Fertilizante

Un fertilizante o abono es cualquier material de origen natural o sintético que se aplica al suelo oa los tejidos de las plantas para suministrar nutrientes a las plantas. Los fertilizantes pueden ser distintos de los materiales calcáreos u otras enmiendas del suelo sin nutrientes. Existen muchas fuentes de fertilizantes, tanto naturales como producidos industrialmente. Para la mayoría de las prácticas agrícolas modernas, la fertilización se enfoca en tres macronutrientes principales: nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) con la adición ocasional de suplementos como polvo de roca para micronutrientes. Los agricultores aplican estos fertilizantes en una variedad de formas: a través de procesos de aplicación secos, granulados o líquidos, utilizando grandes equipos agrícolas o métodos de herramientas manuales.

Históricamente, la fertilización provenía de fuentes naturales u orgánicas: compost, estiércol animal, estiércol humano, minerales recolectados, rotación de cultivos y subproductos de industrias de naturaleza humana (es decir, desechos de procesamiento de pescado o harina de sangre del sacrificio de animales). Sin embargo, a partir del siglo XIX, después de las innovaciones en la nutrición de las plantas, se desarrolló una industria agrícola en torno a los fertilizantes creados sintéticamente. Esta transición fue importante para transformar el sistema alimentario mundial, lo que permitió una agricultura industrial a mayor escala con grandes rendimientos de cultivos. En particular, los procesos químicos de fijación de nitrógeno como el proceso Haber a principios del siglo XX, amplificados por la capacidad de producción creada durante la Segunda Guerra Mundial, llevaron a un auge en el uso de fertilizantes nitrogenados. En la segunda mitad del siglo XX,

Historia

La gestión de la fertilidad del suelo ha preocupado a los agricultores durante miles de años. Se registra que egipcios, romanos, babilonios y los primeros alemanes usaban minerales o estiércol para mejorar la productividad de sus granjas. La ciencia de la nutrición vegetal comenzó mucho antes del trabajo del químico alemán Justus von Liebig, aunque su nombre es el más mencionado. Nicolas Théodore de Saussure y sus colegas científicos de la época se apresuraron a refutar las simplificaciones de Justus von Liebig. Había una comprensión científica compleja de la nutrición de las plantas, donde el papel del humus y las interacciones órgano-minerales eran centrales, y que estaba en línea con los descubrimientos más recientes desde 1990 en adelante.Los científicos destacados en los que se basó Justus von Liebig fueron Carl Ludwig Sprenger y Hermann Hellriegel. En este campo, se produjo una 'erosión del conocimiento', en parte impulsada por una mezcla de economía e investigación. John Bennet Lawes, un empresario inglés, comenzó a experimentar los efectos de varios abonos en las plantas que crecían en macetas en 1837, y un año o dos más tarde los experimentos se extendieron a los cultivos en el campo. Una consecuencia inmediata fue que en 1842 patentó un estiércol formado por el tratamiento de fosfatos con ácido sulfúrico y, por lo tanto, fue el primero en crear la industria del estiércol artificial. Al año siguiente contrató los servicios de Joseph Henry Gilbert; juntos realizaron experimentos de cultivos en el Instituto de Investigación de Cultivos Arables.

El proceso Birkeland-Eyde fue uno de los procesos industriales que competían al comienzo de la producción de fertilizantes nitrogenados. Este proceso se utilizó para fijar el nitrógeno atmosférico (N ₂) en ácido nítrico (HNO ₃), uno de varios procesos químicos generalmente denominados fijación de nitrógeno. El ácido nítrico resultante se usó luego como fuente de nitrato (NO ₃). Se construyó una fábrica basada en el proceso en Rjukan y Notodden en Noruega, combinada con la construcción de grandes instalaciones de energía hidroeléctrica.

Las décadas de 1910 y 1920 fueron testigos del surgimiento del proceso de Haber y el proceso de Ostwald. El proceso Haber produce amoníaco (NH ₃) a partir de metano (CH ₄) (gas natural) y nitrógeno molecular (N ₂) del aire. El amoníaco del proceso de Haber se convierte luego parcialmente en ácido nítrico (HNO ₃) en el proceso de Ostwald. Después de la Segunda Guerra Mundial, las plantas de producción de nitrógeno que se habían intensificado para la fabricación de bombas en tiempos de guerra se orientaron hacia usos agrícolas. El uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos ha aumentado constantemente en los últimos 50 años, aumentando casi 20 veces hasta la tasa actual de 100 millones de toneladas de nitrógeno por año.

