Un fertilizante ( inglés americano ) o fertilizante ( inglés británico ) es cualquier material de origen natural o sintético que se aplica al suelo o a los tejidos vegetales para suministrar nutrientes a las plantas . Los fertilizantes pueden ser distintos de los materiales de encalado u otras enmiendas del suelo no nutritivas . Existen muchas fuentes de fertilizantes, tanto naturales como producidas industrialmente. [1] Para la mayoría de las prácticas agrícolas modernas, la fertilización se centra en tres macronutrientes principales: nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) con la adición ocasional de suplementos como harina de roca para micronutrientes. Los agricultores aplican estos fertilizantes de diversas formas: a través de procesos de aplicación secos o granulados o líquidos, utilizando grandes equipos agrícolas o métodos con herramientas manuales.
Históricamente, la fertilización provenía de fuentes naturales u orgánicas: compost , estiércol animal , estiércol humano , minerales cosechados, rotaciones de cultivos y subproductos de industrias naturales-humanas (por ejemplo , desechos del procesamiento de pescado o harina de sangre de la matanza de animales ). Sin embargo, a partir del siglo XIX, después de las innovaciones en nutrición vegetal , se desarrolló una industria agrícola en torno a fertilizantes creados sintéticamente. Esta transición fue importante para transformar el sistema alimentario mundial , permitiendo una agricultura industrial a mayor escala con grandes rendimientos de cultivos.
Los procesos químicos de fijación de nitrógeno , como el proceso Haber , inventado a principios del siglo XX y ampliado por la capacidad de producción creada durante la Segunda Guerra Mundial, llevaron a un auge en el uso de fertilizantes nitrogenados. [2] En la segunda mitad del siglo XX, el mayor uso de fertilizantes nitrogenados (un aumento del 800% entre 1961 y 2019) ha sido un componente crucial del aumento de la productividad de los sistemas alimentarios convencionales (más del 30% per cápita) como parte de la llamada " Revolución Verde ". [3]
El uso de fertilizantes artificiales e industriales ha provocado consecuencias ambientales como la contaminación del agua y la eutrofización debido a la escorrentía nutricional; emisiones de carbono y de otro tipo provenientes de la producción y la minería de fertilizantes; y contaminación y polución del suelo . Se pueden implementar diversas prácticas agrícolas sostenibles para reducir los efectos ambientales adversos del uso de fertilizantes y pesticidas y el daño ambiental causado por la agricultura industrial .
La gestión de la fertilidad del suelo ha preocupado a los agricultores desde el comienzo de la agricultura. Las culturas de Oriente Medio, China, Mesoamérica y los Andes centrales fueron las primeras en adoptar la agricultura. Se cree que esto llevó a que sus culturas crecieran más rápido en población, lo que permitió una exportación de cultura a los grupos de cazadores-recolectores vecinos. El uso de fertilizantes junto con la agricultura permitió a algunas de estas primeras sociedades una ventaja crítica sobre sus vecinos, lo que las llevó a convertirse en culturas dominantes en sus respectivas regiones (P Bellwood - 2023 [6] ) [7] . Se registra que los egipcios, romanos, babilonios y los primeros alemanes usaban minerales o estiércol para mejorar la productividad de sus granjas. [1] La investigación científica de la nutrición de las plantas comenzó mucho antes del trabajo del químico alemán Justus von Liebig , aunque su nombre es más mencionado como el "padre de la industria de los fertilizantes". [8] Nicolas Théodore de Saussure y sus colegas científicos de la época se apresuraron a refutar las simplificaciones de von Liebig. Entre los científicos más destacados que von Liebig atrajo se encuentran Carl Ludwig Sprenger y Hermann Hellriegel . En este campo se produjo una «erosión del conocimiento» [9] , impulsada en parte por una mezcla de economía e investigación. [10] John Bennet Lawes , un empresario inglés , comenzó a experimentar con los efectos de diversos abonos en plantas que crecían 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 abono formado mediante el tratamiento de fosfatos con ácido sulfúrico, y así fue el primero en crear la industria del abono artificial. En el año siguiente, contrató los servicios de Joseph Henry Gilbert ; juntos realizaron experimentos con cultivos en el Instituto de Investigación de Cultivos Arables . [11]
El proceso Birkeland-Eyde fue uno de los procesos industriales que compitieron al comienzo de la producción de fertilizantes a base de nitrógeno. [12] Este proceso se utilizó para fijar el nitrógeno atmosférico (N 2 ) en ácido nítrico (HNO 3 ), uno de varios procesos químicos llamados 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 y se construyeron grandes instalaciones de energía hidroeléctrica . [13]
En las décadas de 1910 y 1920 se produjo el auge del proceso Haber y del proceso Ostwald . El proceso Haber produce amoníaco (NH3 ) a partir de metano (CH4 ) ( gas natural ) y nitrógeno molecular (N2 ) del aire. El amoníaco del proceso Haber se convierte luego parcialmente en ácido nítrico (HNO3 ) en el proceso Ostwald . [14] Se estima que un tercio de la producción mundial anual de alimentos utiliza amoníaco del proceso Haber-Bosch y que esto sustenta a casi la mitad de la población mundial. [15] [16] Después de la Segunda Guerra Mundial, las plantas de producción de nitrógeno que se habían puesto en marcha para la fabricación de bombas en tiempos de guerra se orientaron hacia usos agrícolas. [17] El uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos ha aumentado de forma constante durante los últimos 50 años, aumentando casi 20 veces hasta la tasa actual de 100 millones de toneladas de nitrógeno por año. [18]
El desarrollo de fertilizantes nitrogenados sintéticos ha contribuido de forma significativa al crecimiento de la población mundial. Se calcula que casi la mitad de la población mundial se alimenta actualmente gracias al uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos. [19] El uso de fertilizantes fosfatados también ha aumentado de 9 millones de toneladas al año en 1960 a 40 millones de toneladas al año en 2000.
