos.
Fertilizantes binarios (NP, NK, PK). Los principales fertilizantes de dos componentes proporcionan nitrógeno y fósforo a las plantas. Estos se llaman fertilizantes NP. Los principales fertilizantes NP son el fosfato monoamónico (MAP) y el fosfato diamónico (DAP). El ingrediente activo en MAP es NH 4 H 2 PO 4. El ingrediente activo en DAP es (NH 4) 2 HPO 4. Alrededor del 85% de los fertilizantes MAP y DAP son solubles en agua.
Los fertilizantes NPK son fertilizantes de tres componentes que proporcionan nitrógeno, fósforo y potasio.
La calificación NPK es un sistema de clasificación que describe la cantidad de nitrógeno, fósforo y potasio en un fertilizante. Las calificaciones NPK consisten en tres números separados por guiones (por ejemplo, 10-10-10 o 16-4-8) que describen el contenido químico de los fertilizantes. [20] [21] El primer número representa el porcentaje de nitrógeno en el producto; el segundo número, P 2 O 5; el tercero, K 2 O. Los fertilizantes en realidad no contienen P 2 O 5 o K 2 O, pero el sistema es un convencional taquigrafía de la cantidad de fósforo (P) o potasio (K) en un fertilizante. Una bolsa de 50 libras (23 kg) de fertilizante etiquetada 16-4-8 contiene 8 lb (3.6 kg) de nitrógeno (16% de las 50 libras), una cantidad de fósforo equivalente a la de 2 libras de P 2 O 5 (4% de 50 libras), y 4 libras de K 2 O (8% de 50 libras). La mayoría de los fertilizantes están etiquetados de acuerdo con esta convención N-P-K, aunque la convención australiana, siguiendo un sistema N-P-K-S, agrega un cuarto número para el azufre, y usa valores elementales para todos los valores incluyendo P y K. [22]
Fertilizantes Orgánicos
Los “fertilizantes orgánicos” pueden describirse como aquellos fertilizantes de origen orgánico —biológico— es decir, fertilizantes derivados de materiales vivos o antes vivos. Los fertilizantes orgánicos también pueden describir productos comercialmente disponibles y frecuentemente envasados que se esfuerzan por seguir las expectativas y restricciones adoptadas por la “agricultura orgánica” y la jardinería “ecológica”, sistemas relacionados con la producción de alimentos y plantas que limitan significativamente o evitan estrictamente el uso de fertilizantes sintéticos y pesticidas. Los productos de “fertilizantes orgánicos” suelen contener tanto algunos materiales orgánicos como aditivos aceptables como polvos de roca nutritivos, conchas marinas subterráneas (cangrejo, ostra, etc.), otros productos preparados como harina de semillas o algas marinas, y microorganismos cultivados y derivados.
Los fertilizantes de origen orgánico (la primera definición) incluyen desechos animales, desechos vegetales de la agricultura, compost y lodos depuradores tratados (biosólidos). Más allá de los abonos, las fuentes animales pueden incluir productos de la matanza de animales: harina de sangre, harina de huesos, harina de plumas, cueros, pezuñas y cuernos son componentes típicos. [15] Los materiales de origen orgánico disponibles para la industria, como los lodos de aguas residuales, pueden no ser componentes aceptables de la agricultura orgánica y la jardinería, debido a factores que van desde los contaminantes residuales hasta la percepción pública. Por otro lado, los “fertilizantes orgánicos” comercializados pueden incluir, y promover, orgánicos procesados porque los materiales tienen atractivo para el consumidor. No importa la definición ni la composición, la mayoría de estos productos contienen nutrientes menos concentrados, y los nutrientes no se cuantifican tan fácilmente. Pueden ofrecer ventajas de construcción de suelos además de ser atractivos para aquellos que están tratando de cultivar/jardín más “naturalmente”. [30]
En términos de volumen, la turba es la enmienda de suelo orgánico envasado más utilizada. Es una forma inmadura de carbón y mejora el suelo por aireación y absorción de agua pero no confiere ningún valor nutricional a las plantas. Por lo tanto, no se trata de un fertilizante como se definió al principio del artículo, sino de una modificación. El bonote (derivado de las cáscaras de coco), la corteza y el aserrín cuando se agregan al suelo actúan de manera similar (pero no idéntica) a la turba y también se consideran enmiendas orgánicas del suelo -o texturizadores- debido a sus limitados insumos nutritivos. Algunos aditivos orgánicos pueden tener un efecto inverso sobre los nutrientes —el aserrín fresco puede consumir nutrientes del suelo a medida que se descompone y puede disminuir el pH del suelo— pero estos mismos texturizadores orgánicos (así como compost, etc.) pueden aumentar la disponibilidad de nutrientes a través del intercambio catiónico mejorado, o mediante un mayor crecimiento de microorganismos que a su vez incrementan la disponibilidad de ciertos nutrientes vegetales. Los fertilizantes orgánicos como los abonos y abonos pueden distribuirse localmente sin entrar en la producción industrial, haciendo que el consumo real sea más difícil de cuantificar.