El desarrollo de fertilizantes nitrogenados sintéticos ha respaldado significativamente el crecimiento de la población mundial: se estima que casi la mitad de las personas en la Tierra se alimentan actualmente como resultado del uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos. El uso de fertilizantes fosfatados también aumentó de 9 millones de toneladas por año en 1960 a 40 millones de toneladas por año en 2000. Un cultivo de maíz que rinde de 6 a 9 toneladas de grano por hectárea (2,5 acres) requiere de 31 a 50 kilogramos (68 a 110 lb) de fertilizante fosfatado a aplicar; los cultivos de soja requieren alrededor de la mitad, de 20 a 25 kg por hectárea. Yara International es el mayor productor mundial de fertilizantes nitrogenados.

Mecanismo

Los fertilizantes mejoran el crecimiento de las plantas. Este objetivo se cumple de dos formas, la tradicional son los aditivos que aportan nutrientes. El segundo modo por el que actúan algunos fertilizantes es potenciando la eficacia 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:

• tres macronutrientes principales:
  • Nitrógeno (N): crecimiento de hojas
  • Fósforo (P): Desarrollo de raíces, flores, semillas, frutos;
  • Potasio (K): Fuerte crecimiento 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 el silicio (Si), el cobalto (Co) y el vanadio (V).

Los nutrientes necesarios para una vida vegetal sana se clasifican según 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% en base a materia seca (MS) (0% de humedad). Las plantas se componen de 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 las proteínas, el ADN y otros componentes (por ejemplo, la clorofila). Para ser nutritivo para las plantas, el nitrógeno debe estar disponible en forma "fija".₂) convirtiéndolo en amoníaco. El fosfato es necesario para la producción de ADN y ATP, el principal portador de energía de las células, así como de ciertos lípidos.

Consideraciones microbiológicas

Dos conjuntos de reacciones enzimáticas son muy relevantes para la eficiencia de los fertilizantes a base de nitrógeno.ureasa

El primero es la hidrólisis (reacción con agua) de la urea. Muchas bacterias del suelo poseen la enzima ureasa, que cataliza la conversión de urea en iones de amonio (NH ₄) e iones de bicarbonato (HCO ₃).Oxidación de amoníaco

Las bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), como las especies de Nitrosomonas, oxidan el amoníaco a nitrito, un proceso denominado nitrificación. Las bacterias oxidantes de nitrito, especialmente Nitrobacter, oxidan nitrito a nitrato, que es extremadamente móvil y es una de las principales causas de eutrofización.

Clasificación

Los fertilizantes se clasifican de varias formas. Se clasifican según proporcionen un solo nutriente (p. ej., K, P o N), en cuyo caso se clasifican como "fertilizantes simples". Los "fertilizantes multinutrientes" (o "fertilizantes complejos") proporcionan dos o más nutrientes, por ejemplo, N y P. Los fertilizantes también se clasifican a veces como inorgánicos (el tema de la mayor parte de este artículo) versus orgánicos. Los fertilizantes inorgánicos excluyen los materiales que contienen carbono, excepto las ureas. Los fertilizantes orgánicos suelen ser materia (reciclada) derivada de plantas o animales. Los inorgánicos a veces se denominan fertilizantes sintéticos, ya que se requieren varios tratamientos químicos para su fabricación.

Fertilizantes de un solo nutriente ("directos")

El principal fertilizante puro a base de nitrógeno es el amoníaco o sus soluciones. El nitrato de amonio (NH ₄ NO ₃) también se usa ampliamente. La urea es otra fuente popular de nitrógeno, que tiene la ventaja de que es sólida y no explosiva, a diferencia del amoníaco y el nitrato de amonio, respectivamente. Un pequeño porcentaje del mercado de fertilizantes nitrogenados (4% en 2007) se ha cubierto con nitrato amónico cálcico (Ca(NO ₃) ₂ · NH ₄ · 10 H ₂ O).

Los principales fertilizantes fosfatados puros son los superfosfatos. El "superfosfato simple" (SSP) consta de un 14-18% de P ₂ O ₅, de nuevo en forma de Ca(H ₂ PO ₄) ₂, pero también de fosfoyeso (CaSO ₄ · 2 H ₂ O). El superfosfato triple (TSP) típicamente consta de 44 a 48% de P ₂ O ₅ y no contiene yeso. Una mezcla de superfosfato simple y superfosfato triple se llama superfosfato doble. Más del 90% de un fertilizante de superfosfato típico es soluble en agua.

El principal fertilizante puro a base de potasio es el muriato de potasa (MOP). El muriato de potasa consta de 95 a 99% de KCl y generalmente está disponible como fertilizante 0-0-60 o 0-0-62.

Fertilizantes multinutrientes

Estos fertilizantes son comunes. Se componen de dos o más componentes de nutrientes.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.Fertilizantes NPK

Los fertilizantes NPK son fertilizantes de tres componentes que proporcionan nitrógeno, fósforo y potasio. Existen dos tipos de fertilizantes NPK: compuestos y mezclas. Los fertilizantes NPK compuestos contienen ingredientes unidos químicamente, mientras que los fertilizantes NPK combinados son mezclas físicas de componentes de nutrientes únicos.

