Fertilizantes nitrogenados: obtenção, características, ação fertilizante e emprego

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEIROZ LSO-526 ADUBOS E ADUBAÇÃO Fertilizantes nitrogenados: obtenção, características, ação fertilizante e emprego Prof. Dr. Rafael Otto Piracicaba, SP 11 e 12 de maio de 2017

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3 Atmosfera: Possui 78% de nitrogênio em volume na forma de gás inerte t de N Elemento Composição (%) Nitrogênio 78 Oxigênio 21 CO 2 0,038 Outros gases 0,962 Todo o N do solo vem da atmosfera

4 Um pouco de história... SÍNTESE DE NH Alemanha Idealizador: Fritz Haber Larga escala: Carl Bosch (BASF) Primeira Guerra Mundial Produção de explosivos (Nitrato de Sódio-Chile) Prêmio Nobel: Haber (1920) e Bosch (1931) Early NH 3 plant at Oppau, Germany (1913) Source: Smil (2001)

5 SÍNTESE DE NH * Museu de Berlim * BASF *Planta industrial em Trinidad

6 A síntese industrial de amônia a partir do N 2 e H foi mais importante do que a invenção do avião, da energia nuclear, dos vôos espaciais e da televisão. A expansão da população mundial de 1,6 bilhões para os atuais 6 bilhões de pessoas não seria possível sem a síntese de amônia Fonte: Smil (2001) Enriquecendo a terra Produção de amônia

7 Adições de N ao solo Entradas de N no solo NATURAIS Fixação biológica de N Descargas elétricas (raios) Mat. orgânico (estercos, restos vegetais, etc.) ADUBAÇÕES Fertilizantes minerais Fertilizantes orgânicos Fertilizantes organominerais

8 Descargas elétricas Quebra do N atmosférico pelos raios; Conversão do nitrogênio em óxidos e, posteriormente HNO 3 transporte pelas águas das chuvas Infiltração no solo Nitratos disponíveis às plantas

9 Fixação biológica de N Leguminosas; Assimilação do N 2 atmosférico por microrganismos: Fungos; Algas; Bactérias: Rizobium; Azotobacter; Beijerinkia. Fonte: interna.coceducacao.com.br

10 Produção de fertilizantes N O 2 HNO 3 Fosfatos de rocha Nitrofosfatos NH 3 Nitrato de amônio (NH 4 NO 3 ) NaCO 3 Nitrato de sódio (NaNO 3 ) H 2 SO 4 Sulfato de amônio (NH 4 ) 2 SO 4 NH 3 CO 2 Ureia CO(NH 2 ) 2 (LOPES, 2005) H 2 O H 3 PO 4 Aquamônia (NH 4 OH) Fosfatos de amônio (MAP e DAP) (NH 4 H 2 PO 4 ) e (NH 4 ) 2 HPO 4

11 Consumo de fertilizantes nitrogenados no Brasil (% do total) CAN Nitrato de Amônio Sulfato de Amônio Ureia Fonte: IFA, 2013

12 Amônia Base para produção dos fertilizantes nitrogenados; Alta concentração de N 82%; Baixas temperaturas e alta pressão; Necessita de aplicação diferenciada (injeção); Produto com alto risco para manuseio; Produto susceptível a altas perdas. Fonte:

13 Nitrato de amônio Neutralização do HNO 3 pela amônia anidra Produto granulado de alta solubilidade Concentração de nitrogênio ~ 33% N Possui as 2 formas de absorção pelas plantas: NH 4 + absorvido ou nitrificado NO 3- absorvido, lixiviado ou desnitrificado Problemas de higroscopicidade Venda controlada pelo exército (potencial explosivo)

14 Sulfato de amônio Síntese industrial: neutralização do ácido sulfúrico pela amônia anidra Subproduto industrial: produção de caprolactama (Nylon) Principal fonte Produto granulado ou cristais de alta solubilidade; Concentração de nitrogênio 21% de N; Possui enxofre em sua composição (24%); Maior poder acidificante entre os nitrogenados

15 Ureia Fonte de N mais utilizada (65%) Altamente solúvel Alta concentração de nitrogênio ~45% de N Transporte Armazenagem Aplicação Menores custos! Produto na forma granulada ou prill (pérolas) Muito susceptível a perdas por volatilização (NH 3 )

16 Outras fontes de N MAP e DAP: Reação da amônia com ácido fosfórico São adubos fosfatados porém contendo nitrogênio (10% de N; e 17% de N respectivamente) Solúveis e alto teor de P 2 O 5 (48% no MAP e 45% no DAP) Nitrocálcio (14% de N e 16% de Ca) Cloreto de amônio (25% de N) Nitrato de potássio (12% de N e 44% de K 2 O)

17 Fontes orgânicas de N Cama de frango: concentração de N mínima de 1% Muito disputada hoje Proximidade de regiões produtoras Estercos (concentração mínima de 1%): Poedeiras Bovinos Suínos Fonte: CPT, R7 e O2 comunicação (respectivamente) *Devem possuir baixa umidade

