FERTILIZANTES DE LIBERACION LENTA.

1. INTRODUCCION

No todos los nutrientes incorporados al suelo son utilizados por la planta. Solo una fracción relativamente reducida es incorporada y exportada por la planta. En el caso del nitrógeno puede haber pérdidas que alcanzan en ocasiones, proporciones del 50 % e incluso superiores. Estas pérdidas se deben a fenómenos de volatilización de amoníaco, a procesos de desnitrificación, a la fijación laminar del ion amonio por las arcillas y a la lixiviación del ion nitrato. El fósforo, por su parte, experimenta reacciones con los componentes del suelo, produciéndose su fijación e inmovilización, hasta el punto que durante el primer año de aplicación sólo se utiliza entre un 10 al 30 % del fósforo incorporado. Esto supone que el fósforo disponible no se corresponde con el incorporado en el fertilizante. Por último, las pérdidas de potasio pueden ser de una cuantía muy variable y tienen su causa fundamental en la fijación interlaminar de las arcillas. Las pérdidas por desnitrificación o lixiviación tienen una clara acción contaminante. En la desnitrificación se produce N2O que es una sustancia peligrosa ya que contribuye a consumir el ozono atmosférico aumentándose la accesibilidad de los rayos ultravioleta a la superficie de la tierra. Pero, sin duda alguna, es aún más grave la contaminación hídrica derivada de la lixiviación de nitratos y de amonios, pues por una parte contribuye a los fenómenos de eutrofia y, por otra, los acuíferos se contaminan y pueden ser nocivos para el hombre durante mucho tiempo ya que son necesarias varias décadas para su recuperación por recarga. La fertilización ideal debería hacerse de tal manera que se suministrara a la planta los nutrientes en la forma y cantidad que requiere en cada fase de su crecimiento. Pero esto no es fácil por que las necesidades nutricionales varían, cualitativa y cuantitativamente, durante las distintas etapas del cultivo. El sistema de fertilización que más se acerca a la situación ideal sería realizar aplicaciones parcializadas y secuenciales de diferentes tipos de fertilizantes convencionales. Pero este procedimiento, además de un elevado costo, resulta prácticamente inviable en algunas fases del cultivo. Se hace preciso, pues, buscar soluciones por otras vías, capaces de armonizar el mantenimiento de una elevada producción con el abaramiento de los costos, la conservación de la naturaleza y la economía de los recursos. Y la solución está en lo que se viene denominando tecnologías de liberación lenta o controlada, o “controlled release”.

2. Tecnologías de liberación lenta. La liberación controlada puede definirse como la transferencia lenta, moderada o gradual, de un material activo desde un sustrato de reserva a otro medio, con el fin de conseguir sobre el mismo una acción determinada. Con ello se consigue aumentar la eficacia del material activo prolongando su acción en el tiempo, se reduce su impacto sobre aquellos otros medios a los que no va especialmente dirigidos, se simplifica su dosificación, se evitan pérdidas por degradación, volatilización y lixiviación. 3. Tipos de fertilizantes de liberación lenta

La obtención de fertilizantes de liberación lenta pueden conseguirse por tres vías. No obstante cada una de ellas ofrece múltiples variantes: • • •

Productos recubiertos Productos de baja solubilidad Productos que controlan la actividad microbiana

Los productos recubiertos son fertilizantes convencionales, a cuyos granos se les ha dotado una cubierta insoluble o poco soluble en agua. Se trata, en definitiva, de crear una barrera física que aminora la velocidad de penetración del agua hacia el interior del grano y, con ello, la de liberación de la sal soluble. El agua disolvente accede al grano de fertilizante a través de los poros y grietas de la cubierta o de las que pueden formarse en el propio suelo, por acción de los microorganismos. En otros casos se sustituye la cubierta por una encapsulación en polietileno perforado, pero el mecanismo de comportamiento es el mismo. La segunda vía tecnológica para obtener fertilizantes de liberación lenta consiste en preparar especies orgánicas o inorgánicas de baja solubilidad, de manera que se requieran volúmenes de aguas elevados para conseguir una disolución total. Los productos orgánicos son, sin duda, los más difundidos. Se trata en general, de condensados de ureas con aldehídos, formaldehídos, isobutil-aldehídos, crotonaldehídos entre otros, que se descomponen lentamente en el suelo, por acción química o biológica, liberando el nitrógeno en forma amoniacal. Las sustancias nitrogenadas inorgánicas de baja solubilidad son mucho más limitadas. Se pueden citar los fosfatos doble de amonio y un metal, casi siempre magnesio y hierro, toda vez que ambos son también esenciales en la nutrición. Se han propuesto también especies salinas mixtas, tales como mezclas de nitrato amónico y sulfato amónico magnésico, que en proporciones adecuadas forman una sal doble de menor solubilidad que el nitrato amónico aislado. Finalmente, la tercera vía para obtener fertilizantes de liberación lenta consiste en incorporar a los fertilizantes convencionales sustancias que inhiben los procesos de desnitrificación y nitrificación. Para inhibir la nitrificación se emplean con éxito la nitraforina, el disulfuro de carbono y la urotropina, entre otros.

