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 26 e 27 de abril de 2018

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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

4 Obtenção de N Reação de síntese N 2 + 3H 2 NH 3 Fontes de H 2 Aumento de Custo H 2 Gás natural Gás residual Nafta Resíduo asfaltico Carvão Mineral Álcool Hidrólise da água Petróleo

5 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)

6 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

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

8 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

9 Perdas de N Volatilização Lixiviação Desnitrificação

10 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

11 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)

12 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

13 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)

14 Fatores que aumentam a volatilização da amônia a) Solo alcalino (ph > 7,0) b) Temperatura elevada c) Baixa capacidade de retenção de NH 4+ (baixa CTC, solos arenosos) d) Altas doses de ureia e) Aplicação na superfície úmida que depois seca CO(NH 2 ) 2 + H 2 O NH 3. Aplicar no seco! f) Presença de cobertura vegetal

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

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

17 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)

18 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

19 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

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

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

22 A) FERTILIZANTES DE LIBERAÇÃO LENTA

23 A) FERTILIZANTES DE LIBERAÇÃO LENTA Coberturas com polímeros

24 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

25 B) FERTILIZANTES ESTABILIZADOS

26 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

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

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29 3. MANEJO DA ADUBAÇÃO 3.1 Doses de N 3.2 Época de aplicação 3.3 Fontes de N 3.4 Modo de aplicação

30 3.1 Doses de N Critérios de Recomendação 1. Extração e exportação de N pela cultura 2. Boletins de adubação: curvas de respostas 3. Histórico da área e rotação de culturas 4. Uso de sensores

31 Exigência nutricional do milho NUTRIENTE EXTRAÇÃO EXPORTAÇÃO kg t-1 N 20 15,0 P 3 2,4 K 17 7,0 Ca 4 1,0 Mg 4 1,2 S 2,5 1,3 g t-1 Fe ,1 Mn 37 8,6 Cu 12 2,2 Zn 50 2,4 B 18 4,4 Mo 1 0,7 Fonte: Fancelli (2007) Adaptado de vários autores.

32 1. ADUBAÇÃO COM BASE EM EXTRAÇÃO E EXPORTAÇÃO Região do Cerrado (Boletim Cerrado 2 a Ed) N (kg ha -1 ) = Requerimento Nutricional Suprimento pelo solo Eficiência da adubação Requerimento = 20 kg N t -1 de grãos a ser produzido Suprimento de N do solo: considerar matéria orgânica e histórico da área Eficiência da adubação = para milho, pode-se considerar eficiência de 60 a 75% Fonte: Sousa e Lobato (2004)

33 Suprimento de N do solo 30 kg ha -1 de N para cada 1% MO (0-20 cm) Suprimento de N pelos resíduos culturais Culturas Anos Anteriores Coeficiente (kg sc -1 produzido)* 1 0,45 Leguminosas 2 0,22 3 0,11 Gramíneas Todos 0,10 *saco de 60 kg Fonte: Sousa e Lobato (2004)

34 EFICIÊNCIA DOS FERTILIZANTES VALORES GENÉRICOS Incorporado (semeadura e cobertura) Nitrogênio Fósforo Potássio Superfície Teor de Argila (%) Ureia SA ou NA < > 50 Pré-semeadura Semeadura e cobertura SA, Sulfato de Amônio; NA, nitrato de amônio Fonte: Adaptado de Fancelli (2008) Fonte: Cunha et al (2009) - Informações Agronômicas

35 Dose de N (kg/ha) = Requerimento nutricional Suprimento pelo solo Eficiência Requerimento pelo Milho: 10 t/ha 20 kg N/t = 200 kg/ha N Suprimento: - Solo (2% MO) = 60 kg/ha N - Resíduos culturais: Soja (há três anos) = 60 sc/ha 0,11 = 7 kg/ha Milho (há dois anos) = 140 sc/ha 0,1 = 13 kg/ha Soja (há um ano) = 65 sc/ha 0,45 = 30 kg/ha Eficiência da adubação: 60% Exemplo: Dose de N = ( ) 0,60 = 150 kg/ha N (para 166 sc ha -1 ) Fonte: Sousa e Lobato, 2004