La clasificación NPK es un sistema de clasificación que describe la cantidad de nitrógeno, fósforo y potasio en un fertilizante. Las calificaciones de NPK consisten en tres números separados por guiones (p. ej., 10-10-10 o 16-4-8) que describen el contenido químico de los fertilizantes. 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 ₂O, pero el sistema es una abreviatura convencional para la cantidad de fósforo (P) o potasio (K) en un fertilizante. Una bolsa de 50 libras (23 kg) de fertilizante etiquetada como 16-4-8 contiene 8 libras (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 K2O (₈ % de 50 libras). La mayoría de los fertilizantes están etiquetados de acuerdo con esta convención NPK, aunque la convención australiana, siguiendo un sistema NPKS, agrega un cuarto número para el azufre y usa valores elementales para todos los valores, incluidos P y K.

Micronutrientes

Los micronutrientes se consumen en cantidades más pequeñas y están presentes en el tejido vegetal en el orden de partes por millón (ppm), que van desde 0,15 a 400 ppm o menos del 0,04 % de materia seca. Estos elementos a menudo se requieren para las enzimas esenciales para el metabolismo de la planta. Debido a que estos elementos activan los catalizadores (enzimas), su impacto supera con creces su porcentaje en peso. Los micronutrientes típicos son boro, zinc, molibdeno, hierro y manganeso.Estos elementos se proporcionan como sales solubles en agua. El hierro presenta problemas especiales porque se convierte en compuestos insolubles (biono disponibles) en concentraciones moderadas de fosfato y pH del suelo. Por esta razón, el hierro se administra a menudo como un complejo quelato, por ejemplo, los derivados de EDTA o EDDHA. Las necesidades de micronutrientes dependen de la planta y del medio ambiente. Por ejemplo, la remolacha azucarera parece requerir boro y las legumbres requieren cobalto, mientras que las condiciones ambientales como el calor o la sequía hacen que el boro esté menos disponible para las plantas.

Medioambiente

Los fertilizantes sintéticos utilizados en la agricultura tienen consecuencias ambientales de gran alcance. Según el Informe especial sobre el cambio climático y la tierra del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), la producción de estos fertilizantes y las prácticas de uso de la tierra asociadas son impulsores del calentamiento global. El uso de fertilizantes también ha tenido una serie de consecuencias ambientales directas: escorrentía agrícola que genera efectos aguas abajo, como zonas muertas en los océanos y contaminación de las vías fluviales, degradación del microbioma del suelo,y acumulación de toxinas en los ecosistemas. Los impactos ambientales indirectos incluyen: los impactos ambientales del fracking para el gas natural utilizado en el proceso Haber, el auge agrícola es parcialmente responsable del rápido crecimiento de la población humana y las prácticas agrícolas industriales a gran escala están asociadas con la destrucción del hábitat, la presión sobre la biodiversidad y la agricultura. pérdida de suelo

Para mitigar las preocupaciones ambientales y de seguridad alimentaria, la comunidad internacional ha incluido los sistemas alimentarios en el Objetivo de Desarrollo Sostenible 2, que se centra en la creación de un sistema de producción de alimentos sostenible y respetuoso con el clima. La mayoría de los enfoques normativos y normativos para abordar estos problemas se centran en orientar las prácticas agrícolas hacia prácticas agrícolas sostenibles o regenerativas: utilizan menos fertilizantes sintéticos, mejor gestión del suelo (por ejemplo, agricultura sin labranza) y más fertilizantes orgánicos.

Producción

Fertilizantes nitrogenados

País	Uso total de N(Mt pa)	amt. utilizado parapiensos/pastos(Mt pa)
Porcelana	18.7	3.0
India	11.9	N / A
A NOSOTROS	9.1	4.7
Francia	2.5	1.3
Alemania	2.0	1.2
Brasil	1.7	0.7
Canadá	1.6	0.9
Pavo	1.5	0.3
Reino Unido	1.3	0.9
México	1.3	0.3
España	1.2	0.5
Argentina	0.4	0.1

Los fertilizantes nitrogenados están hechos de amoníaco (NH ₃) producido por el proceso Haber-Bosch. En este proceso de uso intensivo de energía, el gas natural (CH ₄) generalmente suministra 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 ricos en nitrógeno originales (1830) utilizados. Todavía se extrae para fertilizante. Los nitratos también se producen a partir de amoníaco mediante el proceso de Ostwald.