En el caso de la urea, se inhibe la actividad de la ureasa, enzima responsable de la hidrólisis de la urea en carbonato amónico, con productos tales como dimetiltiocarbamatos o estearatos .

4. PRODUCTOS DE BAJA SOLUBILIDAD

Uno de los problemas a los que se ha tenido que enfrentar la tecnología de los fertilizantes de liberación lenta (FLL), ha sido el escaso número de especies nitrogenadas con baja solubilidad, pues casi todas las sales nítricas y amónicas, útiles como especies fertilizadoras, son muy solubles en agua. Las únicas excepciones entre los productos inorgánicos las constituyen el fosfato amónico magnésico y el fosfato amónico ferroso, que cuentan con el atractivo adicional de contener otros elementos nutrientes, que también se liberan al medio de forma lenta. El principal inconveniente de los fosfato amónicos metálicos es su bajo contenido en nitrógeno (< del 8%) en el producto final. En las dos últimas décadas se han sintetizados nuevos productos nitrogenados de naturaleza orgánica con baja solubilidad y de riqueza en nitrógeno superior al 30% . Se trata de especies obtenidas, generalmente, por reacción entre la urea y un aldehído. El nitrógeno orgánico se libera al medio a un ritmo lento a través de una hidrólisis química o microbiológica, quedando al final todo el nitrógeno en forma nítrica. En la figura 1 se presentan los fertilizantes nitrogenados de baja solubilidad, ya sean de naturaleza orgánica o inorgánica.

INORGANICO

Fosfatos Amónicos metálicos

FERTILIZANTES DE BAJA SOLUBILIDAD Condensados Deurea-form IBDU ORGANICO CDU

Otros

Fig. 1 Tipos de fertilizantes de baja solubilidad

4.1. Urea -form La urea form se obtiene por reacción entre la urea y el formaldehído. En primer lugar una molécula de urea en medio alcalino se une a una de formaldehído, originando un compuesto denominado monometilol-urea, que es soluble en agua. Si se acidifica el medio, una molécula de urea puede unirse a una de monometilol- urea, originando un compuesto que se denomina metilendiurea (MMD), molécula soluble en agua. Este compuesto, a su vez, reacciona con otra molécula de metilol originando la dimetilentriurea (DMT), que puede polimerizarse a trimetilentetraurea (TMT) y, en general, a polimetileneurea de 4 a 8 unidades de urea. En el cuadro 1 se presenta la solubilidad de cada una de las fracciones. Cuadro 1. Solubilidad de distintas fracciones de metilenurea. Fracción

Nº de moléculas de urea cada molécula

en

Periodo de liberación

I. Soluble en agua fría .

2-4

Pocas semanas

II. Insoluble en agua fría pero soluble en agua caliente.

4-6

Varios meses

6-8

1-2 años

III. Insoluble en agua fría y caliente

A medida que aumenta el tamaño de la cadena disminuye la riqueza en nitrógeno (N) y la solubilidad del producto. La urea-form, por tanto, es en realidad una mezcla de distintas fracciones que difieren en tamaño molecular. Sus principales características se presentan en el cuadro 2. Cuadro 2. Características de la urea-form. % Ntotal % Indice actividad (I.A.) % N insoluble en agua fría % N insoluble en agua caliente % N ureico % Humedad

Liberación del N de la urea-form en el suelo.

38 50-55 27 11 1,5 % 0,5 %

El N que forma parte de las distintas fracciones de los condensados de urea-form se transforma en NH3 y, posteriormente, en NO3, mediante la acción de los microorganismos. La velocidad de nitrificación del producto depende, no obstante, de las características del mismo, aunque siempre el ritmo es más lento que el de la urea o el sulfato amónico. En ensayos de incubación de urea-form, urea y sulfato amónico se ha determinado que el ritmo de aporte de nitrógeno de la urea-form es casi constante y su transformación total se produce en un período de seis meses. La urea y el sulfato amónico, por el contrario, se nitrifica en menos de un mes. 4.2. Isobutilidendiurea (IBDU) La isobutilidendiurea es uno de los fertilizantes de liberación lenta más empleados. Se obtiene por reacción por el isobutilaldehído y la urea . A diferencia con lo que ocurre con los condensados de urea-form el IBDU no sigue polimerizándose en el proceso de fabricación. El método de preparación es análogo a los de obtención de urea-form. En concreto, se mezcla urea sólida con el aldehído líquido en relación molar: 2 de urea y 1 de aldehído. La reacción es exotérmica y requiere catalizadores ácidos. Generalmente se incorpora H2SO4. El producto final se granula en un tamaño comprendido entre 0.7 y 2.5 mm. El producto formado tiene una solubilidad de 0.2-0.3 gr./100 ml, es decir, unas mil veces inferior al NH4NO3. El IBDU contiene 32,18% de N, y posee un índice de actividad de 99, es decir, tiene 1% de N insoluble en agua caliente. Sus principales características se señalan en el cuadro 3. Cuadro 3. Características de la isobutilidendiurea (IBDU). Peso molecular Solubilidad en agua g/100 ml a 20 ºC Punto de fusión Contenido de N % Indice de actividad

174,21 0,2-0,3 205 -208 32 99

El IBDU se comercializa como fertilizante nitrogenado con nombres como Floranid 32, y frecuentemente se le incorpora fertilizantes complejos. Estos fertilizantes complejos se emplean con mucha frecuencia en cultivos hortícola y en jardinería, debido que contienen nutrientes de liberación rápida (60 % de N) y de liberación lenta (40 % de N). La Mitsubishi Chemical Co prepara también fertilizantes complejos con IBDU destinados a la fertilización arbórea. El período de duración puede llegar hasta los 5 años, en productos de IBDU recubiertos con parafina y aceites de linaza.

