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Mayo 2021 | Nutrición

Más opciones para una agricultura sostenible

Fertilizantes de lenta liberación para ser más eficientes y reducir las pérdidas de nitrógeno

La necesidad de contribuir a la reducción de las pérdidas de nitrógeno en el sistema suelo-planta-atmósfera es quizás el principal factor que justifica el uso de fertilizantes de liberación lenta y controlada. La urea y los fertilizantes nitrogenados amoniacales son las formas más aplicadas de este tipo de fertilizantes, que son ampliamente usados por la industria agrícola de EE UU y Canadá. Reconocer las características de los fertilizantes es clave para aumentar la eficiencia, proteger el medioambiente y rentabilizar el negocio de los productores agrícolas.

Los fertilizantes de liberación lenta, controlada y estabilizados (SCRSF por sus siglas en inglés) —cuya tecnología se basa en liberar los nutrientes a un ritmo determinado y no en el momento de su aplicación— se han convertido desde su creación en una alternativa para disminuir las pérdidas por volatilización del nitrógeno en el sistema suelo-planta-atmósfera. Lo que a su vez trae consigo no solo un ahorro en insumos, trabajo, energía y tiempo; sino que además permite proteger al medio ambiente y ganar eficiencia en el uso de agua.

El nitrógeno es el motor del crecimiento de las plantas. Es un elemento constitutivo de los aminoácidos y de los ácidos nucleicos, proteínas, clorofila y de numerosas 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. Asimismo, 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 urea y los fertilizantes nitrogenados amoniacales son las formas más aplicadas de fertilizantes de liberación lenta, controlada y estabilizados.

Para facilitar el manejo del nitrógeno se han creado una gran cantidad de opciones de fertilizantes SCRSF que se agrupan en tres grandes categorías: fertilizantes con nitrógeno estabilizado, fertilizantes de liberación lenta y fertilizantes de liberación controlada (CRF). La urea y los fertilizantes nitrogenados amoniacales son las formas más aplicadas de este tipo de fertilizantes, que son ampliamente usados por la industria agrícola de EE UU y Canadá.  Sudamérica es un mercado en desarrollo, que se espera que crezca con fuerza, en base a la sustitución de productos menos eficientes.

FERTILIZANTES CON NITRÓGENO ESTABILIZADO

Estos son fertilizantes a los que se les ha incorporado un estabilizador de nitrógeno. Estos extienden el tiempo en que el componente N del fertilizante permanece en el suelo (ya sea en su forma ureica o amoniacal). En términos generales se pueden categorizar en Inhibidores de la Nitrificación (NI, en inglés) y en Inhibidores de la Ureasa (UI, en inglés), que son sustancias que inhiben la hidrólisis de urea en sus componentes amonio y CO2, realizado por la enzima ureasa.

Cuadro 1. Fertilizantes Estabilizados con Inhibidores de la Nitrificación (NI).

Las principales pérdidas de nitrógeno cuando se aplican fertilizantes amoniacales y de la urea, se producen después de su conversión a nitratos (NO3–). Una alternativa para evitar la oxidación biológica de nitrógeno amoniacal en nitrato, al bloquear el primer paso de oxidación en la secuencia de nitrificación, que transforma el catión amonio en anión nitrito, es a través del uso de fertilizantes que utilizan inhibidores de la nitrificación.

Los productos inhibidores de la nitrificación son útiles en entornos favorables a la nitrificación, como las zonas de altas lluvias o suelos con drenaje pobre. También ofrecen beneficios para aplicaciones de pre-plantación, para fertilizantes a base de NH4+- y para sistemas de cero labranzas, que dejan los fertilizantes expuestos al calor y al oxígeno atmosférico por mucho tiempo. Sin embargo, no funcionan bien en suelos gruesos y no son necesarios cuando se han aplicado fertilizantes a base de amonio.

En temperaturas menores a 5ºC los NI pueden ser efectivos por hasta 26 semanas, mientras que a más de 25ºC su efecto inhibitorio solo dura entre 6 y 8 semanas. Entre mayor es la humedad del suelo menor es su efectividad porque sufren un proceso de hidrolización. Los NI tendrán mayor efecto en suelos donde las pérdidas por lixiviación o por nitrificación/denitrificación son mayores. Los NI, y principalmente diciandiamida (DCD), se descomponen rápidamente en suelos con altos niveles de materia orgánica debido a la adsorción y a la utilización de DCD por microorganismos heterotróficos.

