Crop Insights por Steve Butzen, Director de información agronómica de Pioneer
· Todas las formas de fertilizantes de nitrógeno (N) están sujetas a posibles pérdidas de nitrógeno. El riesgo de pérdida depende de las condiciones del campo y del clima, del tipo de fertilizante y de si se utiliza un estabilizador.
· El nitrógeno en forma de amonio (NH4+) se une rápidamente a la mayoría de los suelos y no está sujeto a pérdidas a corto plazo. Las soluciones de amoníaco, urea y UAN reaccionan en el suelo para formar NH4+.
o Con el tiempo, las bacterias nitrificantes convierten el NH4+ en nitrato (NO3-), una forma que se pierde fácilmente por lixiviación desnitrificación. Los inhibidores de la nitrificación pueden reducir dichas pérdidas.
· Si se aplican soluciones de urea o de urea-nitrato de amonio (UAN) a la superficie de los suelos, el amoníaco gaseoso (NH3) liberado por hidrólisis puede expulsarse parcialmente en el aire.
o Los inhibidores de la ureasa pueden reducir estas pérdidas de volatilización del nitrógeno. Actúan bloqueando el sitio activo de la enzima ureasa que cataliza la reacción de hidrólisis de la urea.
· El uso de estabilizadores de nitrógeno no siempre es rentable, ya que los rendimientos favorables dependen de que se desarrollen condiciones que provoquen las pérdidas de nitrógeno. En este sentido, puede considerarse que los estabilizadores de nitrógeno son un seguro contra el riesgo de pérdida de nitrógeno.
· Este Crop Insights aborda las soluciones de amoníaco anhidro, urea y urea-nitrato de amonio, y los estabilizadores de nitrógeno que pueden ayudar a prevenir las pérdidas de nitrógeno al utilizar estos fertilizantes.
El fertilizante de nitrógeno es uno de los elementos clave en la producción de maíz. Su importancia se ha puesto de relieve a lo largo de los años cuando el exceso de precipitaciones ha provocado deficiencias de nitrógeno y reducciones del rendimiento. En condiciones prolongadas de campo húmedo y temperaturas cálidas, el suelo puede perder nitrógeno (Figura 1). Las pérdidas pueden ser moderadas o fuertes, en función de la forma del fertilizante de nitrógeno aplicado y el alcance de las condiciones húmedas y cálidas que favorecen esta pérdida.
Los estabilizadores de nitrógeno (también llamados aditivos) sirven para ayudar a reducir las pérdidas de nitrógeno del suelo. Estos productos pueden utilizarse con fórmulas de nitrógeno compatibles y su uso debería basarse en el tiempo de aplicación y en las consideraciones del campo y del clima para maximizar sus beneficios. Este Crop Insights aborda las formas de fertilizantes de nitrógeno, las condiciones que favorecen su pérdida en los suelos y los estabilizadores que pueden reducir dichas pérdidas.
Figura 1. Área anegada del campo con deficiencia severa de nitrógeno.
Las formas más comunes de fertilizante de nitrógeno incluyen las soluciones de amoníaco anhidro, de urea y de urea-nitrato de amonio (UAN).
El amoníaco anhidro, NH3, es la forma más básica de fertilizante de nitrógeno. El amoníaco, un gas a presión atmosférica, puede comprimirse en un líquido para transportarse, almacenarse y aplicarse. Por tanto, se aplica a partir de un depósito presurizado y puede inyectarse en el suelo para prevenir que se libere en el aire. Una vez aplicado, el amoníaco reacciona con el agua del suelo y cambia a la forma de amonio (NH4+). Otros fertilizantes de nitrógeno comunes son derivados del amoníaco transformado mediante procesos adicionales, que incrementan su coste. Debido a sus bajos costes de producción y a un contenido elevado en nitrógeno que minimiza los costes de transporte y la estabilidad relativa en los suelos, el amoníaco anhidro es la fuente de fertilizante de nitrógeno más utilizada en Norteamérica para la producción de maíz.
