Aula 3 - Nitrogênio
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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA - UNOESC
CURSO: ZOOTECNIA
ANO: 2013 - SEMESTRE: 2º C/H: 60
DISCIPLINA: Fertilidade e Conservação do Solo
Professor: Dr. Mauricio Vicente Alves
Nitrogênio e adubos nitrogenados
ROTEIRO• Introdução
– Exigência / Rendimento
– Balanço Energético & Ambiente
– Relação estreita com MO e microorganismos
• Formas no Solo– N-orgânico
– N mineral (NH4+ e NO3
-)
• Reações e Transformações no solo• Adubação
– Disponibilidade / Doses / Época / Adubos / Modo
• Bibliografia
INTRODUÇÃO É o elemento absorvido em > quantidade. Constituinte de grande no de compostos importantes:
(aminoácidos PPROTEÍNAS, ác. Nuclêicos DNA-RNA, Clorofila, hormônios, etc);
Afeta o balanço energético e qualidade ambiental: Quebra do N2 1t N = 2t combustível fóssil,
Redução de NO3- até 1/4 da E consumida pelo vegetal,
Risco de poluição de alimentos e mananciais por excesso de NO3-;
Ciclo biogeoquímico complexo e relacionado à atividade de microorganismos;
Altamente suscetível a perdas; Uso intensivo na adubação levou à “revolução verde”;
Ciclo & Reservatórios de N
1Pg = (1015 g)
Terrestre(MOS) 95 Pg
Terrestre(plantas+animais)
3,5 Pg
Atmosfera3. 900.000 Pg
610 PgC
1600 Pg C
Oceano
220.000 Pg
Formas de Nitrogênio no solo
Inorgânicas
NON2O
ÓxidoGasosas
NO2-
NO3-
NítricaNítrica Iônica
AmonicalAmonical NH3
NH4+
Orgânicas
Componente da MOS (~5%)
(Proteínas; Aminoácidos; Ác. Nucléicos; Alfa amina; Complexos com lignina; outras).
98% do N total do solo
Disponível para plantas < 5% do total
-Resíduos vegetais (restos de culturas, adubo verde ou serrapilheira);
-Resíduos de animais;
-Fertilizantes (fixação industrial): uso intensivo de insumos na agricultura (custo financeiro e energético);
-Amônio e nitratos trazidos pela chuva: fenômenos ionizantes, como as radiações cósmicas e os relâmpagos - fornecem a energia necessária para a reação do N2 com o O ou H da água ~ 5 kg ha~ 5 kg ha-1-1;
- Fixação biológica: realizada por microrganismos produtores de enzima nitrogenase PODE SUPRIR TODA A PODE SUPRIR TODA A
DEMANDA DE CULTURASDEMANDA DE CULTURAS;
Fontes de N para o solo:
Saídas de N do solo
• -remoção pelas culturas
• -erosão / enxurrada
• -volatilização na forma de amônia
• -desnitrificação na forma de N2O, NO e N2
• -lixiviação de NO3-
Nitrogênio na planta
Funções nas plantas
Estrutural (integrante de amino ácidos e proteínas, clorofila, hormônios, enzimas, vitaminas, ácidos nucléicos).
Ativador enzimático.
Desenvolvimento vegetativo.
Mecanismo de suprimento (caminho) até a raiz – fluxo de massa.
Formas absorvidas pelas plantas - NH- NH44++ e NO e NO33
--
Mobilidade (Solo e Planta) – “muito” móvel.
Sintomas de deficiência
Sintomas de excesso
- Clorose nas folhas mais velhas ( produção de clorofila).
- Pouco desenvolvimento das plantas (menor produção de proteínas que contralam o crescimento).
- Excesso de vigor (favorece o crescimento vegetativo em detrimento da produção);
- Queda de plantas (acamamento);
- Retarda frutificação, diminui concentração de açúcar, amido, fibras;
- Favorece ataque de doenças e pragas.
