Tecnologias para fertilizantes nitrogenados Prof. Dr. Douglas Guelfi
Desnitrificção Volatilização Ciclagem do N N 2 N 2 O NO Gás Amônia Matéria prima (NH Amônia 3 ) Adubos N tecido da planta Matéria orgânica Nitrato (NO 3- ) Nitrito (NO 2- ) Amônio (NH 4+ ) Lixiviação
Consumo de Fertilizantes Nitrogenados - 2016 Mundo = 111.590.000 t de N Brasil (4º) = 4.576.370 t de N Ureia (2.581.302 t) Nitrato de Amônio (477.915 t) Sulfato de Amônio (421.491 t) 766.664 t N 56,4% 83% N foi importado 10,4% 9,2% 3.799.706 t N Nacional Importado ANDA, 2017 MAP (447.080 t) Outros (648.582 t) 0 9,8% 14,2% 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Milhões de toneladas de N
NH 3 Volatilização Atmosfera Hidrólise NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 Ureia + H + Urease NH 4 + NH 3 NH 3 Solução do solo Ar do solo Argila NH 4 + NH 3 (gás) M.O NH 4 + NH 4 + NH 4 + (aq) Equilíbrio NH (aq) + 3 H +
Atmosfera Hidrólise da ureia na superfície do solo CTC + Chuva Temperatura = Volatilização Ureia Ureia Ureia Ureia H + H + H + H + NH 3 NH 3 + NH + + 4 + 4 NH NH 3 3 4 4 NH 3 NH + NH + 4 4 NH + H + 4 H + H CTC + H + NH 3 NH 3 NH 3 NH 4 + 1,5 cm ph 6 7 8 9
Hidrólise da ureia abaixo da superfície do solo CTC + Chuva Temperatura = Volatilização Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia Ureia NH + NH + 4 + 4 NH + NH 3 4 4 NH + 4 NH + H + 4 NH + H + 4 H + H + H + H + H + H + CTC NH 4 + ph 6 7 5 cm
Condições ótimas para: Volatilização Penetração da ureia no solo Precipitação pluviométrica nos 7 primeiros dias após a aplicação da ureia CTC Evaporação = Solo úmido secando Temperatura
Quantos milímetros de chuva? Urea Ureia Urea Ureia Urea Ureia Resíduos? Evaporação? 5 cm Ureia Ureia Ureia
Como melhorar a eficiência no uso de nitrogênio pelas plantas? A F
Classificação das Tecnologias Fertilizantes nitrogenados Convencionais Estabilizados Lenta Controlada Blends Ureia NA SA UF IBDU CDU SCU SCU PSCU URP Inibidores de urease Inibidores de nitrificação Ureia + NBPT Ureia + DMPP Preço ($): convencionais < estabilizados < blends liberação lenta < liberação controlada
Processo de fabricação da ureia formaldeído (UF) Liberação lenta Ureia formaldeído (UF) - 38 % N - Patente - DRP 431 585 - (1924) Estrutura química UF N C N C N N C N C N C N C N C N Peso molecular Tamanho da cadeia N C N C N C N C N C N C N C N C N N N C N N C N N N C N C N C N C N C C C N C N N C N C N N Grau de polimerização Insolubilidade
Ureia formaldeído (UF) Liberação do N Os micro-organismos quebram a cadeia carbônica longa, geram energia para o seu metabolismo liberando N no solo. Nitrificação UREIA A ureia liberada é convertida em amônio que entra no ciclo do N Carbono Nitrogênio Oxigênio Hidrogênio no solo.
Fertilizantes estabilizados Modos de ação Inibidores da Nitrificação Inibidores da Urease Volatilização Desnitrificação Inibidores da urease NH 3 NH 4 + Inibidores de nitrificação NO 3 - (NH 2 ) 2 CO NH 4 NO 3 (NH 4 ) 2 SO 4 Lixiviação
Processos de fabricação de fertilizantes nitrogenados estabilizados Ureia + NBPT (Inibidor de urease) Ureia tratada durante ou após a granulação com 400 a 1.100 ppm de NBPT. NBPT é instável em: solos ácidos (Engel et al., 2013), temperatura e em meio aquoso (Whitehurst et al., 2014).