La urea es un fertilizante sólido con un contenido elevado en nitrógeno (46 %) que puede aplicarse fácilmente a varios tipos de cultivos y pastos. Es una de las fuentes de fertilizante de nitrógeno más utilizadas en el mundo porque es fácil de utilizar, almacenar y transportar. Además, es apto para aplicar a varios tipos de equipos y para combinarse con otros fertilizantes sólidos.
La urea se obtiene de la reacción de CO2 con NH3 en 2 reacciones en equilibrio:
2NH3 + CO2 → NH2COONH4 carbamato de amonio
NH2COONH4 → (NH2)2CO + H2O urea + agua
La molécula de la urea tiene 2 grupos de amidas (NH2) unidas por un grupo carbonilo funcional (C=O).
Tal y como muestra la Tabla 3, la mitad del total de nitrógeno en las soluciones de UAN es nitrógeno de amida (NH2-) derivado de la urea: un cuarto es nitrógeno de amonio (NH4+) derivado del nitrato de amonio y un cuarto es nitrógeno de nitrato (NO3-) derivado del nitrato de amonio.
Aunque existen varias formas de fertilizantes de nitrógeno diferentes, como el sulfato de amonio, el nitrato de calcio y el fosfato diamónico, más del 80 % de las necesidades de nitrógeno del maíz en Norteamérica se satisfacen con soluciones de amonio anhidro, de urea y de UAN.
Amonio anhidro
El amonio anhidro se aplica mediante inyección de 15,24 a 20,32 centímetros bajo la superficie del suelo para minimizar la liberación de NH3 gaseoso en el aire. El NH3 es un componente muy higroscópico y, una vez en el suelo, reacciona rápidamente con el agua y cambia a la forma de amonio (NH4+). Como un ion de carga positiva, reacciona y se une a los componentes del suelo con carga negativa, incluida la arcilla y la materia orgánica. Por tanto, se mantiene en el complejo de intercambio del suelo y no está sujeto a movimientos con agua.
Las reacciones del suelo - Con el tiempo y con temperaturas apropiadas del suelo que soporten la actividad biológica, los iones de NH4+ se convierten en forma de nitrato (NO3-) mediante la acción de bacterias específicas del suelo en un proceso conocido como nitrificación. En general, la nitrificación se produce con temperaturas del suelo por encima de los 10 ºC grados, y aumenta a medida que la temperatura aumenta por encima de este nivel. Sin embargo, cierta actividad limitada también se produce por debajo de los 10 ºC. El amonio primero se convierte en nitritos (NO2-) mediante la acción de las bacterias Nitrosomonas y después en nitrato por las bacterias Nitrobacter y Nitrosolobus:
Únicamente después de que el proceso de nitrificación haya convertido el amonio en iones de carga negativa (que la arcilla y la materia orgánica repelen en el complejo del suelo), el nitrógeno de amonio puede perderse en la mayoría de los suelos por lixiviación o desnitrificación Las plantas pueden absorber nitrógeno tanto en forma de amonio como de nitrato. Por tanto, si se puede mantener el nitrógeno en forma de amonio hasta que sea absorbido por las plantas, el riesgo de pérdida es muy reducido. (Los suelos arenosos con baja capacidad de intercambio catiónico, CIC, son una excepción, ya que no disponen de suficientes sitios de intercambio para unir mucho amonio).
El 25 % del nitrógeno restante en las soluciones de UAN está en forma de nitrato (NO3-). Puesto que tiene carga negativa, no se adherirá a las partículas de arcilla ni materia orgánica (que también tienen carga negativa), sino que existirá como una unión en la solución del suelo. Dado que se mueve con el agua, las raíces de las plantas lo absorben fácilmente, pero también está sujeto a pérdidas por lixiviación y desnitrificación. La lixiviación se define como el movimiento más allá de la zona de las raíces de las plantas. La desnitrificación es la pérdida de nitrato en el aire como gas de N2 en condiciones anaeróbicas (suelos anegados y saturados).
Urea
La urea se disuelve en agua inmediatamente, incluyendo en el agua del suelo. Por tanto, se puede «incorporar» al suelo mediante precipitaciones o irrigación suficiente (normalmente se recomiendan 0,57 cm). De lo contrario, deberá incorporarse mediante labranza para reducir las pérdidas.