Fertilizantes fosfatados

Los fertilizantes fosfatados se obtienen por extracción de la roca fosfórica, que contiene dos minerales principales que contienen fósforo, la fluorapatita Ca ₅ (PO ₄) ₃ F (CFA) y la 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 fosfórico (H ₃ PO ₄). La gran producción de ácido sulfúrico está principalmente motivada por esta aplicación. En el proceso de nitrofosfato o proceso Odda (inventado en 1927), la roca de fosfato con un contenido de fósforo (P) de hasta un 20% 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 fácilmente disuelta.

Fertilizantes potásicos

La potasa es una mezcla de minerales de potasio que se utiliza para fabricar fertilizantes de potasio (símbolo químico: K). La potasa es soluble en agua, por lo que el esfuerzo principal para producir este nutriente a partir del mineral involucra algunos pasos de purificación; por ejemplo, para eliminar el cloruro de sodio (NaCl) (sal común). A veces, la potasa se denomina K ₂ O, por conveniencia para quienes 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.

Fertilizantes NPK

Existen cuatro rutas principales para la fabricación de fertilizantes NPK: 1) granulación por vapor, 2) granulación química, 3) compactación, 4) mezcla a granel. Los tres primeros procesos se utilizan para producir compuestos NPK. Durante la granulación con vapor, las materias primas se mezclan y se granulan aún más utilizando vapor como agente aglutinante. El proceso de granulación química se basa en reacciones químicas entre materias primas líquidas (como ácido fosfórico, ácido sulfúrico, amoníaco) y materias primas sólidas (como cloruro de potasio, material reciclado). La compactación implementa alta presión para aglomerar materiales en polvo seco. Por último, las mezclas a granel se producen mezclando fertilizantes puros.

Fertilizantes organicos

Los "fertilizantes orgánicos" pueden describir aquellos fertilizantes con un origen orgánico, biológico, es decir, fertilizantes derivados de materiales vivos o anteriormente vivos. Los fertilizantes orgánicos también pueden describir productos comercialmente disponibles y empaquetados con frecuencia que se esfuerzan por cumplir con las expectativas y restricciones adoptadas por “ agricultura orgánica” y jardinería “amigable con el medio ambiente”: sistemas relacionados de producción de alimentos y plantas que limitan significativamente o evitan estrictamente el uso de fertilizantes y pesticidas sintéticos. Los productos de "fertilizante orgánico" suelen contener tanto algunos materiales orgánicos como aditivos aceptables, como polvos de roca nutritivos, conchas marinas molidas (cangrejo, ostra, etc.), otros productos preparados, como harina de semillas o algas, y microorganismos cultivados y derivados..

Los fertilizantes de origen orgánico (la primera definición) incluyen desechos animales, desechos vegetales de la agricultura, algas, compost y lodos de depuradora tratados (biosólidos). Más allá del estiércol, las fuentes animales pueden incluir productos de la matanza de animales: harina de sangre, harina de huesos, harina de plumas, pieles, pezuñas y cuernos, todos son componentes típicos. Los materiales de origen orgánico disponibles para la industria, como los lodos de depuradora, pueden no ser componentes aceptables de la agricultura y la jardinería orgánicas, 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 ​​porquelos materiales tienen atractivo para el consumidor. Independientemente de la definición o la composición, la mayoría de estos productos contienen nutrientes menos concentrados y los nutrientes no se cuantifican tan fácilmente. Pueden ofrecer ventajas para la construcción del suelo, así como ser atractivos para aquellos que están tratando de cultivar/jardinear de manera más "natural".

En términos de volumen, la turba es el mejorador de suelo orgánico envasado más utilizado. 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. No se trata, por tanto, de un abono como se define al principio del artículo, sino de una modificación. La fibra de coco (derivada 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 aportes nutritivos limitados. Algunos aditivos orgánicos pueden tener un efecto inverso en los nutrientes: el aserrín fresco puede consumir los nutrientes del suelo a medida que se descompone y puede reducir el pH del suelo, pero estos mismos texturizadores orgánicos (así como el compost, etc.) intercambio catiónico, oa través de un mayor crecimiento de microorganismos que a su vez aumentan la disponibilidad de ciertos nutrientes para las plantas. Los fertilizantes orgánicos, como compost y estiércol, pueden distribuirse localmente sin entrar en la producción industrial, lo que dificulta la cuantificación del consumo real.

Solicitud

Los fertilizantes se usan comúnmente para el cultivo de todos los cultivos, con tasas de aplicación que dependen de la fertilidad del suelo, generalmente según lo medido por una prueba de suelo y de acuerdo con el cultivo en particular. Las legumbres, por ejemplo, fijan el nitrógeno de la atmósfera y generalmente no requieren fertilizante nitrogenado.