El uso agrícola de fertilizantes inorgánicos en 2021 fue de 195 millones de toneladas de nutrientes, de los cuales el 56% fue nitrógeno. [20] Asia representó el 53% del uso agrícola total mundial de fertilizantes inorgánicos en 2021, seguida de América (29%), Europa (12%), África (4%) y Oceanía (2%). Esta clasificación de las regiones es la misma para todos los nutrientes. Los principales usuarios de fertilizantes inorgánicos son, en orden descendente, China, India, Brasil y Estados Unidos de América (véase el Cuadro 15), siendo China el mayor usuario de cada nutriente. [20]
Para un cultivo de maíz que produce de 6 a 9 toneladas de grano por hectárea (2,5 acres) se requieren de 31 a 50 kilogramos (68 a 110 libras) de fertilizante fosfatado ; los cultivos de soja requieren aproximadamente la mitad, de 20 a 25 kilogramos por hectárea. [21] Yara International es el mayor productor mundial de fertilizantes a base de nitrógeno. [22]
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Los fertilizantes mejoran el crecimiento de las plantas. Este objetivo se cumple de dos maneras, la tradicional es mediante aditivos que aportan nutrientes. El segundo modo en que actúan algunos fertilizantes es mejorando la eficacia del suelo modificando su retención de agua y aireación. Este artículo, como muchos sobre fertilizantes, hace hincapié en el aspecto nutricional. Los fertilizantes suelen aportar, en proporciones variables : [24]
Los nutrientes necesarios para una vida vegetal saludable se clasifican según los elementos, pero los elementos no se utilizan como fertilizantes. En cambio, los compuestos que contienen estos elementos son la base de los fertilizantes. Los macronutrientes se consumen en mayores cantidades y están presentes en el tejido vegetal en cantidades de 0,15% a 6,0% en 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 respectivamente en dióxido de carbono y en agua. 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 las proteínas ( enlaces amida entre aminoácidos ), ADN ( bases púricas y pirimidídicas ) y otros componentes (por ejemplo, hemo tetrapirrólico en clorofila ). Para ser nutritivo para las plantas, el nitrógeno debe estar disponible en una forma "fija". Sólo algunas bacterias y sus plantas hospedantes (especialmente las legumbres ) pueden fijar el nitrógeno atmosférico ( N2 ) convirtiéndolo en amoníaco ( NH3 ). Fosfato ( PO3−4) es necesaria para la producción de ADN ( código genético ) y ATP , el principal portador de energía en las células , así como ciertos lípidos ( fosfolípidos , los principales componentes de la doble capa lipídica de las membranas celulares ).
Dos conjuntos de reacciones enzimáticas son muy relevantes para la eficiencia de los fertilizantes a base de nitrógeno.
La primera es la hidrólisis (reacción con agua) de la urea ( CO(NH 2 ) 2 ). Muchas bacterias del suelo poseen la enzima ureasa , que cataliza la conversión de urea en iones amonio ( NH +4) y el ion bicarbonato ( HCO−3).
Las bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), como las especies de Nitrosomonas , oxidan el amoníaco ( NH 3 ) a nitrito ( NO−2), un proceso denominado nitrificación . [26] Las bacterias oxidantes de nitrito , especialmente Nitrobacter , oxidan el nitrito ( NO−2) al nitrato ( NO−3), que es extremadamente soluble y móvil y es una de las principales causas de eutrofización y floración de algas .
