El nitrógeno es el motor del crecimiento de las plantas. Como constituyente esencial de las proteínas, participa en todos los procesos principales de crecimiento de las plantas. Es un elemento constitutivo de los aminoácidos y de los ácidos nucleicos, proteínas, clorofila y de numerosos sustancias secundarias como los alcaloides. Es un componente importante del protoplasma y de aquellos constituyentes responsables de almacenar y transferir la información genética en las células; los cromosomas, genes y ribosomas. También como constituyente de las enzimas, el nitrógeno participa en las reacciones enzimáticas en las células y por lo tanto desempeña un rol muy activo en el metabolismo de la energía. Ningún otro elemento lo puede reemplazar en ninguna de sus funciones. La falta de nitrógeno siempre disminuye la síntesis de proteínas, lo que afecta el crecimiento. El nitrógeno es absorbido por las plantas en forma de iones (NH4 y NH3) a través de las raíces o de las hojas. También hay compuestos orgánicos nitrogenados que pueden servir de fuente de N. Las plantas que contienen ureasa, como algunos frijoles, pueden usar urea directamente como fuente de nitrógeno. También se ha determinado que la disponibilidad de nitrógeno juega un rol clave en la síntesis de fitohormonas, como giberelinas o citoquininas.

La atmósfera se compone de un 78% de nitrógeno y cerca del 99% de todo el nitrógeno en la tierra es dinitrógeno atmosférico (N₂). Este gas, sin embargo, no está disponible para las plantas porque no reacciona con otras moléculas bajo condiciones normales. Sólo un 1% del nitrógeno en la tierra está en una forma reactiva. Sin ese nitrógeno en forma reactiva no habría vida en la tierra, al menos en la forma que la conocemos. Algunas bacterias pueden fijar dinitrógeno y algunas de ellas establecen relaciones simbióticas con algunas plantas (Ej. Leguminosas). El nitrógeno también se fija industrialmente a través del proceso llamado Haber-Bosch, que es la base para la producción de fertilizantes nitrogenados.

Los fertilizantes a base de nitrógeno son clave en la producción de alimentos en el mundo. Durante el año 2010 se consumieron 163 millones de TM de fertilizantes en el mundo y el nitrógeno representó un 61% de todos los fertilizantes consumidos (cerca de 100 millones de TM). Pero pese a su gran importancia y utilidad, la baja eficiencia en el uso del nitrógeno ha generado importantes daños económicos y medioambientales. Es así como hoy una de las tendencias más poderosas en la industria de los insumos agrícolas es buscar nuevas alternativas de fertilizantes a base de nitrógeno que aumenten la eficiencia en el uso.

Las Buenas Prácticas de Fertilización, implementadas en muchos campos del mundo, utilizan varios métodos para adaptar las cantidades de fertilizantes nitrogenados y de otros nutrientes para evitar pérdidas de N, para mantener a salvo las aguas subterráneas, para reducir las emisiones de amonio y de otros gases a la atmósfera. Estos métodos se basan en el análisis de suelo para aplicar las cantidades precisas de nutrientes, pasan por dividir las aplicaciones de N en varios momentos para calzar oferta con demanda de N, ajustar las aplicaciones de acuerdo a los patrones de lluvia de la región, hacer aplicaciones de cobertera, utilizar nuevos fertilizantes más eficientes, etc.

En esta edición de Redagrícola nos vamos a concentrar en los nuevos productos a base de nitrógeno que buscan obtener una mayor eficiencia y control de esta vital aplicación de nutrientes para las plantas.

FERTILIZANTES DE EFICIENCIA POTENCIADA EN FUERTE EXPANSIÓN

Los Fertilizantes de Eficiencia Potenciada se formulan de 3 formas diferentes:

1)      Aplicar un recubrimiento físico (coating) que tenga propiedades de liberación controlada de manera que los nutrientes se vayan entregando a través del tiempo dependiendo de la temperatura y la humedad del suelo.