Efectos de los escurrimientos de fertilizantes
Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno cuando se usan comúnmente tienen importantes efectos ambientales. Esto se debe a las altas lluvias que provocan que los fertilizantes sean lavados en vías fluviales. La escorrentía agrícola es un importante contribuyente a la eutrofización de cuerpos de agua dulce. Por ejemplo, en EU, aproximadamente la mitad de todos los lagos son eutróficos. El principal contribuyente a la eutrofización es el fosfato, que normalmente es un nutriente limitante; las altas concentraciones promueven el crecimiento de cianobacterias y algas, cuya desaparición consume oxígeno. Las floraciones de cianobacterias ('flores de algas') también pueden producir toxinas dañinas que pueden acumularse en la cadena alimentaria, y pueden ser dañinas para los humanos.
Los compuestos ricos en nitrógeno que se encuentran en la escorrentía de fertilizantes son la principal causa de un grave agotamiento de oxígeno en muchas partes de los océanos, especialmente en zonas costeras, lagos y ríos. La falta resultante de oxígeno disuelto reduce en gran medida la capacidad de estas áreas para sostener la fauna oceánica. El número de zonas muertas oceánicas cercanas a las costas habitadas está aumentando. A partir de 2006, la aplicación de fertilizantes nitrogenados se está controlando cada vez más en el noroeste de Europa y Estados Unidos. Si se puede revertir la eutrofización, pueden pasar décadas [cita necesaria] antes de que los nitratos acumulados en las aguas subterráneas puedan ser desagregados por procesos naturales.
Resumen
- Un fertilizante es cualquier material (de origen natural o sintético) que se aplique al suelo o a tejidos vegetales que proporcione uno o más nutrientes vegetales esenciales para el crecimiento de las plantas.
- Nitrógeno, fósforo y potasio son los principales macronutrientes y calcio, magnesio y azufre son los macronutrientes secundarios en los fertilizantes.
- El cobre (Cu), el hierro (Fe), el manganeso (Mn), el molibdeno (Mo), el zinc (Zn), el boro (B) son micronutrientes esenciales que necesitan las plantas en cantidades relativamente menores que los macronutrientes.
- Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno cuando se usan comúnmente tienen importantes efectos ambientales. Esto se debe a las altas lluvias que provocan que los fertilizantes sean lavados en vías fluviales. La escorrentía agrícola es un importante contribuyente a la eutrofización de cuerpos de agua dulce.
Colaboradores y Atribuciones
- Wikipedia
US Department of Agriculture (USDA)
“Secondary Plant Nutrients: Calcium, Magnesium, and Sulfur.” Mississippi State University Extension Service, extension.msstate.edu/publications/secondary-plant-nutrients-calcium-magnesium-and-sulfur.
“Essential Nutrients for Plants - How Do Nutrients Affect Plant Growth?” Texas A&M AgriLife Extension Service, 4 Mar. 2019, agrilifeextension.tamu.edu/library/gardening/essential-nutrients-for-plants/.