Los fertilizantes se clasifican de varias maneras. Se clasifican según si proporcionan un solo nutriente (por ejemplo, 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 mayor parte de este artículo) frente a orgánicos. Los fertilizantes inorgánicos excluyen los materiales que contienen carbono, excepto las ureas . Los fertilizantes orgánicos suelen ser materia derivada de plantas o animales (reciclada). A los inorgánicos a veces se les llama fertilizantes sintéticos, ya que se requieren varios tratamientos químicos para su fabricación. [27]
El principal fertilizante directo a base de nitrógeno es el amoniaco (NH 3 ) amonio (NH 4 + ) o sus soluciones, entre ellas:
Los principales fertilizantes fosfatados directos son los superfosfatos :
Una mezcla de superfosfato simple y triple se denomina superfosfato doble. Más del 90 % de un fertilizante de superfosfato típico es soluble en agua.
El principal fertilizante directo a base de potasio es el muriato de potasio (MOP, 95-99 % KCl). Generalmente se comercializa como fertilizante 0-0-60 o 0-0-62.
Estos fertilizantes son comunes y están compuestos por dos o más componentes nutritivos.
Los fertilizantes de dos componentes principales aportan nitrógeno y fósforo a las plantas. Se denominan fertilizantes NP. Los principales fertilizantes NP son
Aproximadamente el 85% de los fertilizantes MAP y DAP son solubles en agua.
Los fertilizantes NPK son fertilizantes de tres componentes que aportan nitrógeno, fósforo y potasio. Existen dos tipos de fertilizantes NPK: compuestos y mezclas. Los fertilizantes NPK compuestos contienen ingredientes unidos químicamente, mientras que los fertilizantes NPK mezclados son mezclas físicas de componentes de nutrientes individuales.
La clasificación NPK es un sistema de clasificación que describe la cantidad de nitrógeno, fósforo y potasio en un fertilizante. Las clasificaciones 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. [29] [30] 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 de la cantidad de fósforo (P) o potasio (K) en un fertilizante. Una bolsa de 23 kg de fertilizante etiquetada como 16-4-8 contiene 3,6 kg de nitrógeno (16 % de las 23 kg), una cantidad de fósforo equivalente a la de 900 g de P2O5 ( 4 % de las 23 kg) y 1,8 kg de K2O ( 8 % de las 23 kg). La mayoría de los fertilizantes se etiquetan de acuerdo con esta convención NPK, aunque la convención australiana, siguiendo un sistema NPKS, añade un cuarto número para el azufre y utiliza valores elementales para todos los valores, incluidos P y K. [31]
Los micronutrientes se consumen en cantidades más pequeñas y están presentes en el tejido vegetal en el orden de partes por millón (ppm), que van desde 0,15 a 400 ppm o menos del 0,04% de materia seca. [32] [33] Estos elementos a menudo son necesarios para las enzimas esenciales para el metabolismo de la planta. Debido a que estos elementos habilitan los catalizadores (enzimas), su impacto excede por mucho su porcentaje en peso. Los micronutrientes típicos son boro , zinc , molibdeno , hierro y manganeso . [24] Estos elementos se proporcionan como sales solubles en agua. El hierro presenta problemas especiales porque se convierte en compuestos insolubles (bio-indisponibles) a concentraciones moderadas de pH y fosfato del suelo. Por esta razón, el hierro a menudo se administra como un complejo quelato , por ejemplo, los derivados EDTA o EDDHA . Las necesidades de micronutrientes dependen de la planta y el medio ambiente. Por ejemplo, la remolacha azucarera parece requerir boro y las legumbres requieren cobalto , [1] mientras que las condiciones ambientales como el calor o la sequía hacen que el boro esté menos disponible para las plantas. [34]
La producción de fertilizantes sintéticos o inorgánicos requiere productos químicos preparados, mientras que los fertilizantes orgánicos se derivan de los procesos orgánicos de plantas y animales en procesos biológicos que utilizan productos bioquímicos.
Los fertilizantes nitrogenados se elaboran a partir del amoníaco (NH 3 ) producido mediante el proceso Haber–Bosch . [28] En este proceso de alto consumo energético, el gas natural (CH 4 ) suele suministrar el hidrógeno y el nitrógeno (N 2 ) se obtiene 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 ).
También se encuentran depósitos de nitrato de sodio (NaNO 3 ) ( salitre chileno ) en el desierto de Atacama en Chile y fue uno de los fertilizantes originales ricos en nitrógeno utilizados (1830). [35] Todavía se extrae como fertilizante. [36] Los nitratos también se producen a partir del amoníaco mediante el proceso Ostwald .