2)      Aportar los nutrientes en una forma poco soluble de manera que se requiera una transformación química o biológica en formas más solubles. Esta no es una liberación controlada sino que puede ser llamada una liberación postergada.

3)      Añadir al fertilizante un producto inhibidor que bloquee o postergue la acción de procesos biológicos o bioquímicos que transforman al fertilizante en una forma más propensa a pérdidas.

INHIBIR LOS PROCESO NATURALES DEL SUELO PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA DEL NITRÓGENO

Los inhibidores de la nitrificación son compuestos que retrasan la oxidación del amonio (NH4+) al suprimir durante un período de tiempo las actividades de las bacterias nitrosomonas en el suelo. Estas bacterias son las responsables de la transformación de amonio en Nitrito (NO2) el que es luego oxidado y transformado en Nitrato (NO3) por las bacterias Nitrobacter y Nitrosolobus. El principal objetivo de usar inhibidores de la nitrificación es controlar la lixiviación de nitratos al mantener el nitrógeno en la forma de amonio por un mayor tiempo, incrementar la eficiencia del nitrógeno aplicado y prevenir la denitrificación. Otra ventaja –indirecta- de los inhibidores de la nitrificación es que mejoran la movilización y extracción de fosfatos en la rizósfera. Tener más amonio en la solución del suelo implica un pH mucho menor.

Los inhibidores de la ureasa previenen o disminuyen durante un período de tiempo la transformación de N-amida contenido en la urea en hidróxido de amonio o amonio. De hecho, hacen más lenta la tasa de hidrolización de la urea en el suelo y reducen las pérdidas por volatilización de amonio (al mismo tiempo que reducen en forma indirecta las pérdidas de nitratos por lixiviación). En resumen, incrementan la eficacia de la urea y de los fertilizantes basados en urea (especialmente UAN). Los inhibidores de la ureasa también reducen el riesgo del daño a las semillas cuando los niveles de UAN aplicados en la zona de la semilla son muy altos.

MUCHAS MOLÉCULAS CON PROPIEDADES INHIBITORIAS PERO MUY POCAS USADAS EN AGRICULTURA

Hay muchas moléculas en el mundo que tienen propiedades inhibitorias. Se han identificado por lo menos 40 moléculas a nivel de ensayos y laboratorios. Sin embargo, se utilizan solo algunas en agricultura ( ej. aminotriazoles, terrazole, Etilen Urea, y Tiourea como inhibidores de la nitrificación e hidroquinone, urea recubierta en neem, etc, como inhibidores de la ureasa). De hecho, tres moléculas comandan el mercado de los inhibidores de la nitrificación mientras que el mercado de los inhibidores de la ureasa lo domina una sola molécula, NBPT.

POCOS DESARROLLOS NUEVOS EN INHIBIDORES DE LA NITRIFICACIÓN

Hasta hace 15 años solo dos inhibidores de la nitrificación eran importantes en la agricultura: Nitrapyrin y DCD. Nitrapyrin producido exclusivamente por Dow Agro Sciences en Estados Unidos y comercializado bajo la marca N-Serve tiene un efecto muy selectivo sobre las bacterias Nitrosomonas, comparado con DCD. El producto normalmente se descompone dentro de 30 días o menos en climas cálidos pero es muy persistente en suelos templados, entregando gran eficiencia cuando se aplica en otoño o en invierno. El producto es formulado como un líquido y se usa con amonio anhidro, se impregna en urea, se mezcla con fertilizantes líquidos o se añade al estiércol animal. Debido a que este producto requiere de inyección o incorporación inmediata al suelo debido a la volatilización, esto restringe su potencial de mercado, especialmente su expansión internacional. De hecho, solo se utiliza en Estados Unidos donde se permite su uso en varios cultivos, principalmente en maíz, pero también en sorgo, trigo, algodón y fresas.

