Reacción generalizada para suelos con pH >7.0

Agro 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos
Bosquejo de Sección
V. Nitrógeno
Objetivos:
1. Identificar las formas y reservas de N en el suelo y cuales están en mayor
proporción.
2. Conocer en detalle las transformaciones de N (mineralización, aminización,
amonificación, nitrificación, inmovilización, desnitrificación, fijación de N,
volatilización)en el suelo.
a. conocer la reacción típica que describe cada proceso
b. organismos envueltos
c. enzimas y catalizadores participantes
d. factores del suelo que afectan cada proceso
3. Saber reconocer la importancia de la razón C:N en la descomponibilidad de
residuos y las implicaciones para el N inorgánico del suelo.
4. Reconocer características y propiedades de suelos las cuales se asocian con
deficiencias de N.
5. Mencionar algunas formas y limitaciones de evaluar la disponibilidad de N en
suelos.
6. Describir los síntomas de deficiencias visuales mas importantes.
7. Saber distinguir entre la concentración y la proporción de los abonos.
8. Saber reconocer las características mas importantes (concentración,
comportamiento de acidez o alcalinidad, solubilidad, fórmula química) de los
fertilizantes nitrogenados discutidos en clase.
9. Describir prácticas de manejo para minimizar la contaminación de N a aguas
subterráneas y superficiales.
1
A. Ciclo de Nitrógeno
1. Información General
 Nutrimento más limitante al rendimiento y más difícil de manejar
 Para maximizar la productividad agrícola es importante conocer su
comportamiento.
 El N es esencial para el crecimiento ya que forma parte de cada célula
viviente.
2. Distribución en la Naturaleza





Atmósfera – 99 %
Océanos – 0.6 %
Suelos y plantas – 0.004 %
Otros – 0.3 %
Aunque una parte tan pequeña está en los suelos aquí participan todas sus
formas
 Se cree que un sistema suelo-planta-animal existen 31 procesos de
transferencia de N
3. Contenido de N en el Suelo
4. Componentes
 Inorgánico – representa entre 5 – 10 % del total
 Orgánico – representa entre 85 – 95 % del N total
2
5. Procesos Internos
Modelo conceptual de la degradación de residuos vegetativos a materia orgánica
(Ver figura 4.13, p. 108 en Havlin et. al. 1999)
a. Mineralización de N – No representa ni ganancia ni pérdida. Es la conversión de N
orgánico a N inorgánico.
1. Aminización– macromoléculas son despolimerizadas por la acción de enzimas
proteolíticas hasta descomponerse en amino ácidos.
Proteína  H2O 
- amino ácidos - RH-CNH2-COOH
- aminas - RNH2
- urea -CO(NH2)2
2. Amonificación- Envuelve una hidrólisis de aminas o amino ácidos.
R-NH2 H2O NH3 + ROH + energía (reacción de hidrólisis)
NH3 +H2O  NH4+ + OH-
3
3. Hidrólisis de Urea Reacción generalizada para suelos con pH >7.0
CO(NH2)2 + H+ + 2H2O (ureasa) 2NH4+ + HCO3H+ + HCO3-  CO2 + H2O
NH4++ OH-  NH4OH  NH3 + H2O
Urea
NH4+-N (ppm)
Tolueno + Urea
HgCl2 + Urea
Sin urea
Tiempo
4. Destino de NH4+ por amonificación:





*Convertido a NO2- por nitrificación
*absorbido por las planta (e incorporado a AA)
*asimilado por microorganismos
convertido a NH3 y volatilizado
fijado por minerales en suelo como montmorilonita
* = más prevalente
4
5. Consideraciones para minimizar volatilización de NH3





