nitrogeno (2010)
TRANSCRIPT
NITRÓGENO
NITRÓGENO
Reservorios de N en el ambiente de la TierraReservorios de N en el ambiente de la Tierra
Reservorio Total (Mg) Porcentaje
N terrestre 1,97 x 1017 100,00
N en la litosfera (rocas) 97,98
N en la atmósfera 2,00
N en la biosfera 0,02
N en la biosfera 3,94 x 1013 100,00
Sust. orgánicas en fondo océano 47,04
Sust. orgánicas edáficas 39,72
Sust. inorgánicas edáficas 7,32
Sust. inorgánicas oceánicas 5,23
Plantas y animales terrestres 0,64
Plantas y animales oceánicos 0,05
N en los suelos
• ✔90 % del N está en forma orgánica
• ✔10% como NH4+ fijado
• ✔Ninguna de éstas dos formas está disponible para las plantas
características principales del Nitrógeno
• ✔Demanda del N: Grandes requerimientos
por los cultivos
• ✔Oferta de N:
• – Fuente natural importante MOS, pero plantas absorben N inorgánico
• ✔Formas inorgánicas tienen corta vida en el
suelo
✔Dinámica regulada por procesos microbiólog.:
– N orgánico ----mineralización ---> N mineral
✔Grandes efectos de disponibilidad de N en el crecimiento vegetal (verdor y juventud)
• ✔Síntesis de fertilizantes nitrogenados: factor de revolución agrícola
– Gran factor limitante
– gran determinante del rendimiento
• ✔Fertilizar y manejar el N:
“ ajustar oferta y demanda”
• ✔Fracaso: pérdidas económicas y
contaminación ambiental
Formas de N disponibles para las plantas
✔El N disponible está en forma mineral:– NO3 (Nitrato) – NH4+ (Amonio)
✔Otra forma mineral:– NO2- (Nitrito) : Tóxico para las plantas
Formas minerales de N en el suelo:
✔NO3- Cantidad varía de 5 a 100 ppm de N en los 0-20 cm del suelo (1 ppm ≡2.5 kg/ha) (Normalmente hay menos de 20 ppm)
✔NH4+ su cantidad varía de 1 a 100 ppm Normalmente hay menos de 10 ppm
✔NO2- = menos de 2 ppm
Gases atmosféricos de nitrógeno:principalmente N2 con trazas de NO, NO2, N2O y NH3
Fijación por combustión
Fijación eléctrica Fijación industrial
Fertilizantes
Abonos
Alimentos
Fijación biológica
Algas y Actinomicetes
Azospirillum
ClostridiumAzotobacter
Rhizobium
Residuos
Exportado en productos
Lavado
Desnitrificación
N2
N2O NO
Volatilización
NH3
Erosión
Ciclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambienteCiclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambiente
Mineralización
Amonificación
Inmovilización
N de amonioN de nitrato
N en la MO
Absorción
“El conocimiento de las transformaciones y dinámica del N en el sistema suelo-planta-ambiente es esencial para realizar un manejo eficiente de los fertilizantes nitrogenados con el fin de maximizar la productividad de los cultivos y minimizar el impacto negativo de la fertilización sobre el ambiente.”
Compartimientos de la materia orgánica del sueloCompartimientos de la materia orgánica del suelo
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
M.O. Activa
-Biomasa viva.
-Detritos veg. parcialmente
transformados.
-Polisacáridos.
-Prot. de origen microbiano.
-Ac. Fúlvicos.
10-20% de la M.O.
M.O. pasiva
-Humus físicamente protegido.
-Humina.
-Ac. húmicos.
-60-90% de la M.O.
