Agronomía

Fertilizantes de nitrógeno de liberación controlada

Crop Insights por Steve Butzen, Director de información agronómica de Pioneer

Resumen

·        Entre los fertilizantes de nitrógeno (N) de liberación controlada se incluyen ureas recubiertas, formas de «liberación química» no recubiertas y otros productos.

·        Estos fertilizantes pueden reducir las pérdidas de nitrógeno al retrasar su suministro inicial y proveerlo de forma gradual al cultivo en desarrollo.

·        La urea recubierta de azufre libera nitrógeno a medida que se degrada lentamente mediante procesos microbianos, químicos y físicos. Se puede aplicar un recubrimiento polimérico adicional para sellar mejor el gránulo.

·        La liberación de nutrientes de la urea recubierta de polímero la controlan las propiedades del material de recubrimiento (es decir, sus propiedades de permeabilidad según la temperatura y la humedad).

·        Los productos de liberación controlada de sustancias químicas se elaboran mediante la reacción de la urea con aldehídos para obtener fertilizantes con baja solubilidad u otras propiedades para usos específicos en los cultivos.

·        Los productos de liberación controlada pueden resultar de mayor utilidad en cultivos de alto valor, zonas ecológicamente sensibles, campos sumamente propensos a las pérdidas de nitrógeno o en los que las posibilidades de repetir las aplicaciones son limitadas, parcelas donde se realicen concursos y aplicaciones foliares.

Introducción

En Norteamérica, el fertilizante de nitrógeno se aplica principalmente como amoníaco anhidro, soluciones de UAN o urea. Sin embargo, estas formas de Nitrógeno se pueden perder si se dan condiciones climáticas adversas (principalmente húmedas) antes de que los cultivos las absorban. Los fertilizantes de nitrógeno de liberación controlada pueden reducir estas pérdidas al retrasar la liberación inicial de nitrógeno y suministrarlo de forma gradual para que su disponibilidad se adapte mejor a las necesidades de absorción de los cultivos.

Entre los fertilizantes de nitrógeno de liberación controlada (también denominados de liberación lenta o retardada) se incluyen ureas recubiertas, formas de «liberación química» no recubiertas y otros productos. Este artículo trata sobre los fertilizantes de nitrógeno de liberación controlada y la forma en que funcionan para reducir las pérdidas de nitrógeno.

Ureas recubiertas

El recubrimiento de las perlas de urea (gránulos) con un material insoluble en agua, semipermeable o impermeable (con poros), retrasa la liberación de nitrógeno de la urea. La urea es muy soluble en agua, pero la solubilidad de la urea recubierta depende del material de la cubierta, su grosor y la cobertura y uniformidad de la cubierta del gránulo.

Entre los materiales que se emplean para el recubrimiento o «encapsulación» de la urea se incluyen el azufre, los polímeros o ambos. A medida que la urea se libera de forma gradual del gránulo recubierto, se expone a los mismos procesos químicos y biológicos que la urea no recubierta (véase la publicación anterior de Crop Insights en Fertilizantes y estabilizadores de nitrógeno comunes en la producción de maíz, Butzen, 2013).

Urea recubierta de azufre
Tanto el trabajo adicional que conllevan como las herramientas necesarias para producir fertilizantes recubiertos y el coste de los materiales de recubrimiento los encarecen mucho más que los fertilizantes N convencionales. Dada la simplicidad y el coste relativamente bajo de utilizar azufre como material de recubrimiento, la urea recubierta de azufre se ha convertido en el producto de urea recubierta que más se utiliza.

La Administración del Valle del Tennessee (TVA, por sus siglas en inglés) desarrolló el proceso básico de producción de urea recubierta de azufre hace más de 50 años, por lo que el producto resulta familiar para la mayoría de los agricultores que utilizan la urea. Este hecho, junto con el alto contenido de nitrógeno del producto (entre un 30 % y un 40 %, según la cantidad de azufre que se aplique), ha aumentado su popularidad entre los productos recubiertos. 

Imagen 1. Campo de maíz con suficiente nitrógeno en V5. La mayoría del nitrógeno se aplica al maíz bastante antes del período de máxima absorción del cultivo (de V8 hasta la aparición de espiguillas).