Incorporar residuos vegetativos
Disminuir temperatura
Disminuir humedad
Cantidad de N
Incorporar abono
b. Nitrificación – estrictamente biológico llevado a cabo por bacterias autotróficas:
NH4+  NO3-; aunque ocurre en dos pasos
2NH4++ 3O2  2NO2-+ 2H2O + 4H+; catalizado por nitrosómonas
2NO2-+ O2  2NO3-; catalizado por nitrobacter
neta: 2NH4+ + 4O2  2NO3-+ 2H2O + 4H+
 Factores del suelo que afectan la nitrificación
1. pH
2. Temperatura del suelo
3. Aireación
4. Humedad
5
5. Calidad de la materia orgánica (efecto indirecto)
6. Utilización por la planta
7. Problemas ambientales de NO3 anión es muy poco retenido excepto en suelos con carga variable y a pH
bajo (CIA)
 puede ocurrir desnitrificación (perdida gaseosa de N)
 nitrificación genera acidez en el suelo
 la concentración de NO3- excesivo en las aguas actúa como agente
eutroficador
 mas de 10 ppm NO3--N resulta en riesgo para la salud de niños y
animales
 NO2- puede reaccionar con aminas y formar nitrosaminas que son
cancerígenos
6
c. Inmovilización – opuesto a la mineralización
1. microorganismos absorben el N inorgánico incorporándolo dentro de su
estructura
2. tanto mineralización como inmovilización pueden ocurrir simultáneamente
1. Descripción general de la materia orgánica
a. Distribución en suelo
b. Clima
m.o. (%)
Profundidad (cm)
% m.o.
Temperatura o precipitación
c. Topografía
d. Material parental (tipo de suelo)
 tasas de oxidación en suelos arenosos
 materia orgánica < arena <arcilla
7
1. Manejo
Suelo
virgen
Cultivación
m.o. %
Rotación con
leguminosas
Tiempo
2. Puntos importantes acerca de la materia orgánica
 materia orgánica es función de lo que entra y lo que sale (C, N, P, S)
 si no añade materia orgánica, los niveles disminuyen
 aumentar residuos en el suelo, aumenta niveles de materia orgánica
 cualquier práctica de manejo que aumenta la descomposición de materia
orgánica disminuirá el nivel en el suelo
3. Razón C:N aproximados de algunos cultivos e inmovilización de N
Residuo
alfalfa (joven)
alfalfa (residuos)
estiércol
maíz, sorgo
trigo
hollín
hoja de pino
biomasa microbiana
materia orgánica
C:N
12:1
20:1
5:1
60:1
80:1
400:1
1000:1
8:1
10:1
 C:N > 30:1 – inmovilización neta
 C:N < 20:1 – mineralización neta
Diagramas:
8
4. Cálculos de inmovilización de N (ver material suplementario)
1. Residuos con C:N amplio pero con N altamente disponible (cuanto N se necesita
para descomponer residuo)
2. Residuo con C:N amplio pero con disponibilidad de N limitada
3. Residuo con C:N estrecho
9
5. Producción de materia orgánica
1. N ilimitado
2. Requisito de fertilizante nitrogenado
3. Efecto de N en el suelo
10
6. Ganancia de N
a. Fijación de N
N2 ------------------> N orgánico
1. Simbiótico – microorganismo – planta
 Rhizobium – asociada a raíces de leguminosas; Específicamente algunas de estas
son Phaseolus, Glycine, Leucaena, Desmodium, Stylosanthes
 aporte significativo de 40 – 300 kgN/ha
 la cantidad de N fijado disminuye con aumento en el suelo.
 especificidad –
 raza específica
2. Proceso de fijación:







