¿Sabía usted? Fertilizantes nitrogenados, inhibidores de la nitrificación y el medio ambiente

Pedro Raúl Solórzano Peraza
Abril de 2018

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 N 2 elemental, o vía volatilización en forma de amoniaco (NH 3 ), 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 (NO 3 – ), 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 (NH 4 + ) y nitrato (NO 3 – ), 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 (NH 4 + , ion cargado positivamente) y puede ser retenido por las cargas negativas de los coloides del suelo, pero el nitrato es un anión (NO 3 – , 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-NH 2 + CO 2 + Energía
2.-Amonificación: R-NH 2 + HOH NH 3 + R-OH + Energía

NH 3 + HOH NH 4 OH

3.-Nitrificación: a partir de esta etapa el proceso continúa con la intervención de microorganismos autotróficos (Nitrosomonas y Nitrobacter), bacterias que obtienen su energía de la oxidación de sales inorgánicas simples y su carbón del CO 2 de la atmósfera.

2NH 4 + + 3O 2 (Nitrosomonas)                2NO 2 – + 2HOH + 4H + + Energía
(amonio)                                                          (nitrito)

2NO 2 – + O 2 (Nitrobacter) 2NO 3 – + Energía

(nitrito)                                     (nitrato)

Entonces, la mineralización de los materiales orgánicos del suelo conlleva a la formación de amonio (NH 4 + ), el cual en condiciones normales de aireación y temperatura puede ser rápidamente transformado en nitrato (NO 3 – ), 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(NH 2 ) 2 + 2HOH (ureasa) (NH 4 ) 2 CO 3
(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 CO 2 de la atmósfera.

2NH 4 + + 3O 2 (Nitrosomonas)                           2NO 2 – + 2HOH + 4H + + Energía
(amonio)                                                                     (nitrito)

2NO 2 – + O 2 (Nitrobacter)                                   2NO 3 – + 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 NO 3 – 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 sin que 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.

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Pedro Raúl Solórzano Peraza
Abril de 2018
pedroraulsolorzano@yahoo.com
www.pedroraulsolorzanoperaza.blogspot.com