O uso de fertilizantes é essencial para uma produção agrícola sustentável e para garantir a segurança alimentar do planeta. Cerca de metade da população mundial depende de alimentos produzidos em áreas cultivadas com fertilizantes nitrogenados sintéticos. Para compreender a importância do nitrogênio como nutriente de plantas e aprender a utilizar os fertilizantes nitrogenados como insumos estratégicos para garantir uma agricultura produtiva e eficiente leia nosso artigo.
Tipos de fertilizantes nitrogenados mais utilizados na agricultura
Fertilizantes são substâncias minerais ou orgânicas, naturais ou sintéticas que fornecem um ou mais nutrientes para as plantas. Existem diversas classificações para os fertilizantes em função de sua natureza química, física e físico-química. Uma das classificações mais utilizadas de modo prático é a classificação química que agrupa os fertilizantes de acordo com a natureza do principal nutriente nele contido. Nesta classificação os fertilizantes nitrogenados são aqueles que têm nitrogênio (N) como nutriente principal.
Os principais fertilizantes nitrogenados são sintetizados utilizando a amônia (NH3) como matéria-prima. O processo de síntese da amônia, a partir do N2 atmosférico e do H proveniente principalmente de combustíveis fósseis e gás natural (embora possa ser também oriundo do processo de hidrólise da água, processo ainda pouco competitivo nos modelos atuais de produção) foi desenvolvido no início do século XX por Fritz Haber e Carl Bosh, por isso conhecido como processo Haber-Bosh.
A descoberta da síntese da amônia é considerada uma das principais invenções tecnológicas do século XX e resultou dois prêmios Nobel de Química: Fritz Haber (1918) pela descoberta do processo em escala laboratorial e Carl Bosh (1931) por desenvolver o processo em escala industrial. A fabricação de fertilizantes nitrogenados sintéticos marcou o início da agricultura moderna. Cerca de 2% do consumo global de energia fóssil é utilizada para produção de fertilizantes e aproximadamente 93% desta quantia é empregada na produção de fertilizantes nitrogenados.
A amônia (NH3) pode ser utilizada diretamente como fertilizante, como amônia anidra ou como aquamônia, porém seu principal uso é como matéria-prima para produção dos principais fertilizantes nitrogenados usados na agricultura, como mostrado na tabela 1.
Tabela 1. Principais fertilizantes nitrogenados, suas fórmulas químicas, processos de obtenção de forma resumida e teor de nitrogênio
Fonte: Adaptado de Alcarde (2007).
Outros fertilizantes além dos citados na tabela 1 são importantes fontes de N como o nitrato de potássio, monoamônio fosfato (MAP) e diamônio fosfato (DAP), porém nestes fertilizantes o N não é o principal nutriente. Alguns fertilizantes orgânicos como esterco bovino, esterco de aves e turfas são importantes fontes de N, porém menos utilizados em larga escala que os fertilizantes minerais sintéticos.
Os principais fertilizantes nitrogenados utilizados no mundo são Uréia, Sulfato de Amônio e Nitrato de Amônio. A ureia é o fertilizante nitrogenado mais utilizado no Brasil e no mundo, representando mais da metade das fontes de N utilizadas na agricultura (Figura 1). Isso acontece devido seu alto teor de N, pela sua produção utilizar o CO2, que é um subproduto da síntese da amônia, além de não envolver reações com ácidos no seu processo produtivo. Isso faz com que a uréia seja o fertilizante nitrogenado com menor custo por unidade de N. Contudo, a adubação com uréia pode gerar perdas de N por volatilização de amônia se o manejo a adubação não for adequado, como discutiremos mais adiante.
Figura 1. Consumo dos principais fertilizantes nitrogenados no mundo (A) e no Brasil (B). Fonte: IFA (2022) e Fernandes (2022).
Benefícios da utilização de fertilizantes nitrogenados para aumentar a produtividade agrícola
O N é o nutriente mineral mais exigido pelas plantas (atrás de C, H e O que são classificados como nutrientes orgânicos), com teor médio de 15,0 g/kg nos tecidos vegetais. As plantas absorvem o N da solução do solo em duas formas: nítrica (NO3–) e amoniacal (NH4+). Portanto, se observarmos as fórmulas químicas dos fertilizantes nitrogenados na tabela 1 notamos que apenas a uréia possui N na forma amídica, que é transformada para as formas amoniacal e nítrica no solo para que o N seja absorvido pelas plantas. Os demais fertilizantes nitrogenados sintéticos possuem N na forma nítrica ou amoniacal.