Cuadro 2. Respuestas en rendimiento a las aplicaciones de inhibidores de la nitrificación.

Los NI, tales como la diciandiamida, la nitrapirina y dimetilpirazol fosfato, sufren un proceso de degradación a partir del momento en que son aplicados. Su tasa de degradación aumenta dependiendo de la temperatura del suelo, el pH, humedad del suelo y contenido de materia orgánica. Por ejemplo, la nitrapirina tiene un mejor desempeño cuando es aplicada con soluciones fertilizantes inyectadas directamente en el suelo entre 5 y 10 cm de profundidad. Además, la nitrapirina se hidroliza rápidamente en pH alto y se absorbe en la materia orgánica del suelo.

Por su parte, el dimetilpirazol fosfato se mueve menos en el suelo que la diciandiamida. Y a diferencia de la mayoría de los NI, el dimetilpirazol fosfato actúa mejor en condiciones húmedas y en suelos arenosos. Cabe recordar que el dimetilpirazol fosfato es una molécula desarrollada a finales de los años 90 y que tiene una elevada eficacia del DMPP, según   revista profesional de sanidad vegetal, Phytoma España, con una dosis de 1 kg/ha es suficiente para tener un efecto inhibidor óptimo.

Los fertilizantes estabilizados que usan inhibidores de la ureasa (UI en inglés) son la segunda categoría de fertilizantes estabilizados. Cuando la urea se aplica al suelo, es generalmente hidrolizada rápidamente a aniones NH4+ y CO2, por enzimas ureasa en el suelo, especialmente cuando el suelo está caliente y húmedo. Uno de los efectos de esta hidrólisis es un aumento del pH en el suelo a un nivel que el amonio se pierde en la atmósfera.

La actividad de la ureasa se incrementa con la temperatura, humedad y contenido de materia orgánica en el suelo. La enzima ureasa pueden existir en dos estados posibles en el suelo. Pueden ser intracelular (presentes dentro de las células de algunos microorganismos) o extracelular (liberados desde una planta o células de microorganismos). La ureasa extracelular es mayoritariamente adsorbida en arcillas y coloides orgánicos, debido a que estas materias tienen una gran afinidad con la ureasa.

Tabla 3. Respuesta a los tratamientos con inhibidores de la Ureasa.

Una gran cantidad de microorganismos tales como bacterias, actinomicetes y hongos hidrolizan urea de forma intracelular de modo constitutivo, incluso en la presencia de altas concentraciones de amonio en la vecindad. Esta actividad natural de la ureasa es responsable de una serie de resultados adversos. A nivel de campo, genera pérdidas del nitrógeno disponible para las plantas: hasta un 55% del nitrógeno se puede perder como amonio volatilizado, extraído desde urea y UAN. Esta volatilización se reduce cuando los fertilizantes nitrogenados son tratados con tiosulfato de calcio, NBPT y DCD. Pero cuando la urea es encapsulada en ESN (urea recubierta con un polímero, ver más arriba) las pérdidas acumulativas debido a la volatilización de amonio pueden situarse en 11%, 22 días después de la aplicación.

FERTILIZANTES DE LIBERACIÓN LENTA

Los fertilizantes de liberación lenta (SRF) proporcionan un suministro constante de nutrientes para las plantas durante un período de tiempo prolongado. De acuerdo con Compo Expert, compañía que produce fertilizantes y bioestimulantes, se puede garantizar el suministro continuo de nitrógeno hasta por cuatro meses. Esto permite reducir el número de aplicaciones y de unidades fertilizantes a aportar, generando de esta manera, una fertilización mucho más precisa y eficaz.

Los fertilizantes de liberación lenta proporcionan un suministro constante de nutrientes para las plantas.

Uno de los productos más utilizados es la Urea recubierta en azufre (SCU), como su nombre lo indica consiste en urea recubierta con azufre y, normalmente, requiere que se aplique un sellante como una segunda capa sobre el azufre.                         El contenido total de N en los SCU varía dependiendo de la cantidad de recubrimiento aplicada, sin embargo, se ubica en un rango que oscila entre 30-40% de N.