Además, al ser un producto genérico, su precio se ha mantenido relativamente bajo.

El recubrimiento de azufre es una capa impermeable que se degrada lentamente mediante procesos microbianos, químicos y físicos (Imagen 2). La integridad del recubrimiento determina su eficacia; las perlas que no estén completamente cubiertas o que estén agrietadas se prestan inmediatamente a disolverse en el agua del suelo y a la hidrólisis mediante ureasa. Puesto que no todos los gránulos presentan una total integridad del recubrimiento de azufre, parte del nitrógeno pasa rápidamente a estar disponible para la solución del suelo. De hecho, la «tasa de disolución a los 7 días» normalmente alcanza hasta el 30 % y en algunos casos puede llegar a representar entre el 40 % y el 60 % del contenido total de nitrógeno del producto. Con unas tasas de disolución tan elevadas, se esperaría un rápido efecto inicial en la cosecha (Trenkel, 2010).

Imagen 2. Descomposición de la urea recubierta de azufre. Adaptación de Blaylock, 2010.

 

Urea recubierta de azufre y polímero
Para ayudar a solventar el problema de la liberación irregular de nutrientes de la urea recubierta de azufre, se ha desarrollado una clase de productos «híbridos». Estos productos cuentan con una fina capa de polímeros sobre la capa de azufre de bajo coste. La ventaja de esto es que reduce el coste final en comparación con los productos que solo contienen polímeros, y al mismo tiempo brinda un mejor sellado que los productos que solo contienen azufre.


Urea recubierta de polímeros
Los fertilizantes de urea recubiertos de polímeros presentan un recubrimiento hidrofóbico (insoluble en agua) que aísla temporalmente la perla de urea del entorno del suelo. Estos recubrimientos poliméricos pueden ser resinas o productos a base de minerales que actúan como membranas semipermeables o impermeables con diminutos poros. La liberación de nutrientes a través de estas membranas es controlada por las propiedades del material de recubrimiento, es decir, sus propiedades de permeabilidad según la temperatura y la humedad (Imagen 3). Así pues, no se ven muy afectados por propiedades del suelo como el pH, la salinidad, la textura del suelo, la actividad microbiana, el potencial de oxidorreducción o la capacidad de intercambio catiónico. Por tanto, es posible predecir y controlar la tasa de liberación de nutrientes de estos productos con mayor precisión que en el caso de las ureas recubiertas de azufre (Trenkel, 2010).

 

Productos químicos de liberación controlada

Imagen 3. Liberación de nitrógeno de la urea recubierta de polímeros. Adaptación de Blaylock, 2010.
 

Los primeros productos químicos de liberación controlada estuvieron disponibles como fertilizantes en Estados Unidos hace más de 50 años. Desde que salió al mercado, su elevado precio en comparación con otros fertilizantes de nitrógeno ha reducido su uso en la producción de cultivos a gran escala de productos básicos como el maíz, el mijo, el trigo y la colza. Más bien, se han utilizado sobre todo en cultivos especializados de alto valor, como hortalizas, huertos frutales, viveros, producción de semillas, etc. Hoy en día, su uso es limitado pero va en aumento en los cultivos en hileras, principalmente debido al aumento de los precios de los cereales y a las cuestiones y normativas ambientales, y en usos especiales como la fertilización foliar. A continuación se describen las diferentes clases de productos químicos de liberación controlada más comunes.

Urea formaldehído/ urea metanal: Al hacer reaccionar la urea con los aldehídos, se pueden crear compuestos de gran peso molecular y estructuras químicas complejas con baja solubilidad en el agua. Estos productos liberan lentamente el nitrógeno al disolverse de forma gradual en el agua del suelo, al descomponerse mediante la actividad microbiana o de ambas formas. 

Reaccionar el formaldehído con un exceso de urea en condiciones controladas produce una mezcla de ureas metanales con diferentes longitudes de la cadena de polímeros. Al modificar las condiciones de fabricación, se pueden variar las longitudes de la cadena, las solubilidades y las tasas de liberación de nitrógeno. El patrón de liberación también se ve influido por la temperatura, la humedad y los microorganismos del suelo y su actividad (Trenkel, 2010).