3. No-simbiótico – no necesariamente necesitan la asociación con la planta
 algas verde azules (Anabaena, Nostoc) – son fotoautotróficas y están
restringidas a la superficie del suelo
 Azotobacter, Beijerinkia, Clostridium, Rhodospirillum
 la cantidad de N fijado puede ser de 6– 10 kg N/ha/año
 pueden ocurrir asociaciones (a nivel de rizoesfera) con gramineas forrajeras
(paspalum notatum con Azotobacter)
b. Fijación atmosférica
11
7. Pérdidas de N
a. Desnitrificación – pérdida gaseosa de N
Proceso: 2NO3-  2NO2-  2NO  N2O  N2
 Ocurre proceso de reducción
 Proceso catalizado por bacterias heterotróficas anaeróbicas facultativas
(Pseudomonas, Alcalígenes, Bacillus)
 Enzimas están asociadas a las membranas de las bacterias
 Perdidas de N pueden ser significativas (0-50%, pero lo normal es de 1 –20%
del N aplicado)
 N2O es un gas que causa efecto invernadero
 Factores que afectan la desnitrificación
1. Niveles de O2
2. pH del suelo
3. Materia orgánica
4. Temperatura
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b. Volatilización
 conversión de NH4+--------> NH3; estrictamente químico
NH3 + H2O  NH4+ + OH Ver ejemplo de hidrólisis de urea
 Al aplicar sulfato de amonio al suelo:
(NH4)2SO4 + CaCO3  2NH3 + CO2 + H2O + CaSO4
 Factores que afectan perdidas de NH3
c. Lixiviación –
d. Fijación de NH4+ en el suelo
e. Utilización por la planta
13
f. Condiciones del suelo que facilitan el movimiento en el perfil
g. Factores de manejo para minimizar contaminación con NO3-
h. Tipos de suelos asociados con deficiencias
14
B. Pruebas de N en el Suelo
1. Extracto de Agua
2. Mineralización de Materia Orgánica
 Incubar la muestra en el laboratorio bajo condiciones controladas
 materia orgánica -----> NH4+--------------> NO3 Se utiliza la materia orgánica como estimado del N mineralizable
 Cuando niveles de M.O. < 1.2% la mineralización va a ser mínima
 Toma tiempo de hacer
 No es común en ningún laboratorio comercial
3. Extracción con KCl
 extrae NO3- y NH4+ en solución y NH4+ en los sitios de intercambio
 Es la prueba más común para N en el suelo
4. N total
 Kjeldhal N (TKN)
5. NO3- en Solución + N Mineralizable
6. Presupuesto de N
Entradas
Fijación biológica
Fijación industrial
Fijación eléctrica
Desechos orgánicos
Residuos vegetativos
Salidas
Utilización por la planta
Lixiviación
Volatilización
Desnitrificación
Fijación en arcillas
Transformaciones
Inmovilización
Mineralización
Nitrificación
15
C. Introducción a los Fertilizantes
1. Generalidades
Fertilizantes (definición)
Material orgánico o inorgánico de origen natural o sintético que es añadido al suelo para
suplir los elementos nutritivos que requiere la planta.
En los fertilizantes deben distinguirse la unidad, la concentración y la proporción:
Unidad - forma que se utiliza para designar el elemento nutritivo
Elemento
Unidad fertilizante
Símbolo o
fórmula
N
nitrógeno
N
P
ácido fosfórico
P2O5
K
óxido de potasio
(potasa)
K2O
Ca
calcio
CaO
Mg
magnesio
MgO
S
azufre
S
Fe
hierro
Fe
Mn
manganeso
Mn
Zn
zinc
Zn
Cu
cobre
Cu
Mo
molibdeno
Mo
B
boro
B
Cl
cloro
Cl
La forma estandarizada de expresar el contenido de nutrimentos que tiene
un abono es en %. Esto se conoce como grado, concentración o riqueza
de un fertilizante.
Concentración - es la cantidad del elemento nutritivo en su respectiva
unidad realmente asimilable por la planta
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Proporción -La concentración dividido por el número menor para dar la proporción
mas pequeña.
El resto del producto que no son los nutrimentos señalados en la fórmula y
corresponden a:
2. Tipos de fertilizantes
 Sólidos - son generalmente los más utilizados; éstos pueden estar en forma de
polvo o gránulos
 Líquidos - pueden ser simples, como las soluciones nitrogenadas o compuestos,
como las soluciones binarias o terciarias
 Gaseoso– en su almacenaje se mantiene en forma líquida bajo presión.
Dentro de estos están las:
 mezclas físicas –
 mezcla químicas -
Orden de expresión:
17
 Abonos binarios –
 Abonos ternarios - poseen los tres elementos
 Para calcular la cantidad de fertilizante a aplicar:
Cantidad de fertilizante = (cantidad del elemento requerido / concentración del
fertilizante) x 100
3. Características de los Fertilizantes – Hay que considerar:




concentración
comportamiento de acidez o alcalinidad en los suelos
higroscopicidad
solubilidad
18
D. Fuentes nitrogenadas mas comunes en el mundo
1. El nombre, formulación, y fórmula química de los fertilizantes marcados con
asterisco (*) deben ser memorizados, ya que estos son los de uso mas común en
Puerto Rico o en los EU.




nítricos
amoniacales
nítrico-amoniacales
amidas
Para sintetizar cada uno de estos compuestos primero se sintetiza NH3
Síntesis química - proceso Haber-Bosch desarrollado en 1910 en Alemania para obtener
NH3
CH4 + H2O ---------------> CO + H2; catalizadores son: calor, vapor y presión
CO + H2O ------------------> CO2 + H2
3H2 + N2 --------------------> 2NH3;catalizadores son calor, presión, FeO
1. Nítricos
Nombre
nitrato de calcio
*nitrato de potasio (std)
nitrato de sodio
Formula
Ca(NO3)2
KNO3
NaNO3
Concentración
15-0-0-34CaO
13-0-46
16-0-0-26Na
Síntesis química de KNO3, NaNO3 y CaNO3
NH3 +HNO3 +
NaCO3  NaNO3
CaCO3  CaNO3
KCO3
 KNO3






son altamente solubles
la disponibilidad para la planta es alta
fuente rápida de N
buena fuente de K o Ca
no generan tanta acidez
forma en gránulos y en polvo
19
KNO3