Los fertilizantes fosfatados se obtienen por extracción de roca fosfórica , que contiene dos minerales principales que contienen fósforo, fluorapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) e hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH. Se extraen miles de millones de kg de roca fosfórica anualmente, pero el tamaño y la calidad del mineral restante está disminuyendo. Estos minerales se convierten en sales de fosfato solubles en agua mediante tratamiento con ácidos . [37] La gran producción de ácido sulfúrico está motivada principalmente por esta aplicación. [38] En el proceso de nitrofosfato o proceso Odda (inventado en 1927), la roca fosfórica con hasta un 20% de contenido de fósforo (P) se disuelve con ácido nítrico (HNO 3 ) para producir una mezcla de ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) y nitrato de calcio (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. [39]
La potasa es una mezcla de minerales de potasio que se utiliza para elaborar 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, eliminar el cloruro de sodio (NaCl) ( sal común ). A veces se hace referencia a la potasa como K 2 O, por 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 . [40]
Existen tres rutas principales para la fabricación de fertilizantes NPK (llamados así por sus ingredientes principales: nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K)):
Paso 2. Eliminación del nitrato de calcio. Es importante eliminar el nitrato de calcio porque es extremadamente higroscópico .
Los " fertilizantes orgánicos " pueden describir aquellos fertilizantes de origen biológico, derivados de materiales vivos o que estuvieron vivos. Los fertilizantes orgánicos también pueden describir productos disponibles comercialmente y frecuentemente envasados que intentan cumplir con las expectativas y restricciones adoptadas por la " agricultura orgánica " y los sistemas de producción de alimentos y plantas relacionados con la jardinería " ecológica " que limitan significativamente o evitan estrictamente el uso de fertilizantes y pesticidas sintéticos. Los productos "fertilizantes orgánicos" generalmente contienen tanto algunos materiales orgánicos como aditivos aceptables como polvos de roca nutritivos, conchas marinas molidas (de cangrejo, ostra, etc.), otros productos preparados como harina de semillas o algas marinas, y microorganismos cultivados y derivados.
Los fertilizantes de origen orgánico (la primera definición) incluyen desechos animales , desechos vegetales de la agricultura, algas marinas , compost y lodos de depuradora tratados ( biosólidos ). Más allá de los estiércoles, las fuentes animales pueden incluir productos de la matanza de animales: harina de sangre , harina de huesos , harina de plumas , pieles, pezuñas y cuernos son todos componentes típicos. [24] Los materiales derivados orgánicamente disponibles para la industria, como lodos de depuradora, pueden no ser componentes aceptables de la agricultura y la jardinería orgánicas, debido a factores que van desde contaminantes residuales hasta la percepción pública. Por otro lado, los "fertilizantes orgánicos" comercializados pueden incluir y promover 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 son tan fáciles de cuantificar. Pueden ofrecer ventajas para la mejora del suelo, así como ser atractivos para aquellos que están tratando de cultivar / cultivar un jardín de manera más "natural". [41]
En términos de volumen, la turba es el aditivo orgánico envasado más utilizado. Es una forma inmadura de carbón y mejora el suelo mediante la aireación y la absorción de agua, pero no aporta ningún valor nutricional a las plantas. Por lo tanto, no es un fertilizante como se define al principio del artículo, sino más bien un aditivo. La fibra de coco (derivada de las cáscaras de coco), la corteza y el aserrín, cuando se añaden al suelo, actúan de forma similar (pero no idéntica) a la turba y también se consideran aditivos orgánicos del suelo (o texturizadores) debido a sus limitados aportes nutritivos. Algunos aditivos orgánicos pueden tener un efecto inverso sobre los nutrientes (el aserrín fresco puede consumir los 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 un mejor intercambio de cationes o mediante un mayor crecimiento de microorganismos que, a su vez, aumentan la disponibilidad de ciertos nutrientes para las plantas. Los fertilizantes orgánicos, como el compost y el estiércol, pueden distribuirse localmente sin entrar en la producción industrial, lo que hace que el consumo real sea más difícil de cuantificar.
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China se ha convertido en el mayor productor y consumidor de fertilizantes nitrogenados [45], mientras que África tiene poca dependencia de los fertilizantes nitrogenados. [46] Los minerales agrícolas y químicos son muy importantes en el uso industrial de fertilizantes, cuyo valor es de aproximadamente 200 mil millones de dólares. [47] El nitrógeno tiene un impacto significativo en el uso global de minerales, seguido de la potasa y el fosfato. La producción de nitrógeno ha aumentado drásticamente desde la década de 1960. El fosfato y la potasa han aumentado de precio desde la década de 1960, lo que es mayor que el índice de precios al consumidor. [47] La potasa se produce en Canadá, Rusia y Bielorrusia, que juntos representan más de la mitad de la producción mundial. [47] La producción de potasa en Canadá aumentó en 2017 y 2018 en un 18,6%. [48] Estimaciones conservadoras informan que entre el 30 y el 50% de los rendimientos de los cultivos se atribuyen a fertilizantes comerciales naturales o sintéticos. [40] [49] El consumo de fertilizantes ha superado la cantidad de tierras agrícolas en los Estados Unidos. [47]
Los datos sobre el consumo de fertilizantes por hectárea de tierra cultivable en 2012 fueron publicados por el Banco Mundial . [50] El diagrama siguiente muestra el consumo de fertilizantes por parte de los países de la Unión Europea (UE) en kilogramos por hectárea (libras por acre). El consumo total de fertilizantes en la UE es de 15,9 millones de toneladas para 105 millones de hectáreas de tierra cultivable [51] (o 107 millones de hectáreas de tierra cultivable según otra estimación [52] ). Esta cifra equivale a 151 kg de fertilizantes consumidos por hectárea de tierra cultivable en promedio por los países de la UE.