El mecanismo de liberación del N en los SCU se da por la penetración de agua a través de microporos y grietas o por el recubrimiento incompleto de azufre. El agua provee una rápida liberación de la urea disuelta desde el centro de la partícula. Cuando se aplica una cera sellante se genera un mecanismo de liberación dual. Hay varias empresas que producen SCU y algunos productos típicos son TriKote® de Agrium, Syncote® de Kingenta’s Syncote®, los SCU de Hanfeng Evergreen’s y los productos japoneses de Sun Agro: S-Coat®.

También se comercializan en el mercado fertilizantes de liberación lenta como Isobutyliden diurea (IBDU), Metilen-urea (MU) y Urea-formaldehido (UF). El UF es un producto de condensación de urea con formaldehido para formar un polímero. La acción de los microorganismos determina la tasa de liberación del nitrógeno y depende de la temperatura, con temperaturas óptimas entre 20-30°C. A diferencia de IBDU y CDU, este producto no es un componente químico definitivo.

FERTILIZANTES DE LIBERACIÓN CONTROLADA

Los fertilizantes de liberación controlada (CRF) son fertilizantes sólidos solubles que llevan un proceso de producción adicional para encapsular el fertilizante con una delgada capa de polímero. Esta cubierta de polímero es una barrera semi-permeable biodegradable que permite el paso de los nutrientes en forma soluble por un proceso de difusión. Una vez manufacturado este producto, su tasa de liberación sólo depende del agua en torno al gránulo y de la temperatura ambiente. El tiempo de liberación de estos fertilizantes es basado en temperaturas promedio de 21 a 25˚C, dependiendo de cada fabricante.

Los fertilizantes de liberación controlada tienen nutrientes contenidos en el centro y recubiertos por resinas poliméricas.

El mecanismo de liberación de nutrientes se logra en dos etapas. Una vez aplicado el producto en el suelo o sustrato y expuesto a la humedad, el vapor del agua infiltra en el gránulo de fertilizante que contiene la sal completamente soluble y crea una solución concentrada con alta presión osmótica. Esta presión elevada dentro del gránulo lleva a la solución fertilizante a través de los microporos del recubrimiento hasta el suelo o sustrato.  Se estima que entre el 10 y 20% de los nutrientes contenidos inicialmente dentro del gránulo nunca serán liberados, debido a que la presión disminuye cuando la mayor parte de los nutrientes han sido liberados.

Hay dos categorías principales de CRFs: la urea recubierta con polímeros y los fertilizantes recubiertos en polímeros/ azufre (PSCF). Los PSCF son productos híbridos que utilizan una capa barata de recubrimiento de azufre y una segunda capa de polímero, por eso se considera que los fertilizantes recubiertos con polímeros son los más eficientes. La mayoría de ellos liberan los nutrientes por difusión a través de la membrana semipermeable del polímero y la tasa de liberación puede ser controlada a través del grosor del recubrimiento.

A diferencia de los sellantes de cera de los SCU, los polímeros de los PSCF se eligen para ofrecer una membrana continua para la difusión de la solución de agua y nutrientes. La combinación de los dos recubrimientos permite un buen costo/beneficio, sobre productos con un solo recubrimiento de azufre o polímeros. Debido a que el recubrimiento exterior es un polímero duro, estos productos no dejan residuos cerosos en los equipos de aplicación y permiten una buena manipulación. La tasa de difusión es controlada por la composición y grosor del film polimérico. Una vez que llega al interfaz azufre/polímero, el agua que penetra entra a través de las grietas en el recubrimiento de azufre, por movimiento capilar y disuelve el fertilizante.

Existen diversos tipos de tecnología que son usados por los fabricantes de CRFs. Desde el método Meister que utiliza resinas poliolefinas termoplásticas, cloruro de polivinilideno y copolímeros como materiales de recubrimiento, hasta la tecnología Multicote que consiste en calentar los gránulos de fertilizantes y tratarlos con materiales que crean múltiples capas de sales de ácidos grasos.

Alternativas de fertilizantes

Además de estos fertilizantes avanzados de N, también se han desarrollado fertilizantes de fósforo avanzados. Estos usan hongos específicos que estimulan la liberación de fósforo fijado desde el suelo para facilitar su extracción por las plantas, o aplican un recubrimiento de fósforo con polímeros para reducir su precipitación o adsorción, y mejorar la recuperación de fósforo durante los siguientes meses. Finalmente, también se han desarrollado una serie de productos de liberación lenta y controlada de micronutrientes, al igual que inhibidores de la denitrificación.