Liberación del IBDU en el suelo El mecanismo de ruptura de la molécula IBDU es meramente químico, por lo que la acción microbiana afecta muy poco el ritmo de liberación de nutrientes. En la ureaform ocurre lo contrario. Las variables que modifican el ritmo de liberación de la IBDU son: el tamaño de grano, la temperatura y la humedad del suelo. En lo que se refiere al tamaño del grano, un aumento del mismo, provoca una disminución del aporte de nutriente al medio. El proceso de mineralización a 20 ºC y con una humedad de 60 %, después de 8 semanas alcanza a un 20 % cuando el tamaño de grano es de 3-4 mm, mientras que si el tamaño reduce a 0,3-0,4 mm, la transformación (mineralización) es del 100 % en ese mismo período de tiempo. La humedad es otro de los factores que afecta a la liberación. En ensayos de incubación se ha comprobado que al aumentar el contenido de humedad del suelo lo hace también el nitrógeno liberado. Así, después de ocho semanas se libera un 30 % y un 80 %, si las humedades son del 40 y del 80 %, de la capacidad de campo, respectivamente, en granos de IBDU de 1-2 mm de tamaño . Como en casi todos los FLL, un aumento de temperatura incrementa la liberación del nutriente. Otros factores como el pH, afectan poco a la disolución del producto, aunque se han detectado ligeros incrementos al acidificarse el suelo. El único problema que podría originar el empleo de IBDU, según algunos autores, es la toxicidad del aldehído isobutírico que se libera en el suelo junto a la urea. Se ha demostrado que en condiciones óptimas, el ácido isobutírico desaparece en un período no superior a 20 días.

4.3. Crotonilidendiurea La crotonilidendiurea (CDU) es otro de los productos de recién implantación. El producto se obtiene de la reacción entre el aldehído crotónico y la urea. La CDU se cicla obteniendo la 2-oxo-4 metil-6-ureido-hexa-hidropirimidina, o crotonilidendiurea ciclada. La reacción debe ser catalizada por un ácido, siendo utilizado con frecuencia el HCl. El producto no se polimeriza más y contiene un 32,5% de N, siendo todo su nitrógeno soluble en agua caliente e insoluble en agua fría, de ahí que su índice de actividad sea 99,8%. Las características de este producto se recogen en el Cuadro 4.

Cuadro 4. Características de la Crotonilidendiurea. Peso molecular Solubilidad en H2O g/100 ml a 20 ºC Punto de fusión Contenido de N % Indice de Actividad (I.A.)

172,2 0,006 259,0 32,5 99,8

Liberación del N procedente del CDU. La liberación del nitrógeno contenido en el CDU está regulada por hidrólisis química y microbiana. Por hidrólisis química se libera una molécula de urea que se nitrifica rápidamente, quedando un producto cíclico que se mineraliza en el suelo por acción microbiana, liberando también NH3. En experimentos realizados con granos de distintos tamaños, se pone de manifiesto que al aumentar el tamaño de grano, disminuye considerablemente la liberación del producto. El aumento de la temperatura provoca un incremento del ritmo de liberación del nutriente al medio, como es habitual en cualquier fertilizante de liberación controlada. La humedad óptima, para la liberación del producto, es del 80 % de la capacidad de campo, habiéndose observado que en suelos encharcados se retarda considerablemente la disolución del producto. En ensayos realizados sobre rye-grass, se a observado que, si el riego es abundante, después de cinco cortes, se aprovecha el 48 % del N crotónico, frente al 28 % en las aplicaciones de NH4NO3. 4.4. Fosfato amónico magnésico Aunque el fosfato amónico magnésico monohidratado ha sido propuesto como fertilizante de liberación lenta, debido a su escasa solubilidad en agua, el producto presenta el inconveniente importante de su bajo contenido de nitrógeno, 8.3%. Este hecho, a pesar de las buenas cualidades del fertilizante, ha motivado que el fosfato amónico magnésico no sea competitivo con otros fertilizantes nitrogenados de liberación controlada.