Compuestos nitrogenados orgánicos en el suelo Compuestos nitrogenados orgánicos en el suelo
Sustancias no húmicasAminoácidos y polipéptidos 30-45%Aminoazúcares 5-10%Acidos nucléicos 1-2%
Sustancias húmicas
N-NH2 15-30%
N-húmico no identificable 10-20%Insolubles en ácidos 20-35%
Factores que afectan el contenido de N total en los suelosFactores que afectan el contenido de N total en los suelos
CLIMA: Agua,Temperatura, Radiación, Foto y termoperíodoCLIMA: Agua,Temperatura, Radiación, Foto y termoperíodo
VEGETACIÓN: Sustrato (tipo y cantidad)VEGETACIÓN: Sustrato (tipo y cantidad)
N = f (N = f (VV, , OO, , CC, , RR, , MM))tt
ORGANISMOS: Procesadores del sustrato, FijadoresORGANISMOS: Procesadores del sustrato, Fijadores
RELIEVE: Escurrimiento, erosión, exposición a la radiaciónRELIEVE: Escurrimiento, erosión, exposición a la radiación
MATERIAL MADRE: Determina la textura y la mineralogíaMATERIAL MADRE: Determina la textura y la mineralogía
Contenidos promedio de M.O en suelos de la región pampeana y extrapampeana. Sainz Rozas y Echeverría (2008). Contenidos promedio de M.O en suelos de la región pampeana y extrapampeana. Sainz Rozas y Echeverría (2008).
Ingresos, salidas y ciclado de N en agroecosistemasIngresos, salidas y ciclado de N en agroecosistemas Ingresos: Fijación biológica, fertilizantes, deposiciones, abonos animales, residuos de cultivos
Ingresos: Fijación biológica, fertilizantes, deposiciones, abonos animales, residuos de cultivos
Salidas: Productos agrícolas, desnitrificación, lavado de nitratos, volatilización.
Salidas: Productos agrícolas, desnitrificación, lavado de nitratos, volatilización.
Ciclado de N (sin ganancia o pérdida): Inmovilización, mineralización y nitrificación. Ciclado de N (sin ganancia o pérdida): Inmovilización, mineralización y nitrificación.
Balance de N en sistemas agrícolas• La evaluación del N disponible para un sistema suelo-cultivo puede ser
realizada mediante el balance de masa una vez que el sistema ha sido definido en tiempo y espacio
Nf + Nmisc – Nexp – Ne – Nl – Ng = ΔNorg + ΔNinorg
Nf = Nexp + Nl + Ng + ΔNorg + ΔNinorg
Nf= dosis de NNexp= N exportado en granos o biomasa.Ne= N perdido por erosión.Nl= N perdido por lavado de nitratos.Nmisc= N precipitaciones, adsorción de NH3, N en riego, etc.ΔN inorg = N-NO3
- en suelo en MF - N-NO3- en suelo al momento de la siembra (0-100 cm).
Ng= pérdidas de N por volatilización y desnitrificación.ΔNorg= cambio en el contenido de N orgánico, esto es diferencia entre el N inmovilizado
en raíces, residuos y inmovilizado por la biomasa microbiana menos el N mineralizado entre siembra y madurez.
Ingresos Salidas Cambios en el N almacenado
Estimación de los aportes de distintos compuestos de N desde la atmósfera.
Compuesto Mecanismo de deposición
Ingreso de nitrógeno
Ecosistemas Kg N ha-1 año-1
Areas cercanas lugares de alta act. industrial o a Feed-lots (Inglaterra).
NH3 Lluvias 1-50
Areas cercanas lugares de alta act. Industrial (Inglaterra).
NH3 y NO3- Lluvias 5-22
Agrícolas (Balcarce) NO3- Lluvias 1- 2
Leguminosas N2 FBN 20-200
No-leguminosas N2 FBN 35
Praderas de gramíneas N2 FBN 15
Burns y Hardy 1975, citado por Haynes (1986).
Fijación simbiótica de N por distintas leguminosasFijación simbiótica de N por distintas leguminosas
Especie Rango
kg N ha-1 año-1
Alfalfa 120-300
Trébol rojo 80-170
Trébol blanco 90-140
Vicia 80-140
Soja 50-200
Arveja 30-180
Maní 40-150
Factores que afectan la fijación simbiótica de NFactores que afectan la fijación simbiótica de N
Especie de leguminosa y biotipoEspecie de leguminosa y biotipo
Disponibilidad de N edáficoDisponibilidad de N edáfico
Especie de Especie de Rhizobium Rhizobium
Cepa de Cepa de RhizobiumRhizobium
Factores que afectan al cultivo (fotosíntesis):Factores que afectan al cultivo (fotosíntesis): radiación, temperatura,radiación, temperatura, disponibilidad de agua y nutrientes, disponibilidad de agua y nutrientes, pHpH,, aireación del suelo aireación del suelo, compactación, compactación
Balance de N para suelos cultivados con soja para dos valores de fijación biológica de N. Adaptado de Havlin et al. (1999).Balance de N para suelos cultivados con soja para dos valores de fijación biológica de N. Adaptado de Havlin et al. (1999).
