Fertilizante
Definición
Un fertilizante (inglés americano) o fertilizante (inglés británico, ver diferencias ortográficas) es cualquier material de origen natural o sintético (que no sea cal) que se aplica a los suelos o tejidos vegetales para suministrar uno o más nutrientes esenciales para el crecimiento de la planta de las plantas. Existen muchas fuentes de fertilizantes, tanto naturales como industriales.
Mecanismo
Los fertilizantes mejoran el crecimiento de las plantas. Este objetivo se cumple de dos maneras, la tradicional son los aditivos que proporcionan nutrientes. El segundo modo por el cual actúan algunos fertilizantes es mejorar la efectividad del suelo al modificar 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 la hoja
- Fósforo (P): Desarrollo de raíces, flores, semillas, frutas;
- Potasio (K): fuerte crecimiento del tallo, movimiento del agua en las plantas, promoción de la floración y la 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 silicio (Si), cobalto (Co) y vanadio (V).
Los nutrientes necesarios para una vida sana de las plantas se clasifican según los elementos, pero los elementos no se usan como fertilizantes. En cambio, los compuestos que contienen estos elementos son la base de los fertilizantes. Los macronutrientes se consumen en grandes cantidades y están presentes en el tejido de la planta en cantidades del 0,15% al 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, está en una forma que no está disponible para las plantas. El nitrógeno es el fertilizante más importante ya que el nitrógeno está presente en proteínas, ADN y otros componentes (p. Ej., Clorofila). Para ser nutritivo para las plantas, el nitrógeno debe estar disponible en una forma "fija".2 ) convirtiéndolo en amoníaco. El fosfato es necesario para la producción de ADN y ATP, el principal portador de energía en las células, así como ciertos lípidos.
Los micronutrientes se consumen en cantidades más pequeñas y están presentes en el tejido de las plantas del orden de partes por millón (ppm), que oscilan entre 0,15 y 400 ppm de MS, o menos de 0,04% de MS. Estos elementos a menudo están presentes en los sitios activos de enzimas que llevan a cabo el metabolismo de la planta. Debido a que estos elementos permiten catalizadores (enzimas), su impacto supera con creces su porcentaje en peso.
Clasificación
Los fertilizantes se clasifican de varias maneras. Se clasifican según si proporcionan un único 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 mayoría de este artículo) en comparación con los orgánicos. Los fertilizantes inorgánicos excluyen los materiales que contienen carbono, excepto las ureas. Los fertilizantes orgánicos generalmente son (reciclados) materia derivada de plantas o animales. Los inorgánicos a veces se llaman fertilizantes sintéticos ya que se requieren varios tratamientos químicos para su fabricación.
Fertilizantes de nutrientes simples ("directos")
El principal fertilizante directo 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 y 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 encontrado con nitrato de amonio y calcio (Ca (NO 3 ) 2 • NH 4 NO 3 • 10H
2 O).
2 O).
Los principales fertilizantes de fosfato rectos son los superfosfatos. El "superfosfato simple" (SSP) consiste en 14-18% de P 2 O 5 , nuevamente en forma de Ca (H 2 PO 4 ) 2 , pero también fosfoyeso (CaSO
4 • 2H
2 O). El superfosfato triple (TSP) típicamente consiste en un 44-48% de P 2 O 5 y sin 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.
4 • 2H
2 O). El superfosfato triple (TSP) típicamente consiste en un 44-48% de P 2 O 5 y sin 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.
Fertilizantes multinutrientes
Estos fertilizantes son comunes. Consisten en dos o más componentes nutrientes.
Abonos 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.
La clasificación NPK es un sistema de calificación que describe la cantidad de nitrógeno, fósforo y potasio en un fertilizante. Las clasificaciones de NPK constan de tres números separados por guiones (por ejemplo, 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 2 O, pero el sistema es una abreviatura convencional para la cantidad de fósforo (P) o potasio (K) en un fertilizante. Una bolsa de fertilizante de 50 libras (23 kg) etiquetada 16-4-8 contiene 8 lb (3.6 kg) de nitrógeno (16% de las 50 libras), una cantidad de fósforo equivalente a la de 2 libras de P2 O 5 (4% de 50 libras) y 4 libras de K 2 O (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 utiliza valores elementales para todos los valores, incluidos P y K.