Liberación del N en el suelo a partir del fosfato amónico magnésico

El fosfato amónico magnésico se disuelve parcialmente en agua, quedando libres de iones PO43-,NH+4 y Mg2+. La reacción de disolución es la siguiente: MgNH 4PO4 H 2O

Mg2+ +NH4+ +PO43+ +H2 O

El ion NH4+ es absorbido en buena parte por el coloide arcillo-húmico, nitrificándose de forma progresiva por los microorganismos del suelo. Al final, la planta puede disponer nitrato, a un ritmo que va a depender de algunas características físicas del producto y de las condiciones del medio en el que se introduce, condiciones que afectan, de manera directa, a la nitrificación. De todas ellas, una de las que más influye en el ritmo de liberación del nutriente es el tamaño del grano. El producto suministrado en tamaño fino se disuelve más rápidamente que el de tamaño grueso. La forma de incorporar el producto es otra de las variables que influyen en la liberación del nutriente. Se ha comprobado que, cuando el fertilizante se introduce a 10

cm de la superficie, la solubilización es mayor que cuando el fertilizante se sitúa sobre la superficie, ya que en este segundo caso la actividad de los microorganismos y la humedad se ve aminorada.

5. PRODUCTOS RECUBIERTOS 5.1. Características Un fertilizante recubierto, esta formado básicamente por dos componentes: la sal base y la cubierta. La sal base, puede ser cualquiera que contenga en su composición uno o varios nutrientes, si bien, la naturaleza química de la sal, estabilidad ,solubilidad, entre otros, condicionan el tipo de tecnología a utilizar en el proceso de recubrimiento, así como el tipo de cubriente que se puede utilizar. La sal fertilizante que se quiere recubrir, debe estar previamente aglomerada y comprimida en forma de gránulo, cuyo tamaño y forma condicionan la eficiencia de la cubierta que se va a incorporar sobre el mismo. De todas las sales nitrogenadas, la urea ha sido quizás, la más utilizada, debido a su amplia comercialización mundial, y a presentar la ventaja adicional de su elevada compatibilidad química con otros fertilizantes. El nitrato amónico, fertilizante nitrogenado por excelencia, presenta el riesgo de explotar cuando se le somete a presiones o temperaturas elevadas en presencia de determinadas sustancias, como por ejemplo azufre, lo que en principio dificulta su empleo. No es de extrañar entonces, que casi todos los tipos de fertilizantes de liberación controlada recubiertos, a los que se va a ser alusión seguidamente, contengan urea como componente mayoritario. La investigación y desarrollo de fertilizantes recubiertos, debe centrarse en encontrar nuevos cubiertos que cumplan una serie de requisitos: • Después de la disolución del nutriente, el material del recubrimiento debe ser degradado y absorbido por el suelo. • No debe ser tóxico para los cultivos y no debe producir contaminación en el suelo. • La disolución del nutriente, debe ser fácilmente controlable. • El aumento de peso en el producto, como consecuencia de la incorporación del recubrimiento, debe ser mínima, a fin que la disminución del contenido de nutrientes en los productos recubiertos, no sea demasiado grande. Como cubrientes se utilizan muy diversos materiales, de origen natural o sintéticos, inorgánicos u orgánicos. En la mayoría de los casos, y formando parte de la cubierta, se incluyen otras sustancias como acondicionadores que evitan que los gránulos se peguen entre sí con la consiguiente rotura de la cubierta, o microbicidas, que protegen a la misma del ataque de los microorganismos del medio.

5.2. Fertilizantes recubiertos de azufre. La elección del azufre como recubrimiento se hizo, fundamentalmente por razones económicas y de eficacia, después de una serie de intentos con muy diferentes tipos de materiales. La elección de la urea como fertilizante base, se debió a su alto contenido en nitrógeno, su bajo costo y su amplia comercialización. La urea recubierta de azufre (SCU) ha tenido un avanzado desarrollo comercial en el área de los fertilizantes de liberación controlada en los últimos años, caracterizándose por su bajos costo de producción y por las elevadas cantidades de azufre que se incorporan en el recubrimiento (14 a 30 %), lo que le hace especialmente apropiado como fuente lenta de este elemento en áreas deficitarias del mismo. La urea granulada, se precalienta en un tambor rotatorio a una temperatura de 77 ºC, pasando a continuación a un lecho fluidizado precalentado. El azufre molido, se atomiza y pulveriza en un segundo lecho rotatorio sobre los gránulos de urea, saliendo el producto a una temperatura de 74 ºC. A continuación, en otro tambor, se suministra a los gránulos una película de cera microcristalina o parafina fundida, que actúa como capa sellante por fijación de la misma en las zonas porosas de la capa de azufre. La clase de cera utilizada, influye en la velocidad de aporte al medio, debido a la influencia de la actividad microbiana del suelo en su descomposición. Los gránulos recubiertos, se enfrían en un lecho fluidizado frío, añadiéndose después un polvo absorbente para eliminar el acondicionador viscoso de cera y prevenir que los granos puedan flotar cuando se aplican en agua. Casi todos los recubrimientos sobre urea, se han realizado con urea granulada, de un tamaño de 1,7 a 3,3 mm y no sobre “prill” de urea. Ello es debido, a que el pequeño tamaño de partícula de estos últimos, implica una elevada superficie por unidad de peso de urea. Esta elevada superficie, requiere un recubrimiento que es mayor en porcentaje por peso de producto, para un espesor dado, que es el caso de la urea granulada. El espesor de azufre en el recubrimiento es de 55 um para una esfera de 3 mm. El peso de recubrimiento puede reducirse, utilizando gránulos de mayor tamaño. El costo de la urea recubierta de azufre es un 31% mas alto que en la urea sin recubrir. Existe en el mercado varios productos de urea recubierta de azufre, que difieren en su composición. En los últimos años han aparecido una serie de patentes que modifican el proceso de obtención de SCU antes descrito, así como diferentes tipos de cubrientes, a base de mezclas de azufre con resina sintética, utilizando también diferentes tipos de sales base e incluso NPK.

