Aula 3 - Nitrogênio

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.

Deficiência de N em canaDeficiência de N em cana

Deficiência de N em algodãoDeficiência de N em algodão

Deficiência de N em caféDeficiência de N em café

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.

Pg. 150.

Pg. 140.

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.