Urea triazona: Estos compuestos se producen mediante la reacción de un aldehído y amoníaco (o amina primaria) con un exceso de urea en un medio acuoso en condiciones controladas. El fertilizante líquido resultante es una solución estable que contiene nitrógeno tanto de la triazona como de la urea que no ha reaccionado. Los productos que contienen nitrógeno triazona permanecen en fase líquida en las superficies de los tejidos vegetales durante más tiempo que otros productos a base de urea. También se ha demostrado en estudios de investigación (Clapp, 2001) que estos productos son más seguros para el follaje de las plantas que la urea y las soluciones de UAN. Por consiguiente, se utilizan a menudo como fertilizantes foliares.

Productos disponibles de liberación controlada

Los productores de cultivos en hileras de Estados Unidos o Canadá disponen actualmente de varios productos de nitrógeno de liberación controlada (Tabla 1).


Tabla 1. Productos de nitrógeno de liberación controlada disponibles en Norteamérica (adaptación de Hergert et al., 2011)

 

1 Inhibidor de la ureasa (ingrediente activo de los productos Agrotain®).
2 Inhibidor de la nitrificación (ingrediente activo de Guardian).

Posibles usos de los productos de liberación controlada

El precio más elevado de los productos de liberación controlada suele excluir su uso en los casos en que los fertilizantes de nitrógeno convencionales pueden cumplir la misma función de manera eficaz. La mayoría de los agricultores de cultivos de hileras de materias primas que utilizan productos de liberación controlada suelen aplicar la mayor parte del nitrógeno que necesitan sus cultivos mediante productos convencionales y solo utilizan productos de liberación controlada para complementar el programa principal de fertilización con nitrógeno. Los productos de liberación controlada pueden ser más útiles cuando:

·        Se trata de un cultivo de alto valor (por ejemplo, un cultivo de semillas)

·        Se aplica en los campos propensos a sufrir grandes pérdidas de nitrógeno, por ejemplo:

o   suelos lixiviables de textura ligera

o   suelos bajos y pesados con riesgo de encharcamiento y pérdidas por desnitrificación

·        Se aplica en una cuenca hidrográfica regulada

·        Se aplica en un campo que limita con un arroyo, río, lago, etc.

·        Se aplica en campos en los que las posibilidades de repetir las aplicaciones son limitadas debido a los patrones climáticos que se prevén, las condiciones del campo o del cultivo, la distancia o las cuestiones de mano de obra o material.

·        Se aplica urea en la superficie del suelo pero esta no se absorbe

·        Se trata de aplicaciones foliares o reparadoras

·        Se aplica en parcelas donde se realicen concursos para asegurar el constante suministro de nitrógeno

Referencias

Blaylock, A. 2010. Enhanced efficiency fertilizers. Conferencia sobre la fertilidad del suelo de la Universidad Estatal de Colorado, 20-10-2010. Agrium Advanced Technologies, Loveland, Colorado.

Butzen, S. 2013. Fertilizantes y estabilizadores de nitrógeno comunes en la producción de maíz. Crop Insights vol. 23 no. 2. Pioneer, Johnston, Iowa.

Clapp, J. 2001. Urea-triazone N characteristics and uses. Actas de la 2ª Conferencia Internacional de Nitrógeno en Ciencia y Política. The Scientific World (2001) 1(S2), 103-107. ISSN 1532-2246; DOI 10.1100/tsw.2001.356.

Hergert, G., R. Ferguson, C. Wortmann, C. Shapiro y T. Shaver. 2011. Enhanced efficiency fertilizers: will they enhance my fertilizer efficiency? Actas de la 3ª Publicación Anual de las Clínicas de Producción de Cultivos, Universidad de Nebraska, extensión de Lincoln.

Trenkel, M. 2010. Slow-and controlled-release and stabilized fertilizers: an option for enhancing nutrient use efficiency in agriculture. Asociación Internacional de la Industria de los Fertilizantes, París, Francia.

 

Créditos

Ilustraciones de April Battani, Pioneer.

 

Los productos mencionados no constituyen una aprobación de los mismos.

Todos los productos son marcas registradas de sus fabricantes.