5.3. Fertilizantes recubiertos con polímeros Los fertilizantes recubiertos con pequeñas cantidades de una película plástica de alta calidad, constituyen un interesante tipo de fertilizantes de liberación controlada. Un recubrimiento de una resina termosellante, cuyo componente mayoritario es un copolímero de diciclopentanodieno con ester de glicerol (OSMOCOTE), aplicado en varias capas, sobre una sal fertilizante, permite incorporar ésta a la solución del suelo por medio de intercambio osmótico.

Otro tipo de recubrimiento plástico es el polietileno de baja densidad. La urea granulada, se introduce en un depósito, que se sella neumáticamente. A continuación, se realiza un precalentamiento con objeto de fluidificar las partículas de urea. Los “pellets” de polietileno son disueltos en tolueno caliente obteniendo una solución de polímeros de concentración 10 % en peso. Esta solución se inyecta mediante una bomba de dosificación y un atomizador de aire sobre los granos de fertilizantes. Los vapores de disolvente, se retiran mediante un condensador tubular. El proceso termina con el secado de las partículas, aumentando la temperatura del aire a 80 ºC. El tiempo de secado (5-10 minutos), depende del contenido de humedad requerido. El factor que controla el aporte de nutrientes en los fertilizantes recubiertos con resina plástica, es la diferencia de presión de vapor entre el interior y el exterior del film que constituye la cápsula. Este tipo de recubrimiento, no se ve afectado por las características físico-químicas o biológicas del suelo, ni por su contenido en agua. Solamente la temperatura, influye en la velocidad de su disolución. Siguiendo esta misma línea de cubiertas plásticas, se han obtenido también productos por encapsulación de fertilizantes en polietileno perforado. En este caso, la conexión con el medio, se produce a través de los orificios creados artificialmente en la cápsula, cuyo número y diámetro condicionan su comportamiento.

5.4. Fertilizantes recubiertos de colofonia En España se utiliza como recubrimiento la colofonia natural y mezclas de colofonias, naturales y modificadas, junto con fosfato tricálcico. La colofonia, es la fracción volátil de la resina del pino, y presenta una característica física y química adecuada para su empleo como recubrimiento. La incorporación de colofonias modificadas, bien por dismutación o por esterificación, mejoran las características de la cubiertas, al proporcionarles una mayor elasticidad y resistencia frente a la oxidación. El fosfato tricálcico aumenta la efectividad de la cubierta al actuar como sellante, comprobándose que el ritmo de solubilización disminuye a medida que aumenta su proporción relativa. Como sales base, se han utilizado el nitrato amónico, urea, sulfato amónico y fosfato diamónico, solas o mezcladas. La obtención de estos fertilizantes, se realiza recubriendo los gránulos en un tambor de recubrimiento en diferentes condiciones. La colofonia, o mezclas de colofonias, se pulveriza disuelta en etanol, mediante un inyector a intervalos regulares de tiempo. Simultáneamente, se hace pasar una corriente de aire frío para eliminar el exceso de disolvente. El fosfato tricálcico se incorpora, molido, a intervalos regulares de tiempo, y de forma alternativa con la colofonia

6. PRODUCTOS NATURALES

Hay un buen número de productos naturales que se comportan y deben ser utilizados como fertilizantes de liberación lenta. Se puede clasificar en dos grandes grupos: productos naturales inorgánicos (fosfatos naturales, borosilicatos, entre otros), y productos naturales orgánicos (estiércoles, residuos de cosecha, turbas, residuos urbanos y otros). Un caso representativo de fertilizantes natural de liberación lenta son los minerales de fósforo de baja solubilidad o los compuestos de fosfato de calcio que se forman en el suelo, a los que se pueden aplicar cepas bacterianas solubilizadoras del fósforo. El problema de las pérdidas de fósforo por fijación en el suelo, que es contrario al de las pérdidas de nitrógeno por lixiviación, se puede paliar por la aplicación de bacterias solubilizadoras de fosfato que convierten el fosfato natural en un fertilizante de liberación lenta. Hay también ejemplos de oligoelementos, entre los que se pueden citar los minerales a base de borosilicatos insolubles que, no obstante, liberan boro en suficiente cantidad para nutrir a la planta . Los productos orgánicos aportan nutrientes al suelo como consecuencia directa de su mineralización, sin embargo se da también una acción indirecta, debida a su capacidad de cambio y a la capacidad quelante, aportada por las sustancias húmicas de estos productos orgánicos. Asimismo, hay otros materiales como son los residuos de procesos siderúrgicos, que podrían incluirse entre los fertilizantes naturales, aunque no sean estrictamente naturales, ya que proceden de fundentes minerales que se utilizan en el horno alto. Son sustancias que pueden liberar lentamente elementos esenciales para la nutrición vegetal, por lo que es necesario hacer mención de los mismos, cuando se trata de pasar revista a productos de liberación lenta. Estos materiales contienen macroelementos como Ca, Mg, S, y oligoelementos como Fe, Mn y B, que pueden incorporarse al suelo directamente o por quelación con las sustancias húmicas.