Los fertilizantes se utilizan habitualmente en el cultivo de todo tipo de cultivos y las dosis de aplicación dependen de la fertilidad del suelo, que suele medirse mediante un análisis de suelo y según el cultivo en particular. Las legumbres, por ejemplo, fijan el nitrógeno de la atmósfera y, por lo general, no requieren fertilizantes nitrogenados.
Los fertilizantes se aplican a los cultivos tanto en forma sólida como líquida. Alrededor del 90% de los fertilizantes se aplican en forma sólida. Los fertilizantes inorgánicos sólidos más utilizados son la urea , el fosfato diamónico y el cloruro de potasio. [53] El fertilizante sólido suele estar 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 su cobertura más fácil. [24] La adición de fertilizante al agua de riego se denomina " fertirrigación ". [40] Los fertilizantes granulados son más económicos de transportar y almacenar, por no mencionar que son más fáciles de aplicar. [54]
La urea es muy soluble en agua y, por lo tanto, también es muy adecuada para su uso en soluciones fertilizantes (en combinación con nitrato de amonio: UAN), por ejemplo, en fertilizantes "foliares". Para su uso como fertilizante, se prefieren los gránulos en lugar de los comprimidos debido a su distribución de tamaño de partícula más estrecha, lo que es una ventaja para la aplicación mecánica.
La urea se suele esparcir en dosis de entre 40 y 300 kg/ha (35 a 270 lbs/acre), pero las dosis varían. Las aplicaciones más pequeñas generan menores pérdidas por lixiviación. Durante el verano, la urea suele esparcirse justo antes o durante la lluvia para minimizar las pérdidas por volatilización (un proceso en el que el nitrógeno se pierde en la atmósfera en forma de gas amoniaco).
Debido a la alta concentración de nitrógeno en la urea, es muy importante lograr una distribución uniforme. La siembra no debe realizarse en contacto con las semillas o cerca de ellas, debido al riesgo de dañar la germinación. La urea se disuelve en agua para su aplicación en forma de pulverización o mediante sistemas de riego.
En los cultivos de cereales y algodón, la urea se suele aplicar en el momento del último cultivo antes de la siembra. En zonas con abundantes precipitaciones y en suelos arenosos (donde el nitrógeno puede perderse por lixiviación) y donde se esperan buenas precipitaciones estacionales, la urea se puede aplicar en forma de cobertura o en forma de abono durante la temporada de crecimiento. La aplicación en forma de abono en forma de cobertura también es popular en los cultivos de pastos y forrajes. En el cultivo de caña de azúcar, la urea se aplica en forma de abono en forma de abono después de la siembra y en cada cultivo de retoño .
Debido a que absorbe la humedad de la atmósfera, la urea a menudo se almacena en contenedores cerrados.
La sobredosis o la colocación de urea cerca de las semillas es perjudicial. [55]
Los fertilizantes foliares se aplican directamente a las hojas. Este método se utiliza casi invariablemente para aplicar fertilizantes nitrogenados directos solubles en agua y se utiliza especialmente para cultivos de alto valor, como las frutas. La urea es el fertilizante foliar más común. [24]
Se utilizan diversos productos químicos para mejorar la eficiencia de los fertilizantes a base de nitrógeno. De esta manera, los agricultores pueden limitar los efectos contaminantes de la escorrentía 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 fosfato de 3,4-dimetilpirazol (DMPP) son populares. [58] Los inhibidores de la ureasa se utilizan para retardar la conversión hidrolítica de la urea en amoníaco, que es propenso a la evaporación y a la nitrificación. La conversión de urea en amoníaco catalizada por enzimas llamadas ureasas . Un inhibidor popular de las ureasas es la triamida N- ( n -butil)tiofosfórica ( NBPT ).
Es importante utilizar con cuidado las tecnologías de fertilización porque el exceso de nutrientes puede ser perjudicial. [59] La quemadura por fertilizante puede ocurrir cuando se aplica demasiado fertilizante, lo que provoca daños o incluso la muerte de la planta. Los fertilizantes varían en su tendencia a quemarse aproximadamente de acuerdo con su índice de sal. [60] [61]
Los fertilizantes sintéticos utilizados en la agricultura tienen consecuencias ambientales de amplio alcance .