Micronutrientes
Los principales micronutrientes son molibdeno, zinc y cobre. Estos elementos se proporcionan como sales solubles en agua. El hierro presenta problemas especiales porque se convierte en compuestos insolubles (bio-no disponibles) a concentraciones moderadas de pH y fosfato en el suelo. Por esta razón, el hierro a menudo se administra como un complejo de quelato, por ejemplo, el derivado de EDTA. Las necesidades de micronutrientes dependen de la planta. Por ejemplo, las remolachas parecen requerir boro, y las leguminosas requieren cobalto.
Producción
Fertilizantes de nitrógeno
| País | Uso total de N (Mt pa) | Amt. utilizado para alimentación / pasto (Mt pa) |
|---|---|---|
| China | 18.7 | 3.0 |
| India | 11.9 | N / A |
| NOS | 9.1 | 4.7 |
| Francia | 2.5 | 1.3 |
| Alemania | 2.0 | 1.2 |
| Brasil | 1.7 | 0.7 |
| Canadá | 1.6 | 0.9 |
| Turquía | 1.5 | 0.3 |
| Reino Unido | 1.3 | 0.9 |
| Méjico | 1.3 | 0.3 |
| España | 1.2 | 0.5 |
| Argentina | 0.4 | 0.1 |
Los fertilizantes de nitrógeno están hechos de amoníaco (NH 3), que a veces se inyecta en el suelo directamente. El amoníaco es producido por el proceso de 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 originales ricos en nitrógeno (1830) utilizados. Todavía está extraído para fertilizante.
Fertilizantes de fosfato
Todos los fertilizantes de fosfato se obtienen por extracción de minerales que contienen el anión PO
4 . En casos raros, los campos se tratan con el mineral triturado, pero la mayoría de las veces las sales más solubles se producen mediante el tratamiento químico de los minerales de fosfato. Los minerales más populares que contienen fosfato se conocen colectivamente como roca de fosfato. Los principales minerales son fluorapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) e hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH. Estos minerales se convierten en sales de fosfato solubles en agua por tratamiento con ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) o ácido fosfórico (H 3 PO 4)) La gran producción de ácido sulfúrico como químico industrial se debe principalmente a su uso como ácido barato en el procesamiento de roca de fosfato en fertilizante de fosfato. Los usos primarios globales para compuestos de azufre y fósforo se relacionan con este proceso básico.
4 . En casos raros, los campos se tratan con el mineral triturado, pero la mayoría de las veces las sales más solubles se producen mediante el tratamiento químico de los minerales de fosfato. Los minerales más populares que contienen fosfato se conocen colectivamente como roca de fosfato. Los principales minerales son fluorapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) e hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH. Estos minerales se convierten en sales de fosfato solubles en agua por tratamiento con ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) o ácido fosfórico (H 3 PO 4)) La gran producción de ácido sulfúrico como químico industrial se debe principalmente a su uso como ácido barato en el procesamiento de roca de fosfato en fertilizante de fosfato. Los usos primarios globales para compuestos de azufre y fósforo se relacionan con este proceso básico.
En el proceso de nitrofosfato o proceso Odda (inventado en 1927), la roca de fosfato con hasta un fósforo 20% (P) contenido se disuelve con ácido nítrico (HNO 3 ) para producir una mezcla de ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) y calcio nitrato (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 de potasio
La potasa es una mezcla de minerales de potasio que se usa para hacer fertilizantes de potasio (símbolo químico: K). La potasa es soluble en agua, por lo que el principal esfuerzo para producir este nutriente a partir del mineral implica algunos pasos de purificación; por ejemplo, para eliminar el cloruro de sodio (NaCl) (sal común). Algunas veces, la potasa se denomina K 2 O, como una cuestión de conveniencia para quienes describen el contenido de potasio. De hecho, los fertilizantes de potasa suelen ser cloruro de potasio, sulfato de potasio, carbonato de potasio o nitrato de potasio.