Tipos de productos naturales Una clasificación de los productos naturales o residuales de liberación lenta es la siguiente : 6. 1. Productos de naturaleza inorgánica - Fosfatos naturales - Borosilicatos - Escorias de horno alto (macro y oligoelementos) 6.1.1. Fosfatos naturales Los microorganismos del suelo están implicados en diversos mecanismos que repercuten en la disponibilidad de nutrientes. Entre ellos se puede citar la liberación de

nutrientes a partir de compuestos inorgánicos (solubilización) o de materia orgánica (mineralización). La biomasa microbiana toma el fósforo mineral insoluble y le sede al suelo como fósforo lábil orgánico, que se mineraliza, o excreta fosfatos a la disolución del suelo. Tanto la considerable cantidad de fósforo insolubilizado en los suelos calizos, como la posibilidad de aplicación de fosfatos naturales para una fertilización barata, justifican la consideración de estos compuestos como fertilizantes de liberación lenta, sobre todo si se tiene en cuenta la movilización de una fracción del fósforo por la acción de microorganismos específicos.

6.1.2. Borosilicatos. La aplicación de fertilizantes bóricos solubles como bórax provoca, bajo ciertas situaciones, problemas de toxicidad, ya que, el intervalo de normalidad para este oligoelemento es muy estrecho. La posibilidad de aplicar un fertilizante bórico de baja solubilidad y que, por tanto, se comporte como un fertilizante de lenta liberación, tiene un gran interés en la práctica agrícola, pues evita los problemas de toxicidad y su aplicación permite una reserva de boro de larga duración en el suelo. El grado de molienda del borosilicato, junto a los factores edáficos como pH, humedad, inciden en su ritmo de disolución. Por tanto es importante disponer de un método para la evolución de su eficacia .

6.1.3. Escorias de horno alto Proceden de los fundentes de los minerales y cenizas. Se trata, de una mezcla de silicatos, cuyos principales componentes son CaO, SiO2, MgO Al 2O3, que constituye un 97% del producto, y FeO, MnO y K2O. El azufre que está en forma de SCa se elimina por lavado. Su pH estabilizado, es aproximadamente 9. Se puede aplicar como parte del sustrato de nutrición en diversas combinaciones con otros materiales y, al mismo tiempo, como producto que proporcione al sustrato y a la planta Ca, Mg, Fe y Mn. En principio, el ritmo de incorporación al sustrato permite asimilar el producto a un fertilizante de liberación lenta. Tiene propiedades físicas como porosidad y capacidad de retención de agua muy favorables para la incorporación de los nutrientes a la planta. Además favorece el drenaje de los sustratos de nutrición, como por ejemplo de las turbas utilizadas en los cultivos de plantas ornamentales. Las escorias de horno alto se están experimentando en los siguientes casos: • •

Mezclados con suelos ácidos ricos en materia orgánica. Caso de suelos del norte de España, que al mezclarse con la escoria se eleva su pH y, por otra parte, el Fe y Mn son movilizados por las sustancias húmicas. Mezclados con sustratos de turba a la que aportan Ca, Mg, Fe y Mn. También mejoran las propiedades físicas de la turba rubia (porosidad y drenaje) y elevan su pH por un proceso de encalado debido a su contenido en CaO.

6.2. Productos de naturaleza orgánico biológico - Productos de procedencia animal: Estiércoles - Productos de procedencia vegetal: Abono en verde, residuos de cosecha, turbas - Residuos sólidos urbanos: Compost y lodos de depuradoras. La materia orgánica es fuente de todos los elementos esenciales para la nutrición de la planta, así como de sustancias húmicas que, también intervienen en la nutrición. El N, P y S totales, contenidos en los abonos orgánicos, se incorporan a la disolución del suelo al ritmo de su mineralización en función de los microorganismos, del sustrato, de las características del abono orgánico y de las condiciones ambientales. El nitrógeno orgánico procede de proteínas, aminoácidos, aminoazúcares, polipéptidos y enzimas, entre otros. El fósforo proviene principalmente de la fitina, fosfolípidos y ácidos nucleicos. Por otra parte, los microorganismos incorporan fósforo orgánico lábil al suelo, después de haberlo tomado para su alimentación. El azufre, en forma orgánica, forma parte de aminoácidos. Los cationes potasio, calcio y magnesio están incluidos en la materia orgánica formando complejos y quelatos, y pueden pasar a la solución del suelo, cuando se mineraliza la materia orgánica o por intercambios iónicos. Los oligoelementos metálicos Fe, Mn, Zn y Cu son proporcionados por la materia orgánica, que previamente los fija o compleja, pasando como quelatos solubles a la disolución del suelo. El boro y el molibdeno están unidos a la materia orgánica mediante enlaces de iones borato y molibdato con OH de los grupos funcionales orgánicos. El ritmo de incorporación del B y Mo, procedentes de la materia orgánica, a la disolución del suelo, suele ser, en la mayor parte de los casos suficiente para la nutrición de la planta. La capacidad de cambio y quelante, intervienen para proporcionar a la planta los nutrientes, por lo que también conviene conocerlas para definir un abono orgánico como fertilizante de liberación lenta. También estos abonos incorporan en la nutrición de la planta reguladores del crecimiento y aminoácidos.