Parte de la Planta
MS NTAN derivado
FBN
N exportado del suelo por el
grano
N derivado de la FBN retornado en el residuo
Balance
40% 90% 40% 90% 40% 90% 40% 90%
---------------------------------------------------- kg ha-1 ---------------------------------------------------------
Grano 2100 151 61 136 90 15 - - - -
Residuo 3424 40 16 36 - - 16 36 -
Total 5524 191 77 172 - - - -
21-74
Factores que determinan las pérdidas por lavado de NO3
- Factores que determinan las pérdidas por lavado de NO3
-
Disponibilidad de NODisponibilidad de NO33--..
Balance hídrico Balance hídrico (determina cantidad de agua de (determina cantidad de agua de percolación)percolación)..
Característica físicas del suelo que afectan la Característica físicas del suelo que afectan la infiltración y percolación infiltración y percolación (textura, estructura, (textura, estructura, porosidad)porosidad)..
Sistemas de labranza Sistemas de labranza (puede afectar la (puede afectar la disponibilidad de NOdisponibilidad de NO33
--, la estructura y la cantidad , la estructura y la cantidad
y tipo de poros)y tipo de poros)..
Lavado de NO3- según dosis de N y cantidad de agua de percolación.
Adaptado de Walters y Malzer (1990) y Sainz Rozas et al. (2004).
Lavado de NO3- según dosis de N y cantidad de agua de percolación.
Adaptado de Walters y Malzer (1990) y Sainz Rozas et al. (2004).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 20 30 40
Agua de percolación (cm)
N-
NO
3- lava
dos
(k
g h
a-1) 90-N
180-N
a)
55
69,5
86,5
102,9
0
20
40
60
80
100
120
0 70 140 210
Dosis de N (kg ha-1)
N p
erd
ido
por
lava
do
(kg
ha-1
) S
V6b)
Cantidad de NO3- en el perfil con presencia o no de cultivoCantidad de NO3- en el perfil con presencia o no de cultivo
Precipitación (mm cada 15 días)
Nitratos en suelo con cultivo (kg ha-1)
Nitratos en suelo desnudo (kg ha-1)
Mes
Precipitación (mm cada 15 días)
Nitratos en suelo con cultivo (kg ha-1)
Nitratos en suelo desnudo (kg ha-1)
Mes(en el hemisferio norte)
Fertilización de maíz y NO3- disponibles para lavado Fertilización de maíz y NO3- disponibles para lavado
N disponible a partir del fertilizante y de
la mineralización
N e
n el
sue
lo e
n el
tej
ido
vege
tal (
kg/h
a) N en el tejido vegetal
N disponible a partir del fertilizante y de
la mineralización
N e
n el
sue
lo e
n el
tej
ido
vege
tal (
kg/h
a)
N en el tejido vegetal
Aplicacióna la siembra
Aplicación en V6
Aplicacióna la siembra
Aplicación en V6según análisis
El proceso de desnitrificaciónEl proceso de desnitrificación
•• NONO33-- -------------- NONO22
-- -------------- NO NO -------------- NN22O O -------------- NN22
+5 +3 +2 +1 0 +5 +3 +2 +1 0 •• Proceso de naturaleza biolProceso de naturaleza biolóógica y ocurre en condiciones de gica y ocurre en condiciones de
elevada humedad de suelo.elevada humedad de suelo.•• La mayorLa mayoríía de las bacterias que realizan dicho proceso son a de las bacterias que realizan dicho proceso son
heterheteróótrofas y obtienen su energtrofas y obtienen su energíía, C celular y poder reductor a, C celular y poder reductor (electrones) de sustratos org(electrones) de sustratos orgáánicos.nicos.
•• Las bacterias pertenecientes a los gLas bacterias pertenecientes a los gééneros neros PseudomonaPseudomona, , Bacillus y Bacillus y ThiobacillusThiobacillus denitrificandenitrifican han demostrado capacidad han demostrado capacidad para reducir los nitratos a formas gaseosas. para reducir los nitratos a formas gaseosas.