Figura 2. Deficiência de N em plantas de milho: amarelecimento da ponta para a base em forma de "V"; secamento começando na ponta das folhas mais velhas e progredindo ao longo da nervura principal; necrose em seguida e
dilaceramento; colmos finos.
TRANSFORMAÇÕES DO N NO SOLO
- Fixação de N: Fixação de N: a) a) Fixação simbiótica / associaçãoFixação simbiótica / associação b) b) Fixação livreFixação livre
- Mineralização (Amonificação)
- Nitrificação
- Denitrificação
- Imobilização
- Volatilização
- Lixiviação
- Fixação argilas
Transformações mediadas por Microrganismos do Solo
•Os mais importantes nas transformações do N são os fungosfungos e as bactériasbactérias.
•As bactérias atuam na decomposição da matéria orgânica e são as principais responsáveis pelos processos de fixação biológicafixação biológica nitrificaçãonitrificação e e desnitrificaçãodesnitrificação.
•Os fungos por não possuírem clorofila dependem do C orgânico pré-formado para suas sínteses celulares, e usam amônia ou nitrato como fonte de N mas também metabolizam proteínas, ácidos nucleicos e outros complexos orgânicos.
•AActinomicetosctinomicetos e e algasalgas também tem importância.
Fixação BiológicaFixação BiológicaTransformação do N molecular (N2) presente na atmosfera para forma assimilável (NH2, NH3, NH4
+).
Processo enzimático característico de microorgaismos inferiores (bactéria e algas cianofícias) que produzem a enzima Nitrogenase.
Disponibilidade de N Disponibilidade de N para sistemas de para sistemas de
vegetação pioneiros nos vegetação pioneiros nos ambientes terrestres ambientes terrestres (rochas) e aquáticos (rochas) e aquáticos
(oceanos).(oceanos).
10 a 200 kg ha-1
Transformações
Fixação BiológicaFixação Biológica
N2 + 8 H+ + 8 e- 2 NH4+
16 ATP 16 ADP + Pi
Nitrogenase
Transformações
Sistemas de Fixação Sistemas de Fixação BiológicaBiológica
• SimbioseSimbiose– Rhizobio & LeguminosasRhizobio & Leguminosas– Anabaena & AzolaAnabaena & Azola– Alga e Fungos (líquens)Alga e Fungos (líquens)
• AssociaçãoAssociação– Azospirilo & plantas superiores Azospirilo & plantas superiores
(gramíneas)(gramíneas)
• Vida livreVida livre– Azotobacter, Azotobacter, – Algas cianofícias.Algas cianofícias.
Transformações
Destinos doDestinos do N fixado: Assimilado (absorvido) pelos microorganismos fixadores; Assimilado pelo organismos simbionte ou associado; Exudado para o meio externo?
Sistemas de Fixação Sistemas de Fixação BiológicaBiológica
Transformações
MineralizaçãoTransformação do N-orgânico presente no húmus e resíduos vegetais e animais para formas N-inorgânicas simples.
Imobilização
Transformação das formas N-inorgânico simples presente no solo em N-orgânico, principalmente por microrganismos.
Taxa anual em torno de 10%, porém, para formas estáveis é < 0,6%.
Disponibilidade de N é associada ao teor de MOSDisponibilidade de N é associada ao teor de MOS
Transformações
AmonificaçãoAmonificação
•Processo biológico pelo qual os compostos nitrogenados orgânicos são convertidos em amônia.
Não depende de microrganismos específicos, pois atuam ampla gama de microrganismos quimiorganotróficos aptos a efetuar esta transformação em condições aeróbia ou, mesmo, anaeróbia.
R-CHNH2COOH + H2O R=CHCOOH + NH3 + OH- + Energia (aminoácido) (ác. Orgânico)
+ H2O NH4+ + OH-
Transformações
Destinos doDestinos do NH4+:
Assimilado (absorvido) pelos amonificadores ou por outros organismos; Absorvido por vegetais superiores; Adsorvido às cargas negativas (CTC); “Fixado entre as lâminas dos minerais de argila do tipo 2:1;
Oxidado a NOOxidado a NO33-- (nitrificação). (nitrificação).