Líquido vs sólido

Los fertilizantes se aplican a los cultivos tanto en forma sólida como líquida. Alrededor del 90% de los fertilizantes se aplican como sólidos. Los fertilizantes inorgánicos sólidos más utilizados son la urea, el fosfato diamónico y el cloruro de potasio. El fertilizante sólido suele ser granulado o en polvo. A menudo, los sólidos están disponibles como gránulos, un glóbulo sólido. Los fertilizantes líquidos comprenden amoníaco anhidro, soluciones acuosas de amoníaco, soluciones acuosas de nitrato de amonio o urea. Estos productos concentrados pueden diluirse con agua para formar un fertilizante líquido concentrado (p. ej., UAN). Las ventajas del fertilizante líquido son su efecto más rápido y su cobertura más fácil. La adición de fertilizantes al agua de riego se denomina "fertirrigación".

Urea

La urea es altamente soluble en agua y, por lo tanto, también es muy adecuada para su uso en soluciones de fertilizantes (en combinación con nitrato de amonio: UAN), por ejemplo, en fertilizantes de 'alimentación foliar'. Para el uso de fertilizantes, se prefieren los gránulos a los gránulos debido a su distribución de tamaño de partícula más estrecha, lo que es una ventaja para la aplicación mecánica.

La urea generalmente se esparce en proporciones de entre 40 y 300 kg/ha (35 a 270 lbs/acre), pero las proporciones varían. Las aplicaciones más pequeñas incurren en menores pérdidas debido a la lixiviación. Durante el verano, la urea a menudo se esparce justo antes o durante la lluvia para minimizar las pérdidas por volatilización (un proceso en el que el nitrógeno se pierde en la atmósfera como gas amoníaco).

Debido a la alta concentración de nitrógeno en la urea, es muy importante lograr una distribución uniforme. La perforación no debe ocurrir en contacto con o cerca de la semilla, debido al riesgo de daño a la germinación. La urea se disuelve en agua para su aplicación como rocío o a través de sistemas de riego.

En los cultivos de cereales y algodón, la urea suele aplicarse en el momento del último cultivo antes de la siembra. En áreas de alta precipitación y en suelos arenosos (donde el nitrógeno puede perderse por lixiviación) y donde se esperan buenas precipitaciones durante la temporada, la urea se puede aplicar lateralmente o por encima durante la temporada de crecimiento. El aderezo también es popular en pastos y cultivos forrajeros. En el cultivo de caña de azúcar, la urea se abona lateralmente después de la siembra y se aplica a cada cultivo de retoños.

Debido a que absorbe la humedad de la atmósfera, la urea a menudo se almacena en recipientes cerrados.

La sobredosis o colocar urea cerca de la semilla es perjudicial.

Fertilizantes de liberación lenta y controlada

Un fertilizante de liberación controlada (CRF) es un fertilizante granulado que libera nutrientes gradualmente en el suelo (es decir, con un período de liberación controlada). El fertilizante de liberación controlada también se conoce como fertilizante de disponibilidad controlada, fertilizante de liberación retardada, fertilizante de liberación medida o fertilizante de acción lenta. Por lo general, CRF se refiere a fertilizantes a base de nitrógeno. Los de liberación lenta y controlada involucran sólo el 0,15% (562.000 toneladas) del mercado de fertilizantes (1995).

Aplicación foliar

Los fertilizantes foliares se aplican directamente a las hojas. Este método se usa casi invariablemente para aplicar fertilizantes nitrogenados puros solubles en agua y se usa especialmente para cultivos de alto valor como las frutas. La urea es el fertilizante foliar más común.

Sustancias químicas que afectan la absorción de nitrógeno

Se utilizan varios productos químicos para mejorar la eficiencia de los fertilizantes a base de nitrógeno. De esta forma, los agricultores pueden limitar los efectos contaminantes de la escorrentía de nitrógeno. Los inhibidores de la nitrificación (también conocidos como estabilizadores de nitrógeno) suprimen la conversión de amoníaco en nitrato, un anión que es más propenso a la lixiviación. Son populares el 1-carbamoil-3-metilpirazol (CMP), la diciandiamida, la nitrapirina (2-cloro-6-triclorometilpiridina) y el fosfato de 3,4-dimetilpirazol (DMPP). Los inhibidores de la ureasa se utilizan para retardar la conversión hidrolítica de la urea en amoníaco, que es propenso a la evaporación y a la nitrificación. La conversión de urea a amoníaco catalizada por enzimas llamadas ureasas. Un inhibidor popular de las ureasas es la triamida N-(n-butil)tiofosfórica (NBPT).

Sobrefertilización

El uso cuidadoso de las tecnologías de fertilización es importante porque el exceso de nutrientes puede ser perjudicial. La quema de fertilizantes puede ocurrir cuando se aplica demasiado fertilizante, lo que resulta en daños o incluso la muerte de la planta. Los fertilizantes varían en su tendencia a quemarse aproximadamente de acuerdo con su índice de sal.