Factores que determinan la desnitrificación Factores que determinan la desnitrificación
Presencia de bacterias desnitrificadorasPresencia de bacterias desnitrificadoras
pHpH
Disponibilidad de NODisponibilidad de NO33--
Disponibilidad de sustrato carbonado fácilmenteDisponibilidad de sustrato carbonado fácilmente mineralizablemineralizable
Concentración de oxígenoConcentración de oxígeno
TemperaturaTemperatura
Estimación de pérdida de N por desnitrificación para distintos suelos Estimación de pérdida de N por desnitrificación para distintos suelos
Excesivamente bien drenado
Biendrenado
Moderadamente bien drenado
Algo pobremente drenado
Pobremente drenado
----- % ------
< 2 2-4 3-9 4-14 6-20 10-30
2-5 3-9 4-16 6-20 10-25 15-45
>5 4-12 6-20 10-25 15-35 25-55
CLASE NATURAL DE DRENAJEContenido de
Materia Orgánica
----------------------------------------------- % del N disponible ----------------------------------------------------
Pérdidas de N-NPérdidas de N-N22O en cultivos de trigo bajo SD y LC. Adaptado de O en cultivos de trigo bajo SD y LC. Adaptado de Aulakh Aulakh et alet al. .
(1984).(1984).Pérdidas de N-NPérdidas de N-N22O en cultivos de trigo bajo SD y LC. Adaptado de O en cultivos de trigo bajo SD y LC. Adaptado de Aulakh Aulakh et alet al. .
(1984).(1984).
0
5
10
15
20
25
LC SD
Sistema de labranza
Pér
did
as d
e N
-N2O
(k
g h
a-1)
0-N0-N + res100-N100-N + res
Pérdidas de N-NPérdidas de N-N22O en cultivos de maíz fertilizados a la siembra o al estadío de O en cultivos de maíz fertilizados a la siembra o al estadío de
seis hojas. Adaptado de Sainz Rozas seis hojas. Adaptado de Sainz Rozas et alet al. (2001).. (2001).Pérdidas de N-NPérdidas de N-N22O en cultivos de maíz fertilizados a la siembra o al estadío de O en cultivos de maíz fertilizados a la siembra o al estadío de
seis hojas. Adaptado de Sainz Rozas seis hojas. Adaptado de Sainz Rozas et alet al. (2001).. (2001).
0
200
400
600
800
1000
0 50 100 150 200
Días desde la siembra
Des
nitr
ifica
ción
(g d
e N
ha/
día) 0-N70 (S)210 (S)70 (V6)210 (V6)
V6
F MF
a)
0
2
4
6
8
10
12
14
0 70 210
Dosis de nitrógeno (kg/ha)
Des
nitr
ifica
ción
(kg/
ha) S
V6
b)
Volatilización
Desde SO4(NH4)2
••SOSO44(NH(NH44))22 + 2CO+ 2CO33Ca + 2HCa + 2H22O 2NHO 2NH44+ + 2HCO+ + 2HCO33-- + Ca+ Ca+2+2 + 2OH+ 2OH-- + SO+ SO44Ca Ca
••NHNH44++ + HCO+ HCO33
-- NHNH33 + CO+ CO22 + H+ H22O O
En suelos calcareos el uso de SOEn suelos calcareos el uso de SO44(NH(NH44))22 producirproduciráá mayores pmayores péérdidas que el rdidas que el uso de ClNHuso de ClNH44 o de NOo de NO33NHNH44 dado que el SOdado que el SO44Ca tiene menor solubilidad que el Ca tiene menor solubilidad que el (NO3)(NO3)22Ca o el ClCa o el Cl22Ca (ClNHCa (ClNH44) que se formar) que se formaríían por el uso del NOan por el uso del NO33NHNH44 o ClNHo ClNH4, 4,
respectivamente. respectivamente.