TransformaçõesAmonificaçãoAmonificação
Nitrificação
•Conversão de amônio em nitrato. OCORRE EM DUAS ETAPAS.
NH4+ + 1,5 O2 NO2
- + H2O + 2 H+ + 66 Kcal (Nitrosomonas sp) (Nitritação)
- DESTINO DO NO3-:
- Absorvido pelas plantas- Reutilizado pela atividade microbiana do solo
(imobilização).- LixiviadoLixiviado- Desnitrificado
NO2- + 1/2 O2 NO3
- + 18 Kcal (Nitrobacter sp) (Nitratação)
Transformações
Fatores que afetam:Aeração: processo estritamente aeróbio.Temperatura e umidade: favorável entre 26 a 32
oC, excesso umidade retarda. Fertilizantes: quantidades elevadas de fertilizantes
amoniacais em solos alcalinos inibe a segunda fase da nitrificação, podendo acumular nitrito.
- Relacão C/N dos compostos orgânicos: elevada relação -> imobilização do N mineral, cessa a nitrificação.
- pH: microrganimos requerem pH entre 7 - 7,6.
TransformaçõesNitrificação
Obs.: Liberação de NO para atmosfera - causa chuva ácida (contribuem com as reações que destroem a camada de ozônio e com o
efeito estufa).
Desnitrificação
•Conversão de NO3- em N2O e N2.
•É um processo de redução mediado por bactéria anaeróbias como: Pseudobacter, Achromobacter, Bacillus e Alcaligenes.
NO3- NO2
- NO N2O N2
5+ 3+ 2+ 1- 0
NO3- + 6 H+ 1/2N2 + 3H2O
NO3- + 4 H+ NO + 2H2O
Transformações
Redução de Nitrato
• Processo necessário à assimilação de N absorvido nessa forma.
• Enzima nitrato-redutase é presente em vegetais e microorganismos
• Consome energia.
NO3- + 5 H+ NH3 + 3 H2O
4 NADPH 4 NADP
Transformações
Solos alagado, uso de fertilizante nítrico;
Altas temperaturas;
Alto teor de matéria orgânica;
Compactação.
Fatores que favorecem
TransformaçõesDesnitrificação
- pH > 7
Volatilização
•Perda de N- NH3 do solo.
•Origem de N- NH3 : resíduos de animais de plantas em decomposição, fertilizantes (uréia ou fertilizantes amoniacais que se hidrolisam rapidamente).
Fatores que afetam
- Adubação na superfície: principalmente uréia maiores perdas devido a menor reação com os colóides do solo e temperaturas mais elevadas na camada superficial.
NH4
+ + OH- H2O + NH3
Incorporação - redução de 25 a 75 % de perdas de N-NH3
Transformações
Imobilização
-Temperatura: maiores taxas em temperaturas altas.
Fatores que afetam
-Relação C/N alta : imobilização do N disponível do solo.
• Processos não biológicos - fixação de amônio em certos tipos de argila.
• Processos biológicos - assimilação por microrganismos e conversão para formas orgânicas.
•Assimilação de NO3- pelas plantas ou microrganismos e conversão da
forma inorgânica para orgânica.
Transformações
• Processo de perda de NH4+, NO3
- do solo através da solução do solo.
Lixiviação
Fatores que afetam
- Utilização de fertilizantes N-NO3- = 5% do N aplicado
- Elevadas concentrações de N-NO3- no solo - lixiviação através do
solo para os rios, lagos e águas subterrâneas (altas precipitações).
Desfavorável do ponto de vista da qualidade do meio ambiente!!!
Transformações
Erosão
• Processo de perda de NH4+, NO3
- do solo através da perda de partículas de solo.
• Solos sem cobertura e sem práticas conservaconistas.
Fatores que afetam
Fixação em argila 2:1
•Retenção de amônio na entrecamada de argilas 2:1 (smectita, vermiculita, montmorilonita), em “ocupando lugares do K”.
Transformações
Adubação / NAdubação / N• Necessidade
– Exigência da planta.• Tabelas originadas de pesquisas.