Estadísticas

Recientemente, los fertilizantes nitrogenados se han estancado en la mayoría de los países desarrollados. China, aunque se ha convertido en el mayor productor y consumidor de fertilizantes nitrogenados. África depende poco de los fertilizantes nitrogenados. Los minerales agrícolas y químicos son muy importantes en el uso industrial de fertilizantes, que está valorado en aproximadamente $ 200 mil millones. El nitrógeno tiene un impacto significativo en el uso mundial de minerales, seguido por la potasa y el fosfato. La producción de nitrógeno ha aumentado drásticamente desde la década de 1960. El precio del fosfato y la potasa ha aumentado desde la década de 1960, por encima del índice de precios al consumidor. La potasa se produce en Canadá, Rusia y Bielorrusia, y en conjunto representan más de la mitad de la producción mundial.La producción de potasa en Canadá aumentó en 2017 y 2018 un 18,6 %. Las estimaciones conservadoras informan que entre el 30 y el 50 % de los rendimientos de los cultivos se atribuyen a los fertilizantes comerciales naturales o sintéticos. El consumo de fertilizantes ha superado la cantidad de tierras de cultivo en los Estados Unidos . Es probable que el valor del mercado mundial aumente a más de 185.000 millones de dólares estadounidenses hasta 2019. El mercado europeo de fertilizantes crecerá para obtener unos ingresos de aprox. 15.300 millones de euros en 2018.

Los datos sobre el consumo de fertilizantes por hectárea de tierra cultivable en 2012 son publicados por el Banco Mundial. El siguiente diagrama muestra el consumo de fertilizantes de los países de la Unión Europea (UE) en kilogramos por hectárea (libras por acre). El consumo total de fertilizantes en la UE es de 15,9 millones de toneladas por 105 millones de hectáreas de tierra cultivable (o 107 millones de hectáreas de tierra cultivable según otra estimación). Esta cifra equivale a 151 kg de fertilizantes consumidos por tierra cultivable de media por los países de la UE.

Efectos ambientales

El uso de fertilizantes es beneficioso para proporcionar nutrientes a las plantas, aunque tiene algunos efectos ambientales negativos. El gran consumo creciente de fertilizantes puede afectar el suelo, las aguas superficiales y las aguas subterráneas debido a la dispersión del uso de minerales.

Por cada tonelada de ácido fosfórico producido por el procesamiento de roca fosfórica, se generan cinco toneladas de residuos. Estos desechos toman la forma de un sólido impuro, inútil y radiactivo llamado fosfoyeso. Las estimaciones oscilan entre 100.000.000 y 280.000.000 toneladas de residuos de fosfoyeso que se producen anualmente en todo el mundo.

Agua

Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno cuando se usan comúnmente tienen efectos ambientales importantes. Esto se debe a las altas precipitaciones que provocan que los fertilizantes se laven en las vías fluviales. La escorrentía agrícola es uno de los principales contribuyentes a la eutrofización de las masas de agua dulce. Por ejemplo, en los EE. UU., aproximadamente la mitad de todos los lagos son eutróficos. El principal contribuyente a la eutrofización es el fosfato, que normalmente es un nutriente limitante; altas concentraciones promueven el crecimiento de cianobacterias y algas, cuya desaparición consume oxígeno. Las floraciones de cianobacterias ("floraciones 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 causa principal del grave agotamiento del oxígeno en muchas partes de los océanos, especialmente en las zonas costeras, los lagos y los ríos. La falta resultante de oxígeno disuelto reduce en gran medida la capacidad de estas áreas para sustentar la fauna oceánica. El número de zonas muertas oceánicas cerca de las costas habitadas está aumentando. A partir de 2006, la aplicación de fertilizantes nitrogenados se controla cada vez más en el noroeste de Europa y los Estados Unidos. Si se puede revertir la eutrofización, pueden pasar décadas antes de que los procesos naturales puedan descomponer los nitratos acumulados en las aguas subterráneas.

Contaminación por nitratos

Solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en materia vegetal. El resto se acumula en el suelo o se pierde por escorrentía. Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a un aumento de la escorrentía hacia las aguas superficiales, así como a la lixiviación hacia las aguas subterráneas, lo que provoca la contaminación de las aguas subterráneas. El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (sean sintéticos o naturales) es particularmente perjudicial, ya que gran parte del nitrógeno que no es absorbido por las plantas se transforma en nitrato que se lixivia fácilmente.

Los niveles de nitrato superiores a 10 mg/L (10 ppm) en el agua subterránea pueden causar el "síndrome del bebé azul" (metahemoglobinemia adquirida). Los nutrientes, especialmente los nitratos, en los fertilizantes pueden causar problemas para los hábitats naturales y para la salud humana si se eliminan del suelo hacia los cursos de agua o se filtran a través del suelo hacia las aguas subterráneas.