Desde urea:
((NHNH22))22CO + HCO + H++ + 2 H + 2 H22O ------------- 2NHO ------------- 2NH44++ + HCO + HCO33
--
NHNH44++ + OH + OH- - --------NH--------NH3 3 + H+ H22O O
NHNH44
++ ad-----NH ad-----NH44++ sol-----NH sol-----NH33 sol-----NH sol-----NH33 gas s----NH gas s----NH33 gas atm gas atm
Ureasa
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH de la solución
% d
e c
ad
a e
sp
ec
ie
NH4+
NH3
Factores que determinan la volatilizaciónFactores que determinan la volatilización
Del suelo: Del suelo: concentración de NHconcentración de NH44++ en solución, en solución,
CIC, pH, capacidad buffer, actividadCIC, pH, capacidad buffer, actividad ureásica ureásica
Del ambiente: Del ambiente: temperatura, contenido de agua temperatura, contenido de agua
De manejo: De manejo: fuente, dosis y forma de aplicaciónfuente, dosis y forma de aplicación del fertilizante, presencia de residuos,del fertilizante, presencia de residuos, uso de inhibidores de ureasa.uso de inhibidores de ureasa.
Efecto de la capacidad buffer del suelo sobre las pérdidas de N por volatilización.Efecto de la capacidad buffer del suelo sobre las pérdidas de N por volatilización.
Pérdidas por volatilización para cultivos de maíz en SD en Balcarce y centro de Santa Fe. Echeverría y Sainz Rozas et al. (1999).
2,4
8,35,7
16,0
3,45,9
8,111,4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
70 S 140 S 70 V6 140 V6
Nitrógeno aplicado (kg/ha)
(kg/ha)
% del N aplicado
a)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Sep. Oct. Nov. Dic.
Meses
UreaU.A.N.CAN
b)Pé
rdid
as
de
N-N
H3
(%
)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40
Temperatura (0C)
N-N
H3
(kg
ha-1
día
-1)
N-NH3= -1,54 + 0,24x
r2= 0,82
Gases atmosféricos de nitrógeno:principalmente N2 con trazas de NO, NO2, N2O y NH3
Fijación por combustión
Fijación eléctrica Fijación industrial
Fertilizantes
Abonos
Alimentos
Fijación biológica
Algas y Actinomicetes
Azospirillum
ClostridiumAzotobacter
Rhizobium
Residuos
Exportado en productos
Lavado
Desnitrificación
N2
N2O NO
Volatilización
NH3
Erosión
Ciclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambienteCiclo del N en el sistema suelo-planta/animales-ambiente
Mineralización
Amonificación
Inmovilización
N de amonioN de nitrato
N en la MO
Absorción
Mineralización-Inmovilización-ReciclajeMineralización-Inmovilización-ReciclajeMineralization-Immobilization-Turnover (MIT)Mineralization-Immobilization-Turnover (MIT)
Biomasa microbiana
N orgánicoLábil
N orgánicoEstable
N enresiduos
N mineral
CO2
Factores que determinan el M.I.T.Factores que determinan el M.I.T.
N en la solución del sueloN en la solución del suelo
Relación C:N del material aportadoRelación C:N del material aportado (calidad del (calidad del materialmaterial))
Otras características del material aportado: cantidad, Otras características del material aportado: cantidad, forma física, posición, otras cuestiones de calidadforma física, posición, otras cuestiones de calidad (composición química: %(composición química: % lignina)lignina)
Contenido de MO y de N mineralizableContenido de MO y de N mineralizable
Temperatura, agua, pH, OTemperatura, agua, pH, O22
Tiempo Tiempo → → MANEJOMANEJO
Evolución del contenido de NO3- en el suelo al
aportar materiales carbonados (ejemplo 60 C:N)
Evolución del contenido de NO3- en el suelo al
aportar materiales carbonados (ejemplo 60 C:N)E
mis
ión
de
CO
2
Rel
ac.