Fertilizantes compuestos
Los fertilizantes compuestos, que contienen N, P y K, a menudo se pueden producir mediante la mezcla de fertilizantes simples. En algunos casos, las reacciones químicas ocurren entre los dos o más componentes. Por ejemplo, los fosfatos de monoamonio y diamonio, que proporcionan a las plantas tanto N como P, se producen neutralizando el ácido fosfórico (de la roca de fosfato) y el amoníaco:
- NH 3 + H 3 PO 4 → (NH 4 ) H 2 PO 4
- 2 NH 3 + H 3 PO 4 → (NH 4 ) 2 HPO 4
Fertilizantes organicos
Los "fertilizantes orgánicos" pueden describir los fertilizantes con un origen orgánico - biológico, es decir, los fertilizantes derivados de materiales vivos o anteriormente vivos. Los fertilizantes orgánicos también pueden describir productos comercialmente disponibles y frecuentemente envasados que se esfuerzan por cumplir las expectativas y restricciones adoptadas por la agricultura orgánica y los sistemas de producción de alimentos y plantas "ambientalmente amigables" relacionados con la jardinería que limitan significativamente o evitan estrictamente el uso de fertilizantes sintéticos y pesticidas. Los productos de "fertilizantes orgánicos" contienen típicamente tanto algunos materiales orgánicos como aditivos aceptables como polvos de roca nutritivos, conchas de mar molidas (cangrejo, ostra, etc.), otros productos preparados como harina de semillas o algas, y cultivados microorganismos y derivados.
Los fertilizantes de origen orgánico (la primera definición) incluyen los desechos animales, los desechos vegetales de la agricultura, el compost y los lodos cloacales 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 aguas residuales, pueden no ser componentes aceptables de la agricultura orgánica y la jardinería, debido a factores que van desde contaminantes residuales hasta la percepción pública. Por otro lado, los "fertilizantes orgánicos" comercializados pueden incluir y promover los orgánicos procesados porque los materiales tienen atractivo para el consumidor. Sin importar la definición ni la composición, la mayoría de estos productos contienen nutrientes menos concentrados, y los nutrientes no se cuantifican tan fácilmente. Pueden ofrecer ventajas de construcción de suelos y ser atractivos para aquellos que están tratando de cultivar / cultivar más "naturalmente".
En términos de volumen, la turba es la enmienda de suelo orgánico empaquetado más ampliamente utilizada. Dado que esta forma inmadura de carbón, que mejora el suelo por aireación y absorción de agua, no confiere ningún valor nutricional a las plantas, no es un fertilizante como se define al principio del artículo, sino una enmienda. El bonote, (derivado de 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 texturizantes) debido a sus limitadas aportaciones nutritivas. Algunos aditivos orgánicos pueden tener un efecto reverso sobre los nutrientes: el aserrín fresco puede consumir 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.) pueden aumentar la disponibilidad de nutrientes a través de intercambio de cationes, o a través de un mayor crecimiento de microorganismos que a su vez aumentan la disponibilidad de ciertos nutrientes de las plantas. Los fertilizantes orgánicos como los compost y los abonos pueden distribuirse localmente sin entrar en la producción de la industria, lo que hace que el consumo real sea más difícil de cuantificar.
Solicitud
Los fertilizantes se usan comúnmente para cultivar todos los cultivos, con tasas de aplicación que dependen de la fertilidad del suelo, por lo general medido por una prueba de suelo y según el cultivo particular. Las legumbres, por ejemplo, fijan el nitrógeno de la atmósfera y generalmente no requieren fertilizante de nitrógeno.
Líquido contra sólido
Los fertilizantes se aplican a cultivos tanto sólidos como líquidos. Alrededor del 90% de los fertilizantes se aplican como sólidos. Los fertilizantes inorgánicos sólidos más ampliamente utilizados son la urea, el fosfato de diamonio y el cloruro de potasio. El fertilizante sólido generalmente es granulado o en polvo. A menudo, los sólidos están disponibles en forma de 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 se pueden diluir con agua para formar un fertilizante líquido concentrado (por ejemplo, UAN). Las ventajas del fertilizante líquido son su efecto más rápido y cobertura más fácil. La adición de fertilizante al agua de riego se llama "fertirrigación".