Según el Informe Especial sobre el Cambio Climático y la Tierra del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) , la producción de estos fertilizantes y las prácticas de uso de la tierra asociadas son impulsores del calentamiento global . [3] El uso de fertilizantes también ha provocado una serie de consecuencias ambientales directas: escorrentía agrícola que provoca efectos posteriores como zonas muertas oceánicas y contaminación de las vías fluviales, degradación del microbioma del suelo , [62] y acumulación de toxinas en los ecosistemas. Los impactos ambientales indirectos incluyen: los impactos ambientales del fracking para el gas natural utilizado en el proceso Haber , el auge agrícola es parcialmente responsable del rápido crecimiento de la población humana y las prácticas agrícolas industriales a gran escala están asociadas con la destrucción del hábitat , la presión sobre la biodiversidad y la pérdida de suelo agrícola .
Para mitigar las preocupaciones ambientales y de seguridad alimentaria , la comunidad internacional ha incluido los sistemas alimentarios en el Objetivo de Desarrollo Sostenible 2 , que se centra en la creación de un sistema de producción de alimentos respetuoso con el clima y sostenible . [63] La mayoría de los enfoques normativos y de políticas para abordar estas cuestiones se centran en orientar las prácticas agrícolas hacia prácticas agrícolas sostenibles o regenerativas : estas utilizan menos fertilizantes sintéticos, una mejor gestión del suelo (por ejemplo, la agricultura sin labranza ) y más fertilizantes orgánicos.
Por cada tonelada de ácido fosfórico producida mediante el procesamiento de la roca fosfórica, se generan cinco toneladas de residuos. Estos residuos toman la forma de un sólido radiactivo, impuro e inútil llamado fosfoyeso . Se estima que se producen anualmente entre 100.000.000 y 280.000.000 de toneladas de residuos de fosfoyeso en todo el mundo. [64]
Los fertilizantes de fósforo y nitrógeno pueden afectar el suelo, las aguas superficiales y subterráneas debido a la dispersión de minerales [47] en las vías fluviales debido a las fuertes precipitaciones, [65] [66] el deshielo y pueden filtrarse en las aguas subterráneas con el tiempo. [67] La escorrentía agrícola es un importante contribuyente a la eutrofización de los cuerpos 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, cuya desaparición consume oxígeno. [68] Las floraciones de cianobacterias (" floraciones de algas ") también pueden producir toxinas dañinas que pueden acumularse en la cadena alimentaria y pueden ser dañinas para los humanos. [69] [70] La escorrentía de fertilizantes se puede reducir mediante el uso de estrategias de fertilización optimizadas para el clima. [65]
Los compuestos ricos en nitrógeno que se encuentran en los vertidos de fertilizantes son la causa principal de la grave disminución del oxígeno en muchas partes de los océanos , especialmente en las zonas costeras, lagos y ríos . La falta de oxígeno disuelto resultante reduce en gran medida la capacidad de estas áreas para sustentar la fauna oceánica . [71] El número de zonas muertas oceánicas cerca de las costas habitadas está aumentando. [72]
A partir de 2006, la aplicación de fertilizantes nitrogenados se ha controlado cada vez más en el noroeste de Europa [73] y en los Estados Unidos. [74] [75] En los casos en que se puede revertir la eutrofización, pueden pasar décadas [76] y una gestión significativa del suelo [77] antes de que los nitratos acumulados en las aguas subterráneas puedan descomponerse mediante procesos naturales.
Sólo una fracción de los fertilizantes a base de nitrógeno se convierte en materia vegetal. El resto se acumula en el suelo o se pierde como escorrentía. [78] Las altas tasas de aplicación de fertilizantes que contienen nitrógeno combinadas con la alta solubilidad en agua del nitrato conducen a un aumento de la escorrentía en las aguas superficiales , así como a la lixiviación en las aguas subterráneas, lo que causa la contaminación de las aguas subterráneas . [79] [80] [81] El uso excesivo de fertilizantes que contienen nitrógeno (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. [82]
Los niveles de nitratos superiores a 10 mg/L (10 ppm) en las aguas subterráneas pueden causar el « síndrome del bebé azul » ( metahemoglobinemia adquirida ). [83] Los nutrientes, especialmente los nitratos, presentes en los fertilizantes pueden causar problemas para los hábitats naturales y para la salud humana si se eliminan del suelo y llegan a los cursos de agua o se filtran a través del suelo hacia las aguas subterráneas. [84] La escorrentía puede provocar floraciones de algas fertilizantes que consumen todo el oxígeno y dejan enormes «zonas muertas» donde otros peces y otras formas de vida acuática no pueden vivir. [85]
La acidificación del suelo se refiere al proceso por el cual el nivel de pH del suelo se vuelve más ácido con el tiempo. El pH del suelo es una medida de la acidez o alcalinidad del suelo y se determina en una escala de 0 a 14, donde 7 es neutro. Un valor de pH inferior a 7 indica un suelo ácido, mientras que un valor de pH superior a 7 indica un suelo alcalino o básico.