Processos de fabricação de fertilizantes nitrogenados estabilizados Ureia + NBPT (Modo de ação) S NBPT (S) CH 3 (CH 2 ) 3 N P NH 2 H NH 2 Átomos de Ni da urease e NBPT formam Ligação tridentada = Enzima inativada O Urease NBPT (O) CH 3 (CH 2 ) 3 N P NH 2 H NH 2
% Recuperação 120 100 Temperatura 80 armazenagem 60 40 20 T = 11,9ºC 9 meses New melted Recuperação do NBPT (Após 9 meses) New Melt Old melt Superfície UAN Old melted UAN Superfície 4ºC 98,3 89,5 66,3 85,2 15ºC 88,0 55,5 42,0 43,1 0 19-03-05 08-05-05 27-06-05 16-08-05 05-10-05 24-11-05 13-01-06 25ºC 75,0 14,3 19,3 3,3
Novas formulações de ureia estabilizada Milho Perdas de N-NH 3 de fertilizantes nitrogenados estabilizados aplicados no milho na safra 2015/2016 Formulação N-NH 3 Produtividade (kg ha -1 ) Controle 0,8 a 7.886 b Ureia + NBPT + Solvente X 6,1 a (-72%) 11.406 a (+11%) Ureia + NBPT + Solvente Y 7,3 a (-67%) 11.531 a (+11%) Ureia + NBPT + Hidroquinona + Cu + Hg 8,5 a (-61%) 10.667 ab (+4%) Ureia + Hidroquinona + Ni + Solvente Y 10,3 ab (-53%) 11.481 a (+11%) Ureia + Pirocatecol + Solvente Y 21,0 bc (-4%) 11.802 a (+14%) Ureia granulada convencional 21,8 bc 10.300 ab Ureia + Hg + Cu + Solvente Y 22,0 bc 10.907 ab Ureia + Hg + Solvente Y 23,5 c 11.433 a Ureia + Hidroquinona + Solvente Y 26,1 c 11.290 a Ureia + Ni + Solvente Y 26,2 c 10.816 ab
Milho 2014/2015 (Souza et al., 2017) Fertilizantes Perdas de N-NH 3 (%) Redução (%) Produtividade (kg ha -1 ) Ureia granulada 39 a - 11.356 a Ureia perolada 38 a 3 11.229 a Ureia + 16% S 0 32 b 18 11.126 a Blend 32 b 19 10.352 b Ureia incorporada (2 cm) 24 c 39 11.554 a Ureia + NBPT 8 d 79 11.805 a Ureia + resina 3 e 92 10.352 b Sulfato de amônio 1 e 97 11.783 a Nitrato de amônio 0,7 e 98 11.389 a Controle - - 9.036 c
Inibidores da nitrificação (IN) Bactericida ou bacteriostático NH 4 + Nitrosomonas Bactéria O inibidor de nitrificação age sobre a bactéria. Nitrobacter Bactéria NO 2 - NO 3 - Amônio Nitrito Nitrato Principais compostos utilizados: - DCD: Dicianamida (H 4 C 2 N); DMPP:(3,4 dimetilpirazole fosfato) e Nytrapirin. Reduzem a lixiviação e desnitrificação. E a volatilização?
Fertilizantes nitrogenados estabilizados Perdas de N-NH 3 e produtividade do milho (Leite, 2016) Tipos de ureia Perdas de N-NH 3 (% do N aplicado) Produtividade (t ha -1 ) Controle - 9,00 b Ureia + DMPP (IN) 52,2 a 10,64 a Ureia + 0,15% Cu + 0,4% B 37,6 c 11,28 a Ureia + PA 46,5 b 9,70 b Ureia + PA+ 3% Zn 44,5 b 11,00 a Ureia + PA + 1,5% Cu 44,3 b 11,55 a Ureia + PA + 0,1% Cu + 0,3% B + 0,05% Mo 42,7 b 11,36 a Ureia + PA + 3% Cu 41,0 c 11,74 a Ureia perolada 39,4 c 11,03 a Ureia + PA + 1,5% Zn 37,7 c 11,55 a Ureia + PA + 0,25% Cu + 0,68% B 36,2 c 11,67 a Ureia + PA + 0,34% Cu + 0,94% B 36,1 c 11,53 a
Fertilizantes nitrogenados de liberação controlada São fertilizantes convencionais aos quais após a granulação ou perolamento recebem um recobrimento para controlar a penetração de água e, consequentemente, a taxa de dissolução do fertilizante e duração do tempo de liberação do N.