Fertilizantes de liberación lenta y controlada
La liberación lenta y controlada implica solo el 0.15% (562,000 toneladas) del mercado de fertilizantes (1995). Su utilidad se debe al hecho de que los fertilizantes están sujetos a procesos antagónicos. Además de proporcionar nutrición a las plantas, el exceso de fertilizantes puede ser venenoso para la misma planta. Competitivo con la absorción por las plantas es la degradación o pérdida del fertilizante. Los microbios degradan muchos fertilizantes, por ejemplo, mediante inmovilización u oxidación. Además, los fertilizantes se pierden por evaporación o lixiviación. La mayoría de los fertilizantes de liberación lenta son derivados de la urea, un fertilizante puro que proporciona nitrógeno. La isobutilidenediurea ("IBDU") y el urea-formaldehído se convierten lentamente en el suelo a urea libre, que las plantas absorben rápidamente. IBDU es un compuesto único con la fórmula (CH 3 ) 2CHCH (NHC (O) NH 2 ) 2 mientras que los urea-formaldehídos consisten en mezclas de la fórmula aproximada (HOCH 2 NHC (O) NH) n CH 2 .
Además de ser más eficientes en la utilización de los nutrientes aplicados, las tecnologías de liberación lenta también reducen el impacto sobre el medio ambiente y la contaminación del agua subsuperficial. Fertilizantes de liberación lenta (varias formas que incluyen puntas de fertilizantes, pestañas, etc.) que reducen la problema de "quemar" las plantas debido al exceso de nitrógeno. El recubrimiento de polímeros de los ingredientes de los fertilizantes da a las tabletas y los picos una "verdadera liberación de tiempo" o "liberación de nutrientes por etapas" (SNR) de los nutrientes de los fertilizantes.
Los fertilizantes de liberación controlada son fertilizantes tradicionales encapsulados en un caparazón que se degrada a una velocidad específica. El azufre es un material de encapsulación típico. Otros productos recubiertos usan termoplásticos (y algunas veces etileno-acetato de vinilo y surfactantes, etc.) para producir una liberación controlada por difusión de urea u otros fertilizantes. La "capa de capa reactiva" puede producir recubrimientos de membrana más delgados y, por lo tanto, más económicos, al aplicar monómeros reactivos simultáneamente a las partículas solubles. "Multicote" es un proceso que aplica capas de sales de ácidos grasos de bajo costo con una capa final de parafina.
Aplicación foliar
Los fertilizantes foliares se aplican directamente a las hojas. El método se usa casi invariablemente para aplicar fertilizantes nitrogenados rectos solubles en agua y se usa especialmente para cultivos de alto valor como las frutas.
Productos químicos que afectan la absorción de nitrógeno
Varios productos químicos se utilizan para mejorar la eficiencia de los fertilizantes nitrogenados. De esta forma, los agricultores pueden limitar los efectos contaminantes del escurrimiento 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. El 1-carbamoil-3-metilpirazol (CMP), la diciandiamida, la nitrapirina (2-cloro-6-triclorometilpiridina) y el 3,4-dimetilpirazol fosfato (DMPP) son populares. Los inhibidores de ureasa se usan para ralentizar la conversión hidrolítica de urea en amoníaco, que es propenso a la evaporación así como a la nitrificación. La conversión de urea en amoniaco catalizada por enzimas llamadas ureasas. Un popular inhibidor de ureasas es la N- (n-butil) tiofosfórico triamida (NBPT).
Sobrefertilización
Las tecnologías de fertilización cuidadosas son importantes porque el exceso de nutrientes puede ser perjudicial. La quema de fertilizante puede ocurrir cuando se aplica demasiado fertilizante, lo que ocasiona daños o incluso la muerte de la planta. Los fertilizantes varían en su tendencia a quemar aproximadamente de acuerdo con su índice de sal.
Estadística
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 tiene poca confianza en 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 de minerales a nivel mundial, seguido por la potasa y el fosfato. La producción de nitrógeno ha aumentado drásticamente desde la década de 1960. El fosfato y la potasa han aumentado en precio desde la década de 1960, que es más grande que el índice de precios al consumidor. La potasa se produce en Canadá, Rusia y Bielorrusia, que juntos representan más de la mitad de la producción mundial. La producción de potasa en Canadá aumentó en 2017 y 2018 en un 18.6%. Las estimaciones conservadoras informan que entre el 30 y el 50% de los rendimientos de los cultivos se atribuyen a 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 global aumente a más de US $ 185 mil millones hasta 2019. El mercado europeo de fertilizantes crecerá para generar ingresos de aprox. € 15,3 mil millones en 2018.
