FERTILIZANTES
NITROGENADOS, INHIBIDORES DE LA NITRIFICACIÓN Y EL MEDIO AMBIENTE
Pedro
Raúl Solórzano Peraza
Mayo
de 2017
El
nitrógeno (N) es el nutriente esencial para las plantas más estudiado,
acumulado en mayores cantidades por la mayoría de los cultivos, más dinámico en
el suelo por la amplia variedad de transformaciones que sufre, más abundante en
el aire que respiramos que contiene más de 78% de N; pero también es el
elemento más criticado por los ecologistas debido a su poder contaminante del ambiente,
especialmente de las napas freáticas.
Es
un nutriente esencial y requerido en cantidades elevadas por las plantas, pero
su comportamiento en el suelo promueve que se pueda perder con facilidad,
especialmente vía lixiviación hacia las profundidades del perfil por causa de
lluvias o riegos excesivos, vía denitrificación en condiciones anaeróbicas como
óxidos nitrosos y hasta como N2 elemental, o vía volatilización en
forma de amoniaco (NH3), todo lo cual indica que su utilización por
las plantas puede ser muy ineficiente si no se maneja adecuadamente y se tenga
que aplicar en cantidades por encima de los requerimientos de los cultivos, convirtiéndose
en un potencial agente de contaminación ambiental.
Los
ecologistas promueven el uso de abonos orgánicos para evitar los problemas de
contaminación que pueden producir los fertilizantes sintéticos como la urea,
sulfato de amonio, fosfatos de amonio, nitrato de amonio o cualquier producto
que contenga formas minerales de N. Sin embargo, esto no tiene sentido ya que
tanto el nitrógeno proveniente de compuestos orgánicos como el de los
fertilizantes químicos siguen el mismo camino en sus transformaciones edáficas.
Ese camino es la producción de nitratos (NO3-), que es la
forma de N mineral más contaminante por su abundancia en la solución del suelo,
fácilmente lixiviable y ser la forma sujeta a denitrificación cuando las
bacterias anaeróbicas lo utilizan como fuente de oxígeno.
Las
raíces de las plantas están en capacidad de absorber fundamentalmente amonio (NH4+)
y nitrato (NO3-), por lo tanto, para que el N de los
abonos orgánicos pueda ser utilizado debe mineralizarse hacia estas dos formas.
Una vez que el amonio está en el suelo, proveniente de abonos orgánicos o
químicos, en condiciones normales de buena aireación tiende a transformarse en
nitratos. El amonio es un catión (NH4+, ion cargado
positivamente) y puede ser retenido por las cargas negativas de los coloides
del suelo, pero el nitrato es un anión (NO3-, ion cargado
negativamente) por lo que no puede ser atraído a la fase sólida del suelo y
permanece en solución expuesto al proceso de lixiviación. En estas condiciones
se pierde N porque se va a profundidades donde no lo pueden alcanzar las raíces
de las plantas, y llega a ser un contaminante de las napas freáticas. Por lo
tanto, si el N permanece mayoritariamente como amonio en el suelo, se pierde
mucho menos y puede ser absorbido por las raíces de las plantas, se hace más
eficiente y manejando los fertilizantes adecuadamente, no se contamina el ambiente.
Veamos
lo que ocurre a los productos orgánicos en el suelo: la materia orgánica del
suelo o la que se aplica al suelo por medio de fertilizantes orgánicos (abonos
verdes, estiércol, humus de lombriz, o cualquier compost) es fuente de carbono
y energía para los organismos heterotróficos del suelo, que van
descomponiéndola y transformando el nitrógeno a formas minerales. En forma
resumida, las etapas de este proceso de mineralización en el suelo de algún
producto orgánico que contenga N (aminoácidos, proteínas) son las siguientes:
1.-Aminización:
Proteína (Org. Heterotróficos) R-NH2 + CO2 +
Energía
2.-Amonificación: R-NH2 + HOH NH3 + R-OH + Energía
NH3 + HOH NH4OH
(amonio)
(nitrito)
2NO2-
+ O2 (Nitrobacter) 2NO3-
+ Energía
(nitrito)
(nitrato)
Entonces,
la mineralización de los materiales orgánicos del suelo conlleva a la formación
de amonio (NH4+), el cual en condiciones normales de
aireación y temperatura puede ser rápidamente transformado en nitrato (NO3-),
y estas dos formas nitrogenadas son las que las plantas absorben de la solución
del suelo para su nutrición.