Las reacciones del suelo - Si la urea se aplica a la superficie del suelo y no se incorpora mediante el agua o la labranza, está sujeta a las pérdidas de volatilización del nitrógeno. Esto ocurre cuando la urea se somete a hidrólisis a dióxido de carbono y amoníaco:
(NH2)2CO + H2O → CO2 + 2(NH3)
La hidrólisis de urea es catalizada por la ureasa, una enzima producida por varias bacterias y algunas plantas y; por tanto, está extendida por los suelos. La degradación biológica de la urea por la ureasa que libera el nitrógeno para el uso de la planta también hace que esté sujeta a la volatilización (como el NH3, un gas) en función de si las reacciones se producen en el suelo o en la superficie del suelo. Si se producen en el suelo, el amoníaco reacciona rápidamente con el agua del suelo para formar NH4+, que después se une al suelo. Si se producen en la superficie del suelo, el amoníaco gaseoso puede perderse rápidamente en el aire. Si los residuos vegetales son abundantes en la superficie del suelo, se incrementarán las poblaciones de bacterias, la concentración de ureasa y las pérdidas de volatilización de la urea.
Soluciones de UAN
Las soluciones de urea-nitrato de amonio (UAN) son mezclas de urea, nitrato de amonio y agua en diferentes proporciones. Todas las soluciones de UAN comunes (28 %, 30 % y 32 %) están formuladas para contener un 50 % del nitrógeno real como amida, (de la urea), un 25 % como amonio (del nitrito de amonio) y un 25 % como nitrato (del nitrato de amonio).
Las reacciones del suelo - La parte de urea en las soluciones de UAN reacciona como la urea seca (véase la sección anterior sobre la urea). Si se aplica en la superficie, el nitrógeno de amida de la solución puede sufrir pérdidas debido a la volatilización cuando la hidrólisis de urea libera NH3. Pero si la UAN se incorpora por labranza o agua suficiente, el NH3 reacciona rápidamente con el agua del suelo para formar NH4+. Este amonio, así como el nitrógeno de amonio derivado del nitrato de amonio en la solución, se adhiere a los componentes del suelo en el sitio de aplicación y no está sujeto a pérdidas a corto plazo. Al igual que el nitrógeno aplicado como amoníaco anhidro, este nitrógeno será, en su caso, absorbido por las plantas en forma de amonio o, de no ser así, las bacterias del suelo lo convertirán en nitrato.
El 25 % del nitrógeno restante en las soluciones de UAN está en forma de nitrato (NO3-). Puesto que tiene carga negativa, no se adherirá a las partículas de arcilla ni materia orgánica (que también tienen carga negativa), sino que existirá como una unión en la solución del suelo. Dado que se mueve con el agua, las raíces de las plantas lo absorben fácilmente, pero también está sujeto a pérdidas por lixiviación y desnitrificación. La lixiviación se define como el movimiento más allá de la zona de las raíces de las plantas. La desnitrificación es la pérdida de nitrato en el aire como gas de N2 en condiciones anaeróbicas (suelos anegados y saturados).
Inhibidores de la nitrificación
Los inhibidores de la nitrificación son componentes que ralentizan la conversión del amonio en nitrato y, por tanto, prolongan el tiempo que el nitrógeno está en la forma «protegida» y reducen su pérdida del suelo. Se ha demostrado que varios componentes son efectivos para este fin, incluida la nitrapirina, la diciandiamida (DCD) y el tiosulfato de amonio. De todos ellos, solo la nitrapirina y la DCD están ampliamente extendidos en la actualidad en la agricultura norteamericana.
La nitrapirina, o 2-cloro-6 (triclorometil) piridina funciona, inhibiendo y debilitando la actividad de las bacterias Nitrosomonas . En comparación con otros productos, la nitrapirina tiene un efecto bactericida que realmente mata parte de la población de Nitrosomonas en el suelo. Por tanto, es efectiva hasta que la población de bacterias se reproduzca en la zona de aplicación y difusión. Esta actividad bactericida es muy específica de las Nitrosomonas.
Figura 4. La nitrapirina añadida al amoníaco anhidro puede reducir las pérdidas de nitrógeno, especialmente, si el nitrógeno se aplica en otoño.