Los datos sobre el consumo de fertilizantes por hectárea de tierras cultivables en 2012 son publicados por el Banco Mundial. Para el diagrama a continuación, se han extraído los valores de los países de la Unión Europea (UE) y se presentan como kilogramos por hectárea (libras por acre). El consumo total de fertilizantes en la UE es de 15,9 millones de toneladas para una superficie cultivable de 105 millones de hectáreas (o 107 millones de hectáreas de tierra cultivable según otra estimación). Esta cifra equivale a 151 kg de fertilizantes consumidos por hectárea de tierra cultivable en promedio para los países de la UE.
Efectos ambientales
El uso de fertilizantes es beneficioso para proporcionar nutrientes a las plantas a pesar de que tienen 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. Es importante conocer los efectos ambientales para usarlos con moderación.
Agua
Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno cuando se usan comúnmente tienen importantes efectos ambientales. Esto se debe a las altas precipitaciones que provocan que los fertilizantes se laven en los cursos de agua. La escorrentía agrícola es un importante contribuyente 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; las altas concentraciones promueven el crecimiento de cianobacterias y algas, cuyo fallecimiento consume oxígeno. Las floraciones de cianobacterias ("floraciones de algas") también pueden producir toxinas dañinas que pueden acumularse en la cadena alimenticia 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 de oxígeno en muchas partes de los océanos, especialmente en zonas costeras, lagos y ríos. La falta resultante de oxígeno disuelto reduce en gran medida la capacidad de estas áreas para mantener la fauna oceánica. La cantidad de zonas oceánicas muertas cerca de las costas habitadas está aumentando. A partir de 2006, la aplicación de fertilizantes nitrogenados está siendo cada vez más controlada en el noroeste de Europa y los Estados Unidos. Si se puede revertir la eutrofización , pueden transcurrir décadas antes de que los nitratos acumulados en las aguas subterráneas puedan descomponerse mediante procesos naturales.
Contaminación por nitratos
Solo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en productos agrícolas y otras materias vegetales. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno combinados con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a una mayor escorrentía en las aguas superficiales, así como a la filtración a las aguas subterráneas, lo que provoca la contaminación del agua subterránea. El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (ya 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 lavan del suelo a los cursos de agua o se filtran a través del suelo hacia las aguas subterráneas.
Suelo
Acidificación
Los fertilizantes que contienen nitrógeno pueden causar 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 los fertilizantes que contienen fósforo varía considerablemente y puede ser problemático. 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 tanto como 188 mg / kg de cadmio (ejemplos son depósitos en Nauru y las islas de Navidad). El uso continuo de fertilizantes con alto contenido de cadmio puede contaminar el suelo (como se muestra en Nueva Zelanda) y las plantas. Los límites del contenido de cadmio de los fertilizantes fosfatados han sido considerados por la Comisión Europea. Los productores de fertilizantes que contienen fósforo ahora seleccionan roca de fosfato basada en el contenido de cadmio.
Fluoruro
Las rocas de fosfato contienen altos niveles de fluoruro. En consecuencia, el uso generalizado de fertilizantes de fosfato ha aumentado las concentraciones de fluoruro en el suelo. Se ha encontrado que la contaminación de los alimentos a partir de los fertilizantes es de poca importancia ya que las plantas acumulan poco fluoruro del suelo; de mayor preocupación es la posibilidad de toxicidad por flúor en el ganado que ingiere suelos contaminados. También pueden ser motivo de preocupación los efectos del flúor 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 en el proceso de producción de fertilizantes. Las concentraciones de uranio 238 pueden oscilar entre 7 y 100 pCi / g en roca de fosfato y entre 1 y 67 pCi / g en fertilizantes de fosfato. Donde se usan altas tasas anuales de fertilizante de fósforo, esto puede resultar en concentraciones de uranio 238 en suelos y aguas de drenaje que son varias veces mayores de lo que normalmente están presentes. Sin embargo, el impacto de estos aumentos en el riesgo para la salud humana por la contaminación por radinucleidos en los alimentos es muy pequeño (menos de 0,05 mSv / a).