C:N
del
mat
eria
l
Co
nce
ntr
aci
ón
de
NO
3- e
n s
olu
ció
n60 -
40 -
20 -
TiempoAporte de material carbonado
Inmovilización neta
Mineralización neta
Relaciones C:N de distintos materialesRelaciones C:N de distintos materiales
Material C/N
Biomasa microbiana 8:1
Materia orgánica 10:1
Trébol blanco (joven) 12:1
Centeno verde 36:1
Paja de cereales 70:1
Restos de maíz 80:1
Restos de soja 25:1
Inmovilización-mineralización para dos tipos de residuosInmovilización-mineralización para dos tipos de residuos
CO2 emitido
C:N del residuo
NO3- en solución
Depresión de NO3-
Re
lac
ión
C:NC
O2 o
NO
3-
Tiempo
C:N del residuo
CO2 emitido
NO3- en solución
Adición de residuos
Re
lac
ión
C:NC
O2 o
NO
3-
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MAR DEL PLATA
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
FERTILIDAD Y MANEJO DE SUELOS
Comportamiento de trigo sobre antecesores con distinta calidad de residuoComportamiento de trigo sobre antecesores con distinta calidad de residuo
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 20 40 60 80 100 120 140
Días desde la siembra
Bio
masa
aére
a (
Mg M
S h
a-1
)
Antecesor sojaAntecesor trigo
Antecesor girasolAntecesor maíz
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
Días desde la siembra
Nit
rógeno t
ota
l (k
g N
ha
-1)
Studdert et al., 2000
Unidad 5: NitrógenoCursada 2010
Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (a campo)Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (a campo)
0
2
4
6
8
10
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Acumulación térmica (miles ºC)
Ma
teri
a s
ec
a (
Mg
ha
-1)
Maíz SuperficialMaíz IncorporadoSoja SuperficialSoja Incorporado
0
20
40
60
80
100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Acumulación térmica (miles ºC)
Ma
teri
a s
ec
a r
ela
tiv
a (
%)
Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (en inveráculo)Descomposición de dos residuos de distinta calidad en dos posiciones (en inveráculo)
0
20
40
60
80
100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Acumulación térmica (miles ºC)
Ma
teri
a s
ec
a r
ela
tiv
a (
%)
Maíz SuperficialMaíz IncorporadoSoja SuperficialSoja Incorporado
Sin nitrógeno
49%42%
27%21%
0
20
40
60
80
100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Acumulación térmica (miles ºC)
Ma
teri
a s
ec
a r
ela
tiv
a (
%)
Con nitrógeno
44%
37%
25%18%
Mineralización-Inmovilización-ReciclajeMineralización-Inmovilización-ReciclajeMineralization-Immobilization-Turnover (MIT)Mineralization-Immobilization-Turnover (MIT)
Biomasa microbiana
N orgánicoLábil
N orgánicoEstable
N enresiduos
N mineral
CO2
Paso 1. Amidización
Paso 2. Amonificación
R-NH2 + H2O NH3 + R-OH + Energía
NH4+ + OH-
Mineralización del N
+
Bact. Hong.
H2ONH2
H
NH2
NH2
Aminoácidos Aminas Urea
C-COOH R-NH2C=OProteínas + + CO2 E+
Mineralización del N (nitrificación)
• Nitrosomonas
• 2 NH4+ + 3 O2 2NO2
- + 2H2O + 4H+
• -3 +3 (inc. en el estado de oxidación).
• Nitrobacter
• 2NO2- + O2 2NO3
-
• +3 +5 (inc. en el estado de oxidación).
• En suelos bien drenados el pasaje de NO2- a NO3
- es más rápido que el pasaje de NH4
+ a NO2- y por lo tanto no se acumula NO2
-, ión que es tóxico para las plantas.
Factores que afectan la mineralización de N. Adaptado de
Contenido de humedad y temperatura del suelo.• Humedad óptima: 50 y 70% del espacio poroso lleno con
agua.• Temperatura óptima: 25-35ºC.• Contenido de N orgánico.
Adaptado de Havlin et al. (2005)
Factores que afectan la nitrificación
• Abastecimiento de NH4+. La existencia de NH4
+ es el primer requisito para que exista nitrificación.
• Población de microorganismos nitrificantes. Los suelos pueden diferir en la capacidad de carga de nitrificadores. Los suelos del SE bonaerense tienen una alta capacidad de carga de nitrificadores.
• pH del suelo. La nitrificación toma lugar en un amplio rango de pH (4.5-10), pero el ideal es alrededor de la neutralidad.
• Aireación del suelo. En condiciones de anaerobiosis no se produce nitrificación, la máxima tasa se logra en concentraciones de O2 en suelo similares a la de la atmósfera.