o TVA em 1961. SCU contêm: Grânulos perfeitos, danificados selados o A fabricação inicia-se com aquecimento da ureia (71-82ºC) e, posteriormente e danificados e realizada = Irregularidade a aplicação de S na pré-aquecido liberação (150 C de N 40 µm) e os poros selados com parafina ou ceras. S 0 SO 4 2-3 meses a 12 meses
S, gel, polietileno, etileno vinil acetato, poliésteres, resina de ureia formaldeído, Poli-cloreto de Vinidileno (PVDC), poliuretano, látex e ceras, fosfatos de Ca e Mg, gesso, extrato de nim, dentro outros. f = (propriedades físicas e químicas, custo e disponibilidade). Fertilizante convencional solúvel O recobrimento é aplicado na superfície dos grânulos
Os polímeros ficam intactos A temperatura, umidade do solo e a espessura do revestimento controlam a difusão. Água Ureia Ureia Dissolvida Água Ureia Dissolvida Ureia Dissolvida Liberação Completa
A = 67-68 µm Taxa de liberação e função de: 1) Temperatura e umidade do solo. 2) Tipo e espessura do revestimento. B = 87-99 µm
Teste de liberação de N Blend A - Temperatura 40ºC 90 85 Ureia "A" 87% N liberado (%) 80 75 70 65 60 13 7 14 21 28 35 42 49 56 63 77 98 133 233 63 Dias 233
Teste de liberação de N Blend B - Temperatura 40ºC 75 70 Ureia "B" 71% N liberado (%) 65 60 55 50 45 40 35 137 1421283542495663 77 98 133 233 63 Dias 233
Tecnologias N - Cafeeiro (Dominghetti et al., 2016) Perdas de N-NH 3 (% N aplicado) - 450 kg ha -1 ano -1 1º ano (2013/2014) 2º ano (2014/2015) Fertilizante Adubação Adubação Média Redução 1ª 2ª 3ª 1ª 2ª 3ª (%) Ureia 28,3 c 22,2 d 43,2 e 31,5 d 55,3 e 22,0 d 33,8 g - Nitrato de amônio 0,7 a 0,1 a 0,2 a 0,3 a 0,2 a 0,1 a 0,2 a -99 Sulfato de amônio 1,5 a 0,5 a 0,7 a 0,5 a 1,2 a 0,1 a 0,7 a -98 Ureia formaldeído (UF) 2,2 a 0,6 a 0,6 a 0,7 a 0,6 a 0,1 a 0,8 a -98 Ureia dissolvida (água) 8,8 b 2,3 b 2,6 a 4,6 a 9,3 b 2,2 a 5,0 b -85 Ureia + resina plástica 1,4 a 3,7 b 20,5 b 5,6 a 14,7 b 23,6 d 11,6 c -66 Ureia + NBPT 3,3 a 3,0 b 29,5 c 22,5 c 38,2 d 9,7 b 17,7 d -48 Ureia + cobre + boro 25,4 c 17,1 c 34,3 d 15,4 b 27,0 c 7,7 b 21,2 e -38 Blend 29,6 c 23,5 d 39,8 e 23,3 c 38,0 d 16,9 c 29,0 f -15 Ureia + polímero 32,6 c 30,2 e 44,7 e 38,0 e 43,0 d 27,5 e 36,0 g +6
Blends Mistura física de grânulos com diferentes tecnologias na forma de blends. Alternativa para redução de custos e ajuste da curva de liberação do N. 100% PSCU 70:30 50:50 30:70 100% Ureia
Absorção de N (kg ha -1 ) Liberação acumulada de N (%) Absorção de N (kg ha -1 ) 140 130 120 110 100 90 80 70 60 100 50 40 30 80 20 10 Blends Milho safrinha - 2015/2016 Ureia Adubação convecional (C) (semeadura e cobertura) 0 0 60 0 32 58 76 92 138 110 20 100 90 80 0 70 60 50 40 30 20 10 40 0 Dias após plantio Blend 2 (89% Blend N - V14) 1 Estádios Fenológicos Adubação em linha (L2) Adubação em linha (L1) Adubação em linha (L2) Adubação em linha (L3) 0 0 32 58 76 92 138 Dias após plantio Grãos Curva de liberação de N no campo Blend 1 (93% N - V14) Palha Colmo Folha Grãos 0 32 58 76 92 138 Dias pós após Pantio o plantio Palha Estádios fenológicos 100 75 50 25 Blend 3 (83% N - V14) P 0 V6 0 V10 0 VT/R1 0 R3 0 R6 0 Colmo Folha 100 75 50 25 Porcentagem total (%) Porcentagem total (%) Absorção de N (kg ha -1 ) Produção (kg ha -1 ) 120 110 100 90 80 70 5500 60 50 5000 40 30 4500 20 10 Blend 2 Adubação em linha (L1) 0 0 4000 0 32 58 76 92 138 3500 120 3000 110 100 2500 90 Absorção de N (kg ha -1 ) 50 40 30 20 10 Produção Dias após plantio Estádios Fenológicos Blend 3 Adubação em linha (L3) Y = 16,76N + 2953,37 R 2 =0,96* 80 2000 70 0 78 104 130 50 60 Dose de nitrogênio (kg ha -1 ) 0 0 0 32 58 76 92 138 Dias após plantio Estádios Fenológicos Grãos Palha Colmo Folha Grãos Palha Colmo Folha 100 75 50 25 100 75 25 Porcentagem total (%) Porcentagem total (%)
Conclusões: Existem diferentes tecnologias para produção de fertilizantes nitrogenados convencionais, estabilizados, de liberação lenta ou controlada e seus blends. Isso influência o custo, a eficiência no uso do N e o preço. Reduzem à lixiviação, volatilização e desnitrificação em comparação a ureia, mas nem sempre a redução nessas perdas de N está associada ao aumento de produtividade das culturas. São uma realidade, mas precisamos de mais estudos científicos nas condições brasileiras.
Que saber mais sobre o assunto? Número 157, Março/2017
Faça parte desse desafio! O Brasil precisa conhecer os benefícios dos fertilizantes, pois sem eles não existira Agricultura! www.nutrientesparaavida.org.br
O que são fertilizantes e sua função?! Av. Paulista - SP
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