Otros metales
Desperdicios de la industria del acero, reciclados en fertilizantes por sus altos niveles de zinc (esenciales para el crecimiento de la planta), los desechos pueden incluir los siguientes metales tóxicos: plomo arsénico, cadmio, cromo y níquel. Los elementos tóxicos más comunes en este tipo de fertilizante son mercurio, plomo y 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 mejor 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 viveros de plantas y están disponibles en paquetes más grandes a un costo significativamente menor que las cantidades minoristas. Algunos fertilizantes de jardín granulares al por menor de bajo costo están hechos con ingredientes de alta pureza.
Huella de minerales traza
La atención se ha dirigido a la disminución de las concentraciones de elementos como hierro, zinc, cobre y magnesio en muchos alimentos en los últimos 50-60 años. Las prácticas de cultivo intensivo, 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 cultivo mejorados resultantes de los fertilizantes NPK diluyen las concentraciones de otros nutrientes en las plantas, gran parte de la disminución medida puede atribuirse al uso de variedades de cultivos progresivamente más productivas que producen alimentos con menores concentraciones minerales que sus antepasados menos productivos. . Por lo tanto, es poco probable que la agricultura orgánica o el uso reducido de fertilizantes resuelvan el problema; los alimentos con alta densidad de nutrientes se postulan para ser obtenidos usando métodos más antiguos,
Los fertilizantes son, de hecho, más propensos a resolver problemas de deficiencia de minerales traza que los causan: en Australia Occidental las deficiencias de zinc, cobre, manganeso, hierro y molibdeno se identificaron como limitantes para el crecimiento de cultivos y pastos de amplio acre en los años 1940 y 1950 . Los suelos en Australia Occidental son muy viejos, altamente degradados y deficientes en muchos de los principales nutrientes y oligoelementos. Desde esta vez, estos oligoelementos se agregan rutinariamente a los fertilizantes utilizados en la agricultura en este estado. Muchos otros suelos alrededor del mundo son deficientes en zinc, lo que lleva a la deficiencia tanto en plantas como en humanos, y los fertilizantes de zinc son ampliamente utilizados 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 de energía y sostenibilidad
En los EE. UU. En 2004, se consumieron 317 mil millones de pies cúbicos de gas natural en la producción industrial de amoniaco, menos del 1.5% del consumo anual total de gas natural en los Estados Unidos. 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 aproximadamente el 90% del costo de producción de amoníaco. El aumento en el precio de los gases naturales en la última década, junto con otros factores como el aumento de la demanda, han contribuido a un aumento en el 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. Los efectos se pueden combinar en una cantidad equivalente de dióxido de carbono. La cantidad varía de acuerdo a la eficiencia del proceso. La cifra para el Reino Unido es de más de 2 kilogramos de dióxido de carbono equivalente por cada kilogramo de nitrato de amonio. El fertilizante de nitrógeno puede convertirse por las bacterias del suelo en óxido nitroso, un gas de efecto invernadero.
Atmósfera
Mediante el uso creciente de fertilizantes nitrogenados, que se utilizaron a una tasa de alrededor de 110 millones de toneladas (de N) por año en 2012, añadiendo a la cantidad ya existente de nitrógeno reactivo, el óxido nitroso (N 2 O) se ha convertido en el tercero 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 procesos y procedimientos, es posible mitigar algunos, pero no todos, de 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.
Regulación
En Europa, la Directiva de Nitratos de la Unión Europea aborda los problemas con altas concentraciones de nitratos en la escorrentía. Dentro de Gran Bretaña, se alienta a los agricultores a administrar sus tierras de manera más sostenible en "cultivos sensibles a las cuencas". En los Estados Unidos, las altas concentraciones de nitrato y fósforo en el agua de escorrentía y drenaje se clasifican como contaminantes de fuente no puntual debido a su origen difuso; esta contaminación está regulada a nivel estatal. Oregon y Washington, ambos en los Estados Unidos, tienen programas de registro de fertilizantes con bases de datos en línea que enumeran análisis químicos de fertilizantes.