La acidificación del suelo es un problema importante en la agricultura y la horticultura. Se refiere al proceso por el cual el suelo se vuelve más ácido con el paso del tiempo.
Los fertilizantes que contienen nitrógeno pueden causar acidificación del suelo cuando se añaden. [86] [87] Esto puede provocar una disminución de la disponibilidad de nutrientes que puede compensarse con encalado . Estos fertilizantes liberan iones de amonio o nitrato, que pueden acidificar el suelo a medida que experimentan reacciones químicas.
Cuando estos fertilizantes que contienen nitrógeno se agregan al suelo, aumentan la concentración de iones de hidrógeno (H+) en la solución del suelo, lo que reduce el pH del suelo.
La concentración de cadmio en fertilizantes que contienen fósforo varía considerablemente y puede ser problemática. [88] 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. [89] La roca fosfórica utilizada en su fabricación puede contener hasta 188 mg/kg de cadmio [90] (ejemplos son los depósitos en Nauru [91] y las islas Christmas [92] ). El uso continuo de fertilizantes con alto contenido de cadmio puede contaminar el suelo (como se muestra en Nueva Zelanda) [93] y las plantas . [94] La Comisión Europea ha considerado límites al contenido de cadmio de los fertilizantes fosfatados . [95] [96] [97] Los productores de fertilizantes que contienen fósforo ahora seleccionan la roca fosfórica en función del contenido de cadmio. [68]
Las rocas fosfóricas contienen altos niveles de flúor. En consecuencia, el uso generalizado de fertilizantes fosfatados ha aumentado las concentraciones de flúor en el suelo. [94] Se ha descubierto que la contaminación de los alimentos por fertilizantes es de poca preocupación, ya que las plantas acumulan poco flúor del suelo; lo que es más preocupante es la posibilidad de toxicidad por flúor para el ganado que ingiera suelos contaminados. [98] [99] También es posible que sean motivo de preocupación los efectos del flúor sobre los microorganismos del suelo. [98] [99] [100]
El contenido radiactivo de los fertilizantes varía considerablemente y depende tanto de sus concentraciones en el mineral original como del proceso de producción del fertilizante. [94] [101] Las concentraciones de uranio-238 pueden variar de 7 a 100 pCi/g (picocurios por gramo) en roca fosfórica [102] y de 1 a 67 pCi/g en fertilizantes fosfatados. [103] [104] [105] Cuando se utilizan altas tasas anuales de fertilizantes de fósforo, esto puede dar lugar a concentraciones de uranio-238 en suelos y aguas de drenaje que son varias veces mayores que las que están presentes normalmente. [104] [106] Sin embargo, el impacto de estos aumentos en el riesgo para la salud humana de la contaminación de los alimentos con radinucleidos es muy pequeño (menos de 0,05 m Sv /año). [104] [107] [108]
Los desechos de la industria del acero, reciclados en fertilizantes por sus altos niveles de zinc (esencial para el crecimiento de las plantas), pueden incluir los siguientes metales tóxicos : plomo [109] arsénico , cadmio , [109] cromo y níquel. Los elementos tóxicos más comunes en este tipo de fertilizantes son mercurio , plomo y arsénico. [110] [111] [112] Estas impurezas potencialmente dañinas se pueden eliminar; sin embargo, esto aumenta significativamente el costo. Los fertilizantes altamente puros están ampliamente disponibles y quizás 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 granulares de jardín económicos para la venta minorista están hechos con ingredientes de alta pureza.