• Humedad del suelo. proceso muy sensible a la falta y al exceso de humedad. Humedad óptima es capacidad de campo (78-80% de poros llenos con agua). Sin embargo, Nitrobacter funciona a tasa más lenta, aún en suelos con contenidos de humedad en punto de marchitez.
• Temperatura del suelo. La temperatura óptima varía entre 25-35 ºC.
Relación entre el contenido de N en la M.O activa y el N potencialmente mineralizable (adaptado de Curtin y Wen, 1999). Relación entre el contenido de N en la M.O activa y el N potencialmente mineralizable (adaptado de Curtin y Wen, 1999).
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 100 200 300 400 500 600 700 800
N en la fracción activa de la MO (mg kg-1)
N p
ote
nci
alm
ente
min
eral
izab
le (
mg
kg
-1)
Cambios en el contenido de MO con los años de agricultura bajo tres sistemas de labranzaCambios en el contenido de MO con los años de agricultura bajo tres sistemas de labranza
Adaptado de Lamb et al, 1985
70
80
90
100
0 4 8 12
Años de agricultura
Re
ma
ne
nte
de
ma
teri
a o
rgá
nic
a(%
de
l niv
el o
rig
ina
l)
Siembra directa
Labranza mínima
Labranza convencional
Estimación del N mineralizado en función del agua disponible para distintos No
Estimación del N mineralizado en función del agua disponible para distintos No
Adaptado de Echeverría y Bergonzi, 1995
Cultivos de Verano Cultivos de Invierno
Mineralización de N del suelo a lo largo del año y su relación con la demanda por N de trigo y maízMineralización de N del suelo a lo largo del año y su relación con la demanda por N de trigo y maíz
Mes
Mineralización de N en suelos del sudeste bonerenseMineralización de N en suelos del sudeste bonerense
Adaptado de Echeverría y Bergonzi, 1995
Materia orgánicaN potencialmente
mineralizableN mineralizado
para trigoN mineralizado
para maíz% mg kg-1
Coronel Dorrego 2.0-2.5 100-120 30-60 40-80
Tres Arroyos 3.0-4.0 140-150 40-80 50-120
Balcarce 5.5-6.0 170-180 45-100 60-150
4 años 6.0 214 50-120 60-175
5 años 6.5 300 60-170 80-250
------------------ kg ha-2 ------------------
Suelos bajo agricultura por más de 5 años
Suelos de Balcarce bajo pastura
-1
FERTILIZANTES NITROGENADOS
Fertilizantes nitrogenados
Estiércol de vacunos, porcinos, aves, etc.
Compost
Sintéticos
Orgánicos
Urea
Nitrato de amonio calcáreo.
Amoníaco anhidro (gas).
Solución de NO3NH4 + Urea (UAN sol).
Producción de fertilizantes nitrogenados sintéticos
3H2 + N2 2NH3
Catalizador, 1200 0c
500 amt de presión
1 kg de Urea requiere aproximadamente 7800 Kcal
equivalente a 31000 BTU= 0.87 m3 de gas
Profertil produce 1.000.000 Tn/año=870.000.000 m3
Síntesis de urea (autoclave continua)
CO2 + 2NH3 CO(NH2)2 + H2O
19-20 atm de presión a 180-190 0C
Concentración del licor de urea por
vacio hasta 99.7%
Elevación y rociado en aire frio (urea perlada)
Agregado de formaldeido (0.2-0.5%)
Reacción de Haber-Bosch
Una casa promedio consume entre 1.5 y 2 m3 por día
Tipos y características de fertilizantes nitrogenados
NH3
N2 + 3H2 2NH3 (liq a -33.5 0C).Cont de N = 82%
Densidad (Peso de 3.78 l a 15.5 0 C) = 2.34 kg
Solubilidad en agua a 15.5 0C= 0.26 kg kg-1 de agua.
Reacciones en el suelo
NH3 + H+ NH4+
NH3 + H2O NH4+ + OH- (puede elevar el pH hasta 9 y el pot osm a > 10 b en
la zona de inyección, se esteriliza el suelo por algunas semanas).
Destinos del NH4+
Adsorción de NH4+ por arcillas y MO
Fijación por arcillas expandentes.