CaNO3
2. Amoniacales
Nombre
*amoniaco anhidro
*sulfato de amonio
fosfato monoamónico - MAP
*fosfato diamónico - DAP
fosfato de amonio-sulfato
*cloruro de amonio
polifosfato de amonio
tiosulfato de amonio
Formula
NH3
(NH4)2SO4
NH4 H2PO4
(NH4)2 HPO4
NH4H2PO4 (NH4)2SO4
NH4Cl
Concentración
82-0-0
21-0-0-24S
12-61-0
18-46-0
(13-16)-(20-39)-0
25-0-0-66Cl
10-34-0
12-0-26S
 Todos los fertilizantes amoniacales acidifican el suelo por la nitrificación:
NH4+ + 2O2---------------> NO3- + 2H+ + H2O
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Síntesis química de (NH4)2SO4:
NH3 + H2SO4-------------> (NH4)2SO4
 El sulfato de amonio es muy soluble en agua y poco higroscópico,
 Acidificación 7.2 – 3.8 kg CaCO3 /kg N
NH4(SO4)2+ O2  2NO3 + SO4-2 + 4H++ 2H2O
 En Puerto Rico uso prolongado en los suelos causa que no se observe deficiencias
de S en muchos suelos.
 Planta puede quemarse si se aplica foliarmente por alto índice de sal.
Índice de sal - medida del potencial osmótico generado en la solución del suelo y es la
razón del aumento en presión osmótica producido por el fertilizante con respecto al
mismo peso de NaNO3. Sales de N y K tienen mayores índices de sal que los de P.
(Ver tabla 12.4 en Havlin p. 484. Índices de salinidad y de acidez para algunos
fertilizantes comunes)
3. Nítrico-amoniacales
Son productos que proveen las dos formas de N oxidada y reducida.
Nombre
*nitrato de amonio
nitrato de amonio calcáreo
Formula
NH4NO3
NH4NO3 + CaO o MgO
Concentración
34-0-0
20-0-0-7MgO-7CaO
Síntesis química de NH4NO3
NH3 + O2 ------------> HNO3
NH3 + HNO3---------> NH4NO3
Características de NH4NO3




21
4. Amidas



Nombre
Formula
Concentración
*urea
CO(NH2)2
46-0-0
cianamida de calcio
CaCN2
21-0-0-39
Existen numerosos productos en el mercado que contienen diferentes formulaciones de
urea, como por ejemplo fosfatos de urea, polifosfatos de urea, sulfato de urea.
Síntesis química de urea y de cianamida de calcio
NH3 + CO2 ---------------> CO(NH2)2
N2 + CaC2 (carburo de calcio) ------------->CaCN2
Características de urea
1. Principal fuente de N
2. Ver sección: hidrólisis de urea
3. Es higroscópico y muy soluble en agua. Generalmente se produce granulada, aunque
también lo fabrican cristalizada y en polvo.
4. Puede usarse en fertilización foliar si el contenido de biuret es < 0.25%.
5. Contenido < 2% es aconsejable aplicado al suelo.
6. Biuret es un compuesto que se produce durante su fabricación y resulta tóxico para
las plantas especialmente cuando se aplica foliarmente.
5. Soluciones nitrogenadas y suspensiones
Consisten en los múltiples tipos de mezclas de amoniaco, urea, y nitrato de amonio.
Existen un sin número de productos disponibles comercialmente Las concentraciones
de N son variables entre el 21 y 41 %.
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Las soluciones mas comunes son:
 nitrato de amonio - urea en solución (UAN)
 urea en solución
 amoniaco en solución
 nitrato de amonio + amoniaco en solución
 urea +amoniaco en solución
Las características mas comunes son:
 utilización con equipos de baja presión
 fácil distribución en su aplicación
 fácil aplicación por fertigación
 altas concentraciones facilitan el manejo.
7. Fuentes de N especiales
a. Inhibidores de nitrificación
 N-serve o Nitrapirin (2-chloro-6(trichloromethyl)pyridine
 Diciandiamida (“DCD”)
 Inhibidores de ureasa
b. Fuentes de liberación lenta (ornamentales, gramas de césped).
 Urea revestido con azufre (“SCU”)
 Urea-formaldehídos (“Ureaforms”) – solubilidad del N en producto varia
según la temperatura
Ultima revisión: 7/03/01
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