En China, ha habido regulaciones implementadas por el gobierno que quieren controlar el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. En 2008, los gobiernos chinos comenzaron a retirar parcialmente los subsidios a los fertilizantes, que también incluyen contribuciones al transporte de fertilizantes, a la electricidad y al uso del gas natural en la industria. Debido a esto, los agricultores profesionales que manejan granjas a gran escala ya han usado menos fertilizantes desde entonces, bajo los precios de los fertilizantes subieron. Si las granjas a gran escala siguen reduciendo el uso de subsidios a los fertilizantes, no tienen más opción que optimizar el fertilizante que tienen, lo que aumentaría tanto el rendimiento como el beneficio del grano.
Dos tipos de prácticas de gestión agrícola incluyen la agricultura orgánica y la agricultura convencional. El primero fomenta la fertilidad del suelo usando 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.
Historia
El manejo de la fertilidad del suelo ha sido la preocupación de los agricultores durante miles de años. Se registra que los egipcios, los romanos, los babilonios y los primeros alemanes usan minerales y / o estiércol para mejorar la productividad de sus granjas. La ciencia moderna de la nutrición vegetal comenzó en el siglo XIX y el trabajo del químico alemán Justus von Liebig, entre otros. John Bennet Lawes, un empresario inglés, comenzó a experimentar los efectos de varios abonos en las plantas que crecen en macetas en 1837, y un año o dos después, 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 los fosfatos con ácido sulfúrico y, por lo tanto, fue el primero en crear la industria del abono artificial. En el año siguiente él alistó los servicios de Joseph Henry Gilbert,
El proceso Birkeland-Eyde fue uno de los procesos industriales competitivos en el comienzo de la producción de fertilizantes a base de nitrógeno. Este proceso se usó para fijar el nitrógeno atmosférico (N 2 ) en ácido nítrico (HNO 3 ), uno de varios procesos químicos generalmente conocidos como fijación de nitrógeno. El ácido nítrico resultante se utilizó 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 son testigos del ascenso del proceso de Haber y el proceso de Ostwald. El proceso de Haber produce amoníaco (NH 3 ) a partir de gas metano (CH 4 ) y nitrógeno molecular (N 2 ). El amoníaco del proceso de Haber se convierte luego en ácido nítrico (HNO 3 ) en el proceso de Ostwald. El desarrollo de fertilizantes sintéticos ha respaldado significativamente el crecimiento de la población mundial: se ha estimado que casi la mitad de las personas en la Tierra se alimenta actualmente como resultado del uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos.
El uso de fertilizantes comerciales 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. Sin fertilizantes comerciales, se estima que alrededor de un tercio de los alimentos producidos ahora no podrían ser producidos. 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. Una cosecha de maíz que produzca entre 6 y 9 toneladas de granos por hectárea (2.5 acres) requiere 31-50 kilogramos (68-110). lb) de fertilizante de fosfato para ser aplicado; los cultivos de soja requieren aproximadamente la mitad, como 20-25 kg por hectárea. Yara International es el mayor productor mundial de fertilizantes nitrogenados.
Las tecnologías controladas de liberación de nitrógeno basadas en polímeros derivados de la combinación de urea y formaldehído se produjeron por primera vez en 1936 y se comercializaron en 1955. El primer producto tenía un 60 por ciento del total de nitrógeno insoluble en agua fría, y un sin reacción (de liberación rápida) menos más del 15%. Las melenas ureas se comercializaron en las décadas de 1960 y 1970, teniendo 25% y 60% del nitrógeno como insoluble en agua fría, y nitrógeno ureico sin reaccionar en el rango de 15% a 30%.
En la década de 1960, el Centro Nacional de Desarrollo de Fertilizantes de la Tennessee Valley Authority comenzó a desarrollar urea recubierta con azufre; el azufre se usó como el principal material de recubrimiento debido a su bajo costo y su valor como un nutriente secundario. Por lo general, hay otra cera o polímero que sella el azufre; las propiedades de liberación lenta dependen de la degradación del sellador secundario por los microbios del suelo, así como de las imperfecciones mecánicas (grietas, etc.) en el azufre. Por lo general, proporcionan de 6 a 16 semanas de liberación retardada en aplicaciones de césped. Cuando se usa un polímero duro como recubrimiento secundario, las propiedades son un cruce entre partículas controladas por difusión y recubiertas con azufre tradicional.