18 Efeitos no solo Transformações Acidificação Salinidade Higroscopicidade Empedramento

19 TRANSFORMAÇÕES DO NITROGÊNIO (e o que o homem tem feito para alterá-lo) Mineralização: N orgânico NH 4 + Imobilização: NH 4+ ou NO 3- N orgânico Hidrólise da ureia: CO(NH 2 ) 2 + 2H + + H 2 O 2NH 4+ + H 2 CO 3 NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O Inibidor de urease, fertilizantes de liberação lenta Nitrificação: NH O 2 NO 3- + H 2 O + 2H + Inibidor de nitrificação Lixiviação: NO 3- águas subterrâneas Inibidor de nitrificação, fertilizantes de liberação lenta Desnitrificação: NO 3- NO 2- NO N 2 O N 2 Inibidor de nitrificação

20 Acidificação Nitrificação: 2NH O 2 2NO H 2 O + 4H + 2NO 2- + O 2 2NO 3 - Índice de acidez dos fertilizantes nitrogenados Fertilizante Equivalente CaCO 3 por kg de N por t do produto kg Amônia anidra -1, Ureia -1, Sulfato de Amônio -5, MAP -5, Nitrato de Amônio -1, Nitrocalcio 0 0 Nitrato de cálcio +1, Nitrato de sódio +1, Nitrato de potássio +2, Fonte: Raij et al. (1997) e IFDC (1979)

21 Perdas de N Volatilização Lixiviação Desnitrificação

22 VOLATILIZAÇÃO DE AMÔNIA Reações da Ureia no solo urease 1) CO(NH 2 ) 2 + H 2 O + 2H + 2NH 4+ + H 2 CO 3 volatilização 2) NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O

23 COMPORTAMENTO DA UREIA APÓS HIDRÓLISE NO SOLO Secamento do solo e vaporação da água: amônia para atmosfera! UREIA APLICADA EM SOLO ÚMIDO (APÓS A CHUVA) ALTAS PERDAS ph = 5,5 6,0 7,5 9,0 NH 4 + = 100% 100% 90% 50% NH 3 = 0% 0% 10% 50% UREIA APLICADA EM SOLO SECO (ANTES DA CHUVA) BAIXAS PERDAS ph = 5,5 6,0 6,5 6,5 NH + 4 = 100% 100% 90% 90% NH 3 = 0% 0% 10% 10% Ilustração de Otto (2017)

24 NH 3 SOLO Média de 30% CO(NH 2 ) 2 + H 2 O UREASE NH 3 + CO 2 Necessário incorporação dificultação pela palha Vieira, 2009

25 N volatilizado acumulado, % do aplicado - Perdas de N-NH 3 por volatilização - Plantio direto de milho sobre aveia e plantio convencional Aplicação Superficial: Incorporado 0 SA NA UR Plantio direto SA NA UR Plantio convencional Dose de N: 100 kg/ha Fonte: Lara-Cabezas (1998)

26 Medida mitigadora Incorporação da ureia Aplicação em solo seco (antes da chuva) Uso de inibidores de urease

27 Lixiviação Percolação do nutriente pelo perfil de solo; NO 3- (não fica retido na CTC). NO 3 - NO 3 - NO 3 - NO 3 -

28 Medida mitigadora Parcelamento das adubações de modo a evitar o excesso de nutriente no solo. Utilizar fertilizantes com inibidores de nitrificação (pouco usados no Brasil)

29 Desnitrificação Produção de formas gasosas de N a partir do NO - 3 Bactérias anaeróbias facultativas: Bacilus Pseudomonas Spirilum etc. NO - NO H 2 N 2 O 2 N 2 O N 2 desnitrificação

30 Medida mitigadora Não aplicar fertilizantes com fonte de N nítrica (ex. nitrato de amônio) em condições de solo alagado nessa situação, esperar o solo secar Utilizar fertilizantes com inibidor de nitrificação Se for arroz irrigado, dar preferência ao uso de ureia

31 Recomendação Análise de solo Extração da cultura Curvas de respostas experimentos Análise foliar

32 Fertilizantes de eficiência aumentada Polímeros Enxofre turfas Ceras látex Tecnologias Nitrificação urease Iso butilaldeído formaldeído crotonaldeído

33 FERTILIZANTES DE EFICIÊNCIA AUMENTADA A) Fertilizantes de liberação lenta Recobertos, encapsulados, insolúveis, etc B) Fertilizantes estabilizados Contêm aditivos ou inibidores

34 A) FERTILIZANTES DE LIBERAÇÃO LENTA

35 A) FERTILIZANTES DE LIBERAÇÃO LENTA Coberturas com polímeros

36 B) FERTILIZANTES ESTABILIZADOS Inibidores de Nitrificação: caros e pouco usados no Brasil, devido ao potencial limitado de perdas de nitrato por lixiviação Inibidores de Urease: muito usado, devido ao alto potencial de perdas de NH 3 por volatilização e custo relativamente barato