Fotografía cortesía de Case-IH
En suelos cálidos, la nitrapirina se puede degradar en, aproximadamente, 30-40 días. Sin embargo, es muy resistente en suelos fríos, que contribuyen a su efectividad para las aplicaciones en otoño e invierno. La actividad medible contra las Nitrosomonas , a menudo, se produce durante 6 a 8 semanas en suelos cálidos favorables para el crecimiento del cultivo, y durante 30 semanas o más en suelos fríos típicos de otoños e inviernos tardíos en la zona del Medio Oeste de Estados Unidos (Trenkel, 2010).
Los productos de nitrapirina para retrasar la nitrificación de fertilizantes de amoníaco y urea incluyen N-Serve® 24 (lanzado en 1976) e Instinct® (lanzado en 2009). Según la etiqueta del producto, el estabilizador de nitrógeno N-Serve 24 es un producto soluble en aceite que puede utilizarse con fertilizantes de amoníaco anhidro, de amonio seco y de urea. Cuando se combina con un agente compatible, N-Serve 24 puede utilizarse en la aplicación de amonio acuoso y otras composiciones de fertilizantes líquidos de amoníaco o urea. N-Serve 24 puede inyectarse o incorporarse a una zona o franja del suelo con el fertilizante a una profundidad mínima de 5,08 a 10,16 cm o inmediatamente después de la aplicación.
La etiqueta del producto para el estabilizador de nitrógeno Instinct N indica que hay una fórmula de nitrapirina acuosa microencapsulada que puede utilizarse en la aplicación de amoníaco acuoso y en otros componentes de fertilizantes líquidos de amoníaco o nitrógeno de urea, como el UAN en un 28 %, 30 % o 32 %. Instinct puede mezclarse con un fertilizante líquido, insecticidas, herbicidas y/o agua y aplicarse como aplicación incorporada antes de la siembra, antes de la emergencia o después de la siembra. La incorporación puede producirse en cualquier momento hasta 10 días después de la aplicación y puede ocurrir tanto por medios mecánicos como por humedad (un mínimo de 1,27 cm de precipitaciones o irrigación por encima).
La DCD (diciandiamida) - Tras un uso generalizado en Europa occidental y en Japón, la DCD se introdujo en Estados Unidos en 1984 y fue oficialmente aprobada por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) como inhibidor de la nitrificación a finales de los años 90. Los productos que solo contienen DCD normalmente se utilizan en soluciones de nitrógeno y en abonos líquidos. La tasa de DCD utilizada es relativa a la cantidad de fertilizante de nitrógeno aplicado, más que al área de aplicación. Esto puede limitar su funcionalidad a tasas de difusión muy altas de soluciones de UAN (por ejemplo, 113 litros/media hectárea del 28 % de la solución de nitrógeno).
En el suelo, la DCD tiene un efecto bacterioestático sobre las Nitrosomonas, por ejemplo, no se ha matado completamente la población de bacterias, a pesar de las repetidas aplicaciones, pero su actividad se suprime o inhibe durante un determinado período de tiempo (Trenkel, 2010). En función de la cantidad de nitrógeno mineral aplicado y de la humedad y temperatura del suelo, la DCD puede estabilizarse en nitrógeno de amonio durante, aproximadamente, 4-10 semanas (Trenkel, 2010).
Algunos estudios universitarios han demostrado que la DCD puede ser efectiva para mantener el nitrógeno en forma de amonio y aumentar el rendimiento del maíz con aplicaciones tanto en otoño como en primavera. Sin embargo, al igual que otros inhibidores de la nitrificación, la DCD no siempre ha sido rentable en estos estudios, o significativamente diferente del control (sin tratamiento).
En Estados Unidos, los productos que contienen DCD incluyen Guardian® DF, Guardian-DL 31-0-0, Guardian-LP 15-0-0, Agrotain® Plus, y Super U®. Guardian-DF y Guardian-DL son aptos para aplicaciones con soluciones de nitrógeno o abono líquido. Además, Guardian DF puede impregnarse en fertilizantes de nitrógeno seco. Agrotain Plus contiene un inhibidor de la ureasa y un inhibidor de la nitrificación de la DCD, lo cual se abordará en la siguiente sección. Super U es un fertilizante de urea con un inhibidor de la ureasa y la DCD ya aplicada. Este producto se abordará en una futura publicación.