El segundo producto tradicional inhibidor de la nitrificación es DCD. DCD de calidad se produce en Alemania, Noruega, Estados Unidos y Japón. También se produce una molécula de inferior calidad en China. Se produce como un producto cristalino En el suelo el producto tiene un efecto bacteriostático en la bacteria Nitrosomonas. Esto significa que al contrario de Nitrapyrin, este producto no mata las bacterias sino que las inhibe por un período de tiempo. La mayoría de DCD se incorpora en fertilizantes con amonio (Sulfato de Amonio, Sulfato de Amonio de Nitrato, Urea Nitrato de Amonio). Y estos productos se utilizan principalmente en cultivos extensivos, especialmente aquellos que crecen en suelos de textura delgada donde pueden estabilizar el nitrógeno por 6-8 semanas.

El último avance importante en los inhibidores de la nitrificación se produjo hace 10 años cuando la empresa alemana Compo lanzó al mercado el producto Entec con tecnología basada en DMPP. Hoy este mismo producto lo comercializa COMPO con la marca Duratec. K+S Nitrogen comercializa ENTEC. Este inhibidor, desarrollado en el Centro de Investigación de BASF Limburgerhof, inhibe solo el primer paso de la nitrificación –nitritación- pero no la nitratación. La molécula es altamente específica en inhibir la nitrificación y necesita solo 0.8% (peso a peso) para inhibir la oxidación del nitrogeno amoniacal durante varias semanas. La recuperación prolongada de amonio de granulos de ASN tratados se relaciona linealmente con el tiempo termal y la molécula muestra mucha mayor alta eficacia en suelos ligeros que en suelos pesados. Más aún, DMPP se mantiene efectivo en las capas superiores del suelo incluso luego de fuertes lluvias, lo que no sucede con otros productos como el DCD. Además esta molécula ha demostrado tener una alta compatibilidad con muchos cultivos, abriendo un mercado potencial muy superior al de Nitrapyrin y DCD.

NBPT SE CONSOLIDA COMO LÍDER EN INHIBIDORES DE LA UREASA

NBPT (o NBTPT) es el único inhibidor de la ureasa que se ha ganado un sitial de importancia en la agricultura. Lo comercializa con el nombre de Agrotain la exitosa empresa Agrotain International. El producto ha demostrado consistentemente su habilidad para inhibir la actividad de la enzima ureasa. Maximiza la eficiencia del nitrógeno ureico al virtualmente eliminar la volatilización en la atmósfera hasta 14 días luego de la aplicación. El producto se vende en forma líquida, para ser mezclado con urea o soluciones de UAN. Ha tenido un gran éxito en muchos cultivos extensivos.

FERTILIZANTES DE LIBERACIÓN CONTROLADA

Los fertilizantes de lenta liberación y liberación controlada liberan sus nutrientes para las plantas a una velocidad mucho menor que los fertilizantes convencionales. Los dos principales tipos de fertilizantes de lenta liberación son los productos de reacción urea-aldehido de solubilidad lenta y los fertilizantes recubiertos.

Los productos de reacción de urea-aldehido representan el 43% de la producción mundial de CRF, mientras que los fertilizantes recubiertos tienen un 54%.

PRODUCTOS DE REACCIÓN DE UREA-ALDEHIDO: 43% DE LA PRODUCCIÓN MUNDIAL

Actualmente los productos de reacción de urea que se venden en los mercados son urea-formaldehido (UF), isobutylidene diurea (IBDU) y crotonylidene urea (CDU). Los productos de reacción UF son los más grandes en esta categoría y tienen la historia de uso más antigua. Los fertilizantes UF se preparan al hacer reaccionar urea con formaldehído, obteniendo una resina. La composición del producto es controlada por el ratio entre urea y formaldehído y las condiciones de fabricación ( pH, temperatura, tiempo de reacción y el mole ratio). Los productos UF líquidos representan un estimado de entre 5 y 10% del consumo mundial de productos UF. Los dos tipos de UF líquidos son: soluciones de UF y soluciones de urea-triazone (UT). Se utilizan en parques y jardines, cultivos de alto valor y algunos cultivos extensivos. Un tercer tipo de fertilizantes UF líquidos son las suspensiones UF que se produjeron por un tiempo en el mercado estadounidense para jardines.