Veamos
lo que ocurre con los fertilizantes nitrogenados químicos en el suelo: con
excepción de nitrato de amonio y nitrato de potasio, no hay otro fertilizante a
base de nitratos que sea importante en la agricultura, por lo tanto, la mayor
parte de los fertilizantes químicos nitrogenados sintéticos son a base de
amonio y aunque la urea no lo contiene, al aplicarla al suelo inmediatamente se
hidroliza para formar carbonato de amonio y a partir de allí su transformación
es igual a la de los otros fertilizantes que contengan amonio. Tomemos como
ejemplo el caso de la urea:
Al
aplicar la urea al suelo, con la presencia de agua y de la enzima ureasa, rápidamente
comienza el proceso de hidrólisis de la molécula para formar carbonato de
amonio:
CO(NH2)2 + 2HOH (ureasa) (NH4)2CO3
(urea) (agua) (carbonato de
amonio)
El
amonio del carbonato, en condiciones normales de aireación y temperatura, al
igual que el amonio proveniente de la mineralización de la materia orgánica del
suelo, comienza a nitrificarse (producción de nitratos) con la
intervención de microorganismos autotróficos (Nitrosomonas y Nitrobacter), que
como ya fue indicado son bacterias que obtienen su energía de la oxidación de
sales inorgánicas simples y su carbón del CO2 de la atmósfera.
2NH4+ + 3O2
(Nitrosomonas) 2NO2- +
2HOH + 4H+ + Energía
(amonio)
(nitrito)
2NO2- + O2 (Nitrobacter) 2NO3- +
Energía
(nitrito)
(nitrato)
Es
evidente que el amonio proveniente de la mineralización de moléculas orgánicas
presentes en el suelo, al igual que el que está presente en los fertilizantes
químicos, va a seguir el camino de la nitrificación. Mediante este proceso, el
catión amonio con carga positiva y posibilidades de ser protegido en el complejo
de intercambio catiónico del suelo, donde se adsorbe al ser atraído por las
cargas negativas de los coloides, se transforma en el anión nitrato con carga
negativa que es repelido por la fase sólida del suelo y por lo tanto permanece
en altas concentraciones en la fase líquida, desde donde puede perderse
fácilmente por lixiviación a profundidades que lo hacen inalcanzable por las
raíces de las plantas, y con probabilidades de ir a contaminar las napas
freáticas.
Las
preocupaciones por la protección del ambiente, y en particular por el efecto
contaminante de los fertilizantes nitrogenados, han conducido a la búsqueda de
opciones que eviten las altas concentraciones de nitratos que puedan fluir
hacia las aguas subterráneas y superficiales, en las cuales la Organización
Mundial de la Salud (OMS) ha establecido como límite máximo un valor de 50 mg
de NO3- L-1. Entre esas opciones se ha
trabajado desde hace varias décadas en la preparación de fertilizantes con
liberación controlada de nitrógeno, basados en procesos que permiten que el N
contenido en esos productos sea liberado progresivamente a unas tasas que
faciliten que la mayor cantidad posible sea absorbido por las plantas de un
cultivo.
La
limitante de los fertilizantes con liberación controlada de nitrógeno es que se
pueden presentar etapas, durante el ciclo de la planta, en las cuales el
requerimiento de N sea mayor que la cantidad que puede liberar el fertilizante
y se origina un período de insuficiencia. También puede ocurrir el otro
extremo, es decir, que se presenten etapas de bajos requerimientos de las
plantas y quede exceso de nitratos en la solución del suelo expuesto a pérdida
por lixiviación.
Existen
otros fertilizantes, con el mismo objetivo de disminuir o evitar contaminación
por excesos de nitratos, a los cuales se le incorporan sustancias que son
capaces de disminuir la tasa de nitrificación, a valores que permitan que la
mayor parte del amonio del fertilizante en el sistema sea estable durante más
tiempo, y pueda quedar retenido por las cargas negativas de los coloides
evitando su lixiviación. Estas sustancias se denominan genéricamente como
inhibidores de la nitrificación (IN) y actúan disminuyendo la actividad de las
bacterias Nitrosomonas.
Los
IN, mezclados en proporciones específicas en relación al contenido de amonio de
los fertilizantes, regulan el proceso de nitrificación manteniéndose mayores
proporciones de amonio en el sistema, el cual puede ser atraído por los
coloides del suelo y establecer el equilibrio dinámico entre las fases sólida y
líquida del suelo. Ese equilibrio dinámico entre ambas fases, si se aplica
suficiente fertilizante nitrogenado, envía desde los sitios de intercambio
catiónico del suelo suficiente N a la solución para que no ocurra insuficiencia,
allí se genera algo de nitratos que puede ser absorbido por las raíces de las
plantas sin que se acumule en exceso y pueda ser causa de contaminación de los
acuíferos y otras fuentes de agua superficiales.