– Disponibilidade de N solo (N fornecido pelo solo).• Teor de MOS.• Estimativa (cálculo).
• Dose (kg ha-1)– Tabelas– Cálculo: kg ha-1 = [N nec. – (N do Solo + Legum)] / Efic.
• Eficiência: 0,3 a 0,6
OBS.: MAXIMIZAR USO DA FIXAÇÃO BIOLÓGICAE DA CICLAGEM
Fornecimento de N pelo solo a partir da M.O.S.
Interpretação Faixa %
Baixo 2,5 Médio 2,5 – 5,0 Alto > 5,0
Tabela 3 . Interpretação dos teores de matéria orgânica para os solos do RS e SC.
M.O.S. contém 5 % de N
Taxa de mineralização: 2 - 4% ao ano (12meses)
Ex. solo com 4% de M.O. (considera-se a “camada arável”, 0 a 20cm):
2000.000 kg de solo/ha x 0,04 x 0,05 x 0,03*(4/12) = 40 kg/ha N40 kg/ha N
Conteúdo de N na M.O
Taxa de mineralização equivalente a 4
meses.
Teor de M.O no solo
Pg. 50.
Adubos NitrogenadosAdubos Nitrogenados
Processo industrial: N2 + 3H2 ± (400oC e 200 atm) 2NH3
- Fixação ind do N2 atmosférico
- H: gás metano (CH4) ou H2O
NHNH33 + 2O2 HNO3 + H2O
2HNO3 + Na2CO3 2NaNO3 + H2CO3
HNO3 + NH4+ NH4 NO3
NHNH33 + H3PO4 NHNH44HH22POPO44
NHNH33 + CO2 + H2O CO(NHCO(NH22) + OH) + OH--
2NH2NH33 + H2SO4 (NH(NH44))22SOSO44 HNO3 + KCl KNO3 + HCl
- Todos são altamente solúveis.- Alto índice salino – exceto MAP e DAP: 30 e 34%, respectivamente.
sulfato de amônio
Fosfato de amônia
Uréia
Nitrato de potássio
Nitrato de sódio
Nitrato de amônia
ADUBOS NITROGENADOS
ADUBO % N % outro(s)
Amônia Anidra - NH3 82
Uréia - CO(NH2)2 45
Sulfato amônio - (NH4)2SO4 21 23 S
Nitrato amônio - NH4NO3 32
Nitrato duplo - NaK(NO3)2
(Salitre do Chile)
15 14 K2O
ADUBOS NITROGENADOSADUBO % N % outro(s)
Nitrocácio - NH4Ca(NO3)3 20 6 Ca
MAP - NH4H2PO4 10 50 P2O5
Áquamônia 30
DAP - (NH4)2HPO4 17 45 P2O5
Orgânicos 1 a 5 Todos (0,5 a 4)
Outros: fórmulas: 10 – 30 - 15
de liberação controlada: uréia-formaldeido, “super N” (NBPT “tiofosfato de N-butiltriamida”), Aréia-argilomineral
30-40
Nitrato de Potássio (KNO3)- composição: 16 % de N e 44% K2O- baixa higroscopicidade - uso na fertirrigação e culturas que não toleram Cl-.
Nitrato de Cálcio (Ca(NO3)2)- composição: 14 % de N e 19% Ca- baixa higroscopicidade - uso na fertirrigação
Salitre do Chile (NaNO3KNO3)- composição: 15 % de N e 14% K2O
Nitrato de Amônio (NH4NO3)-composição: 33 % (½ nítrica e ½ amonical)- alta higroscopicidade, empedra, explosivo- solubilidade 118% - índice salino 105%
-Fosfato de MonoamônioFosfato de Monoamônio – MAP (NH4H2PO4)- composição: 10 % de N e 48% de P2O5
- baixa higroscopicidade - uso como fonte de P- índice salino 30%- solubilidade 43%
Fosfato de DiamônioFosfato de Diamônio – DAP ((NH4) 2HPO4) - composição: 16 % de N e 46% de P2O5
- baixa higroscopicidade - uso como fonte de P- índice salino 34%- solubilidade 43%
Sulfato de AmônioSulfato de Amônio ((NH4)2SO4))- composição: 20 % de N e 24% de S- baixa higroscopicidade - índice salino 69%- solubilidade 71%
Uréia Uréia (CO(NH2)2)- composição: 45 % de N- média higroscopicidade - índice salino 75%- solubilidade 119%- (volatilização de NH3)
70 % dos adubos solúveis utilizados: uréia, sulfato de amônio e DAP.