Suelo

Acidificación

Los fertilizantes que contienen nitrógeno pueden causar la acidificación del suelo cuando se agregan. Esto puede conducir a una disminución en la disponibilidad de nutrientes que puede compensarse con el encalado.

Acumulación de elementos tóxicos

Cadmio

La concentración de cadmio en fertilizantes que contienen fósforo varía considerablemente y puede ser problemática. Por ejemplo, el fertilizante de fosfato monoamónico puede tener un contenido de cadmio tan bajo como 0,14 mg/kg o tan alto como 50,9 mg/kg. La roca de fosfato utilizada en su fabricación puede contener hasta 188 mg/kg de cadmio (por ejemplo, los depósitos de Nauru y las islas Christmas). El uso continuo de fertilizantes con alto contenido de cadmio puede contaminar el suelo (como se muestra en Nueva Zelanda) y las plantas. La Comisión Europea ha considerado límites al contenido de cadmio de los fertilizantes fosfatados. Los productores de fertilizantes que contienen fósforo ahora seleccionan roca de fosfato en función del contenido de cadmio.

Fluoruro

Las rocas de fosfato contienen altos niveles de fluoruro. En consecuencia, el uso generalizado de fertilizantes fosfatados ha aumentado las concentraciones de fluoruro en el suelo. Se ha encontrado que la contaminación de alimentos por fertilizantes es de poca preocupación ya que las plantas acumulan poco fluoruro del suelo; de mayor preocupación es la posibilidad de toxicidad del fluoruro para el ganado que ingiere suelos contaminados. También son de posible preocupación los efectos del fluoruro en los microorganismos del suelo.

Elementos radiactivos

El contenido radiactivo de los fertilizantes varía considerablemente y depende tanto de sus concentraciones en el mineral original como del proceso de producción del fertilizante. Las concentraciones de uranio-238 pueden oscilar entre 7 y 100 pCi/g en roca fosfórica y entre 1 y 67 pCi/g en fertilizantes fosfatados. Cuando se utilizan altas tasas anuales de fertilizantes de fósforo, esto puede resultar en concentraciones de uranio-238 en suelos y aguas de drenaje que son varias veces mayores que las que normalmente están presentes. Sin embargo, el impacto de estos aumentos en el riesgo para la salud humana de la contaminación de los alimentos por radinúclidos es muy pequeño (menos de 0,05 mSv/año).

Otros metales

Los desechos de la industria del acero, reciclados en fertilizantes por sus altos niveles de zinc (esencial para el crecimiento de las plantas), los desechos pueden incluir los siguientes metales tóxicos: plomo, arsénico, cadmio, cromo y níquel. Los elementos tóxicos más comunes en este tipo de fertilizantes son el mercurio, el plomo y el arsénico.Estas impurezas potencialmente dañinas se pueden eliminar; sin embargo, esto aumenta significativamente el costo. Los fertilizantes altamente puros están ampliamente disponibles y quizás sean más conocidos como los fertilizantes altamente solubles en agua que contienen tintes azules que se usan en los hogares, como Miracle-Gro. Estos fertilizantes altamente solubles en agua se utilizan en el negocio de los viveros de plantas y están disponibles en paquetes más grandes a un costo significativamente menor que las cantidades minoristas. Algunos fertilizantes de jardín granulares de venta al por menor de bajo costo están hechos con ingredientes de alta pureza.

Agotamiento de minerales traza

Se ha prestado atención a la disminución de las concentraciones de elementos como hierro, zinc, cobre y magnesio en muchos alimentos durante los últimos 50 a 60 años. Las prácticas agrícolas intensivas, incluido el uso de fertilizantes sintéticos, se sugieren con frecuencia como razones para estas disminuciones y la agricultura orgánica a menudo se sugiere como una solución. Aunque se sabe que los rendimientos de cultivos mejorados resultantes de los fertilizantes NPK diluyen las concentraciones de otros nutrientes en las plantas, gran parte de la disminución medida se puede atribuir al uso de variedades de cultivos de rendimiento progresivamente más alto que producen alimentos con concentraciones de minerales más bajas que sus cultivos menos productivos. ancestros.Por lo tanto, es poco probable que la agricultura orgánica o el uso reducido de fertilizantes resuelvan el problema; Se postula que los alimentos con alta densidad de nutrientes se logran utilizando variedades más antiguas y de menor rendimiento o el desarrollo de nuevas variedades ricas en nutrientes y de alto rendimiento.