IBDU es un producto granulado blanco. Es un producto de condensación que se prepara al hacer reaccionar isobutiraldehido con urea sólida. El IBDU de grado fertilizante contiene 31% N, del cual 90% es insoluble en agua. La tasa de liberación de N es en función de la humedad del suelo y de la fineza de las partículas. Mientras más humedad y más fina son las partículas, más rápido se libera el N. La temperatura del suelo y el pH tienen un efecto limitado en la solubilidad de IBDU y en el grado de liberación de N. El IBDU se puede usar solo o incorporado en mezclas o en fertilizantes granulares mezclados homogéneos, briquetas o en tabletas.

Los CDU, producido a través de una reacción catalizada con ácido de urea con acetaldehído, los fabrica en Japón la empresa Chisso-Asahi Fertilizer. El N total del CDU de grado fertilizante es de 32%. El N es liberado desde el material a través de hidrólisis y degradación microbiana en el suelo. El tamaño de la partícula afecta enormemente la tasa de liberación de N. Mientras menor es la partícula, mayor es la liberación. La temperatura, humedad y el pH también afectan la tasa de liberación de N.

FERTILIZANTES RECUBIERTOS: 54% DE LA PRODUCCIÓN MUNDIAL

En este tipo de productos se aplica una cubierta (coatings) a materiales fertilizantes solubles para controlar su tasa de disolución y las posteriores reacciones con el suelo. Los principales tipos de fertilizantes recubiertos son: urea recubierta con azufre (SCU), urea recubierta con un polímero y azufre (PCSCU) y fertilizantes recubiertos con polímeros (PCF).

El azufre fue elegido como un material para recubrir fertilizantes convencionales debido a su bajo coste y por su valor como nutriente secundario. La producción comercial de SCU comenzó en 1972 cuando una planta piloto comenzó a operar en el Reino Unido propiedad de Imperial Chemical Industries (ICI) y luego se expandió por Norteamérica.

Todos los fabricantes norteamericanos han reemplazado las tecnologías de recubrimiento con azufre originales con nuevas tecnologías propias basados en recubrir con polímeros y azufre. Además de urea, esta tecnología se utiliza para recubrir NPKs granulados y otros materiales de un nutriente.

Los recubrimientos de polímeros para nutrientes solubles pueden ser membranas semi-permeables o membranas impermeables con pequeños poros. La tasa de liberación de nutrientes puede ser controlada variando el tipo y el grosor del polímero. La tasa de liberación también es gobernada por la temperatura del suelo. Temperaturas más altas aceleran la liberación de nutrientes, mientras que temperaturas más bajas tienen el efecto inverso. Entre estos se incluye la urea recubierta con polímeros (PCU), NPK cubiertos con polímero (PC-NPK), materiales de potasio recubiertos con polímeros (PCK), entre otros. La oferta mundial de PCFs, especialmente de urea recubierta con polímeros ha aumentado rápidamente desde 2005. Los PCFs representan cerca del 55% de todos los fertilizantes recubiertos fabricados en Estados Unidos, Europa y Japón.

EL USO EN AGRICULTURA CRECE UN 8% ANUAL

Desde el 2001 los mercados agrícolas son los que más han crecido en el mundo en un porcentaje de 8% anual, comparado con un 2.1% de crecimiento en los mercados profesionales y un 1.5% en los mercados de consumidores finales. Esto se debe principalmente a la incorporación de nuevos actores al mercado que han ayudado a masificar el uso de estos productos. Sus bondades son evidentes: menores pérdidas para la economía del agricultor y menores efectos negativos en el medioambiente.