Eficiência de 40-70% - primeiro ciclo
Fonte: Cabezas & Yamada (1999)
Perdas de N (diferentes fertilizantes) volatilização Aplicação superficial x incorporado
Adubos OrgânicosAdubos Orgânicos
Adubação VerdeAdubação Verde
- Gramíneas: 0,8 – 1,5% de N
- Leguminosas: 1,8 – 3,0% de N
C/N = 30-60
C/N = 15-25
EstercosEstercos
- Sólido: bovino - 1,5% N
suínos - 2,1% de N
Cama de frango - 1,6 - 3,8 % de N
Vermicomposto - 1,7 % de N
-Líquido: bovino - 1,4 % de N
suíno - 2,8 % de N
ResíduosResíduos
- lodo de esgoto – 3,2% de N
- composto de lixo - 1,2% de N
Índice de eficiência dos nutrientes contidos nos adubos orgânicos
Índice de eficiência de N Resíduo
1º cultivo 2º cultivo
Cama de frango 0,5 0,2
Esterco suíno sólido 0,6 0,2
Esterco bovino sólido 0,3 0,2
Esterco suíno líquido 0,8 -
Esterco bovino líquido 0,5 0,2
Outros resíduos orgânicos 0,5 0,2
Lodo de esgoto e composto
de lixo
0,2 -
Tabela 1. Índices de eficiência de N no solo de diferentes tipos de estercos e resíduos orgânicos em cultivos sucessivos
• Índice de efeciência adubação verde Índice de efeciência adubação verde = 0,5= 0,5
Dose a ser aplicada:Dose a ser aplicada:
Exigência das culturas - espécie vegetal
- produtividade esperada
Fornecimento pelo solo - teor de M.O.S.
Eficiência da adubação
Contribuição da cultura antecedente
Eficiência da adubação
Ef = N absorvido N aplicado
Adubação solúvel: 40 - 75%
Adubação orgânica: 5 – 30%
Dose calculada (DC):Dose calculada (DC):
DC = Necessidade cultura – fornecido pelo soloEficiência da adubação
DC = Necessidade cultura – (fornecido pelo solo+adubação verde) Eficiência da adubação
Época• Fracionar a dose em direntes épocas (período
vegetativo) 2X a 3X• Evitar período secos (estiagem)• Milho: 20 + 40 + 40 %
• : 0, 30 e 60 d
• Perenes: 3X aa• Pastagem: Após cada corte/pastejo• Cereais de inverno: no afilhamento
Modo
• Distribuição a lanço ou linha;
• Para uréia, preferencialmente incorporada;
• Frutiferas: distribuir em faixa, na projeção da copa;
BIBLIOGRAFIA
• SANCHEZ, P.A. Suelos del trópico: caracteristicas y manejo. San José, IICA, 1981. Capitulo 6, p. 187-225.
• TISDALE, S.; NELSON, W.L.; BEATON, J. D.; HAVLIN, J.L. Soil fertility and fertilizers. 5 ed. New York, McMillan, 1993. chapter 5, p. “112-188".
• STEVENSON, F.J. Cycles of soil: carbon, nitrogen phosphorus, sulfur and micronutrients. New York, Jhon Wiley, 1986. Chapters 4, 5, 6. p. 106-230.
• CANTARELLA, H. Nitrogênio. In: NOVAIS, R.F. et al. (eds) Fertilidade do Solo. Viçosa. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, 2007. Cap VII, P. 375-470.