De hecho, es más probable que los fertilizantes resuelvan los problemas de deficiencia de minerales traza que los provoquen: en Australia Occidental, las deficiencias de zinc, cobre, manganeso, hierro y molibdeno se identificaron como limitantes del crecimiento de cultivos y pastos en amplias hectáreas en las décadas de 1940 y 1950. Los suelos en Australia Occidental son muy antiguos, muy erosionados y deficientes en muchos de los principales nutrientes y oligoelementos. Desde entonces, estos oligoelementos se agregan rutinariamente a los fertilizantes utilizados en la agricultura en este estado. Muchos otros suelos en todo el mundo son deficientes en zinc, lo que provoca deficiencias tanto en las plantas como en los humanos, y los fertilizantes de zinc se usan ampliamente para resolver este problema.

Cambios en la biología del suelo

Los altos niveles de fertilizante pueden causar la ruptura de las relaciones simbióticas entre las raíces de las plantas y los hongos micorrízicos.

Consumo energético y sostenibilidad

En los EE. UU. en 2004, se consumieron 317 mil millones de pies cúbicos de gas natural en la producción industrial de amoníaco, menos del 1,5% del consumo total anual de gas natural en los EE. UU. Un informe de 2002 sugirió que la producción de amoníaco consume alrededor del 5% del consumo mundial de gas natural, que es algo menos del 2% de la producción mundial de energía.

El amoníaco se produce a partir del gas natural y el aire. El costo del gas natural representa alrededor del 90% del costo de producción de amoníaco. El aumento del precio de los gases naturales durante la última década, junto con otros factores como el aumento de la demanda, han contribuido al aumento del precio de los fertilizantes.

Contribución al cambio climático

Los gases de efecto invernadero dióxido de carbono, metano y óxido nitroso se producen durante la fabricación de fertilizantes nitrogenados. El CO2 se estima en más del 1% de las emisiones globales de CO2. Las bacterias del suelo pueden convertir el fertilizante nitrogenado en óxido nitroso, un gas de efecto invernadero. Las emisiones de óxido nitroso por parte de los humanos, la mayoría de las cuales provienen de fertilizantes, entre 2007 y 2016 se han estimado en 7 millones de toneladas por año, lo que es incompatible con limitar el calentamiento global por debajo de los 2 °C.

Atmósfera

A través del uso creciente de fertilizantes nitrogenados, que se utilizaron a un ritmo de alrededor de 110 millones de toneladas (de N) por año en 2012, sumando a la cantidad ya existente de nitrógeno reactivo, el óxido nitroso (N ₂ O) se ha convertido en el tercero más importante gas de efecto invernadero después del dióxido de carbono y el metano. Tiene un potencial de calentamiento global 296 veces mayor que una masa igual de dióxido de carbono y también contribuye al agotamiento del ozono estratosférico. Al cambiar los procesos y procedimientos, es posible mitigar algunos, pero no todos, estos efectos sobre el cambio climático antropogénico.

Las emisiones de metano de los campos de cultivo (especialmente los arrozales) aumentan con la aplicación de fertilizantes a base de amonio. Estas emisiones contribuyen al cambio climático global ya que el metano es un potente gas de efecto invernadero.

Política

Regulación

En Europa, los problemas con las altas concentraciones de nitrato en la escorrentía están siendo abordados por la Directiva de Nitratos de la Unión Europea. Dentro de Gran Bretaña, se alienta a los agricultores a administrar sus tierras de manera más sostenible en una 'agricultura sensible a la cuenca'. En los EE. UU., las altas concentraciones de nitrato y fósforo en el agua de escorrentía y drenaje se clasifican como contaminantes de fuente difusa debido a su origen difuso; esta contaminación está regulada a nivel estatal. Oregón y Washington, ambos en los Estados Unidos, tienen programas de registro de fertilizantes con bases de datos en línea que enumeran los análisis químicos de los fertilizantes.

En China, se han implementado regulaciones para controlar el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. En 2008, los gobiernos chinos comenzaron a retirar parcialmente los subsidios a los fertilizantes, incluidos los subsidios al transporte de fertilizantes y al uso de electricidad y gas natural en la industria. En consecuencia, el precio de los fertilizantes ha subido y las granjas a gran escala han comenzado a usar menos fertilizantes. Si las granjas a gran escala continúan reduciendo el uso de subsidios a los fertilizantes, no tienen más remedio que optimizar el fertilizante que tienen, lo que por lo tanto aumentaría tanto el rendimiento del grano como las ganancias.

Dos tipos de prácticas de gestión agrícola incluyen la agricultura orgánica y la agricultura convencional. El primero fomenta la fertilidad del suelo utilizando los recursos locales para maximizar la eficiencia. La agricultura orgánica evita los agroquímicos sintéticos. La agricultura convencional utiliza todos los componentes que la agricultura orgánica no utiliza.