Tipos y características de los abonos orgánicos como fertilizantes de liberación lenta. 6.2.1. Estiércoles • Elevada humedad • Contenido relativamente alto en N, P, K, Ca y oligoelementos. • Requiere adecuada fermentación • Se aplica antes de la siembra en dosis de 10.000 a 100.000 Kg/ha según cultivo y tecnología.

Se puede fabricar estiércol artificial con paja y cianamida cálcica, tras una fermentación adecuada, para llegar a un material estable que incorpore nutrientes como fertilizantes de liberación lenta. En la Cuadro 5 se indican algunos ejemplos de aporte de materia orgánica al suelo por diferentes residuos. Cuadro 5. Aportación en materia orgánica de los residuos de las cosechas

Trigo (rastrojo) Maíz (cañas enterradas) Partes verdes de remolacha Matas de patata Alfalfa (2 años) Praderas

Materia seca

Materia orgánica lábil

t/ha/año 3–4 8 –10 4–6 1 8 –10 15 –18

Kg/ha/año 450 – 600 1.200 -1.500 600 – 900 Insignificante 800-1.000 750-900

6.2.2 Turbas La turba se utiliza como enmienda orgánica y como sustrato. En ambos casos, las características de porosidad y saturación de agua y nutrientes, junto con las posibilidades de corregir el pH y el contenido de nutrientes a voluntad, permiten obtener un producto que proporciona elementos esenciales a un ritmo que puede considerarse, en parte, como de liberación lenta. Las características que definen a las turbas y que permiten clasificarlas como productos de liberación lenta se indican en el Cuadro 6.

Cuadro 6. Características que definen la calidad de un sustrato de turba con fines agrícolas. Propiedades relacionadas y niveles de referencia (turba rubia)

Indices • Curvas de retención de agua. Porosidad. Volumen de aire

• • •

Densidad aparente Humedad PH

•

EC (extracto 1:10 y saturación)

•

C.I.C.

•

Capacidad quelante

• •

Materia orgánica y substancias Húmicas

•

Macroelementos y oligoelementos

•

Contenidos de reguladores de crecimiento (AA)

•

Capacidad de retención de agua asimilable (5 a 10 veces el peso). Aireación. Distribución del espacio entre agua y aire (90-95%) de volumen de poros, con solo un 40% que retienen el agua). Porosidad (140 a 200 g/l) Peso. Garantía de estabilidad y posibilidad de mezcla, con tratamientos y correcciones (50% humedad adecuada). Saturación de bases y origen de la turba (pH a 7). Necesidad de encalado. Contenido en sales solubles (0,5 a 2 ms/cm). Disponibilidad de nutrientes catiónicos y poder amortiguador (>100 me/100 g). Movilización de oligoelementos como Fe y Mn. Grado de descomposición o taza de humificación. Características estructurales. Capacidad de intercambio y amortiguadora. Origen de la turba. ( > 85% mat-org.). Correcciones según el destino del sustrato y la aplicación de fertilizantes en riego Desarrollo radicular

6.2.3. Lodos de depuradora Es el fango estabilizado de los depósitos de las depuradoras de agua residuales. Su contenido en materia orgánica oscila entre 24-55 % sobre materia seca. Es necesario controlar su aporte de salinidad y de algún elemento tóxico como el Cd y otros elementos, según la señalado en Cuadro 7. Cuadro 7. Límites de la concentración de metales en suelos y lodos. Metal

Limites de concentración en suelo

Limites de concentración en lodo

ppm s/mat. seca Cd Cu Ni Pb Zn Hg

1-3 50-40 30-75 50-300 150-300 1-1,5

20-40 1.000-1.750 300-400 750-1.200 2500-4.000 16-25

7. INHIBIDORES DE LA NITRIFICACION

La nitrificación se define como la oxidación biológica del amonio a nitrato pasando por un estado intermedio de nitrito. Este mecanismo, obviamente, ocupa una posición clave en las transformaciones de N en el suelo, debido a que condiciona en gran medida las reacciones de los fertilizantes nitrogenados que afectan de forma decisiva a la absorción de N por la planta. Inhibidores de nitrificación • • • •

El inhibidor de la nitrificación ideal debería reunir las siguientes características: Especificidad, actuando selectivamente sobre Nitrosomonas o Nitrobacter y no sobre otros organismos del suelo. Movilidad para facilitar su actuación conjunta con la solución fertilizante. Persistencia para que su tiempo de actuación sea suficiente para alcanzar el objetivo previsto. Economía de modo que el producto químico que se adiciona al fertilizante tenga un bajo costo.