Las
sustancias que se utilizan como IN deben ser fácilmente degradables con el
tiempo e inocuas para suelos, plantas y animales; deben inhibir temporalmente
la acción de las bacterias Nitrosomonas y al producirse pocos nitratos y por lo
tanto absorberse excesos de amonio en relación a nitrato, esos excesos se
absorben en intercambio con iones H+ a nivel radical para mantener
el equilibrio de cargas en los tejidos y, consecuentemente, se tiende a
disminuir el pH de la rizósfera favoreciendo la solubilización de algunos
nutrientes, particularmente el fósforo.
Se
han evaluado muchos productos para actuar como IN, uno de los que ha sido más
exitoso ha sido el Nitrapirín (2-cloro, 6-triclorometil piridina) pero
aparentemente no ha tenido mayor acogida porque comercialmente es muy costoso.
Sin embargo, debido a las bondades de este producto como IN ha sido testigo
referencial en la evaluación de otras sustancias como tritiocarbonato de sodio,
etil exantato de potasio, disulfuro de carbono, y 3,4 dimetil pirazol fosfato,
entre otros. Este último, conocido comercialmente como la molécula 3,4-DMPP
(3,4-Dimetil Pirazol Phosphate) ha sido desarrollado en Alemania y
aplicado en gran parte de las áreas agrícolas del mundo, representando en la
actualidad una opción clave para mejorar el aprovechamiento del N de los
fertilizantes por parte de las plantas.
Estos fertilizantes con inhibidores de la
nitrificación como nitrapirin o DMPP, tienen entonces el nitrógeno estabilizado
como amonio, de esta manera, al permanecer el nitrógeno más tiempo en la zona
de mayor desarrollo de raíces de las plantas asegura una nutrición continua de
los cultivos, y por lo tanto, genera un aumento en la cantidad y calidad de las
cosechas. Al no perderse por lavado, permite reducir el número de aplicaciones
de abono nitrogenado y ser plenamente respetuoso del medio ambiente.
En general, las ventajas de los fertilizantes
nitrogenados con inhibidores de la nitrificación se resumen de la siguiente
manera:
a.-Aseguran la estabilidad y máximo
aprovechamiento del nitrógeno en el suelo en forma absorbible por la planta.
b.-Se adaptan a la curva de necesidades de la
planta, evitando deficiencias y posibles excesos nocivos para el desarrollo.
c.-Al mejorarse la eficiencia en el uso del nitrógeno
aplicado, por parte de las plantas, se pueden ajustar las dosis de
fertilizantes nitrogenados con gran exactitud según las necesidades de los
cultivos.
d.-Con los fertilizantes nitrogenados que tienen
inhibidores de la nitrificación se aumenta significativamente la tasa de
recuperación de nitrógeno, es decir, se incrementa considerablemente la
relación N absorbido/N aplicado.
e.-Estos productos ofrecen mayor comodidad a los
agricultores ya que deben realizar menor número de aplicaciones de
fertilizantes nitrogenados, eso también significa un ahorro de tiempo y dinero
y hay menor tráfico de maquinarias (posible efecto de compactación).
f.-Se evitan aportes tardíos de nitrógeno.
g.-Se minimizan las pérdidas de nitrógeno por
lavado debido a las lluvias o riegos abundantes.
h.-Son fertilizantes respetuosos del medio
ambiente ya que con su uso se reduce la contaminación de aguas subterráneas por
nitratos.
i.-Disminuye la concentración de nitratos en
hojas y frutos comestibles, produciendo cosechas más sanas para el hombre.
Como corolario al
tema podemos señalar que los inhibidores de la nitrificación incorporados a los
fertilizantes nitrogenados a base de amonio, los convierten en productos más
eficientes permitiendo disminuir las dosis de aplicación, consecuentemente
disminuyen los costos de producción de la actividad agrícola, disminuyen la
frecuencia y el número de aplicaciones de abonos nitrogenados, se minimizan las
pérdidas de N por lixiviación y pasan de ser enemigos del ambiente a
convertirse en abonos ecológicos.
Sin
fertilizantes es imposible producir la cantidad de alimentos que necesitamos
para satisfacer los requerimientos de la población.
Pedro Raúl
Solórzano Peraza
Junio de 2017
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