Se ha prestado atención a la disminución de las concentraciones de elementos como el hierro, el zinc, el cobre y el magnesio en muchos alimentos durante los últimos 50 a 60 años. [113] [114] Las prácticas agrícolas intensivas , incluido el uso de fertilizantes sintéticos, se sugieren con frecuencia como razones de estas disminuciones y la agricultura orgánica se sugiere a menudo como una solución. [114] Aunque se sabe que los rendimientos mejorados de los cultivos resultantes de los fertilizantes NPK diluyen las concentraciones de otros nutrientes en las plantas, [113] [115] gran parte de la disminución medida se puede atribuir al uso de variedades de cultivos de rendimiento progresivamente mayor que producen alimentos con concentraciones minerales más bajas que sus ancestros menos productivos. [113] [116] [117] Por lo tanto, es poco probable que la agricultura orgánica o el uso reducido de fertilizantes resuelvan el problema; se postula que los alimentos con alta densidad de nutrientes se lograrán utilizando variedades más antiguas y de menor rendimiento o el desarrollo de nuevas variedades de alto rendimiento y densas en nutrientes. [113] [118]
De hecho, es más probable que los fertilizantes resuelvan los problemas de deficiencia de minerales traza que causarlos: en Australia Occidental, las deficiencias de zinc , cobre, manganeso , hierro y molibdeno se identificaron como limitantes del crecimiento de cultivos y pasturas de gran superficie en los años 1940 y 1950. [119] Los suelos en Australia Occidental son muy viejos, altamente erosionados y deficientes en muchos de los principales nutrientes y oligoelementos. [119] Desde entonces, estos oligoelementos se agregan rutinariamente a los fertilizantes utilizados en la agricultura en este estado. [119] Muchos otros suelos alrededor del mundo son deficientes en zinc, lo que lleva a deficiencia tanto en plantas como en humanos, y los fertilizantes de zinc se utilizan ampliamente para resolver este problema. [120]
Los niveles elevados de fertilizantes pueden provocar la ruptura de las relaciones simbióticas entre las raíces de las plantas y los hongos micorrízicos . [121]
La mayoría de los fertilizantes se fabrican a partir de hidrógeno sucio. [122] El amoníaco se produce a partir de gas natural y aire. [123] El costo del gas natural representa aproximadamente el 90% del costo de producción del amoníaco. [124] El aumento del precio de los gases naturales durante la última década, junto con otros factores como el aumento de la demanda, han contribuido a un aumento del precio de los fertilizantes. [125]
Se estima que la cantidad de gases de efecto invernadero dióxido de carbono , metano y óxido nitroso producidos durante la fabricación y el uso de fertilizantes nitrogenados es de alrededor del 5% de las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero . Un tercio se produce durante la producción y dos tercios durante el uso de fertilizantes. [126] Las bacterias del suelo pueden convertir el fertilizante nitrogenado en óxido nitroso , un gas de efecto invernadero . [127] Las emisiones de óxido nitroso por parte de los seres humanos, la mayoría de las cuales provienen de fertilizantes, entre 2007 y 2016 se han estimado en 7 millones de toneladas por año, [128] lo que es incompatible con limitar el calentamiento global a menos de 2 °C. [129]
Con el uso creciente de fertilizantes nitrogenados, que se utilizaron a un ritmo de aproximadamente 110 millones de toneladas (de N) por año en 2012, [130] [131] el óxido nitroso (N 2 O) , que se suma a la cantidad ya existente de nitrógeno reactivo, se ha convertido en el tercer gas de efecto invernadero más importante después del dióxido de carbono y el metano. Tiene un potencial de calentamiento global 296 veces mayor que una masa equivalente de dióxido de carbono y también contribuye al agotamiento del ozono estratosférico. [132] Al cambiar los procesos y procedimientos, es posible mitigar algunos, pero no todos, de estos efectos sobre el cambio climático antropogénico . [133]
Las emisiones de metano de los campos de cultivo (en particular 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. [134] [135]
En Europa, los problemas con las altas concentraciones de nitrato en las escorrentías están siendo abordados por la Directiva de Nitratos de la Unión Europea. [136] En Gran Bretaña , se alienta a los agricultores a gestionar sus tierras de manera más sostenible en una "agricultura sensible a las cuencas hidrográficas". [137] En los EE. UU. , las altas concentraciones de nitrato y fósforo en las escorrentías y el agua de drenaje se clasifican como contaminantes de fuentes no puntuales debido a su origen difuso; esta contaminación está regulada a nivel estatal. [138] Oregón y Washington , ambos en los Estados Unidos, tienen programas de registro de fertilizantes con bases de datos en línea que enumeran los análisis químicos de los fertilizantes. [139] [140]
En China se han implementado regulaciones para controlar el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. En 2008, los gobiernos chinos comenzaron a retirar parcialmente los subsidios a los fertilizantes, incluidos los subsidios al transporte de fertilizantes y al uso de electricidad y gas natural en la industria. En consecuencia, el precio de los fertilizantes ha aumentado y las granjas a gran escala han comenzado a utilizar menos fertilizantes. Si las granjas a gran escala siguen reduciendo el uso de los subsidios a los fertilizantes, no tendrán otra opción que optimizar los fertilizantes que tienen, lo que les permitiría aumentar tanto el rendimiento de los granos como las ganancias. [141]
En marzo de 2022, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos anunció una nueva subvención de 250 millones de dólares para promover la producción estadounidense de fertilizantes. El programa de subvenciones, que forma parte de la Commodity Credit Corporation, apoyará la producción de fertilizantes que sea independiente de los proveedores dominantes, que se fabriquen en Estados Unidos y que utilicen técnicas de producción innovadoras para impulsar la competencia en el futuro. [142]
Existen dos tipos de prácticas de gestión agrícola: la agricultura orgánica y la agricultura convencional. La primera fomenta la fertilidad del suelo utilizando 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. [143]
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Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC BY-SA IGO 3.0 (declaración de licencia/permiso). Texto tomado de Anuario estadístico mundial sobre la agricultura y la alimentación 2023, FAO, FAO.