O N desempenha diversas funções metabólicas nas plantas. É constituinte da molécula de clorofila, de aminoácidos e proteínas, ácidos nucleicos e diversas enzimas. Por isso o N deve estar disponível para as plantas durante todo o ciclo produtivo, pois suas funções são essenciais desde o crescimento vegetativo, floração e frutificação. Cerca de 25% do gasto energético dos vegetais está relacionado com as reações bioquímicas na redução do nitrato à amônia no processo de assimilação de N pelas plantas e sua incorporação às moléculas orgânicas.
Existem diversas formas de entrada de N nos agroecossistemas, bem como diversos mecanismos de perda. As principais formas de entrada são pela fixação biológica de N (FBN) e pela adubação com fertilizantes minerais sintéticos. A adubação nitrogenada é importante devido à alta demanda das culturas por N e devido às altas respostas à adubação nitrogenada pela maioria das culturas.
No Brasil, o aporte de N via FBN, principalmente na cultura da soja, é de grande importância pois modifica o padrão de consumo de fertilizantes nitrogenados do Brasil em relação ao padrão global e faz com que o aporte de N pelo processo de FBN simbiótica em áreas cultivadas exceda a quantidade de N aportada via fertilizantes nitrogenados. A FBN que ocorre em áreas cultivadas no mundo corresponde a 30% do N produzido na forma de fertilizantes nitrogenados, contudo no Brasil a FBN representa quase três vezes a quantidade de N aplicada via fertilizantes nitrogenados.
O uso racional de fertilizantes nitrogenados é fundamental para a sustentabilidade da agricultura e para a segurança alimentar, uma vez que estudos mostram que mais da metade dos alimentos produzidos no mundo são provenientes de áreas de cultivo nas quais foram utilizados fertilizantes nitrogenados sintéticos. Além disso, os incrementos de produtividade alcançados pelo uso dos fertilizantes nitrogenados reduzem a demanda de expansão da agricultura para novas áreas de fronteira agrícola, aumentando a eficiência de uso da terra e do potencial genético das culturas.
Momentos ideais para aplicar fertilizantes nitrogenados durante o ciclo das plantas
Como vimos anteriormente, os principais fertilizantes nitrogenados utilizados na agricultura contêm N nas formas nítrica, amoniacal ou amídica. Estes fertilizantes, portanto, possuem alta solubilidade em água, colocando grande quantidade de N prontamente disponível para as plantas assim que o fertilizante é solubilizado no solo. Estas características são convenientes do ponto de vista agronômico, desde que o manejo da adubação ocorra de forma adequada para cada cultura e sistema produtivo.
A definição criteriosa da dose de N, da fonte, do momento e do local mais adequado a ser aplicado constituem as bases do manejo 4C (dose Certa, fonte Certa, momento Certo e local Certo) para uso sustentável dos nutrientes. Devido a elevada demanda de N pelas culturas é fundamental que o N esteja disponível para as plantas durante todo o ciclo de desenvolvimento.
O momento adequado para aplicação de N depende do tipo de cultura e sistemas de produção. De modo geral, são utilizadas baixas doses de N no momento da semeadura ou plantio devido ao efeito salino ou toxidez de aquamônia que pode correr em plântulas ou mudas, além disso nos estádios iniciais de desenvolvimento as plantas possuem pouco volume de raízes e a demanda de N é menor.
Para a grande maioria das culturas, a técnica de parcelamento da adubação nitrogenada permite fornecer N durante todo o ciclo das culturas ao mesmo tempo que reduz significativamente as perdas de N por lixiviação de nitrato. Para definição das doses de adubação nitrogenada bem como dos momentos mais adequado é fundamental seguir as recomendações técnicas regionalizadas pelos manuais e boletins técnicos de recomendação de adubação
Alguns agricultores têm realizado a adubação nitrogenada de forma antecipada, antes ou durante a semeadura de grãos no sistema plantio direto. Em áreas de solo argiloso ou com altos teores de MOS a produtividade não tem sido reduzida. No entanto, em anos com chuvas mais intensas no início do ciclo de cultivos de verão, a antecipação da adubação nitrogenada tem provocado reduções significativas na produtividade de culturas como o milho, indicando que parte do N aplicado pode ser perdido por lixiviação, principalmente em solos arenosos.
Técnicas e recomendações para maximizar os benefícios dos fertilizantes nitrogenados
Por ser um elemento muito reativo no ambiente, o N pode ser perdido do solo por três mecanismos principais: volatilização de amônia, lixiviação de nitrato e desnitrificação (nas formas de N2O, N2 e NOx). Estes fatores fazem com que o manejo da adubação nitrogenada seja desafiador. Para maximizar os benefícios do uso de fertilizantes nitrogenados é fundamental seguir as técnicas que objetivam reduzir estas perdas de N e aumentar sua eficiência de uso pelas plantas.