37 B) FERTILIZANTES ESTABILIZADOS

38 Cumulative NH 3 loss (% of N applied) B) FERTILIZANTES ESTABILIZADOS OBJETIVO Retardar a hidrolise da ureia e as perdas de NH 3 40 UREA UREA+NBPT NH₃ = 31.03/(1 + exp( (t 4.82)/1.35)) NH₃ = 14.78/(1 + exp( (t 8.32)/2.11)) UREA UREA+NBPT 30 Ureia 31% Ureia + NBPT 15% Days after fertilizer urea application Fonte: Silva et al (2017) - Agronomy Journal

39 B) FERTILIZANTES ESTABILIZADOS Inibidores da urease Ex: NBPT Fonte: Agrotain

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41 FATORES QUE AFETAM A RESPOSTA À ADUBAÇÃO NITROGENADA Rotação de culturas Uso de subprodutos Condições climáticas

42 ROTAÇÃO DE CULTURAS NH O 2 X NO - 3 Braquiolactanas NH 4 + Crotalaria spectabilis NH NO 3 -

43 A ROTAÇÃO SOJA-MILHO REDUZ A RESPOSTA DO MILHO À ADUBAÇÃO NITROGENADA Sem irrigação Rotação Soja-Milho Milho sobre milho Fonte: Site da Pioneer (2013)

44 ROTAÇÃO DE CULTURAS NH NO 3 - Milho verão : 0,8 a 1,1 kg N saco -1 após soja no ano anterior 1,1 a 1,2 kg N saco -1 após milho ou sorgo Milho safrinha: 0,4 a 0,6 kg N saco -1 (devido ao residual da soja)

45 USO DE SUBPRODUTOS TORTA DE FILTRO VINHAÇA

46 Produtividade (t/ha) VINHAÇA + TORTA DE FILTRO NO PLANTIO 150 Sem aumento Dose de N (kg/ha) Fonte: Otto et al (2013)

47 Produtividade (sc ha -1 ) CONDIÇÕES CLIMÁTICAS Resposta do milho-safra ao N SEM RESTRIÇÃO HIDRICA sc ha -1 Dose econômica de N (kg ha -1 ) 50 0 y = -0,0003x2 + 0,2346x + 170,63 R² = 0,9861; P < 0, Doses de N (kg ha -1 ) Fonte: Vitti et al (dados não publicados)

48 Produtividade (sc ha -1 ) Resposta do milho-safra ao N COM RESTRIÇÃO HIDRICA Seca severa no florescimento do milho y = -0,0663x + 105,71 R² = 0,7918; P < 0, Doses de N (kg ha -1 ) Fonte: Vitti et al (dados não publicados)

49 CÁLCULO DA DOSE ÓTIMA E DOSE ECONÔMICA DE NITROGENIO

50 Produtividade (t/ha) Curva de resposta ao N de soqueira de cana-de-açúcar (obtida a partir de resultados de 37 sites) 100 y = -0,0005x 2 + 0,136x + 86,112 R² = 0, Dose de N (kg/ha) Fonte: Castro e Otto (2013)

51 COMO CALCULAR A MELHOR DOSE DE N? Considere a equação da curva: y = a + b x c x 2 y = 86, ,136 x 0,0005 x 2 1) Dose de N que proporciona maior produtividade - Derive a equação e a iguale a zero dy = b - 2 c x dx dy = 0 dx y = 86, ,136 x 0,0005 x 2 0 = 0,136 - (2*0,0005x) 0,001 x = 0,136 x para maior produtividade = 136 kg/ha N

52 COMO CALCULAR A MELHOR DOSE DE N? 2) Dose de N mais econômica - Derive a equação e a iguale à relação de preço dy = b - 2 c x dx dy = relação de preço dx Ureia: R$1.200,00/t ou R$2,67/kg Cana-de-açúcar: R$ 60,00/t Relação de preço = 2,67/60 = 0,0445 y = 86, ,136 x 0,0005 x 2 0,0445 = 0,136 - (2*0,0005x) 0,0445 0,136 = - 0,001 x - 0,0915 = - 0,001 x X para maior retorno econômico = 92 kg/ha N

53 CONCLUSÕES 1. N é um elemento caro e que pode poluir o ar e água 2. Ureia é a principal fonte de N utilizada no Brasil 3. A ureia sofre perdas por volatilização quando aplicada sobre o solo ou sobre a palha. Mitigação: Incorporação Aplicação em solo seco (antes da chuva) Inibidores de urease 4. Fertilizantes de liberação lenta: permitem redução de parcelamento, porém custam caro 5. Como não existe análise de solo para N, a recomendação se baseia em curvas de resposta, histórico da área e expectativa de produtividade

54 Obrigado!