NH4+ + 3O2
nitrosomonas 2NO-2 + 2 H2O + 4H+
2NO-2 + O2
nitrobacter 2NO-3
Tipos y características de fertilizantes nitrogenados sólidos
Urea (NH2)2CO
Contenido de N= 46%
Contenido de Biuret (NH2-CO-NH-CO-NH2)= < 2% tolerante para la mayoría de los cultivos.
Densidad= 720-820 kg m-3
Humedad crítica relativa (30°C)= 72.5%
Solubilidad en agua (10°C)= 84 g 100 ml-1.
2NH4+ + 3O2 2NO2
- + 2H2O + 4H+
2NO2- + O2 2NO3
-
((NHNH22))22CO + HCO + H++ + 2 H + 2 H22O ------------- 2NHO ------------- 2NH44++ + HCO + HCO33
--
NHNH44
++ + OH + OH- - --------NH--------NH3 3 + H+ H22O O
Ureasa
NO3NH4
NH3+ 3O2 2HNO3 + NH3 NH3NH4 (sol)
Cat+temp+H2O
Contenido de N= 35%Densidad= 850-975 kg m-3
Humedad crítica relativa (30°C)= 40%Solubilidad en agua (20°C)= 194 g 100 ml-1.
NO3NH4 CO3Ca
Contenido de N= 27%Densidad= 975-1100 kg m-3
Humedad crítica relativa (30°C)= 55%Solubilidad en agua (20°C)= 194 g 100 ml-1.
2NH4+ + 3O2 2NO2
- + 2H2O + 4H+
2NO2- + O2 2NO3
-
Reacción en el suelo
Contenido de N= 21%Contenido de S= 23.7-24%Densidad= 785-1040 kg m-3
Humedad crítica relativa (30°C)= 75%Solubilidad en agua (20°C)= 75.4 g 100 ml-1.
SO4(NH4)2
2NH4+ + 3O2 2NO2
- + 2H2O + 4H+
2NO2- + O2 2NO3
-
Reacción en el suelo
Fertilizantes líquidos
Como se determina la dosis de UAN si por ejemplo quiero aplicar 46 kg N ha-1?
Composición por peso Concentración de N (%) 28 30 32
NO3NH4 40.1 42.2 43.3 Urea 30.0 32.7 35.4 Agua 29.9 25.1 20.3
Densidad (g cm-3) a 15 0C 1.28 1.30 1.32 Temperatura de cristalización (0C) -18 -10 -2
pH 7.5 - 7.5 Acidez producida - - 5.4 kg CO3Ca kg N-1
Índice salino (100 NO3Na) - - 70
Otros fertilizantes líquidos
FertilizanteCont de N
% P/P
Cont de S
% P/P
Densidad
g L-1
Temp de cristalización
SOLPLUS 12 26 1.32 2 0C
SOLMIX 30 2.6 1.32 -2 0C
FOLIARSOL
(urea en sol)20 - 1.1 3 0C
Ventajas de los fertilizantes líquidos
• Son de fácil manejo y aplicación (no importa la HR del aire)
• Puede ser aplicado mas uniformemente que las formas sólidas
• Son compatibles muchos pesticidas
• Posibilidad de usarlos en fertiirrigación
• Menor costo de producción que la mayoría de las fuentes sólidas.
• Mayor capacidad de trabajo de las pulverizadoras
Consumo aparente de fertilizantes (importación+producción-exportación) y evolución del consumo de fertilizantes nitrogenados. Adaptado de Melgar (2005).
Consumo ha-1 (P+N)= (127 kg ha-1) Aprox 48% es N
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Años
Mile
s d
e T
on
ela
da
s a
ño-1
Importación
Producción
Exportación
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Años
Mile
s d
e t
on
ela
da
s a
ño-1
UPPN
UPImp
NA+CAN Imp
UGPN
UGImp
UAN PN
UAN Imp
Rta a N Rta a P
Se exporta aprox el 30%
Consumo aparente de fertilizantes (serie 1987-2007).
FUENTE: Dirección de Agricultura sobre la base de datos de CIAFA y Fertilizar Asociación Civil
Extracción en grano y aplicación de nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K) y azufre (S) para girasol, soja, trigo y maíz en la campaña 2006/07.
FUENTE: Elaborado a partir de información de SAGPyA, Fertilizar A.C. e IPNI Cono Sur por Ciampitti I y F. García, 2008.