36 2. ADUBAÇÃO SEGUINDO BOLETINS DE ADUBAÇÃO BOLETIM 100 (SÃO PAULO) Produtividade Esperada t ha -1 Adubação de Plantio Classe de Resposta 1. Alta 2. Média 3. Baixa kg ha Fonte: Boletim 100 (1997)

37 Classe de resposta ao Nitrogênio: 1. Alta resposta esperada: solos corrigidos, com muitos anos de plantio contínuo de milho ou não leguminosas; primeiros anos de plantio direto; solos arenosos 2. Média resposta esperada: solos ácidos que serão corrigidos; com plantio anterior de leguminosas; solos em pousio por um ano; uso de adubos orgânicos no passado 3. Baixa resposta esperada: solo em pousio por um ou mais anos; cultivo de milho após pastagem; cultivo intensivo de leguminosas ou plantio de adubos verdes antes do milho; uso constante de adubos orgânicos Época: V6 a V8 (até 80 kg ha -1 N, o restante dias depois) Áreas irrigadas: parcelas em 3 vezes ou mais até o florescimento Fonte: Boletim 100 (1997)

38 2. ADUBAÇÃO SEGUINDO BOLETINS DE ADUBAÇÃO ESTADO DO PARANÁ a) Milho safra Aplicar 30 a 50 kg ha -1 N na semeadura e o restante em cobertura, entre V2 e V6. Parcelar doses > 80 kg ha -1 N em solo arenoso ou > 120 kg ha -1 N em argiloso Cultura anterior Produtividade esperada (t ha -1 ) < >16 Dose de N (kg ha -1 ) Gramínea Leguminosa Fonte: Manual de adubação e calagem do estado do Paraná (2017)

39 2. ADUBAÇÃO SEGUINDO BOLETINS DE ADUBAÇÃO ESTADO DO PARANÁ b) Milho 2 a safra Época Produtividade esperada (t ha -1 ) < >12 Dose de N (kg ha -1 ) Cultura anterior Gramínea Semeadura Cobertura Cultura anterior Leguminosa Semeadura Cobertura Fonte: Manual de adubação e calagem do estado do Paraná (2017)

40 3.2 Época de aplicação

41 Produtividade (sc/ha) Época de aplicação do N no milho (Piracicaba/SP) Com Com kg/ha N na N na semeadura Sem N na semeadura Controle V2 V4 V6 V8 V10 Época de aplicação Fonte: Fancelli e Casadei (dados não publicados), em Fancelli (2010)

42 Necessidade de N pelo milho

43 Produtividade (t/ha) 3.3 FONTES DE N 120 Média de 6 experimentos com cana-de-açúcar (Us. Estiva, Us. Noble, Us. Interlagos) c 96 bc 96 bc 97 bc 99 ab 99 ab 103 a 60 Fonte: Trivelin e Otto (dados não publicados)

44 3.4 Modo de aplicação MILHO Efeito da aplicação de N incorporado e a lanço com polímeros em cobertura na produtividade do milho Tratamento Modo de aplicação Produtividade kg ha -1 Ureia + Polímero (50% da dose) Superficial c Ureia + Polímero (100% da dose) Superficial b Ureia (100% da dose) Incorporada a CV (%) 6,74 Fonte: Civiardi et al., 2011

45 3.4 Uso de sensores Permite aplicação de N em taxa variada Fonte: João Maçãs (Yara)

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

47 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)

48 CÁLCULO DA DOSE ÓTIMA E DOSE ECONÔMICA DE NITROGENIO

49 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)

50 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

51 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

52 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; custo é um fator limitante 5. Como não existe análise de solo para N, a recomendação se baseia em curvas de resposta, histórico da área e expectativa de produtividade

53 Obrigado!