As perdas de N por lixiviação de nitrato não são muito altas no Brasil, devido às doses relativamente baixas de N aplicadas, a textura argilosa da maioria dos solos e ao parcelamento da adubação nitrogenada. Contudo, podem ocorrer perdas consideráveis em culturas onde as doses de N são elevadas, como café, citrus e em hortaliças, em solos arenosos e quando há ocorrência de chuvas em altas intensidades. Nestas condições o parcelamento da adubação nitrogenada torna-se prática fundamental.
As estimativas de perdas de N aplicado via fertilizantes pelo processo de desnitrificação varia entre 5% e 30%. Resultados do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) indicam que cerca de 1 % do N aplicado via fertilizantes é emitido como óxido nitroso (N2O), embora outros estudos mostrem uma variação entre 2,5 % e 4,0 %. As principais perdas ocorrem em cultivos em ambientes alagados, como o de arroz inundado, embora possa também ocorrer em sítios anaeróbicos em solos secos e durante o processo de nitrificação.
Em condições de solos inundados, as fontes de N devem ser preferencialmente as amoniacais ou amídicas, pois são mais estáveis em condições redutores. As fontes de N na forma nítrica resultam elevadas taxas de perdas de N por desnitrificação nestes ambientes.
Devido à grande utilização de N via Ureia, como vimos anteriormente, as perdas de N por volatilização de amônia são as mais diretamente ligadas aos fertilizantes. As perdas de N por volatilização de amônia no Brasil ficam em torno de 30 %, mas podem chegar a 60 % ou mais dependendo de condições do solo como pH e umidade, presença de resíduos orgânicos e de condições climáticas (chuva, vento e temperatura).
Após ser aplicada ao solo, a ureia é rapidamente hidrolisada por uma enzima denominada urease e neste processo ocorre alcalinização da região ao redor de grânulo (pH ~ 9,0), mesmo em solos ácidos, o que faz com que ocorra um predomínio do N na forma gasosa de amônia (NH3), que pode ser perdida por volatilização. A melhor maneira de reduzir as perdas de N por volatilização é a incorporação da ureia ao solo de forma mecânica, com irrigação (10 – 20 mm), ou chuva. Contudo em alguns sistemas de produção a incorporação mecânica é cara ou impeditiva como em culturas perenes e em sistema de plantio direto.
Os riscos de perdas de N por volatilização são menores quando a ureia é aplicada em solo seco (a atividade da urease é maior em solos úmidos e com presença de material orgânico); quando ocorre uma chuva logo após a aplicação e quando a umidade do solo é suficiente para provocar a difusão do N para o interior do solo. As maiores perdas ocorrem com a aplicação da ureia em solos úmidos, com muito material orgânico e com solo em processo de secamento, com ocorrência de ventos.
Com objetivo de reduzir as perdas de N, foram desenvolvidas diversas tecnologias utilizadas em fertilizantes nitrogenados. De acordo com a figura 2 observamos que as tecnologias podem ser agrupadas em 5 categorias: fertilizantes estabilizados, de liberação lenta, de liberação controlada, blends (misturas de grânulos com diferentes tecnologias) e Multi N-Tech (diferentes tecnologias no mesmo grânulo de fertilizante).
A escolha da tecnologia a ser utilizada depende de sua adequação ao sistema de manejo e produção e é importante lembrar que o uso eficiente das tecnologias em fertilizantes nitrogenados é altamente dependente do manejo adequado da adubação e do conhecimento do comportamento no N no sistema solo-planta como discutimos neste texto. A maioria das tecnólogas objetiva reduzir perdas por volatilização da amônia e por lixiviação de nitrato, formando durante o processo de nitrificação. A tecnologia mais empregada é a da ureia estabilizada, com o NBPT sendo a principal molécula atuando como inibidor da urease.
Figura 2. Classificação das tecnologias empregadas em fertilizantes nitrogenados. NBPT: N-(n-butil) triamida tiofosfórica; DMPP: 3,4-dimetilpirazol fosfato; UF: Ureia Formaldeído; IBDU: Isobutilideno diureia; CDU: Ciclo Diureia; SCU: Ureia revestida com S elementar; PSCU: Ureia revestida com polímeros e S elementar; URP: Ureia revestida com polímeros; Multi N-Tech: Multitecnologias. Fonte: Adaptado de Guelfi et al. (2021).
A utilização de fertilizantes nitrogenados com qualidade superior e com tecnologias que permitam maior eficiência de utilização de N, tem impacto direto em questões como logística, facilidade de aplicação no campo, redução de operações, incremento de produtividade, maior eficiência de uso dos recursos naturais e econômicos e maior lucratividade para o produtor e para toda cadeia produtiva.
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