Cuándo considerar los inhibidores de la nitrificación - El mayor valor de los inhibidores de la nitrificación podría obtenerse cuando se espera que las pérdidas de NO3 sean elevadas por lixiviación o desnitrificación, incluyendo las siguientes condiciones (Ruark, 2012):
· Suelos drenados con tubos cuando el potencial de lixiviación es alto
· Suelos húmedos o poco drenados
· Campos con nitrógeno aplicado en otoño
Por otro lado, normalmente los inhibidores de la nitrificación son menos valiosos cuando las pérdidas de NO3- son poco probables, incluyendo estas situaciones (Ruark, 2012):
· Aplicaciones de cobertera, ya que la demanda del cultivo es elevada en este momento.
· Aplicar en suelos de textura muy áspera con CIC baja; si los sitios de intercambio están limitados, cualquier ion de NH4+ que no esté en el intercambio se podrá filtrarse fuera de la zona que contiene el inhibidor.
Inhibidores de la ureasa
Para que el nitrógeno en la urea esté disponible para las plantas, debe producirse una reacción química que transforme los grupos amidas de la molécula urea en amoníaco (NH3). Esta enzima de la ureasa, extendida por los suelos, cataliza esta reacción de hidrólisis. Si el proceso se produce en la superficie del suelo, el amoníaco gaseoso puede perderse rápidamente en el aire. Sin embargo, si esta reacción se retrasa hasta que la urea aplicada en la superficie se incorpore al suelo por labranza, precipitaciones o irrigación, el riesgo de pérdida de amoníaco se reduce significativamente.
Determinados componentes son conocidos por inhibir la acción hidrolítica de la enzima de la ureasa en la urea y, por tanto, retrasar la hidrólisis de la urea. Aunque se han probado varios, solo 1 producto ha sido ampliamente utilizado en la agricultura como inhibidor de la ureasa. Este producto, la triamida de N(n-butil)-tiofosfórica o NBPT, es un análogo estructural de la urea y como tal inhibe la ureasa, bloqueando el sitio activo de la enzima. La NBPT es el ingrediente activo de la familia Agrotain de productos inhibidores de la ureasa.
La actividad de la ureasa se incrementa cuando aumenta la temperatura, por tanto, la hidrólisis normalmente termina en 10 días a una temperatura de 4,4 ºC y en 2 días a una temperatura de 29,44 ºC. La hidrólisis también está muy relacionada con la materia orgánica, el nitrógeno total y la capacidad de intercambio catiónico (CIC) del suelo, que incrementa cuando uno de estos factores aumenta.
Agrotain, con el ingrediente activo NBPT, en un aditivo para ser utilizado, principalmente, con la urea (aplicado a la urea por el vendedor) y, después, con soluciones de urea-nitrato de amonio. Agrotain Ultra es una fórmula más concentrada de Agrotain. El uso de Agrotain o Agrotain Ultra es apto cuando la urea se distribuye y no se incorpora mediante labranza o irrigación. Los investigadores muestran que la pérdida de nitrógeno de la urea aplicada en la superficie puede ser significativa. La cantidad de pérdida depende de las condiciones climáticas; la pérdida es mayor con climas cálidos y con viento y con superficies del suelo húmedas. Agrotain y Agrotain Ultra ayudan a prevenir la volatilización, a menudo, durante 2 o más semanas, incrementando las posibilidades de que las precipitaciones incorporen la urea antes de que se produzca la pérdida.
Finalmente, Agrotain y Agrotain Ultra se degradan, permitiendo que la hidrólisis de la urea se produzca de forma natural. Esto es necesario para que las plantas puedan absorber y utilizar el nitrógeno de la urea. Sin embargo, este nitrógeno, una vez que está en forma de NH4+, está sujeto a desnitrificación en NO3-, una forma que puede perderse del suelo. Agrotain y Agrotain Ultra no ejercen ninguna actividad contra las bacterias nitrificantes.