Muchos productos químicos son capaces de inhibir la nitrificación en distinto grado, pero pocos reúnen todas las características deseadas de especificidad, movilidad, persistencia y economía. Su acción se basa en que actúan, generalmente, sobre las bacterias responsables de la nitrificación (Nitrosomonas, Nitrobacter, entre otras). Cuando se añaden a los fertilizantes, ellos evitan la nitrificación rápida, limitando su actividad a la zona de reacción fertilizante-suelo (Cuadro 8). El liderazgo de la investigación en este campo ha sido compartido por EE.UU. y Japón. Básicamente los productos más empleados son guaniltiourea, tiazoles y triazinas sustituidas.

Cuadro 8. Inhibidores de la nitrificación desarrollados en Japón.

Producto Químico Tiourea Diciandiamida 2-Mercapto-benzotiazol 2-Benzotiazol-sulfamorfolin 2-cloro-6-(triclorometil)piridina 2-Amino-4cloro-6-metil pirimidina Sulfatiazol 2-Amino-4-metil-6-Tricloro-metil triacina

Nombre común o símbolo Tiourea, Tu Dd o Dician MBT KN o KNE N-SERVE AM ST MAST

Empresa fabricante Nitto Ryuso Showa Denco Onodo Chemical Ind. Nissan Chemical Ind. Dow Chemical Company (U.S.) Mitsui Toatsu Mitsui Toatsu Mitsubishi Chemical Industries

2,4-Diamino-6-Tricloro-metil triachine N-2,5-Diclorofenil succianamida Guaniltiourea 4-amino-2,2,4,-triazol HCL 3-mercapto-1,2,4,.triazol

American Cyanamid (US) DCS ASU ATC MT

Sumitomo Chemical Ind. Nitto Chemical Ind Ishihara Industries Nippon Gas Chemical Industries

Ejemplos y aplicaciones Los inhibidores de la nitrificación más ampliamente ensayados son N-SERVE (2 c,loro-6 triclorometilpiridina) y AM (2 amino 4 cloro 6 metil-piridina). Otro sistema empleado es la adición de un inhibidor como el DCS (N2 6 diclorofenil succianamida) a la urea durante el “prilling” en una concentración del 1% y, más recientemente, el PPDA (fenilfosforodiamidato). En otros casos los productos desarrollados actúan inhibiendo la actividad ureasa del suelo, entre los que cabe citar el ácido hidroxiamónico, acetohidroxamato y los tiocarbamatos. Una mejora en la producción de arroz sembrado directamente, ha sido obtenida mediante la aplicación de fertilizantes tratados con inhibidores de la nitrificación antes de la plantación, ya que durante el período previo al encharcamiento del suelo pueden darse condiciones de intensa nitrificación. Los inhibidores de la nitrificación reducen de forma eficaz la formación de nitratos, descendiendo las pérdidas de N vía lavado o desnitrificación después del encharcamiento. Este efecto se traduce finalmente en un aumento del N absorbido y, en consecuencia, de la producción de grano, tal como ha sido puesto de manifiesto en numerosos experimentos, con N-SERVE, AM, tiourea, diciandiamida, triazinas y otros productos. El N-SERVE es un producto altamente retenido por la materia orgánica del suelo, la cual aumenta su eficacia y contribuye a mantener una concentración tóxica en la zona de reacción suelo-fertilizante durante largos períodos. Sin embargo, el tiempo requerido para recuperar la población microbiana nitrificante de los efectos tóxicos del inhibidor, desciende aportando nuevos contenidos de materia orgánica, o bien elevando el pH y la temperatura del suelo, con lo cual se acelera la reinfectación desde el suelo no afectado situado en su proximidad. La tiourea, debido a su toxicidad a altas concentraciones y a la lenta velocidad de descomposición, no es una fuente de N útil para el cultivo de arroz. Sin embargo, a concentraciones del 6 al 10 % de tiourea en peso respecto al total de N aplicado, inhibe con efectividad la nitrificación rápida en algunos suelos. Similarmente, la diciandiamida en la proporción del 7,5 a 15 % frecuentemente retarda la nitrificación durante 3 semanas aproximadamente. La diciandiamida también tiene valor como fertilizante nitrogenado si se utiliza en cantidades que no excedan de 10 a 15 % del N aplicado. Estas concentraciones no son perjudiciales para el cultivo de arroz. Existe un creciente interés de los agricultores por los aditivos que contribuyen a aumentar la eficacia de los fertilizantes. Sin duda, cuando haya suficientes datos de investigación que indiquen la viabilidad económica del uso de los inhibidores de la nitrificación para diferentes situaciones y cultivos, su uso se extenderá con rapidez.

Sin embargo, para la aplicación de un fertilizante de liberación lenta, deberán ser conocidas previamente, una serie de características que permitan no solo, su valoración cuali y cuantitativa, sino también la posibilidad de prever su comportamiento en diferentes condiciones. Este hecho, dificulta en gran medida el estudio de los mismos, al tener que enfocarse el problema desde muy diferentes puntos de vista. Bibliografía. Gros, A. 1985. Fertilizantes y Fertilización. Ediciones Mundi Prensa Jiménez, G, S. 1992. Fertilizantes de Liberación Lenta. . Ediciones Mundi Prensa Thomas, R. y J. P. Guerin. 1990. Los céspedes. . Ediciones Mundi Prensa. Vidalie, H. H. 1991. Producción de Flores y plantas ornamentales. Ediciones Mundi Prensa.