Agrotain Plus es un aditivo específico para soluciones de UAN, según la etiqueta del producto. Agrotain Plus contiene tanto el inhibidor de la ureasa NBPT, como el inhibidior de la nitrificación DCD. Por tanto, actúa tanto contra los procesos de volatilización como de nitrificación que conducen a pérdidas de nitrógeno de las soluciones de UAN. Sin embargo, no protege la parte de la solución originalmente en forma de nitrato (es decir, el 25 % del contenido en nitrógeno de la solución se deriva del nitrato en nitrato de amonio).
Super U® es un fertilizante de urea con los mismos ingredientes que Agrotain® Plus ya aplicado. Este producto se abordará en una futura publicación.
Los estabilizadores/aditivos de nitrógeno han sido ampliamente probados a lo largo de los años. Los resultados de las investigaciones varían significativamente, desde ninguna ventaja a incrementos del rendimiento de más del 20 %. Esto no es sorprendente; cuando las condiciones favorecen las pérdidas de nitrógeno durante un periodo, y se aplica un estabilizador de nitrógeno que es efectivo durante dicho periodo, se prevé un beneficio más amplio. Por otra parte, con condiciones que no favorecen las pérdidas de nitrógeno, se esperan pocas ventajas de estos productos. Por tanto, los estabilizadores de nitrógeno pueden considerarse como un «seguro» para ayudar a proteger contra las pérdidas de nitrógeno si se desarrollan las condiciones que favorecen dichas pérdidas.
Se esperan diferencias regionales de rendimiento para los estabilizadores de nitrógeno, ya que los factores del suelo y del clima varían enormemente de una región a otra del Norte de América. Los suelos difieren por su textura, drenaje, materia orgánica, pH, pendiente y otras variables. El clima difiere por las temperaturas extremas y duración, la cantidad y patrones de las precipitaciones y otras variables. Debido a estas diferencias geográficas, es muy difícil tomar decisiones sobre el valor de los estabilizadores de nitrógeno en cada operación agrícola. Para tomar las mejores decisiones, deberá examinar los resultados de las pruebas que representen su campo y clima y deberá utilizar los productos locales para los fertilizantes y estabilizadores de nitrógeno.
Debido a que el riesgo de pérdidas de nitrógeno siempre puede aparecer, los agricultores deberán tomar las precauciones necesarias para reducir las pérdidas de este importante nutriente de los cultivos. Esto es posible, seleccionando una fuente de nitrógeno adecuada y aplicándola cerca del periodo de absorción del cultivo (Tiempos de aplicaciones de nitrógeno al cultivo), o utilizando un estabilizador de nitrógeno cuando el tiempo de aplicación está lejos del periodo de necesidad del cultivo.
Esta decisión deberá considerar todos los factores que influyen en el riesgo de pérdida de nitrógeno en un campo específico. Estos incluyen la localización geográfica, la topografía, el tipo de suelo, el nivel residual, la forma de fertilizante de nitrógeno aplicada, el tiempo de aplicación relativo al crecimiento del cultivo, las precipitaciones previstas, la temperatura y niveles de humedad del suelo y otros factores. Aun así, los estabilizadores de nitrógeno no serán rentables todos los años, sobre todo, si las condiciones no favorecen las pérdidas de nitrógeno. Sin embargo, los estabilizadores de nitrógeno pueden ofrecer un seguro contra el riego de pérdida de nitrógeno en varios campos susceptibles.
Butzen, S. 2011. Nitrogen Application Timing in Corn Production. Crop Insights vol. 21 n.º 6. Pioneer Hi-Bred, Johnston, Iowa.
Ruark, M. 2012. Advantages and disadvantages of controlled-release fertilizers. Presentación en la Conferencia de Fruta Fresca y Vegetales de Wisconsin, 1/17/2012. Departamento de Ciencias del Suelo, Universidad de Wisconsin, Madison.
RuTrenkel, M. 2010.ark, M. 2010. Slow- and controlled-release and stabilized fertilizers: an option for enhancing nutrient use efficiency in agriculture. Asociación Internacional de la Industria de Fertilizantes, París, Francia.
Lea y siga todas las instrucciones de las etiquetas cuando utilice inhibidores del nitrógeno e inhibidores de la ureasa.
Todos los productos son marcas registradas de sus fabricantes.